走进原子核第二节放射性元素的衰变

【例4】 (2011·山东高考)碘131核不稳定，会发生β衰变，
其半衰期为8天．
(1)碘 131 核的衰变方程：13513I―→________(衰变后的元 素用 X 表示)．
(2)经过________天75 %的碘131核发生了衰变．
答案 (1)13514X＋－01e (2)16 解析 (1)根据衰变过程电荷数守恒与质量数守恒可得衰 变方程：15331I―→13514X＋－01e.(2)每经 1 个半衰期，有半数原 子核发生衰变，经 2 个半衰期将剩余14，即有 75 %发生衰 变，即经过的时间为 16 天．
借题发挥 对核子数、电荷数、质量数的理解 (1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为 核子，所以质子数和中子数之和叫核子数． (2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍， 通常用这个数表示原子核的电量，叫做原子核的电荷数．
(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量 总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几 乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质 量数．
针对训练2 (单选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下 列说法不正确的是 () A．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线 B．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核 C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线 D．β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子 答案 B 解析 由三种射线的本质和特点可知，α射线贯穿本领最弱， 一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ 射线是伴随α、β衰变而产生的一种电磁波，不会使原核变成 新核，故B错；三种射线中α射线电离作用最强，故C正确；β 粒子是电子，来源于原子核，故D正确．
5．γ射线是在发生α或β衰变过程中伴随而生，且γ粒子是 不带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的核电荷数， 故γ射线不会改变元素在周期表中的位置．
6．确定衰变次数的方法
设放射性元素AZX 经过 n 次α衰变和 m 次β衰变后，变成 稳定的新元素AZ′′Y，则衰变方程为 AZX―→AZ′′Y＋n42He＋m－01e.
_质__量__数_，Z为原子核的_电__荷__数__． 三、放射线的本质 1．射线种类：放射性物质发出的射线有三种，分别为_____、
_α__射__线、 β__射__线_．γ射线
2．放射线的本质 (1)α射线是高速运动的氦_原__子__核___粒子流，符号为42 He，
射出时的速度可达0.1c.
(2)β射线是高速运动的电_子__流____，符号为_____，射出时
高中物理·选修3-5·粤教版
第四章 原子核
第一节 走进原子核 第二节 放射性元素的衰变
[目标定位] 1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射 现象.2.知道原子核的组成，会正确书写原子核符号.3.知道 原子核的衰变及两种衰变的规律，掌握三种射线的特性.4.会 用半衰期描述衰变的快慢，知道半衰期的统计意义．
(3)见解析
解析 (1)设29382U 衰变为28062Pb 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＋4x
①
92＝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衰变中子数少 1，而质子数增加 1，故20862Pb 较23982U 质子数少 10，中子数少 22. (3)核反应方程为23982U→20862Pb＋842He＋6－01e.
带电荷量
2e
－e
γ射线 光子流(高频 电磁波)
0
质量
4mp(mp＝ 1.67×10－27 kg)
mp 1 836
静止质量为零
速率
0.1c
0.99c
c
贯穿本领
最弱用一张纸 就能挡住
较强能穿透几 最强能穿透几 毫米的铝板 厘米的铅板
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，α射线偏转较小，β射线偏转较大， γ射线不偏转，如图4－1、2－1甲所示．
速度可达0.99c.
(3)γ射线是波长很短的电_磁__波____． 四、原子核的衰变 1．衰变
放射性元素的原子核放出某种粒子后变成新的原子核的变 化．
2．衰变方程 (1)α衰变的一般方程为MZ X→_MZ_－_－2_4Y__＋__42H__e__，每发生一次 α衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减 2，质量数 减 4.
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.
针对训练 3 (单选)(2012·大纲版全国卷)23952U 经过 m 次α衰变
和 n 次β衰变，变成20872Pb，则
()
A．m＝7，n＝3 C．m＝14，n＝9
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.
【例 3】 23982U 核经一系列的衰变后变为20862Pb 核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)20862Pb 与23982U 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个；22个
答案 (1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88 (4)113∶114
解析 因为原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子 的核外电子数都是相等的，原子核的质量数等于核内质子 数与中子数之和．由此可得： (1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中 子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即 N＝A－Z＝226－88＝138. (2)镭核所带电荷量
【例1】 已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226.试 问： (1)镭核中有几个质子？几个中子？ (2)镭核所带电量是多少？ (3)若镭原子呈现中性，它核外有几个电子？
(4)22888Ra 是镭的一种同位素，让22868Ra 和22888Ra 以相同速度 垂直射入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，它们运动的轨 迹半径之比是多少？
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，T12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 衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．
图4－1、2－2
答案 γ β 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． (3)要知道α、β、γ三种射线的本质，α、β是实物粒 子，γ射线是电磁波谱中的一员．
Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C.
(3)镭原子呈中性，则核外电子数等于质子数，故核外电 子数为88.
(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛 伦兹力，故有 Bqv＝mvr2，两种同位素具有相同的核电荷 数，但质量数不同，故rr222268＝222268＝111134.
一、放射性的发现 1．放射性
1896年法国物理学家_享__利__·__贝__克__勒__尔发现，铀及含铀的矿 物都能够发出看不见的射线，物质放射出_射__线__的性质叫 做放射性． 2．放射性元素 具有_放__射__性__的元素叫放射性元素． 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_(_P_o_)__和镭_(_R_a_)__
B．m＝7，n＝4 D．m＝14，n＝18
答案 B
解析 根据题意有：235－4m＝207，92－2m＋n＝82，解 两式得m＝7，n＝4，选项B正确．
四、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 N 余＝N 原12Tt12，m 余＝m012Tt12
针对训练1 (单选)在α粒子轰击金箔的散射实验中，α粒子
可以表示为He，He中的4和2分别表示
()
A．4为核子数，2为中子数
B．4为质子数和中子数之和，2为质子数
ຫໍສະໝຸດ Baidu
C．4为核外电子数，2为中子数
D．4为中子数，2为质子数
答案 B
解析 根据He所表示的物理意义，原子核的质子数决定核
外电子数，原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这
3．β衰变：AZX―→Z＋A1Y＋－01e (1)原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1.
(2)β衰变的实质：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，其转化方程为：10n―→11H＋－01e.
4．衰变规律： 衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．
图4－1、2－1 (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2】 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4－1、2－2所示， 则图中的射线a为________射线，射线b为________射线．
(2)β衰变的一般方程为MZ X→_Z_＋M_1_Y_＋__－_01_e_，每发生一次β 衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数加 1，质量数 不变．
3．γ射线
γ射线是伴随α衰变、β衰同变时____产生的，γ射线不改变
原子核的电荷数和质量数．
五、半衰期
1．定义：放射性元素的原子核数目因衰变减少到原来的_一__半_
3．天然放射性元素
能_自__发__地放出射线的元素叫做天然放射性元素．原子序
数大于_8_3_的所有元素，都有放射性．原子序数小于等于
_8_3_的元素，有的也具有放射性．
4．放射性发现的意义
放射性的发现揭示了_原__子__核__结构的复杂性．
二、原子核的组成
1．质子的发现： 卢__瑟__福__用α粒子轰击氮_原__子__核___获得了质
子．
查德威克
中子
2．中子的发现：卢瑟福的学生________通过实验证实了____
的存在．
3．原子核的组成：由_质__子_和_中__子_组成，因此它们统称为 _核__子_．
4．原子核的电荷数：等于原子核的_质__子__数_即原子的_原__子__序__ _数__．
5．原子核的质量数：等于_质__子__数_和_中__子_数__的总和． 6．原子核的符号：X，其中X为__元__素__符__号，A为原子核的
三、原子核的衰变 1．原子核放出α粒子或β粒子后，变成另一种原子核，这种
现象称为原子核的衰变． 2．α衰变：AZX―→AZ－－24Y＋42He
(1)原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2. (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．
所经过的时间． 1 t
2．公式：m＝_m__0_2__T_12__，m0 表示放射性元素衰变前的质量， m 为经过时间 t 后剩余的放射性元素的质量.
一、原子核的组成 1．原子核的组成：原子核是由质子、中子构成的，质子带正
电，中子不带电．不同的原子核内质子和中子的个数并不 相同．原子核的直径为10－15～10－14 m. 2．原子核的符号和数量关系：(1)符号：ZA X. (2)基本关系：核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝ 核外电子数．质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．
种元素的原子序数．原子核的质量数就是核内质子数和中
子数之和，即为核内的核子数.He符号的左下角表示的是
质子数或相应中性原子核外电子数，即为2，He符号左上
角表示的是核子数，即为4，故选项B正确．
二、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
组成
高速氦核流 高速电子流