高中物理选修3-5教学设计 3.2 原子核衰变及半衰期 教案
高中物理选修3-5教学设计4：19.2 放射性元素的衰变教案
2 放射性元素的衰变●学习目标1.知道放射现象的实质是原子核的衰变.2.知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律.3.理解半衰期的概念,并能进行简单的计算.●重点和难点重点：原子核的衰变规律及半衰期难点：半衰期描述的对象课前导学一、原子核的衰变1.定义：原子核自发地放出某种粒子而转变成的变化称为原子核的衰变.可分为、，并伴随着γ射线放出.2.分类：（1）α衰变：铀238发生α衰变的方程为：，每发生一次α衰变，核电荷数减小2，质量数减少4.α衰变的实质是某元素的原子核同时放出由两个和两个组成的粒子（即氦核）.（2）β衰变：钍234发生β衰变的方程为：，每发生一次β衰变，核电荷数增加1，质量数不变.β衰变的实质是元素的原子核内的一个变成时放射出一个（核内110011n H e -→+）. （3）γ射线是伴随衰变或衰变同时产生的、γ射线不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出.3.规律：原子核发生衰变时，衰变前后的和都守恒.注意：元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的.二、半衰期1.定义：放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间叫做原子核的半衰期.2.意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度.3.特征：半衰期由的因素决定,跟原子所处的或状态无关.新知探究一、原子核的衰变〈情景1〉一个人特别贫穷，一生虔诚地供奉道教吕祖（吕洞宾），吕洞宾被他的诚意所感动，一天忽然从天上降到他家，看见他家十分贫穷，不禁怜悯他，于是伸出一根手指，指向他庭院中一块厚重的石头，立刻，变化成了金光闪闪的黄金.〈情景2〉晋朝初年，南昌人许逊被朝廷任命为旌阳县令，他看到很多老百姓的租税交不了，非常同情他们，用点石成金的法术，免去百姓的租税.〔思考与讨论1〕以上情景都是“点石成金”的传说，那么在我们生活、生产中有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？答：.【教师说明】1.衰变：原子核放出 α粒子或 β粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变.2.科学、真实的将一种物质变成另一种物质，原来就是原子核的衰变.3.铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核---钍234核，这种放出α粒子的衰变叫做α衰变.〔思考与讨论2〕铀238核α衰变方程如何表示？答：.【教师说明】1.衰变方程式遵守的规律：（1）质量数守恒（2）核电荷数守恒2.α衰变的一般方程：He Y x 424-A 2A z +→-z3.核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向.4.核反应的生成物要以实验为基础，不能凭空杜撰出生成物来写核反应方程.〔思考与讨论3〕钍234核（Th 23490）也具有放射性，它能放出一个β粒子（e 01-）而变成Pa 23491（镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？答：.【教师说明】1.β衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不变但核电荷数应加1.2.β衰变的一般方程：e Y x 01A 1A z -++→z〔思考与讨论4〕原子核里没有电子，那么β衰变中的电子来自哪里？答：.【教师说明】1.这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变，其转化方程：e H n 011110-+→ .2.γ射线是由于原子核在发生α衰变或β衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随α射线和β射线而产生.3.一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出α、β和γ三种射线. ▲典题精析1. 天然放射性元素23290Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成20882Pb(铅).下列论断中正确的是( )A.铅核比钍核少24个中子B.铅核比钍核少8个质子C.衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变D.衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变[解析]铅核核子数比钍核核子数少24个，而不是中子数少24个，A 项错；铅核质子数为82，钍核质子数为90，故铅核比钍核少8个质子，B 项对；钍核的衰变方程为：23290Th→20882Pb ＋x 42He ＋y －10e ，式中x 、y 分别为α和β的衰变次数.由质量数守恒和电荷数守恒有 4x+208=232，2x-y+82=90，联立两式得x=6，y=4，即衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变，C 项错而D 项对.[答案]BD点评：根据β衰变不改变质量数的特点，可依据反应原子核与最终原子核的质量数改变确定α衰变的次数，然后计算出电荷数的改变,由其差值可确定β衰变的次数.二、半衰期〈情景3〉放射性同位素衰变的快慢有一定的规律，即元素的原子核有半数发生衰变有一定的时间.我们有病时服用的不同药物在体内半数发生衰变也有一定的时间，这个时间是决定医生给药剂量、次数的主要依据.〔思考与讨论5〕阅读课本第71页 “半衰期”部分的内容，并思考下列问题：1.放射性元素的衰变有什么规律？2.用什么物理量描述？3.这种描述的对象是什么？（学生可参考课本71页上的氡的衰变图，教师引导）答：.【教师说明】1.放射性元素的原子核，有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期.2.半衰期表示放射性元素的衰变的快慢，不同的放射性元素其半衰期不同.3.半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律.〔思考与讨论4〕放射性元素的半衰期是由什么决定的？不同的放射性元素其半衰期相同吗？ 答：.▲典题精析2.关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的有( )A.是原子核质量减少一半所需的时间B.是原子核有半数发生衰变所需的时间C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素的半衰期D.可以用于测定地质年代、生物年代等[解析]原子核衰变后变成新核,新核与未衰变的核在一起,故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半,故A 错B 正确；衰变快慢由原子核内部因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态无关,常用其测定地质年代、生物年代等,故C 错D 正确.[答案]BD点评：一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在，或者加压，增温均不会改变.三、有关半衰期的计算〔思考与讨论6〕用N 0、m 0分别表示衰变前的原子数目和质量，N 、m 分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量，T 为半衰期，t 表示衰变过程所经历的时间，那么这些物理量之间的关系怎样？答：.▲典题精析3.设镭226的半衰期为1.6×103年，质量为100 g 的镭226经过4.8×103年后，有多少克镭发生衰变？若衰变后的镭变为铅206，则此时镭铅质量之比为多少？[解析]经过三个半衰期，剩余镭的质量为g m m Tt 5.12g 81100210=⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛= 已衰变的镭的质量为(100－12.5) g ＝87.5 g设生成铅的质量为m ，则226∶206＝87.5∶m得m ＝79.8 g所以镭铅质量之比为125∶798[答案] : 125∶798点评：要理解半衰期表达式中各物理量的含义，在表达式021m m T t⎪⎭⎫ ⎝⎛=中，m 是指剩余的原子核的量，而不是衰变的量.。
原子核衰变及半衰期-鲁科版选修3-5教案
原子核衰变及半衰期-鲁科版选修3-5教案一、教学目标1.理解原子核衰变的概念和类型；2.掌握半衰期的概念和计算方法；3.理解放射性物质的危害性并学会防护措施。
二、教学重难点1.重点：掌握半衰期的概念和计算方法；2.难点：理解放射性物质的危害性并学会防护措施。
三、教学内容1. 原子核衰变原子核衰变是指原子核中原子核子数（中子数和质子数）的改变，导致原子核的能量状态和组成发生变化的现象。
主要有以下三种类型：(1) α衰变α衰变即α粒子放射，一般由重核向轻核发生。
α粒子就是由2个中子和2个质子组成的氦离子，经过α衰变后，原子核的质量数和原子序数分别减少4和2。
例如，$\\mathrm{^{238}_{92}U}$ 可能会发生α衰变，变成$\\mathrm{^{234}_{90}Th}$。
(2) β衰变β衰变即β粒子放射，一般由中子或质子变成另一种粒子而发生。
β衰变有两种类型，分别是β-衰变和β+衰变。
•β-衰变：由原子核中的中子变成质子和电子，并释放出一个反中子电子（即β负电子）和一个反电子中微子。
原子核的质量数不变，但原子序数增加1。
例如，$\\mathrm{^{14}_{6}C}$ 可能会发生β-衰变，变成$\\mathrm{^{14}_{7}N}$。
•β+衰变：由原子核中的质子变成中子和正电子，并释放出一个电子中微子。
原子核的质量数不变，但原子序数减少1。
例如，$\\mathrm{^{11}_{6}C}$ 可能会发生β+衰变，变成$\\mathrm{^{11}_{5}B}$。
(3) γ衰变γ衰变即γ射线放射，是由原子核的能级结构变化所引起的，其特点是不改变原子核的质量数和原子序数。
2. 半衰期半衰期是指放射性物质放射出来的粒子数或光子数达到原来的一半所需的时间。
可以用半衰期来判断放射性物质的放射程度，计算公式为：$$t_{1/2}=\\frac{\\ln 2}{\\lambda}$$其中，t1/2为半衰期，$\\lambda$为放射性物质的放射速率常数。
3.2原子核衰变及半衰期 学案(2020年鲁科版高中物理选修3-5)
3.2原子核衰变及半衰期学案（2020年鲁科版高中物理选修3-5）第第2节节原子核衰变及半衰期原子核衰变及半衰期目标定位1.知道什么是放射性.放射性元素.天然放射现象，能记住三种射线的特性.2.知道什么是原子核的衰变及衰变实质.3.理解半衰期的统计意义，学会利用半衰期解决相关问题一.天然放射现象的发现11896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性2物质放出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，物质能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象3皮埃尔居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋Po和镭Ra二.放射线的本质1三种射线如图1中1是射线，2是射线，3是射线图11射线是高速氦原子核粒子流2射线是高速运动的电子流3射线是波长很短的电磁波2三种射线的特点1射线粒子容易使空气电离，但穿透能力很弱2射线粒子穿透能力较强，但电离作用较弱3射线射线电离作用很弱，但穿透能力很强三.原子核的衰变1原子核的衰变原子核放出射线或射线，而转变为新原子核的变化原子核衰变时电荷数和质量数都守恒2衰变原子核进行衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.例23892U的衰变方程为23892U23490Th42He.3衰变原子核进行衰变时，质量数不变，电荷数增加1，例23490Th的衰变方程为23490Th23491Pa01e.四.衰变的快慢半衰期1放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫半衰期2元素半衰期的长短是由原子核自身的因素决定的，跟原子所处的物理.化学状态和周围环境.温度没有关系一.三种射线的本质及特点1..三种射线的性质.特征比较种类射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流高频电磁波带电荷量2ee0质量4mpmp1.671027kgmp1836静止质量为零速率0.1c0.9cc贯穿本领最弱用一张纸就能挡住较强能穿透几毫米厚的铝板最强能穿透几厘米厚的铅板电离作用很强较弱很弱2在电场.磁场中偏转情况的比较1在匀强电场中，射线偏转较小，射线偏转较大，射线不偏转，如图2甲所示图22在匀强磁场中，射线偏转半径较大，射线偏转半径较小，射线不偏转，如图乙所示【例1】一置于铅盒中的放射源发射出的.和射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场进入电场后，射线变为a.b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图3所示，则图中的射线a为________射线，射线b为________射线图3答案解析在三种射线中，射线带正电，穿透能力最弱，射线不带电，穿透能力最强；射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，a射线应为射线，b射线应为射线借题发挥三种射线的比较方法1射线是..三种射线中贯穿本领最弱的一种，它穿不过白纸2要知道三种射线的成分，贯穿本领和电离本领的强弱3要知道..三种射线的本质，.射线是实物粒子，射线是光子针对训练1如图4，放射性元素镭衰变过程中释放出..三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是图4A表示射线，表示射线B表示射线，表示射线C表示射线，表示射线D表示射线，表示射线答案C解析由三种射线的带电性质可以判断出表示射线，表示射线，表示射线，故C对二.原子核的衰变1衰变原子核进行衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.衰变的实质在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中释放出来，这就是放射性元素发生的衰变现象2衰变原子核进行衰变时，质量数不变，电荷数增加1.衰变的实质原子核中的一个中子转化成一个质子且放出一个电子即粒子，使核电荷数增加1，但衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为10n11H01e.3衰变规律衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒【例2】原子核23892U经放射性衰变变为原子核23490Th，继而经放射性衰变变为原子核23491Pa，再经放射性衰变变为原子核23492U.放射性衰变.和依次为A衰变.衰变和衰变B衰变.衰变和衰变C衰变.衰变和衰变D衰变.衰变和衰变答案A解析根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，23892U核与23490Th 核比较可知，衰变的另一产物为42He，所以衰变为衰变，选项B.C错误；23491Pa核与23492U核比较可知，衰变的另一产物为01e，所以衰变为衰变，选项A正确，D错误【例3】23892U核经一系列的衰变后变为20682Pb核，问1一共经过几次衰变和几次衰变220682Pb与23892U相比，质子数和中子数各少了多少3综合写出这一衰变过程的方程答案18次衰变，6次衰变210223见解析解析1设23892U衰变为20682Pb经过x次衰变和y次衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得2382064x92822xy 联立解得x8，y6.即一共经过8次衰变和6次衰变2由于每发生一次衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次衰变中子数少1，而质子数增加1，故20682Pb较23892U质子数少10，中子数少22.3核反应方程为23892U20682Pb842He601e.借题发挥衰变次数的判断方法1衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒2每发生一次衰变质子数.中子数均减少2.3每发生一次衰变中子数减少1，质子数增加1.三.对半衰期的理解1对半衰期的理解半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同元素的半衰期不同，有的差别很大2半衰期公式式中N原.m0表示衰变前的原子数和质量，N余.m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，T2表示半衰期3适用条件半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时刻衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核【例4】氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一其衰变方程是22286Rn21884Po________.已知22286Rn的半衰期约为3.8天，则约经过________天，16g的22286Rn衰变后还剩1g.答案42He15.2解析根据质量数.电荷数守恒得衰变方程为22286Rn21884Po42He.根据衰变规律m代入数值解得t15.2天针对训练2放射性元素22286Rn经衰变成为钋21884Po，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn的矿石，其原因是A目前地壳中的22286Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B在地球形成的初期，地壳中元素22286Rn的含量足够高C当衰变产物21884Po 积累到一定量以后，21884Po的增加会减慢22286Rn的衰变进程D.22286Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期答案A解析元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，一般与原子所处的物理.化学状态以及周围环境.温度无关，C.D错；即使元素氡的含量足够高，经过漫长的地质年代，地壳中也几乎没有氡了，一定是来自于其他放射性元素的衰变，故A 对，B错.三种射线的特性1.多选图5中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a.b.c三束，以下判断正确的是图5Aa 为射线，b为射线Ba为射线，b为射线Cb为射线，c为射线Db为射线，c为射线答案BC解析由题图可知电场线方向向右，射线带正电所受电场力方向与电场线方向一致，故射线向右偏转，即c 为射线；射线带负电所受电场力方向与电场线方向相反，故射线向左偏转，即a为射线；射线不带电不发生偏转，即b为射线故选项B.C正确原子核的衰变2原子核发生衰变时，此粒子是A原子核外的最外层电子B原子核外的电子跃迁时放出的光子C原子核内存在着电子D原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子答案D解析因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的，原子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成一个质子和一个电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用下式表示10n11H01e，11H10n01e.由以上两式可看出粒子电子是由原子核内的中子转化而来，正电子是由原子核内的质子转化而来3贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用下列属于放射性衰变的是A.146C147N01eB.23592U10n13953I9539Y210nC.21H31H42He10nD.42He2713Al3015P10n答案A解析A属于衰变，B属于裂变，C是聚变，D是原子核的人工转变，故选A项对半衰期的理解及计算4下列有关半衰期的说法正确的是A放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快B放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度D降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度答案A解析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理.化学状态无关故A正确，B.C.D错误5碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有A.m4B.m8C.m16D.m32答案C解析由半衰期公式mm12tT2可知，mm12328116m，故选项C正确.。
原子核衰变及半衰期-鲁科版选修3-5教案
原子核衰变及半衰期-鲁科版选修3-5教案一、教学目的1.了解原子核衰变的基本概念和物理意义；2.掌握半衰期的定义和计算方法；3.理解放射性核素的危害性和防护方法；4.能够应用所学知识解决相关问题。
二、教学内容1.原子核衰变的基本概念和物理意义；2.放射性核素的种类及其衰变方式；3.半衰期的定义和计算方法；4.放射性核素的危害性和防护方法。
三、教学重点1.原子核衰变的基本概念和物理意义；2.半衰期的定义和计算方法；3.放射性核素的危害性和防护方法。
四、教学难点1.放射性核素的种类及其衰变方式；2.放射性核素的危害性和防护方法。
五、教学方法1.讲授；2.实验；3.讨论。
六、教学过程（一）引入通过引导学生回顾上一课时所学的原子核结构，进而引入今天的学习内容：原子核衰变及半衰期。
（二）讲解1.原子核衰变的基本概念和物理意义原子核衰变是指放射性核素在自然界中不断发生的过程，其基本原因是放射性核素的核子排布不稳定，必然要发生变化，以获得更为稳定的核子排布。
2.放射性核素的种类及其衰变方式放射性核素可以分为α、β、γ三种类型，其中α衰变是指核子的质子数和中子数均减少2个，而β衰变是指核子的质子数和中子数中的一个发生改变。
而γ衰变则是指放射线在传播过程中脱去能量的过程，并不涉及核子排布的变化。
3.半衰期的定义和计算方法半衰期指放射性物质衰变所需时间，简单来说，就是一半的放射性原子核发生衰变的时间。
在公式上，半衰期可以表示为：t1/2=0.693/λ（其中，λ为衰变常数）。
也就是说，当放射性物质的衰变时间达到一个半衰期时，原物质剩余的量就只有一半了。
4.放射性核素的危害性和防护方法当人体受到放射性物质的伤害时，可能会出现头发脱落、皮肤受损、白血球减少等一系列症状。
为了保护人体健康，常用的放射性防护措施包括：减少人体接触放射性物质的机会、尽量远离放射源、减少辐射时间、使用防护措施（如防护衣、手套等）、食品、水源以及生活用品的防护处理等。
2024-2025学年高中物理第三章原子核2放射性衰变教案教科版选修3-5
四、学生小组讨论（用时10分钟）
1.讨论主题：学生将围绕“放射性衰变在实际生活中的应用”这一主题展开讨论。他们将被鼓励提出自己的观点和想法，并与其他小组成员进行交流。
2.引导与启发：在讨论过程中，我将作为一个引导者，帮助学生发现问题、分析问题并解决问题。我会提出一些开放性的问题来启发他们的思考。
学生学习效果
1.理解放射性衰变的基本概念，包括α衰变、β衰变和γ射线，以及它们的特点和区别。
2.掌握衰变方程的书写方法和质量数、电荷数守恒原则，能够正确书写简单的衰变方程。
3.了解放射性衰变在实际应用中的例子，例如医学中的放射性治疗、地质学中的年代测定等。
4.提高科学思维能力，通过问题驱动法和案例分析法，学会从实际问题中提炼科学问题，运用科学原理进行分析。
5.培养团队合作意识和沟通交流能力，通过小组讨论和实验操作，学会与他人合作解决问题，并能有效地表达和交流自己的观点。
6.增强对原子核物理的兴趣和好奇心，激发对未知领域的探索精神，积极参与课堂讨论和实践活动。
7.提高知识应用能力，能够将放射性衰变的概念和原理应用到实际问题中，培养解决实际问题的能力。
重点题型整理
3.成果分享：每个小组将选择一名代表来分享他们的讨论成果。这些成果将被记录在黑板上或投影仪上，以便全班都能看到。
五、总结回顾（用时5分钟）
今天的学习，我们了解了放射性衰变的基本概念、重要性和应用。同时，我们也通过实践活动和小组讨论加深了对放射性衰变的理解。我希望大家能够掌握这些知识点，并在日常生活中灵活运用。最后，如果有任何疑问或不明白的地方，请随时向我提问。
首先，在教学方法上，我采用了问题驱动法和案例分析法，激发了学生的兴趣和好奇心。通过提出问题，引导学生主动探究放射性衰变的基本概念和衰变类型，提高了他们的科学思维能力。同时，通过分析放射性衰变的实际应用案例，让学生了解理论知识在实际问题中的应用，增强了他们的知识应用能力。
5.2原子核衰变及半衰期 教案- 高中物理选择性必修第三册
物理鲁科版选择性必修第三册教案第5章原子核与核能第2节原子核衰变及半衰期【教学目标】1、知道衰变的概念及规律。
2、知道三种射线的特征，以及如何利用磁场区分它们。
3、知道原子核的组成，会正确书写原子核符号，知道核子和同位素的概念。
【教学重难点】1、天然放射现象及其规律，原子核的组成。
2、知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。
【教学过程】一、原子核的衰变研究表明，原子序数大于83的所有元素都能自发的放出射线，而变成另一种元素的原子核，这种现象叫衰变。
1．概念：原子核由于放射出某种粒子而转变为新核的变化，叫做原子核的衰变。
在衰变中电荷数和质量数都守恒。
2．α衰变和β衰变原子核放出α粒子的衰变叫作α衰变；原子核放出β粒子的衰变叫作β衰变。
γ射线是伴随着α衰变或β衰变而产生的能量很高的电磁波。
3．核衰变方程某种放射性元素的原子核衰变时，放出的是α射线还是β射线，要通过实验观察来确定，而衰变过程可用核反应方程表示出来。
如，铀238核放出一个α粒子后，变成新核钍234核，这种衰变叫α衰变，这个过程可用下面的核反应方程表示出来：又如：钍234核具有放射性，它放射出一个β粒子，变成新核鏷234，这种衰变叫β衰变。
这个过程可用下面的核反应方程表示出来：说明：1、写核反应方程的基本原则：以事实为依据；质量数守恒、电荷数守恒。
2、α衰变方程和β衰变方程书写通式：3、β衰变发射出来的电子，是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子后，把产生的电子发射出来，这就是β衰变。
二、衰变的快慢--半衰期（一）放射性元素衰变有一个重要规律：即，放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间对某种元素的原子核来说是一定的，这个时间叫半衰期。
1．概念：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫半衰期。
如，氡222经过α衰变变为钋218，如果隔一段时间测量一次剩余氡的数量就会发现，大约每经过3.8天，就有一半的氡发生了衰变。
2．公式其中N0为放射性元素原子核样品总数目，N为经时间t剩余的放射性元素的原子核数目，τ为该放射性元素的半衰期。
高中物理_原子核衰变及半衰期教学设计学情分析教材分析课后反思
四：衰变的快慢——半衰期1. 半衰期表示放射性元素衰变的快慢。
2. 放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间，叫半衰期。
教师提供教材上的氡的衰变图的投影：3. 放射性元素衰变的快慢是由本身的因素决定的，跟原子所处的物理状态或化学状态无关。
4. 半衰期描述的对象是，不是个别原子核，这是一个统计规律。
例如：数学上的概率问题（抛硬币）将1万枚硬币抛在地上，那正反两面的个数大概为5000对5000，但就某个硬币来看要么是正面，要么是反面。
这个事实告诉我们统计规律的对象仅仅对大量事实适用，对个别不适用。
【典例分析】考向一：对三种射线的理解例1：放射性镭自发放出三种射线，现垂直于射线射出方向加一匀强电场，射线的偏转情况如图所示，下列判断正确的有 ( )A．1是γ射线，其贯穿本领最强B．2是γ射线，其贯穿本领最强C．3是α射线，其电离作用最强D．1是α射线，其电离作用最强变式1.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生衰变，形成如图所示的径迹，不计放出光子的能量，则下述说法中正确的是( )A．发生的是β衰变，b为β粒子的径迹B．发生的是α衰变，b为α粒子的径迹C．磁场方向垂直纸面向外D．磁场方向垂直纸面向里方法总结考向二：衰变次数的分析与计算例2：钍232（23290Th）经过________次α衰变和________次β衰变，最后成为铅208（20882Pb）学情分析四、衰变的快慢---半衰期【当堂训练】1.下面哪些事实说明原子核具有复杂结构 ( )A ．α粒子的散射实验B ．天然放射现象C ．伦琴射线的发现D ．氢光谱实验 2.原子核发生 β 衰变时，此 β 粒子是 ( ) A ．原子核外的最外层电子B ．原子核外的电子跃迁时放出的光子C ．原子核内存在着的电子D ．原子核内的一个中子变成一个质子时放射出一个电子 3.天然放射性元素Ra 衰变成不具有放射性的元素Pb 时，要经过 次衰变， 次 衰变．【能力提高】1．一个原子核A 经过5次 衰变，变成了原子核B ，再经过4次衰变，变成原子核C ，求（1）核A 的质子数比核C 的质子数多几？（2）核A 的中子数比核C 的中子数多几？2.在垂直于纸面向外的匀强磁场中，从A 处垂直于磁场飞出一批速度相同的粒子，形成如图的径迹，则中子的径迹是 ， 质子的径迹是 ， 电子的径迹是， α粒子的径迹是。
2020-2021学年高中物理 第三章 原子核 2 放射性 衰变教案 教科版选修3-5
年班星期第 2
节
课题放射性衰变
教
学
目标知识目标
1、知道什么是原子核衰变。
2、能记住两种衰变的规律，并能熟练写出衰变方
程。
3、知道半衰期的统计意义。
能力目标
能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程
式。
情感目标
不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从
而引领学生进入一个美妙的微观世界。
教学重点两种衰变规律的应用
教学难点对衰变本质的认识
教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
教具多媒体第 1课时
教学设计教学内容教学过程。
高中物理 第3章 原子核与放射性 第2节 原子核衰变及半衰期教学案 鲁科版选修3-5
第2节原子核衰变及半衰期1.了解天然放射现象及其规律．(重点)2.知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们．(重点)3．知道放射现象的实质是原子核的衰变． 4.知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律．(重点)5．理解半衰期的概念．(重点＋难点)一、天然放射现象1.定义：物质能自发地放出射线的现象．2.物质放出射线的性质，叫做放射性．3.具有放射性的元素，叫做放射性元素．4.天然放射现象最先是由贝克勒尔于1896年发现的．人类对原子核变化规律的认识，是从天然放射现象的发现开始的．天然放射性现象的发现有何意义？提示：天然放射现象使人们认识到原子核具有复杂的内部结构．二、放射线的本质1.α射线是高速运动的氦原子核粒子流．速度约为光速的0.1倍，电离作用很强，穿透能力很弱．2.β射线是高速运动的电子流，速度约为光速的0.9倍，电离作用较弱，穿透本领较强．3.γ射线是波长很短的电磁波，它的电离作用很弱，穿透能力很强．1．(1)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力．( )(2)β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板．( )(3)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强．( )提示：(1)×(2)√(3)×三、原子核的衰变种类方程规律原子核的衰变α衰变：放出α粒子的衰变23892U→23490Th＋42He质量数、核电荷数守恒β衰变：放出β粒子的衰变23490Th→23491Pa＋－1 eγ衰变2．(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核．( )(2)原子核衰变时质量是守恒的．( )(3)β衰变时放出的电子就是核外电子．( )提示：(1)√(2)×(3)×四、半衰期1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．2.公式：m＝M⎝⎛⎭⎪⎫12t/τ．m为该元素剩余的质量，M为该元素原来的质量，t为经过的时间，τ为半衰期．3.影响因素：元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．4.适用条件：半衰期描述的是大量原子核的统计行为，说明在大量原子核群体中，经过一定时间将有一定比例的原子核发生衰变．3．(1)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢．( )(2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律．( )(3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短．( )提示：(1)√(2)√(3)×对三种射线的认识1.三种射线的比较α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波) 带电荷量2e －e 0 质量4m p m p＝1.67×10－27kgm p1 840静止质量为零速度0.1c 0.9c c在电场或磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光2.三种射线产生的机理α射线核内两个中子和两个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来．原子核发生一次α衰变，质子数和中子数分别减少2β射线核中的中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核中发射出来，这就是β射线，由于该电子来源于原子核，它的速度远大于阴极射线中的电子和核外绕核旋转的电子γ射线原子核的能量也是不连续的，同样存在着能级，能级越低越稳定．放射性原子核在发生α衰变、β衰变后产生的新核往往处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射γ光子．由于原子核中的能级跃迁辐射出的光子能量非常大，故γ光子的频率很大将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，如图表示射线偏转情况中正确的是( )A ．①③B ．①④C ．②③D ．②④[思路点拨] 求解本题应把握以下两点：(1)α粒子、β粒子在磁场中偏转，求半径再比较．(2)α粒子、β粒子在电场中做平抛运动，求偏向位移再比较．[解析] 已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知①、②、③、④四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的，偏转的程度如下：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r ＝mvBq，将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为：r αr β＝m αmβ·v αv β·q βq α＝411 840×0.1c 0.99c ×12≈3711. 由此可见①正确，②错误．带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v 0，垂直电场线方向位移为x ，沿电场方向位移为y ，则有：x ＝v 0t ，y ＝qE 2m t 2，消去t 可得：y ＝qEx 22mv 20.对某一确定的x 值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为y αy β＝q αq β·m βm α·v 2βv 2α＝21×11 8404×（0.99c ）2（0.1c ）2≈138. 由此可见③错误，④正确． [答案] B求解此类题目要熟知以下两点(1)三种射线的带电性质．(2)正、负电荷在电场或磁场中的运动规律及解题方法．1.如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是( )A ．①表示γ射线，③表示α射线B ．②表示β射线，③表示α射线C ．④表示α射线，⑤表示γ射线D ．⑤表示β射线，⑥表示α射线解析：选C.γ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A 、B 、D 项错；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C 项对．正确理解原子核的衰变天然放射现象说明原子核具有复杂的结构．原子核放出α粒子或β粒子(并不表明原子核内有α粒子或β粒子，原子核内不可能有α粒子或电子)后变成新的原子核，这种变化称为原子核的衰变．1.衰变规律：原子核衰变前后的核电荷数和质量数都守恒．2.衰变方程(1)原子核放出一个α粒子就说明它发生了一次α衰变，新核的质量数比原来的核减少了4，而核电荷数减少2，用通式表示为：α衰变：A Z X ―→A －4Z －2Y ＋42He.(2)原子核放出一个β粒子就说明它发生了一次β衰变，新核的质量数不变，而核电荷数增加了1，用通式表示为：β衰变：A Z X ―→ A Z ＋1Y ＋ 0－1 e.(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变而产生，往往是衰变后的新核向低能级跃迁时辐射出来的一份能量，原子核放出一个γ光子不会改变它的质量数和核电荷数．3.两个重要的衰变23892U ―→234 90Th ＋42He ，234 90Th ―→234 91Pa ＋ 0－1 e.4.对核反应过程的说明(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒求出生成物来写核反应方程．(3)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化．(4)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射，这时可连续放出三种射线．238 92U 放射性衰变有多种可能途径，其中一途径是先变成210 83Bi ，而21083Bi 可以经一次衰变变成210a X(X 代表某一种元素)，也可以经一次衰变变成 b81Ti ，210a X 和 b81Ti 最后都变成20682Pb ，衰变路径如图所示，则图中( )A ．a ＝82，b ＝211B ．①是β衰变，②是α衰变C ．①是α衰变，②是β衰变 D. b81Ti 经过一次α衰变变成20682Pb [思路点拨] 求解本题应注意以下两点：(1)发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2，根据质量数变化求α衰变的次数．(2)发生一次β衰变，质量数不变，核电荷数增加1，再根据电荷数变化确定β衰变的次数．[解析]21083Bi 经一次衰变变成210a X ，由于质量数不变，所以只发生了一次β衰变，核电荷数增加1即a ＝83＋1＝84，①是β衰变.21083Bi 经一次衰变变成 b81Ti ，由于核电荷数减少2，所以只发生了一次α衰变，质量数减少4，即b ＝210－4＝206，②是α衰变，故A 、C 项均错误，B 项正确；20681Ti 变成20682Pb ，质量数不变，核电荷数增加1，所以只能经过一次β衰变，故D 项错误．[答案] B有关连续衰变确定衰变次数的问题应注意的两点(1)由于β衰变不改变质量数，可先根据质量数守恒，确定α衰变次数． (2)再根据总核电荷数守恒，确定β衰变次数．2.原子核23892U 经放射性衰变①变为原子核23490Th ，继而经放射性衰变②变为原子核234 91Pa ，再经放射性衰变③变为原子核23492U ，放射性衰变①、②和③依次为( )A ．α衰变、β衰变和β衰变B ．β衰变、α衰变和β衰变C ．β衰变、β衰变和α衰变D ．α衰变、β衰变和α衰变解析：选A.23892U ――→①234 90Th ，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变.23490Th ――→②234 91Pa ，质子数加1，质量数不变，说明②为β衰变，中子转化成质子.23491Pa ――→③234 92U ，质子数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子．故选A.对半衰期的理解1.常用公式：N 余＝N 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ.式中N 原、M 表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．2.规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，是由元素的原子核内部因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关．3.规律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代．半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核有意义，对少数原子核是没有意义的．某一个原子核何时发生衰变，是不可知的，当原子核数目特别少时，公式不再成立，如10个原子核经过半衰期剩几个？这样的问题无法处理．放射性同位素14C 被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的146C ，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年，试写出14C 的衰变方程．(2)若测得一古生物遗骸中的146C 含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？ [思路点拨] (1)根据质量数守恒和电荷数守恒写出衰变方程．(2)由古生物14C 的含量与活体14C 的含量对比可确定其半衰期数，即可计算出古生物的年代．[解析] (1)146C 的β衰变方程为：14 6C ―→0－1e ＋147N.(2)146C 的半衰期τ＝5 730年．生物死亡后，遗骸中的146C 按其半衰期变化，设活体中146C 的含量为N 0，遗骸中的146C 含量为N ，则N ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτN 0≠N 0， 即0.25N 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12t5 730N 0，故t 5 730＝2，t ＝11 460年． [答案] (1)146C ―→0－1e ＋147N (2)11 460年3.放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随________辐射．已知A 、B 两种放射性元素的半衰期分别为T 1和T 2，经过t ＝T 1·T 2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比m A ∶m B ＝________．解析：由半衰期公式m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT 结合题意可得 m A ·⎝ ⎛⎭⎪⎫12T 1T 2T 1＝m B ·⎝ ⎛⎭⎪⎫12T 1T 2T 2，所以m A m B ＝2T 22T 1.答案：γ 2T 2∶2T 1α衰变、β衰变在磁场中的轨迹分析设有一个质量为M 0的原子核，原来处于静止状态．当发生一次α(或β)衰变后，释放的粒子的质量为m ，速度为v ，产生的反冲核的质量为M ，速度为v ′.1．动量守恒关系：0＝mv ＋Mv ′或mv ＝－Mv ′.2．在磁场中径迹的特点：当粒子和反冲核垂直进入磁感应强度为B 的匀强磁场时，将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，且轨迹如图所示．(1)轨道半径的大小：因为粒子与反冲核的动量大小相等，所以轨道半径与电荷量成反比，即R ＝mv Bq ∝1q .当发生α衰变时：R αR M ＝Z －22.当发生β衰变时：R βR M ＝Z ＋11.如果测出轨道的半径比，可以求出Z ，从而判定是什么原子核发生了衰变．(2)运行周期的长短：在同样的条件下，运行周期与粒子和反冲核的比荷成反比，即T ＝2πm Bq ∝m q.(3)径迹的特点：粒子的轨道半径大，反冲核的轨道半径小．α粒子与反冲核带同种电荷，两轨道外切；β粒子与反冲核带异种电荷，两轨道内切；γ射线的径迹为与反冲核的径迹相切的直线．静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如图所示，则下列说法错误的是( )A ．α粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B ．原来放射性元素的原子核电荷数为90C ．反冲核的电荷数为88D ．α粒子和反冲粒子的速度之比为1∶88[解析] 微粒之间相互作用的过程中遵循动量守恒，由于初始总动量为0，则末动量也为0，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反．由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动，由Bqv ＝m v 2R 得：R ＝mv qB.若原来放射性元素的核电荷数为Q ，则对α粒子：R 1＝p 1B ·2e对反冲核：R 2＝p 2B （Q －2）e.由于p 1＝p 2，R 1∶R 2＝44∶1，得Q ＝90它们的速度大小与质量成反比，故选项D 错误． [答案] D[随堂检测]1.天然放射现象的发现揭示了( )A．原子不可再分B．原子的核式结构C．原子核还可以再分D．原子核由质子和中子组成解析：选C.汤姆孙发现了电子说明原子也可再分；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构；贝可勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核也是有着复杂的结构的．天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分．卢瑟福用α粒子轰击氮核，发现了质子，查德威克用α粒子轰击铍核打出了中子，使人们认识到原子核是由质子和中子组成的．所以选项C正确．2.(多选)下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是( )A．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强B．β射线是电子流，其速度接近光速C．γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板D．以上三种说法均正确解析：选BC.α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A项错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B项正确；γ射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C项正确．3.(多选)关于原子核的衰变和半衰期，下列说法正确的是( )A．半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间B．半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要的时间C．发生α衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动2位D．发生β衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动1位解析：选BD.由半衰期的定义可知，A错，B对．由α衰变和β衰变的实质可知，C 错，D对．4.碘131的半衰期约为8天．若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( )A.m4B．m8C.m16D．m32解析：选C.经过32天即4个半衰期，碘131的含量变为m ′＝m 24＝m16，C 项正确．[课时作业]一、单项选择题1.在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是( )A ．γ射线的贯穿作用B ．α射线的电离作用C ．β射线的贯穿作用D ．β射线的中和作用解析：选B.由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消失．2.关于放射性元素的α衰变和β衰变，下列说法中正确的是( ) A ．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少4 B ．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4 C ．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1 D ．原子核每放出一个β粒子，原子序数增加1解析：选D.发生一次α衰变，核电荷数减少2，质量数减少4，原子序数减少2；发生一次β衰变，核电荷数增加1，原子序数增加1.3.实验观察到，静止在匀强磁场中A 点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图，则( )A ．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B ．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C ．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D ．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里解析：选D.根据动量守恒定律，原子核发生β衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p .根据qvB ＝mv 2r ，得轨道半径r ＝mv qB ＝pqB，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的， 轨迹2是新核的．根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里．选项D 正确．4.最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得重大进展，1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核AZ X 经过6次α衰变后的产物是253100Fm.由此，可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是( )A ．124、259B ．124、265C ．112、265D ．112、277解析：选D.由电荷数守恒得Z ＝100＋12＝112，由质量数守恒得A ＝253＋24＝277，故选D.5.如图中曲线a 、b 、c 、d 为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是( )A ．a 、b 为β粒子的径迹B ．a 、b 为γ粒子的径迹C ．c 、d 为α粒子的径迹D ．c 、d 为β粒子的径迹解析：选D.由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定则可判断a 、b 可能为α粒子的径迹，c 、d 可能为β粒子的径迹，选项D 正确．6.铀239(239 92U)经过衰变可产生钚239(239 94Pu)．关于铀239的衰变，下列说法正确的是( )A.23994Pu 与23992U 的核内具有相同的中子数和不同的核子数 B ．放射性物质23992U 发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子 C.23992U 经过2次β衰变产生23994Pu D ．温度升高，23992U 的半衰期减小解析：选C.23992U 的质量数A ′＝239，核电荷数Z ′＝92，则中子数n ′＝239－92＝147，23994Pu 的质量数A ＝239，核电荷数Z ＝94，则中子数n ＝A －Z ＝239－94＝145，故核子数相同，但中子数不同，故A 错误．β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时释放出来的，故B 错误.23992U ―→2 0－1e ＋23994Pu ，显然反应物的质量数为239，而生成物的质量数为239，故质量数守恒；而反应物的核电荷数为92，故核电荷数守恒，反应能够发生，故C正确．半衰期与物体的温度、状态均无关，而是由核内部自身因素决定的，故D错误．二、多项选择题7.如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则以下说法中正确的是( )A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线B．α射线和β射线的轨迹是抛物线C．α射线和β射线的轨迹是圆弧D．如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b解析：选AC.由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧．由于α粒子速度约是光速的110，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动．本题应选A、C.8.关于天然放射性，下列说法正确的是( )A．所有元素都有可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线解析：选BC.自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；原子核发生衰变时，不能同时发生α和β衰变，γ射线伴随这两种衰变产生，故选项D错误．9.14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小．现通过测量得知，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )A．该古木的年代距今约5 700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析：选AC.古木样品中14C 的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年，选项A 正确；同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B 错误；14C 的衰变方程为146C →147N ＋0－1e ，所以此衰变过程放出β射线，选项C 正确；放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D 错误．10.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生了衰变，得到两条如图所示的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向．不计放出光子的能量，则下列说法正确的是( )A ．发生的是β衰变，b 为β粒子的径迹B ．发生的是α衰变，b 为α粒子的径迹C ．磁场方向垂直于纸面向外D ．磁场方向垂直于纸面向里解析：选AD.放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，故放出的是β粒子，放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，由半径公式可得轨迹半径与动量成正比，与电荷量成反比，而β粒子的电荷量比反冲核的电荷量小，则β粒子的半径比反冲核的半径大，故b 为β粒子的运动轨迹，故选项A 正确，由左手定则知磁场方向垂直纸面向里，选项D 正确．三、非选择题11.恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K 时，可以发生“氦燃烧”．(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：42He ＋________→84Be ＋γ. (2)84Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s ．一定质量的84Be ，经7.8×10－16s 后所剩84Be 占开始时的多少？解析：(1)根据核反应方程的电荷数守恒，质量数守恒可知核反应方程应为42He ＋42He ―→84Be ＋γ.(2)m m 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫123＝18.答案：(1)42He (2)18(或12.5%)12.(1)原子核232 90Th 具有天然放射性，它经过若干次α衰变和β衰变后会变成新的原子核．下列原子核中，有三种是23290Th 衰变过程中可以产生的，它们是________．A.20882Pb B ．21182Pb C.21684PoD.228 88RaE.22688Ra(2)一静止的23892U 核经α衰变成为23490Th 核，释放出的总动能为4.27 MeV.问此衰变后23490Th 核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)?解析：(1)选ACD.发生1次α衰变时核子的质量数减4，电荷数减2；发生1次β衰变时，质量数不变，电荷数加1.先从质量数的变化分析，易得A 、C 、D 正确．(2)据题意知，此α衰变的衰变方程为：238 92U ―→234 90Th ＋42He ，根据动量守恒定律得m αv α＝m Th v Th ①式中，m α和m Th 分别为α粒子和Th 核的质量，v α和v Th 分别为α粒子和Th 核的速度，由题设条件知：12m αv 2α＋12m Th v 2Th ＝E k ② m αm Th ＝4234③式中E k ＝4.27 MeV ，是α粒子与Th 核的总动能． 由①②③式得12m Th v 2Th ＝m αm α＋m Th E k代入数据得，衰变后23490Th 核的动能 12m Th v 2Th ≈0.07 MeV. 答案：(1)ACD (2)0.07 MeV。
鲁科版选修3-5 3.2 原子核衰变及半衰期 学案
第2节原子核衰变及半衰期学案学习目标：1．知道天然放射现象及三种射线的本质，了解核子、同位素的根本观念。
2.掌握三种射线的本质，能够利用磁场、电场区分它们，3.知道原子核的衰变和衰变规律．知道什么是半衰期．根底知识：一、天然放射现象的发现1．天然放射现象(1)1896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性。
(2)①放射性：物质发射射线的性质。
②放射性元素：具有放射性的元素。
③天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象。
(3)原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线。
(4)玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。
二、放射线的本质1．如下图，让放射线通过强磁场，在磁场的作用下，放射线能分成三束，这说明有三种射线，且它们电性不同．带正电的射线向左偏转，为α射线；带负电的射线向右偏转，为β射线；不发生偏转的射线不带电，为γ射线．2．α射线是高速运动的氦原子核粒子流，有很强的电离作用，但是穿透能力很弱．一张铝箔或一张薄纸就能将它挡住．3．β射线是高速运动的电子，穿透能力较强，但电离作用较弱．能穿透几毫米厚的铝板．4．γ射线是波长很短的电磁波，穿透能力很强，但电离作用很弱．能穿透几厘米的铅板．三、原子核的衰变1．衰变：原子核由于放出α射线或β射线而转变为新核的变化．2．衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为α衰变，放出β粒子的衰变为β衰变，而γ射线是伴随α射线或β射线产生的．3．衰变规律(1)α衰变：A Z X→42He＋A－4Y．Z－2(2)β衰变：A Z X→0－1e＋A Z＋1Y．在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒．四．衰变的快慢——半衰期(1)放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫作半衰期．(2)元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子所处的物理、化学状态以及周围压强、温度无关．重难点理解：一、对三种射线的理解1．α、β、γ射线性质、特征比拟(1)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如下图。
2017-2018学年高中物理 第3章 原子核与放射性 2 原子核衰变及半衰期学案 鲁科版选修3-5
第2节原子核衰变及半衰期[目标定位] 1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象，能记住三种射线的特性.2.知道什么是原子核的衰变及衰变实质.3.理解半衰期的统计意义，学会利用半衰期解决相关问题．一、天然放射现象的发现1．1896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性．2．物质放出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，物质能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象．3．皮埃尔·居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)．二、放射线的本质1．三种射线：如图1中1是β射线，2是γ射线，3是α射线．图1(1)α射线是高速氦原子核粒子流．(2)β射线是高速运动的电子流．(3)γ射线是波长很短的电磁波．2．三种射线的特点(1)α射线：α粒子容易使空气电离，但穿透能力很弱．(2)β射线：β粒子穿透能力较强，但电离作用较弱．(3)γ射线：γ射线电离作用很弱，但穿透能力很强．三、原子核的衰变1．原子核的衰变：原子核放出α射线或β射线，而转变为新原子核的变化．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．2．α衰变：原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.例：238 92U的α衰变方程为238 92U→234 90Th＋42He.3．β衰变：原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1，例：234 90Th的β衰变方程为234 90Th→23491Pa＋0－1e.四、衰变的快慢——半衰期1．放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫半衰期．2．元素半衰期的长短是由原子核自身的因素决定的，跟原子所处的物理、化学状态和周围环境、温度没有关系．一、三种射线的本质及特点1．α、β、γ三种射线的性质、特征比较 种 类 α射线 β射线 γ射线组 成 高速氦核流高速电子流光子流 (高频电磁波)带电荷量2e －e质 量4m p(m p ＝1.67× 10－27kg)m p1 836静止质量为零速 率0.1c 0.9c c贯穿本领 最弱用一张纸 就能挡住较强 能穿透几毫 米厚的铝板 最强 能穿透几厘 米厚的铅板电离作用 很强较弱很弱(1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转，如图2甲所示．图2(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示．【例1】 一置于铅盒中的放射源发射出的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场．进入电场后，射线变为a 、b 两束，射线a 沿原来方向行进，射线b 发生了偏转，如图3所示，则图中的射线a 为________射线，射线b 为________射线．图3答案γβ解析在三种射线中，α射线带正电，穿透能力最弱，γ射线不带电，穿透能力最强；β射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，a射线应为γ射线，b射线应为β射线．借题发挥三种射线的比较方法(1)α射线是α、β、γ三种射线中贯穿本领最弱的一种，它穿不过白纸．(2)要知道三种射线的成分，贯穿本领和电离本领的强弱．(3)要知道α、β、γ三种射线的本质，α、β射线是实物粒子，γ射线是光子．针对训练1 如图4，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是( )图4A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线答案 C解析由三种射线的带电性质可以判断出①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线，故C对．二、原子核的衰变1．α衰变：原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.α衰变的实质：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中释放出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．2．β衰变：原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1.β衰变的实质：原子核中的一个中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使核电荷数增加1，但β衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：10n―→11H＋0－1e.3．衰变规律衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．【例2】原子核238 92U经放射性衰变①变为原子核23490 Th，继而经放射性衰变②变为原子核234 91 Pa，再经放射性衰变③变为原子核234 92U.放射性衰变①、②和③依次为( )A．α衰变、β衰变和β衰变 B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变 D．α衰变、β衰变和α衰变答案 A解析根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，238 92U核与23490Th核比较可知，衰变①的另一产物为42He，所以衰变①为α衰变，选项B、C错误；234 91Pa核与234 92U核比较可知，衰变③的另一产物为0－1e，所以衰变③为β衰变，选项A正确，D错误．【例3】238 92U核经一系列的衰变后变为206 82Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)206 82Pb与238 92U相比，质子数和中子数各少了多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程．答案(1)8次α衰变，6次β衰变(2)10 22(3)见解析解析(1)设238 92U衰变为206 82Pb经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变．(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数少1，而质子数增加1，故206 82Pb较238 92U质子数少10，中子数少22.(3)核反应方程为238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e.借题发挥衰变次数的判断方法(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2.(3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.三、对半衰期的理解1．对半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同元素的半衰期不同，有的差别很大．2．半衰期公式式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，T1/2表示半衰期．3．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时刻衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．【例4】氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤．它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是22286Rn―→21884Po＋________.已知22286Rn的半衰期约为3.8天，则约经过________天，16 g的22286Rn衰变后还剩1 g.答案42He 15.2解析根据质量数、电荷数守恒得衰变方程为222 86Rn→218 84Po＋42He.根据衰变规律m＝代入数值解得t＝15.2天．针对训练2 放射性元素(222 86Rn)经α衰变成为钋(218 84Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素222 86Rn的矿石，其原因是( )A．目前地壳中的222 86Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B．在地球形成的初期，地壳中元素222 86Rn的含量足够高C．当衰变产物218 84Po积累到一定量以后，218 84Po的增加会减慢222 86Rn的衰变进程D.222 86Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期答案 A解析元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，一般与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关，C、D错；即使元素氡的含量足够高，经过漫长的地质年代，地壳中也几乎没有氡了，一定是来自于其他放射性元素的衰变，故A对，B错.三种射线的特性1. (多选)图5中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是( )图5A．a为α射线，b为β射线B．a为β射线，b为γ射线C．b为γ射线，c为α射线D．b为α射线，c为γ射线答案BC解析由题图可知电场线方向向右，α射线带正电所受电场力方向与电场线方向一致，故α射线向右偏转，即c为α射线；β射线带负电所受电场力方向与电场线方向相反，故β射线向左偏转，即a为β射线；γ射线不带电不发生偏转，即b为γ射线．故选项B、C正确．原子核的衰变2．原子核发生β衰变时，此β粒子是( )A．原子核外的最外层电子B．原子核外的电子跃迁时放出的光子C．原子核内存在着电子D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子答案 D解析因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的，原子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成一个质子和一个电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用下式表示：10n―→11H＋0－1e，11H―→10n＋0＋1e.由以上两式可看出β粒子(电子)是由原子核内的中子转化而来，正电子是由原子核内的质子转化而来．3．贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是( )A.14 6C→14 7N＋0－1eB.235 92U＋10n→139 53I＋9539Y＋210nC.21H＋31H→42He＋10nD.42He＋2713Al→3015P＋10n答案 A解析A属于β衰变，B属于裂变，C是聚变，D是原子核的人工转变，故选A项．对半衰期的理解及计算4．下列有关半衰期的说法正确的是( )A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度D．降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度答案 A解析 放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关．故A 正确，B 、C 、D 错误．5．碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( ) A.m 4 B.m 8 C.m 16 D.m32 答案 C解析 由半衰期公式m ′＝m (12)t T 1/2可知，m ′＝m (12)328＝116m ，故选项C 正确.(时间：60分钟)题组一 天然放射现象及三种射线的性质1．(多选)关于α、β、γ三种射线，下列说法正确的是( ) A ．α射线是原子核发射出的氦核，它的穿透能力最强 B ．β射线是电子流，它具有中等的穿透能力C ．γ射线一般伴随着α射线或β射线产生，它的穿透能力最强D ．γ射线是电磁波，它的穿透能力最弱 答案 BC解析 根据三种射线的性质可知：α射线是高速氦核流，β射是高速电子流，γ射线是光子流，在三种射线中，α射线的电离作用最强，穿透能力最弱，γ射线的电离作用最弱，穿透能力最强，β射线的电离作用和穿透能力居中，故B 、C 对，A 、D 错． 2．关于放射性元素发生衰变放射的三种射线，下列说法中正确的是( ) A ．三种射线一定同时产生 B ．三种射线的速度都等于光速C ．γ射线是处于激发态的原子核发射的D ．原子核衰变不能同时放射α射线和γ射线 答案 C解析 γ射线是在α衰变或β衰变后原子核不稳定而辐射出光子形成的，故C 对． 3.研究放射性元素射线性质的实验装置如图1所示．两块平行放置的金属板A 、B 分别与电源的两极a 、b 连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则( )图1A ．a 为电源正极，到达A 板的为α射线B ．a 为电源正极，到达A 板的为β射线C ．a 为电源负极，到达A 板的为α射线D ．a 为电源负极，到达A 板的为β射线 答案 B解析 从图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A 极板的粒子的竖直位移小于到达B 板粒子的，粒子在竖直方向做匀速直线运动，则据公式x ＝v 0t ＝v 0md 2qu可知，两个粒子初速度v 0相同，两极板电压u 相同，放射源与两极板的距离d2也相同，而电子的mq 小，所以电子的竖直位移小，故达到A 极板的是β射线，A 极板带正电，a 为电源的正极，故选项B 正确．4．如图2中R 是一种放射性物质，它能放出α、β、γ三种射线，虚线框内是匀强磁场，LL ′是厚纸板，MM ′是荧光屏，实验时发现在荧光屏上只有O 、P 两点处有亮斑．下列说法正确的是( )图2A ．磁场方向平行纸面竖直向上，到达O 点的射线是β射线，到达P 点的射线是α射线B ．磁场方向平行纸面竖直向下，到达O 点的射线是α射线，到达P 点的射线是β射线C ．磁场方向垂直纸面向外，到达O 点的射线是γ射线，到达P 点的射线是α射线D ．磁场方向垂直纸面向里，到达O 点的射线是γ射线，到达P 点的射线是β射线 答案 D解析 因为α粒子的贯穿本领较小，一张纸即可把它挡住，所以亮斑中不可能有α射线，A 、B 、C 错误；因为γ射线不带电，所以不受磁场约束，直接打在O 点，由左手定则知磁场方向垂直纸面向里，所以D 正确．题组二对原子核衰变的理解5．“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆．重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239(239 94Pu)，这种钚239可由铀239(239 92U)经过n次β衰变而产生，则n为( )A．2 B．239 C．145 D．92答案 A解析β衰变规律是质量数不变，质子数增加1.239 94Pu比239 92U质子数增加2，所以发生2次β衰变，A对．6．原子核X经过一次α衰变成原子核Y，原子核Y再经一次β衰变成原子核Z，则下列说法中正确的是( )A．核X的中子数比核Z的中子数多2B．核X的质子数比核Z的质子数多5C．核Z的质子数比核X的质子数少1D．原子核X的中性原子的核外电子数比原子核Y的中性原子的核外电子数少1答案 C解析根据衰变规律，发生一次α衰变减少两个质子和两个中子，发生一次β衰变减少一个中子而增加一个质子．中性原子的核外电子数等于质子数，故可判知C对．7．放射性元素A经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了( )A．1位B．2位C．3位D．4位答案 C解析原子核经过一次α衰变，电荷数减小2，经过一次β衰变，电荷数增加1，所以元素A经过2次α衰变和1次β衰变后电荷数减小3，生成的新元素在元素周期表中的位置向前移3位，C正确．8．在横线上填上粒子符号和衰变类型．(1)238 92U―→234 90Th＋________，属于________衰变(2)234 90Th―→234 91Pa＋________，属于________衰变(3)210 84Po―→210 85At＋________，属于________衰变(4)6629Cu―→6227Co＋________，属于________衰变答案(1)42He α(2)0－1e β(3)0－1e β(4)42He α解析根据质量数和电荷数守恒可以判断，(1)中生成的粒子为42He，属于α衰变；(2)中生成的粒子为0－1e，属于β衰变；(3)中生成的粒子为0－1e，属于β衰变；(4)中生成的粒子为42He，属于α衰变．题组三对半衰期的理解和计算9．(多选)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是( )A．原子核全部衰变所需要的时间的一半B．原子核有半数发生衰变所需要的时间C．相对原子质量减少一半所需要的时间D．元素质量减半所需要的时间答案BD解析放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫做这种元素的半衰期，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同．放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核，原来的放射性元素原子核的个数不断减少；当原子核的个数减半时，该放射性元素的原子核的总质量也减半，故选项B、D正确．10．(多选)关于天然放射现象，下列叙述正确的是( )A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减少B．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强D．铀核(238 92U)衰变为铅核(206 82Pb)的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变答案CD11.在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图3中a、b所示，由图可以判定( )图3A．该核发生的是α衰变B．该核发生的是β衰变C．磁场方向一定垂直纸面向里D．磁场方向向里还是向外不能确定答案BD解析本题考查对α粒子及β粒子的性质的了解，对动量守恒定律以及左手定则的应用能力．原来静止的核，放出粒子后，总动量守恒，所以粒子和反冲核的速度方向一定相反，根据图示，它们在同一磁场中是向同一侧偏转的，由左手定则可知它们必带异种电荷，故应为β衰变；由于不知它们的旋转方向，因而无法判定磁场是向里还是向外，即都有可能．题组四综合应用11 12．天然放射性铀(238 92U)发生衰变后产生钍(234 90Th)和另一个原子核．(1)请写出衰变方程；(2)若衰变前铀(238 92U)核的速度为v ，衰变产生的钍(234 90Th)核速度为v 2，且与铀核速度方向相同，求产生的另一种新核的速度．答案 (1)见解析 (2)1214v 解析 (1)238 92U ―→234 90Th ＋42He(2)设另一新核的速度为v ′，铀核质量为238m ，由动量守恒定律得：238mv ＝234m v 2＋4mv ′得：v ′＝1214v . 13.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图4所示)，今测得两个相切圆半径之比r 1∶r 2＝1∶44.求：图4(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？(2)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)答案 (1)90 (2)见解析解析 (1)设衰变后新生核的电荷量为q 1，α粒子的电荷量为q 2＝2e ，它们的质量分别为m 1和m 2，衰变后的速度分别为v 1和v 2，所以原来原子核的电荷量q ＝q 1＋q 2.根据轨道半径公式有r 1r 2＝m 1v 1Bq 1m 2v 2Bq 2＝m 1v 1q 2m 2v 2q 1， 又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m 1v 1＝m 2v 2，以上三式联立解得q ＝90e .即这个原子核原来所含的质子数为90.(2)因为动量相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比．所以圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹．。
2024-2025学年高二物理选择性必修第三册(鲁科版)教学课件第5章第2节原子核衰变及半衰期
高中物理 选择性必修第三册 第5章 原子核与核能
2. 钴60（6027Co）是金属元素钴的一种放射性同位素。钴60发生一次β衰变后放出γ射线，
产生新的原子核X，则下列说法正确的是（ B ）
A.原子核X的电荷数为26 B.原子核X的中子数比质子数多4 C.β粒子是钴60原子最外层电子 D.γ射线是由钴60原子核释放
高中物理 选择性必修第三册 第5章 原子核与核能
本课小结
一.原子核的衰变
①α衰变 ②β衰变
二.半衰期
定义 特点
放射线 三.放射性的应用 示踪原子
四、放射性污染和防护
高中物理 选择性必修第三册 第5章 原子核与核能
当堂检测
1. 原子核23892U经放射性衰变①变为原子核23490Th，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再
高中物理 选择性必修第三册 第5章 原子核与核能
引入
在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成 金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成 黄金。 当然，这些炼金术士的希望都破灭了。 那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素吗？
高中物理 选择性必修第三册 第5章 原子核与核能
一、原子核的衰变
经放射性衰变③变为原子核23492U，放射性衰变①②③依次为（ A ）
A. α衰变、β衰变和β衰变 B.β衰变、α衰变和β衰变 C. β衰变、β衰变和α衰变 D.α衰变、β衰变和α衰变 【解题提示】 书写方程式要遵循质量数守恒和电荷数守恒，对于衰变，主要看生成物，有42He 的是α衰变，有 0-1e的是β衰变。 【解析】 涉及的核反应方程分别是23892U→23490Th+42He、23490Th→23491Pa+0-1e、 23491Pa→23492U+ 0-1e，因此①②③依次是α衰变、β衰变、β衰变。
2020_2021学年高中物理第三章原子核与放射性第2节原子核衰变及半衰期教案1鲁科版选修3_5
原子核衰变与半衰期【教材分析】《原子核衰变与半衰期》是高二鲁科版《物理选修3-5》第3章第2节的内容。
本节教材从天然放射性现象的发现史实出发，介绍了α射线、β射线和γ射线的特点，并通过对三种射线的研究引入原子核衰变的规律和本质，半衰期的特点与简单应用等。
教学内容较为抽象且为微观难以直接观察感知，学生缺少生活体验。
教学过程中应特别注意引导学生把微观机制和它的宏观现象严密联系，通过类比、猜测、建模等去探究微观结构，建立微观模型，掌握衰变规律。
【教学目标】1、知识与技能〔1〕了解天然放射现象与其史实；〔2〕知道三种射线的本质；〔3〕知道两种衰变的根本性质和实质，并掌握原子核的衰变规律；〔4〕理解半衰期的概念。
2、过程与方法〔1〕能够围绕课题独立收集、整理、学习天然放射现象的相关史实。
〔2〕能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式并能对半衰期来进展简单计算；〔3〕通过观察、思考、讨论与类比，初步学会从微观到宏观的科学探究方法；〔4〕通过对知识的导学探究过程，培养和提高学生基于网络的信息搜索与整合归纳能力。
3、情感、态度与价值观〔1〕树立正确的，严谨的科学研究态度；〔2〕树立辨证唯物主义的科学观和世界观。
【教学重点】原子核的衰变规律与半衰期。
【教学难点】以宏观的视角来探究微观构成的方法，探究原子核的衰变的本质与规律。
【教学方法】信息整合，情境渗透；以导为主，讲练结合。
【教学用具】多媒体辅助教学设备、自制演示教具。
【新课教学】〔一〕创设情境，引入新课〔教学片断1：以一个小实验为情境，引入科学的研究方法〕课堂活动1：探索鸡蛋里是什么的引入重要的物理探究思维过程。
物理不是生活的全部，但生活的全部皆是物理。
情境设问：1、如果有一个生鸡蛋和一个熟鸡蛋，如何快速区分？2、如何探索鸡蛋里的物质构成呢？出示两个鸡蛋〔一个生的一个熟的〕设问1：生鸡蛋和熟鸡蛋的区别是什么？如果不打开蛋壳，但又想知道里面是什么，有什么方法？〔引导讨论物理的探究方法与物理原理〕学生议论：透视、摇晃、旋转、称重等。
选修3-5第19章原子核第二节放射性元素的衰变教案
人教版高中物理选修3-5第十九章原子核第二节放射性元素的衰变教学目标一、知识目标：1、知道放射现象的实质是原子核的衰变。
2、知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律。
3、理解半衰期的概念。
二、能力目标：1、能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式。
2、能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）。
三、德育目标：通过传说的引入，对学生进行科学精神与唯物史观的教育，不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从而引领学生进入一个美妙的微观世界。
教学重点原子核的衰变规律及半衰期。
教学难点半衰期描述的对象。
教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具投影片，多媒体辅助教学设备课时安排1课时教学过程引入新课:教师：同学们有没有听说过点石成金的传说，或者将一种物质变成另一种物质。
学生讨论非常活跃，孙悟空，八仙，神仙；魔术，街头骗局。
点评：通过这样新颖的课题引入，给学生创设情景，能充分调动学生的积极性，挑起学生对未知知识的热情。
教师：刚才同学们讲的都很好，但都是假的。
孙悟空，八仙，神仙：人物不存在。
魔术，街头骗局：就是假的。
学生顿时安静，同时也心存疑惑：当然是假的，难道还有真的不成？点评：对于学生来讲要使其相信科学技术反对迷信，同时也要提高警惕小心上当受骗，提高学生自我保护意识。
更加激发了学生学习新知识的兴趣，为新课教学的顺利进行奠定了基础。
教师：那有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？ 学生愕然。
点评：进一步激发学生学习新知识的兴趣。
教师：有（大声，肯定地回答） 学生惊讶，议论纷纷。
点评：再一次激发学生学习新知识的兴趣。
通过这样四次激发兴趣，新课的成功将是必然。
教师：这就是我们今天要学习的放射性元素的衰变。
点评：及时推出课题。
新课教学: 1．原子核的衰变教师：原子核放出α或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。
我们把这种变化称为原子核的衰变。
学生豁然开朗：科学、真实的将一种物质变成另一种物质，原来就是原子核的衰变。
高中物理 第3章 原子核与放射性 3.2 原子核衰变及半衰期教案 鲁科版选修3-5-鲁科版高二选修3
第2节原子核衰变及半衰期●课标要求1．知道天然放射现象，了解放射性及放射性元素的概念．2．知道三种射线的本质和特点，并能够借助电、磁场分析判断三种射线．3．知道原子核衰变的规律，知道α衰变、β衰变的本质，能根据电荷数、质量数守恒正确书写衰变方程．4．理解半衰期的概念，会应用半衰期公式解决相关问题．●教学地位原子核衰变及半衰日期是教学的重点也是高考的热点，教学中应注意以下几点：1．这一节可先让学生了解天然放射现象的发现史，知道有些元素具有天然的放射射线的性质，天然放射现象说明了原子核还有进一步的结构，并且开始了对原子核变化规律的认识．2．这些天然的放射线有三种，即α、β和γ射线，介绍它们分别是什么物质，接着可向学生说明如何区分，着重介绍三种射线的特性．3．应让学生了解α衰变和β衰变，以及衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒的规律．可让学生通过相应的练习来逐步掌握α衰变和β衰变以及两个守恒规律．有关核反应的练习要注意从可靠的资料上选择实际发生的核反应，不能随意编造核反应方程来让学生练习．4．半衰期是了解原子核衰变规律的一个重要概念，也是学生比较难理解和掌握的问题．学生常犯的错误是，放射性元素经半衰期后衰变一半，再经半衰期后衰变完毕．教学中除应注意结合具体问题让学生清楚半衰期的物理含义外，还应让学生清楚：半衰期只对大量原子核衰变才有意义，因为放射性元素的衰变规律是统计规律，当放射性原子核数少到统计规律不再起作用时，就无法判断原子核的衰变情况了.●新课导入建议故事引入公元1936年，一个名叫卡门的科学家发现并分离出一种分子，它是碳的一种同位素，分子量是14，因此被称为14C.三年后，科学家柯夫经过研究，指出宇宙射线和大气作用后最终产物是14C，并计算出了其在大自然中的产生率．经过重重考验，14C常规测年法被考古学家和地质学家所接受，成为确定旧石器晚期以来人类历史年代的有力工具．许多长久以来没有解决的难题迎刃而解．我们知道，考古学与历史学的重要结合点就在于确定遗址的年代．而14C测年技术那么为这个结合点找到了一个突破口．这是考古学的一个重要革命性的技术．同学们通过本节课的学习我们就能知道14C测年技术的原理是什么．●教学流程设计课前预习安排： 1.看教材 2.填写[课前自主导学]同学之间可进行讨论⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果可多提问几个学生⇒步骤3：师生互动完成“探究1〞除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路⇓步骤7：指导学生完成[当堂双基达标]，验证学习情况⇒步骤6：完成“探究3〞重在讲解规律方法技巧⇐步骤5：师生互动完成“探究2〞方式同完成探究1相同⇐步骤4：让学生完成[迁移应用]，检查完成情况并点评⇓(步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成[课后知能检测]课标解读重点难点1.知道什么是放射性及放射性元素．2．知道三种射线的本质和特性．1.知道三种射线的本质和特性．(重点) 2．知道原子核的衰变、半衰期和衰变规3．知道原子核的衰变和衰变规律．4．知道什么是半衰期.律．(重点)3．三种射线的本质以及如何利用磁场区分它们，半衰期的描述．(难点)天然放射现象的发现及放射线的本质1.基本知识(1)定义：物质能自发地放出射线的现象．(2)物质放出射线的性质，叫做放射性．(3)具有放射性的元素，叫做放射性元素．(4)放射线的本质①α射线是高速运动的氮原子核，速度约为光速的0.1倍，电离作用强，穿透能力很弱．②β射线是高速运动的电子流，速度约为光速的0.9倍，电离作用较弱，穿透本领较强．③γ射线是波长很短的电磁波，它的电离作用很弱，但穿透能力很强．2．探究交流天然放射现象说明了什么？[提示] 天然放射现象说明了原子核具有复杂的内部结构．原子核的衰变1.(1)衰变：原子核由于放出α射线或β射线而转变为新核的变化．(2)衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为α衰变，放出β粒子的衰变为β衰变，而γ射线是伴随α射线或β射线产生的．(3)衰变规律①α衰变：A Z X→42He＋A－4Z－2Y.②β衰变：A Z X→0－1e＋A Z＋1Y.在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒．(4)衰变的快慢——半衰期①放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫做半衰期．②元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关．2.思考判断(1)原子核的衰变有α衰变、β衰变和γ衰变三种形式．(×)(2)在衰变过程中，电荷数、质量数守恒．(√)(3)原子所处的周围环境温度越高，衰变越快．(×)3．探究交流有10个镭226原子核，经过一个半衰期有5个发生衰变，这样理解对吗？[提示] 不对.10个原子核数目太少，它们何时衰变是不可预测的，因为衰变规律是大量原子核的统计规律.三种射线的本质特征[1．三种射线都是从原子核内部发出，都是原子核的组成部分吗？2．三种射线的性质能借助电场或磁场区分吗？3．β射线是原子核外面的电子跃迁出来形成的吗？三种射线的比较如下表：种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波) 带电荷量2e －e 0质量4m pm p＝1.67×10－27 kgm p1 840静止质量为零速度0.1c 0.9c c 在电场或磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱较强最强用纸能挡住穿透几毫米的铝板穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光1．元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关．不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，或者升高它的温度，它都具有放射性．2．三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有极其复杂的结构．(2011·浙江高考)关于天然放射现象，以下说法正确的选项是( ) A．α射线是由氦原子核衰变产生B．β射线是由原子核外电子电离产生C．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D．通过化学反应不能改变物质的放射性[审题指导] 解答此题时应注意以下两点：(1)天然放射现象中三种射线的产生机理；(2)影响天然放射现象的因素．[解析] α射线是在α衰变中产生的，本质是氦核，A错误；β射线是在β衰变中产生的，本质是高速电子流，B错误；γ射线是发生α衰变和β衰变时原子核发生能级跃迁而产生的电磁波，C错误；物质的放射性由原子核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，D正确．[答案] D1．(2012·上海高考)在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图3－2－1所示．该装置中探测器接收到的是( )图3－2－1A ．X 射线B ．α射线C ．β射线D ．γ射线[解析] γ射线的穿透能力最强，可穿透钢板，所以该装置中探测器接收到的是γ射线，D 正确．[答案] D放射性元素的衰变[1．所有的原子核都能发生衰变吗？ 2．原子核衰变的快慢和什么因素有关？3．一个原子核衰变时，能同时放出α、β、γ三种射线吗？ 1．衰变方程通式 α衰变：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He β衰变：AZ X→AZ ＋1Y ＋0－1e 2．α衰变和β衰变的实质(1)α衰变：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．(2)β衰变：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使核电荷数增加1，但β衰变不改变原子核的质量数．3．衰变次数的计算方法设放射性元素AZ X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，那么衰变方程为A ZX→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m ， n ＝A －A ′4，m ＝A －A ′2＋Z ′－Z .4．半衰期公式用T τ表示某放射性元素的半衰期，衰变时间用t 表示，如果原来的质量为M ，剩余的质量为m ，经过t T τ个半衰期，该元素的剩余质量变为m ＝M (12)t τ假设用N 和n 分别表示衰变前后的原子数，衰变公式又可写成n ＝N (12)tτ1．由于原子核是在发生α衰变或β衰变时有多余能量而放出γ射线，故不可能单独发生γ衰变．2．在一个原子核的衰变中，可能同时放出α和γ射线，或β和γ射线，但不可能同时放出α、β和γ三种射线，放射性元素放出的α、β和γ三种射线，是多个原子核同时衰变的结果．3．半衰期是一个统计概念描述的是大量原子核的集体行为，个别原子核经过多长时间衰变无法预测．对个别或极少数原子核，无半衰期而言．钋210经α衰变成为稳定的铅，其半衰期为138天．质量为64 g 的钋210经过276天后，还剩多少克钋？生成了多少克铅？写出核反应方程．[审题指导] 解此题关键有两点： (1)α衰变的通式；(2)半衰期公式m ＝M (12)tT 1/2的应用．[解析] 核反应方程为：21084Po ―→20682Pb ＋42He276天为钋的2个半衰期，还剩14的钋没有衰变，故剩余钋的质量为：m Po ＝14×64 g＝16 g另外34的钋衰变成了铅，即发生衰变的钋的质量为34×64 g＝48 g那么生成铅的质量为：m Pb ＝206210×48 g＝47.09 g 故铅的质量为47.09 g. [答案] 16 g 47.09 g21084Po ―→206 82Pb ＋42He1．衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．(1)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2，质量数减少4.(2)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1，质量数不变．2．利用半衰期公式解决实际问题，首先要理解半衰期的统计意义，其次要知道公式建立的是剩余核的质量与总质量间的关系．2．一个222 86Rn衰变成218 84Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天.1 g222 84Rn经过7.6天衰变掉222 86Rn的质量，以及222 86Rn衰变成218 84Po的过程放出的粒子是( )A．0.25 g，α粒子B．0.75 g，α粒子C．0.25 g，β粒子D．0.75 g，β粒子[解析] 经过了两个半衰期，1 g222 86Rn剩下了0.25 g，衰变了0.75 g，根据核反应的规律，质量数和电荷数不变，放出的应该是α粒子．[答案] B综合解题方略——巧解三种射线在电场、磁场中的轨迹将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示的射线偏转情况正确的选项是( )[审题指导] 把握三种射线的本质，根据在电场、磁场中的受力情况判断其偏转方向和偏转程度．[规范解答] α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知[答案] AD1．三种射线在电场、磁场中时，明确电场、磁场的方向、通过的射线是否带电及带电的性质，判断其受力方向．受力方向确定后，那么射线的轨迹就能确定．2．掌握三种射线的穿透本领，通过其穿透本领的强弱来判定是哪种射线(α射线＜β射线＜γ射线)．3．要使α射线、β射线在电磁场中运动的轨迹为直线，必须满足粒子受到的安培力和洛伦兹力大小相等，方向相反．[备课资源](教师用书独具)1．放射性同位素14C 可用来推算文物的“年龄〞.14C 的含量每减少一半要经过约5 730年．某考古小组挖掘到一块动物骨骼，经测定14C 还剩余1/8，推测该动物生存年代距今约为( )A ．5 730×3年B ．5 730×4年C ．5 730×6年D ．5 730×8年[解析] 这道题目考查半衰期的知识，可由剩下物质质量计算公式得出答案．由题目所给条件得M 8＝(12)n M ，n ＝3，所以该动物生存年代距今应该为3个14C 的半衰期，即：t ＝3τ＝5 730×3年，故正确答案为A.[答案] A2.23892U 衰变为22286Rn 要经过m 次α衰变和n 次β衰变，那么m 、n 分别为( ) A ．2,4 B ．4,2 C ．4,6D ．16,6[解析] 由于β衰变不改变质量数，那么m ＝238－2224＝4，α衰变使电荷数减少8，但由23892U 衰变为22286Rn ，电荷数减少6，说明经过了2次β衰变，故B 正确．[答案] B1．天然放射现象的发现揭示了( ) A ．原子不可再分 B ．原子的核式结构 C ．原子核还可再分 D ．原子核由质子和中子组成[解析] 贝克勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核也是有着复杂的结构的．天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分．[答案] C2．(2013·泉州检测)关于放射性元素的半衰期，以下说法正确的选项是( ) A ．是放射源质量减少一半所需的时间 B ．是原子核半数发生衰变所需的时间C ．与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关D ．可以用于测定地质年代、生物年代等[解析] 原子核的衰变是由原子核的内部因素决定的，与外界环境无关．原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间即半衰期，原子核就衰变掉总数的一半．不同种类的原子核，其半衰期也不同，假设开始时原子核数目为N 0，经时间t 剩下的原子核数目为N ，半衰期为T 1/2，那么N ＝N 0(12)tT 1/2.假设能测出N 与N 0的比值，就可求出t ，依此公式可测定地质年代、生物年代等．故正确答案为B 、D.[答案] BD3．(2011·上海高考)天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图3－2－2所示，由此可推知( )图3－2－2A ．②来自于原子核外的电子B ．①的电离作用最强，是一种电磁波C ．③的电离作用较强，是一种电磁波D ．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子[解析] 由三种射线的特性可知，①应为α射线，它的电离作用最强，穿透能力很弱，且为氦原子核；②为β射线，它来自于原子核内部，是中子变为质子时放出的电子；③是γ射线，它是由于元素发生α衰变或β衰变时原子核处于激发状态而放出的能量，是频率很高的电磁波，它的电离作用最弱，穿透能力很强，由此可知D 正确．[答案] D4．有甲、乙两种放射性元素，它们的半衰期分别是τ甲＝15天，τ乙＝30天，它们的质量分别为M 甲、M 乙，经过60天这两种元素的质量相等，那么它们原来的质量之比M 甲∶M 乙是( )A ．1∶4B ．4∶1C ．2∶1D ．1∶2[解析] 对60天时间，甲元素经4个半衰期，乙元素经2个半衰期，由题知M 甲⎝ ⎛⎭⎪⎫124＝M 乙⎝ ⎛⎭⎪⎫122，那么M 甲∶M 乙＝4∶1，故B 正确． [答案] B5.238 92U 经一系列的衰变后变为206 82Pb.(1)求一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)206 82Pb 与238 92U 相比，求质子数和中子数各少多少？(3)写出这一衰变过程的方程．[解析] (1)设238 92U 衰变为206 82Pb 经过x 次α衰变和y 次β衰变．由质量数和电荷数守恒可得238＝206＋4x ①92＝82＋2x －y ②联立①②解得x ＝8，y ＝6，即一共经过8次α衰变和6次β衰变．(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，故206 82Pb 较238 92U 质子数少10，中子数少22.(3)核反应方程为238 92U→206 82Pb ＋842He ＋6 0－1e.[答案] (1)8 6(2)10 22(3)238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e.。
3. 2《原子核衰变及半衰期》教案(鲁科版选修3-5)
第二节原子核衰变及半衰期学案【学习目标】<1）了解天然放射现象及其规律；<2）知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们；<3）知道放射现象的实质是原子核的衰变；<4）知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律；<5）理解半衰期的概念。
【学习重点】天然放射现象及其规律，原子核的衰变规律及半衰期。
知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们及半衰期描述的对象。
【知识要点】1、天然放射现象<1）物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity>。
元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象，具有放射性的元素称为放射性元素。
<2）放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。
b5E2RGbCAP2、射线到底是什么①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。
不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，或者升高它的温度，它都具有放射性。
p1EanqFDPw②三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有其复杂的结构。
DXDiTa9E3d3、原子核的衰变<1）原子核的衰变原子核放出α或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。
我们把这种变化称为原子核的衰变。
一种物质变成另一种物质。
RTCrpUDGiT<2）α衰变铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核--钍234核。
那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。
这个过程可以用衰变方程式来表示：23892U→23490Th+42He5PCzVD7HxA<3）衰变方程式遵守的规律第一、质量数守恒第二、核电荷数守恒α衰变规律：AZX→A-4Z-2Y+42He<4）β衰变钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成23491Pa<镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？β粒子用0-1e表示。
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3.2原子核衰变及半衰期学习目标1、知道放射现象的实质是原子核的衰变2．知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。
3、知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律 4、理解半衰期的概念 重点和难点重点：原子核的衰变规律及半衰期 难点：半衰期描述的对象课 前 导 学 一、天然放射性的发现①物质发射射线的的性质称为放射性。
元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象，具有放射性的元素称为放射性元素。
②放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于83的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性 二、放射线中的三剑客在射线经过的空间施加磁场，射线会分成三束，其中有两束发生了不同的偏转，说明这两束_____________，另一束不偏转，说明_____________。
这三种射线叫_____________、_____________、_____________。
三、原子核的衰变1.定义：原子核自发地放出某种粒子而转变成 的变化称为原子核的衰变.可分为 、 ，并伴随着γ射线放出.2.分类：（1）α衰变：铀238发生α衰变的方程为： ，每发生一次α衰变，核电荷数减小2，质量数减少4.α衰变的实质是某元素的原子核同时放出由两个 和两个 组成的粒子（即氦核）.（2）β衰变：钍234发生β衰变的方程为： ，每发生一次β衰变，核电荷数增加1，质量数不变.β衰变的实质是元素的原子核内的一个 变成 时放射出一个 （核内11011n H e -→+）.（3）γ射线是伴随衰变或衰变同时产生的、γ射线不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出.3.规律：原子核发生衰变时，衰变前后的和都守恒.注意：元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的.四、半衰期1.定义：放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间叫做原子核的半衰期.2.意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度.3.特征：半衰期由的因素决定,跟原子所处的或状态无关.新知探究一、放射线中的三剑客导学释疑：再一次指导学生阅读课本内容，通过小组合作学习，讨论探究以下问题，实现兵教兵。
射线到底是什么？（小组合作讨论）把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。
在射线经过的空间施加磁场，发现射线如图所示：（投影）思考与讨论：①我们通过什么办法来研究射线的性质？②你观察到了什么现象？为什么会有这样的现象？③如果α射线，β射线都是带电粒子流的话，根据图判断，他们分别带什么电荷。
学生分组讨论，回答问题。
①在射线经过的空间施加磁场②射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。
这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。
③根据左手定则，可以判断α射线是正电荷，β射线是负电荷。
合作探究：（教师精讲）如果不用磁场判断，还可以用什么方法判断三种射线的带电性质？带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质，再次阅读课本内容，填写下列表格。
三种射线的比较种类组成速率贯穿本领电离本领射线氦原子核0.1c 最弱很强电子高速电子流0.99c 较强较弱γ射线光子流 C 最强很弱例1如图甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线()A．α射线B．β射线C．γ射线D．三种射线都可以解析根据三种射线的性质知，甲图中能穿透铝板的是γ射线，乙图中检查钢板中的砂眼，要求射线能穿透钢板，故利用的是γ射线，选项C正确．答案 C二、原子核的衰变〈情景1〉一个人特别贫穷，一生虔诚地供奉道教吕祖（吕洞宾），吕洞宾被他的诚意所感动，一天忽然从天上降到他家，看见他家十分贫穷，不禁怜悯他，于是伸出一根手指，指向他庭院中一块厚重的石头，立刻，变化成了金光闪闪的黄金.〈情景2〉晋朝初年，南昌人许逊被朝廷任命为旌阳县令，他看到很多老百姓的租税交不了，非常同情他们，用点石成金的法术，免去百姓的租税.〔思考与讨论1〕以上情景都是“点石成金”的传说，那么在我们生活、生产中有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？答：.【教师说明】1.衰变：原子核放出α粒子或β粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变.2.科学、真实的将一种物质变成另一种物质，原来就是原子核的衰变.3.铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核---钍234核，这种放出α粒子的衰变叫做α衰变.〔思考与讨论2〕铀238核α衰变方程如何表示？答： . 【教师说明】1.衰变方程式遵守的规律：（1）质量数守恒（2）核电荷数守恒2.α衰变的一般方程：He Y x 424-A 2A z +→-z3.核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向.4.核反应的生成物要以实验为基础，不能凭空杜撰出生成物来写核反应方程.〔思考与讨论3〕钍234核（Th 23490）也具有放射性，它能放出一个β粒子（e 01-）而变成Pa23491（镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？答： . 【教师说明】1. β衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不变但核电荷数应加1.2.β衰变的一般方程：e Y x 01A 1Az-++→z〔思考与讨论4〕原子核里没有电子，那么β衰变中的电子来自哪里？答： . 【教师说明】1.这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变，其转化方程：e H n 011110-+→ . 2.γ射线是由于原子核在发生α衰变或β衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随α射线和β射线而产生.3.一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出α、β和γ三种射线. 例2. 天然放射性元素23290Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成20882Pb(铅).下列论断中正确的是( )A.铅核比钍核少24个中子B.铅核比钍核少8个质子C.衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变D.衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变解析：铅核核子数比钍核核子数少24个，而不是中子数少24个，A 项错；铅核质子数为82，钍核质子数为90，故铅核比钍核少8个质子，B 项对；钍核的衰变方程为：23290Th→20882Pb ＋x 42He ＋y －10e ，式中x 、y 分别为α和β的衰变次数.由质量数守恒和电荷数守恒有4x+208=232，2x-y+82=90，联立两式得x=6，y=4，即衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变，C 项错而D项对.答案：BD点评：根据β衰变不改变质量数的特点，可依据反应原子核与最终原子核的质量数改变确定α衰变的次数，然后计算出电荷数的改变,由其差值可确定β衰变的次数.三、半衰期〈情景3〉放射性同位素衰变的快慢有一定的规律，即元素的原子核有半数发生衰变有一定的时间.我们有病时服用的不同药物在体内半数发生衰变也有一定的时间，这个时间是决定医生给药剂量、次数的主要依据.〔思考与讨论5〕阅读课本第71页“半衰期”部分的内容，并思考下列问题：1.放射性元素的衰变有什么规律？2.用什么物理量描述？3.这种描述的对象是什么？（学生可参考课本71页上的氡的衰变图，教师引导）答：.【教师说明】1.放射性元素的原子核，有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期.2.半衰期表示放射性元素的衰变的快慢，不同的放射性元素其半衰期不同.3.半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律.〔思考与讨论4〕放射性元素的半衰期是由什么决定的？不同的放射性元素其半衰期相同吗？答：.例3.关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的有( )A.是原子核质量减少一半所需的时间B.是原子核有半数发生衰变所需的时间C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素的半衰期D.可以用于测定地质年代、生物年代等解析：原子核衰变后变成新核,新核与未衰变的核在一起,故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半,故A错B正确；衰变快慢由原子核内部因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态无关,常用其测定地质年代、生物年代等,故C错D正确.答案：BD点评：一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在，或者加压，增温均不会改变.四、有关半衰期的计算〔思考与讨论6〕用N 0、m 0分别表示衰变前的原子数目和质量，N 、m 分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量，T 为半衰期，t 表示衰变过程所经历的时间，那么这些物理量之间的关系怎样？答： .例4.设镭226的半衰期为1.6×103年，质量为100 g 的镭226经过4.8×103年后，有多少克镭发生衰变？若衰变后的镭变为铅206，则此时镭铅质量之比为多少？解析：经过三个半衰期，剩余镭的质量为 g m m Tt5.12g 81100210=⨯=⎪⎭⎫⎝⎛=已衰变的镭的质量为(100－12.5) g ＝87.5 g 设生成铅的质量为m ，则226∶206＝87.5∶m 得m ＝79.8 g所以镭铅质量之比为125∶798 答案 : 125∶798点评：要理解半衰期表达式中各物理量的含义，在表达式021m m Tt⎪⎭⎫ ⎝⎛=中，m 是指剩余的原子核的量，而不是衰变的量.（四）作业：布置学生课后看科学漫步探究：如何利用放射性元素的衰变来测定古物的年代。
点评：留给学生课后思考和学习的空间。
课堂练习图41．(2014·福建·30(1))如图4所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是________(填选项前的字母)．A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线答案 C解析根据三种射线的偏转轨迹可知①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线．选项C 正确．图52.计数器是一种探测射线的仪器，如图5所示，X为未知放射源，它向右方发射放射线．放射线首先通过一块薄铝箔P(厚度约为1 mm)，并经过一个强磁场区域后到达计数器，计数器上单位时间内记录到的射线粒子是一定的，现将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，然后将薄铝箔P移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，据此可以判定X为() A．纯β射线放射源B．纯γ射线放射源C．α射线和β射线的混合放射源D．α射线和γ射线的混合放射源答案 D解析将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，即磁场对射线粒子没有影响，则可以断定计数器接收到的是不带电的γ射线，以后将薄铝箔P(厚度约为1 mm)移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，这说明计数器除了接收到了γ射线之外，还接收到了一种原来被厚度约为1 mm的簿铝箔P挡住的射线，而厚度约为1 mm的簿铝箔只能将α射线挡住，所以X为能放射α射线和γ射线的混合放射源，故选项D正确．3．氪90(9036Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(9040Zr)，这些衰变是() A．1次α衰变，6次β衰变B ．4次β衰变C ．2次α衰变D ．2次α衰变，2次β衰变 答案 B解析 方法一 推理计算法根据衰变规律，β衰变不影响核的质量数，发生一次β衰变，核电荷数增加1；发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2.9036Kr 衰变为9040Zr ，质量数不变，故未发生α衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次β衰变． 方法二 列方程求解设9036Kr 衰变为9040Zr ，经过了x 次α衰变，y 次β衰变，则有 9036Kr →9040Zr ＋x 42He ＋y 0－1e由质量数守恒得90＝90＋4x 由电荷数守恒得36＝40＋2x －y解得x ＝0，y ＝4，即只经过了4次β衰变， 选项B 正确．4．放射性同位素2411Na 的样品经过6小时后还剩下18没有衰变，求它的半衰期． 答案 2 h解析 每经1个半衰期放射性物质的质量都减半，则经过n 个半衰期剩余的质量为m ＝m 0(12)n .设6小时经过的半衰期个数为n ，则(12)n ＝18，所以n ＝3.则2411Na 的半衰期为T ＝tn＝2 h.★教学体会本堂课探究原子核内部的美妙世界，在教学过程中合理的设置疑问来吊学生的胃口是行之有效的方法。