高三物理 原子核衰变及半衰期
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原子核与放射性
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，知道α衰变和β衰 变的规律和实质.3.理解半衰期的概念，学会 利用半衰期解决相关问题．
预习导学
• 一、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．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，放射性元素自发地放出射线 的现象叫做天
然
•
放射现象．
• 3．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) ．
预习导学
• 二、射线的本质
• 1．三种射线：如图3－2－1中1是 β射线 ，2 是 γ射线 ，3
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12 ，m余＝m012 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，τ表示 半衰期．
课堂讲义
• 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．
• 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 组成 带电荷量
质量
α射线
高速氦核流
2e 4mp (mp＝1.67× 10－27 kg)
β射线 高速电子流
－e
mp 1 836
γ射线 光子流 (高频电磁波)
0
静止质量为零
课堂讲义
• 续表
速 率 0.1c
最弱
贯穿本 领
用一张纸
课堂讲义
• 针对训练1 (2014·福建理综)如图3－2－4，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
()
• 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
预习导学
三、原子核的衰变
1．原子核的衰变：原子核放出 α粒子 或 β粒子 ，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：29328U的α衰变方程为29328U→ 29304Th＋42He
.
3．β衰变：原子核进行β衰变时，质量数不变 ，电荷数增
解析
(1)设
238 92
U衰变为
2ห้องสมุดไป่ตู้6 82
Pb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＋4x①
92＝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28062Pb较29328U质子数少10， 中子数少22.
222 86
Rn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
课堂讲义
•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．
课堂讲义
【例3】 23982U核经一系列的衰变后变为28026Pb核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)28026Pb与29328U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
• (3)见解析
课堂讲义
• 答案 C
图3－2－4
• 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．
课堂讲义
二、原子核的衰变 1．α衰变：AZX―→AZ－－24Y＋42He
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．
课堂讲义
2．β衰变：AZX―→Z＋A1Y＋－10e 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＋－10e.
3．衰变规律 衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．
课堂讲义
【例4】 (2014·江苏高考)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22826Rn―→21884
Po＋________.已知
222 86
Rn的半衰期约为3.8天， 则约经过
________天，16 g的22826Rn衰变后还剩1 g.
转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示．
课堂讲义
• 【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3－2－3所 示，则图中的射线a为________射线，射线b 为________射线．
加 1 ，例：29304Th的β衰变方程为23940Th→ 23941Pa＋－10e .
预习导学
• 四、半衰期
• 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．放射性元素衰变的快慢是由 核内部自身 的因素决定的，跟原子所处的 化学状态
和
外部条件 没有关系.
课堂讲义
课堂讲义
【例2】 原子核29328U经放射性衰变①变为原子核29304Th，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29324U.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 42He 15.2
解析
根据质量数、电荷数守恒得衰变方程为
222 86
Rn→
218 84
Po
＋42He.根据衰变规律m＝m012 ，代入数值解得t＝15.2天．
课堂讲义
针对训练3
(2013·大纲版全国卷)放射性元素(
222 86
Rn)经α衰变成为
钋(
218 84
Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年
235 92
U经过m次α衰变和n次β衰
变，变成28027Pb，则
()
A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4
C．m＝14，n＝9 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．
课堂讲义
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
图3－2－3
课堂讲义
•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．
课堂讲义
•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射线是光子．
•
是 α射线 ．
图3－2－1
预习导学
• (1)α射线是高速α粒子流，实际上是氦原子核，电荷数是 2 ， • 质量数是 4 . • (2)β射线是高速 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 ，但贯穿本领 很弱 ． • (2)β射线：β粒子贯穿本领 较强 ，但电离能力较弱 ． • (3)γ射线：γ射线电离本领 很弱 ，但贯穿本领 很强 ．
答案 A
课堂讲义
解析 根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点， 29328U 核与29304Th 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；29314Pa 核与29324U 核比较可知，衰 变③的另一产物为－10e，所以衰变③为 β 衰变，选项 A 正确、D 错误．
代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素
222 86
Rn的矿
石，其原因是
()
A．目前地壳中的22826Rn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22826Rn的含量足够高
C．当衰变产物
21884Po积累到一定量以后，
218 84
Po的增加会减慢
222 86
Rn的衰变进程
D.
就能挡住
电离作 用
很强
0.99c 较强 能穿透 几 毫米的 铝板
较弱
c
最强 能穿透几 厘米的铅
板
很弱
课堂讲义
• 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3－2－2甲所示．
•
(2)在匀强磁场中图，3－α射2－线2 偏转半径较大，β射线偏
(3)核反应方程为29328U→28062Pb＋842He＋6－10e.
课堂讲义
• 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.
课堂讲义
针对训练2
(2012·大纲版全国卷)
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，知道α衰变和β衰 变的规律和实质.3.理解半衰期的概念，学会 利用半衰期解决相关问题．
预习导学
• 一、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．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，放射性元素自发地放出射线 的现象叫做天
然
•
放射现象．
• 3．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) ．
预习导学
• 二、射线的本质
• 1．三种射线：如图3－2－1中1是 β射线 ，2 是 γ射线 ，3
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12 ，m余＝m012 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，τ表示 半衰期．
课堂讲义
• 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．
• 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 组成 带电荷量
质量
α射线
高速氦核流
2e 4mp (mp＝1.67× 10－27 kg)
β射线 高速电子流
－e
mp 1 836
γ射线 光子流 (高频电磁波)
0
静止质量为零
课堂讲义
• 续表
速 率 0.1c
最弱
贯穿本 领
用一张纸
课堂讲义
• 针对训练1 (2014·福建理综)如图3－2－4，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
()
• 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
预习导学
三、原子核的衰变
1．原子核的衰变：原子核放出 α粒子 或 β粒子 ，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：29328U的α衰变方程为29328U→ 29304Th＋42He
.
3．β衰变：原子核进行β衰变时，质量数不变 ，电荷数增
解析
(1)设
238 92
U衰变为
2ห้องสมุดไป่ตู้6 82
Pb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＋4x①
92＝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28062Pb较29328U质子数少10， 中子数少22.
222 86
Rn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
课堂讲义
•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．
课堂讲义
【例3】 23982U核经一系列的衰变后变为28026Pb核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)28026Pb与29328U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
• (3)见解析
课堂讲义
• 答案 C
图3－2－4
• 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．
课堂讲义
二、原子核的衰变 1．α衰变：AZX―→AZ－－24Y＋42He
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．
课堂讲义
2．β衰变：AZX―→Z＋A1Y＋－10e 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＋－10e.
3．衰变规律 衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．
课堂讲义
【例4】 (2014·江苏高考)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22826Rn―→21884
Po＋________.已知
222 86
Rn的半衰期约为3.8天， 则约经过
________天，16 g的22826Rn衰变后还剩1 g.
转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示．
课堂讲义
• 【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3－2－3所 示，则图中的射线a为________射线，射线b 为________射线．
加 1 ，例：29304Th的β衰变方程为23940Th→ 23941Pa＋－10e .
预习导学
• 四、半衰期
• 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．放射性元素衰变的快慢是由 核内部自身 的因素决定的，跟原子所处的 化学状态
和
外部条件 没有关系.
课堂讲义
课堂讲义
【例2】 原子核29328U经放射性衰变①变为原子核29304Th，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29324U.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 42He 15.2
解析
根据质量数、电荷数守恒得衰变方程为
222 86
Rn→
218 84
Po
＋42He.根据衰变规律m＝m012 ，代入数值解得t＝15.2天．
课堂讲义
针对训练3
(2013·大纲版全国卷)放射性元素(
222 86
Rn)经α衰变成为
钋(
218 84
Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年
235 92
U经过m次α衰变和n次β衰
变，变成28027Pb，则
()
A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4
C．m＝14，n＝9 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．
课堂讲义
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
图3－2－3
课堂讲义
•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．
课堂讲义
•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射线是光子．
•
是 α射线 ．
图3－2－1
预习导学
• (1)α射线是高速α粒子流，实际上是氦原子核，电荷数是 2 ， • 质量数是 4 . • (2)β射线是高速 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 ，但贯穿本领 很弱 ． • (2)β射线：β粒子贯穿本领 较强 ，但电离能力较弱 ． • (3)γ射线：γ射线电离本领 很弱 ，但贯穿本领 很强 ．
答案 A
课堂讲义
解析 根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点， 29328U 核与29304Th 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；29314Pa 核与29324U 核比较可知，衰 变③的另一产物为－10e，所以衰变③为 β 衰变，选项 A 正确、D 错误．
代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素
222 86
Rn的矿
石，其原因是
()
A．目前地壳中的22826Rn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22826Rn的含量足够高
C．当衰变产物
21884Po积累到一定量以后，
218 84
Po的增加会减慢
222 86
Rn的衰变进程
D.
就能挡住
电离作 用
很强
0.99c 较强 能穿透 几 毫米的 铝板
较弱
c
最强 能穿透几 厘米的铅
板
很弱
课堂讲义
• 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3－2－2甲所示．
•
(2)在匀强磁场中图，3－α射2－线2 偏转半径较大，β射线偏
(3)核反应方程为29328U→28062Pb＋842He＋6－10e.
课堂讲义
• 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.
课堂讲义
针对训练2
(2012·大纲版全国卷)