2017-2018學(xué)年同步備課套餐之物理滬科版選修3-5講義：第4章從原子核到庫克 4.2

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精42原子核的衰變學(xué)習(xí)目標 1。知道什么是放射性、放射性元素、天然放射現(xiàn)象。2.知道三種射線的特性。3。知道衰變及兩種衰變的規(guī)律,能熟練寫出衰變方程.4.會用半衰期描述衰變的速度，知道半衰期的統(tǒng)計意義一、天然放射現(xiàn)象和三種射線導(dǎo)學(xué)探究1.1896年法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，即天然放射現(xiàn)象是否所有的元素都具有放射性？放射性物質(zhì)發(fā)出的射線有哪些種類？答案原子序數(shù)大于或等于83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線,原子序數(shù)小于83的元素，有的也能放出射線放射性物質(zhì)發(fā)出的射線有三種：射線、射線、射線2怎樣用電場或磁場判斷三種射線粒子的帶電性質(zhì)?答案讓三種射

2、線通過勻強電場，射線不偏轉(zhuǎn)，說明射線不帶電射線偏轉(zhuǎn)方向和電場方向相同，帶正電,射線偏轉(zhuǎn)方向和電場方向相反，帶負電或者讓三種射線通過勻強磁場,射線不偏轉(zhuǎn)，說明射線不帶電，射線和射線可根據(jù)偏轉(zhuǎn)方向和左手定則確定帶電性質(zhì)知識梳理1天然放射現(xiàn)象1896年，法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)鈾及其化合物能放出一種不同于x射線的新射線（1)定義：物理學(xué)中把物質(zhì)能自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象(2）放射性:物質(zhì)放出射線的性質(zhì)（3)放射性元素：具有放射性的元素2對三種射線的認識種類射線射線射線組成高速氦核流高速電子流光子流（高頻電磁波）帶電荷量2ee0速率0。1c0。99cc貫穿本領(lǐng)最弱，用一張紙就能擋住較強,能

3、穿透幾毫米厚的鋁板最強，能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土電離作用很強較強很弱即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1）1896年,法國的瑪麗居里首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象()(2）原子序數(shù)大于83的元素都是放射性元素（)(3）原子序數(shù)小于83的元素都不能放出射線（）(4）射線實際上就是氦原子核，射線具有較強的穿透能力（）(5)射線是高速電子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板（)(6）射線是能量很高的電磁波,電離作用很強(）二、原子核的衰變導(dǎo)學(xué)探究如圖1為衰變、衰變示意圖圖11當原子核發(fā)生衰變時，原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)如何變化?答案發(fā)生衰變時，質(zhì)子數(shù)減少2，中子數(shù)減少2。2當發(fā)生衰變時，新核的

4、核電荷數(shù)相對原來的原子核變化了多少？新核在元素周期表中的位置怎樣變化？答案發(fā)生衰變時,核電荷數(shù)增加1。新核在元素周期表中的位置向后移動一位知識梳理原子核的衰變1定義：原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變成新核的變化，叫做原子核的衰變2衰變類型(1）衰變：放射性元素放出粒子的衰變過程放出一個粒子后，核的質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，成為新核xyhe（2）衰變:放射性元素放出粒子的衰變過程放出一個粒子后,核的質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1.xz1aye3衰變規(guī)律：原子核衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒4衰變的實質(zhì)(1)衰變的實質(zhì):2個中子和2個質(zhì)子結(jié)合在一起形成粒子（2)衰變的實質(zhì):核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為了一個電子和一個質(zhì)子

5、（3)射線經(jīng)常是伴隨著衰變和衰變產(chǎn)生的即學(xué)即用判斷下列說法的正誤（1)原子核在衰變時，它在元素周期表中的位置不變(）(2)發(fā)生衰變是原子核中的電子發(fā)射到核外（）（3)射線經(jīng)常是伴隨著射線和射線產(chǎn)生的（）三、放射性元素的半衰期導(dǎo)學(xué)探究1.什么是半衰期？對于某個或選定的幾個原子核能根據(jù)該種元素的半衰期預(yù)測它的衰變時間嗎？答案半衰期是一個時間，是某種放射性元素的大量原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時間的統(tǒng)計規(guī)律，故無法預(yù)測單個原子核或幾個特定原子核的衰變時間2某放射性元素的半衰期為4天，若有10個這樣的原子核,經(jīng)過4天后還剩5個,這種說法對嗎？答案半衰期是大量放射性元素的原子核衰變時所遵循的統(tǒng)計規(guī)律，不能

6、用于少量的原子核發(fā)生衰變的情況，因此，經(jīng)過4天后，10個原子核有多少發(fā)生衰變是不能確定的，所以這種說法不對知識梳理半衰期1定義：放射性元素每經(jīng)過一段時間，就有一半的核發(fā)生衰變，這段時間叫做放射性元素的半衰期2特點(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差別非常大（2）放射性元素衰變的快慢是由其原子核本身決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)3適用條件：半衰期描述的是統(tǒng)計規(guī)律，不適用于單個原子核的衰變4半衰期公式：n余n原，m余m原，其中t為半衰期 5半衰期的應(yīng)用:利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點，可以通過測量其衰變程度來推斷時間即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)同種放射性元素，在化合物中的半衰期比

7、在單質(zhì)中長(）(2)把放射性元素放在低溫處,可以減緩放射性元素的衰變()(3）放射性元素的半衰期與元素所處的物理和化學(xué)狀態(tài)無關(guān),它是一個統(tǒng)計規(guī)律,只對大量的原子核才適用()（4)氡的半衰期是3.8天，若有4個氡原子核，則經(jīng)過7。6天后只剩下一個氡原子核（) 一、天然放射現(xiàn)象和三種射線1三種射線的實質(zhì)射線：高速氦核流，帶電荷量為2e的正電荷;射線:高速電子流，帶電荷量為e的負電荷；射線：光子流(高頻電磁波)，不帶電2三種射線在電場中和磁場中的偏轉(zhuǎn)（1）在勻強電場中，射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，做勻速直線運動，粒子和粒子沿相反方向做類平拋運動，在同樣的條件下，粒子的偏移大，如圖2所示圖2(2)在勻強磁場中，射

8、線不發(fā)生偏轉(zhuǎn),仍做勻速直線運動，粒子和粒子沿相反方向做勻速圓周運動，且在同樣條件下，粒子的軌道半徑小，如圖3所示圖33元素的放射性（1）一種元素的放射性與是單質(zhì)還是化合物無關(guān),這就說明射線跟原子核外電子無關(guān)(2)射線來自于原子核說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的例1如圖4所示,r是一種放射性物質(zhì)，虛線框內(nèi)是勻強磁場，ll是厚紙板，mm是熒光屏，實驗時，發(fā)現(xiàn)在熒光屏的o、p兩點處有亮斑，由此可知磁場的方向、到達o點的射線種類、到達p點的射線種類應(yīng)屬于下表中的（）圖4選項磁場方向到達o點的射線到達p點的射線a豎直向上b豎直向下c垂直紙面向里d垂直紙面向外答案c解析r放射出來的射線共有、三種,其中、射線垂直于

9、磁場方向進入磁場區(qū)域時將受到洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn)，射線不偏轉(zhuǎn)，故打在o點的應(yīng)為射線;由于射線貫穿本領(lǐng)弱，不能射穿厚紙板，故到達p點的應(yīng)是射線;依據(jù)射線的偏轉(zhuǎn)方向及左手定則可知磁場方向垂直紙面向里例2（多選）將、三種射線分別射入勻強磁場和勻強電場，圖中表示射線偏轉(zhuǎn)情況正確的是()答案ad解析已知粒子帶正電,粒子帶負電，射線不帶電，根據(jù)正、負電荷在磁場中運動受洛倫茲力方向和正、負電荷在電場中受電場力方向可知，a、b、c、d四幅圖中、粒子的偏轉(zhuǎn)方向都是正確的，但偏轉(zhuǎn)的程度需進一步判斷帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，其半徑r，將數(shù)據(jù)代入,則粒子與粒子的半徑之比371，a對，b錯；帶電粒子垂直進入勻強電場

10、，設(shè)初速度為v0，垂直電場線方向位移為x,沿電場線方向位移為y,則有xv0t，yt2,消去t可得y.對某一確定的x值，、粒子沿電場線偏轉(zhuǎn)距離之比，c錯，d對三種射線的鑒別：（1）射線帶正電、射線帶負電、射線不帶電射線、射線是實物粒子，而射線是光子流，屬于電磁波的一種（2）射線、射線都可以在電場或磁場中偏轉(zhuǎn)，但偏轉(zhuǎn)方向不同，射線則不發(fā)生偏轉(zhuǎn)（3)射線穿透能力弱，射線穿透能力較強，射線穿透能力最強，而電離本領(lǐng)相反二、原子核的衰變規(guī)律和衰變方程確定原子核衰變次數(shù)的方法與技巧(1）方法：設(shè)放射性元素x經(jīng)過n次衰變和m次衰變后，變成穩(wěn)定的新元素y，則衰變方程為：xynheme根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可

11、列方程:aa4n，zz2nm。以上兩式聯(lián)立解得：n，mzz。由此可見，確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個二元一次方程組(2)技巧：為了確定衰變次數(shù)，一般先由質(zhì)量數(shù)的改變確定衰變的次數(shù)(這是因為衰變的次數(shù)多少對質(zhì)量數(shù)沒有影響)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù)例3u核經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)閜b核，問：(1）一共經(jīng)過幾次衰變和幾次衰變？（2)pb與u相比,質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少了多少？(3)綜合寫出這一衰變過程的方程答案(1）86(2）1022（3)upb8he6e解析(1）設(shè)u衰變?yōu)閜b經(jīng)過x次衰變和y次衰變，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得2382064x92822xy聯(lián)立解得x8,y6.即一共經(jīng)過8次衰變和6次

12、衰變（2）由于每發(fā)生一次衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2,每發(fā)生一次衰變中子數(shù)減少1，而質(zhì)子數(shù)增加1，故pb與u相比，質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22.(3)衰變方程為upb8he6e.針對訓(xùn)練1原子核u經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍藅h，繼而經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍藀a，再經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍藆。放射性衰變、和依次為（)a衰變、衰變和衰變b衰變、衰變和衰變c衰變、衰變和衰變d衰變、衰變和衰變答案a解析根據(jù)衰變反應(yīng)前后的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的特點，u核與th核相比較可知，衰變的另一產(chǎn)物為he，所以衰變?yōu)樗プ儯x項b、c錯誤；pa核與u核相比較可知，衰變的另一產(chǎn)物為e，所以衰變?yōu)樗プ?，選項a正確，d錯誤衰變方程的

13、書寫：衰變方程用“”，而不用“”表示,因為衰變方程表示的是原子核的變化,而不是原子的變化三、對半衰期的理解及有關(guān)計算例4放射性同位素c被考古學(xué)家稱為“碳鐘，它可以用來判定古生物體的年代，此項研究獲得1960年諾貝爾化學(xué)獎（1)宇宙射線中高能量的中子碰到空氣中的氮原子后，會形成不穩(wěn)定的c，它很容易發(fā)生衰變,放出射線變成一個新核,其半衰期為5 730年，試寫出c的衰變方程(2）若測得一古生物遺骸中的c含量只有活體中的25，則此遺骸距今約有多少年？答案（1）cen(2)11 460年解析（1)c的衰變方程為：cen。（2）c的半衰期t5 730年生物死亡后，遺骸中的c按其半衰期變化，設(shè)活體中c的含量

14、為n0，遺骸中的c含量為n，則nn0，即0。25n0n0，故2，t11 460年針對訓(xùn)練2氡222是一種天然放射性氣體，被吸入后，會對人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷，它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一其衰變方程是rnpo_.已知rn的半衰期約為3.8天,則約經(jīng)過_天，16 g的rn衰變后還剩1 g。答案he15。2解析根據(jù)核反應(yīng)過程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可推得該反應(yīng)的另一種生成物為he.根據(jù)m余m原得4,代入t3。8天，解得t3。84天15。2天(1)半衰期由核內(nèi)部自身的因素決定，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件都無關(guān)（2)半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，適用于大量原子核衰變的計算，對于個別少數(shù)原子核

15、不適用1（多選)以下關(guān)于天然放射現(xiàn)象，敘述正確的是（）a若使某放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將變短b衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的c射線是原子核衰變產(chǎn)生的,它有很強的電離作用d射線是原子核產(chǎn)生的，它是能量很大的光子流答案cd2下列有關(guān)半衰期的說法正確的是()a放射性元素的半衰期越短,表明有半數(shù)原子核發(fā)生衰變所需的時間越短，衰變速度越快b放射性元素的樣品不斷衰變，隨著剩下未衰變的原子核的減少,元素半衰期也變長c把放射性元素放在密封的容器中,可以減慢放射性元素的衰變速度d降低溫度或增大壓強，讓該元素與其他物質(zhì)形成化合物,均可減小衰變速度答案a解析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核

16、半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間,它反映了放射性元素衰變速度的快慢,半衰期越短，則衰變越快；某種元素的半衰期長短由其自身因素決定,與它所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故a正確,b、c、d錯誤3（多選)14c發(fā)生放射性衰變成為14n,半衰期約5 700年已知植物存活期間，其體內(nèi)14c與12c的比例不變;生命活動結(jié)束后，14c的比例持續(xù)減小現(xiàn)通過測量得知,某古木樣品中14c的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一下列說法正確的是(）a該古木的年代距今約5 700年b12c、13c、14c具有相同的中子數(shù)c14c衰變?yōu)?4n的過程中放出射線d增加樣品測量環(huán)境的壓強將加速14c的衰變答案ac解析因古木樣品中14c的比例

17、正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一，則可知經(jīng)過的時間為一個半衰期,即該古木的年代距今約為5 700年,選項a正確；12c、13c、14c具有相同的質(zhì)子數(shù)，由于質(zhì)量數(shù)不同，故中子數(shù)不同,選項b錯誤；根據(jù)核反應(yīng)方程可知，14c衰變?yōu)?4n的過程中放出電子，即發(fā)出射線,選項c正確；外界環(huán)境不影響放射性元素的半衰期，選項d錯誤一、選擇題(15題為單選題，69題為多選題）1關(guān)于原子核的衰變和半衰期，下列說法正確的是(）a半衰期是指原子核的質(zhì)量減少一半所需要的時間b半衰期是指原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間c發(fā)生衰變時產(chǎn)生的新原子核在周期表中的位置向后移動2位d發(fā)生衰變時產(chǎn)生的新原子核在周期表中的位置向前移

18、動1位答案b2在天然放射性物質(zhì)附近放置一帶電體,帶電體所帶的電荷很快消失的根本原因是(）a射線的貫穿作用 b射線的電離作用c射線的貫穿作用 d射線的中和作用答案b解析由于粒子電離作用較強，能使空氣分子電離,電離產(chǎn)生的電荷與帶電體的電荷中和,使帶電體所帶的電荷很快消失3放射性元素放出的射線，在電場中分成a、b、c三束，如圖1所示,其中()圖1ac為氦原子核組成的粒子流bb為比x射線波長更長的光子流cb為比x射線波長更短的光子流da為高速電子組成的電子流答案c解析根據(jù)射線在電場中的偏轉(zhuǎn)情況,可以判斷，a射線向電場線方向偏轉(zhuǎn)，應(yīng)為帶正電的粒子組成的射線，所以是射線；b射線在電場中不偏轉(zhuǎn),所以是射線；

19、c射線在電場中受到與電場方向相反的作用力，應(yīng)為帶負電的粒子,所以是射線c項正確4放射性同位素釷232經(jīng)、衰變會生成氡，其衰變方程為90th86rnxy，其中（）ax1,y3 bx2，y3cx3，y1 dx3,y2答案d解析根據(jù)衰變方程左右兩邊的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可列方程解得x3，y2。故選d.5釷th具有放射性,它能放出一個新的粒子而變?yōu)殓hpa，同時伴隨有射線產(chǎn)生，其方程為thpax，釷的半衰期為24天則下列說法中正確的是（)ax為質(zhì)子bx是釷核中的一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子時產(chǎn)生的c射線是釷原子核放出的d1 g釷th經(jīng)過120天后還剩0。2 g釷答案b解析根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知釷核衰變過程中放

20、出了一個電子，即x為電子,故a錯誤；根據(jù)衰變的實質(zhì)知b正確;射線是鏷原子核放出的，故c錯誤；釷的半衰期為24天，1 g釷th經(jīng)過120天后，還剩1 g(）50。031 25 g，故d錯誤6如圖2所示，鉛盒a中裝有天然放射性物質(zhì)，放射線從其右端小孔中水平向右射出,在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強磁場，則下列說法中正確的是(）圖2a打在圖中a、b、c三點的依次是射線、射線和射線b射線和射線的軌跡是拋物線c射線和射線的軌跡是圓弧d如果在鉛盒和熒光屏間再加一個豎直向下的場強適當?shù)膭驈婋妶?，可能使屏上的亮斑只剩下b答案ac解析由左手定則可知粒子向右射出，在題圖所示勻強磁場中粒子受到的洛倫茲力方向

21、向上，粒子受到的洛倫茲力方向向下，軌跡都是圓弧由于粒子的速度是光速的,而粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場中不可能都做直線運動，本題應(yīng)選a、c.7由原子核的衰變規(guī)律可知（）a放射性元素一次衰變就同時產(chǎn)生射線和射線b放射性元素發(fā)生衰變，產(chǎn)生的新核的化學(xué)性質(zhì)與原來的核的化學(xué)性質(zhì)相同c放射性元素衰變的快慢跟它所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)d放射性元素發(fā)生正電子衰變時，產(chǎn)生的新核質(zhì)量數(shù)不變,電荷數(shù)減少1答案cd解析由放射性元素的衰變實質(zhì)可知，不可能同時發(fā)生衰變和衰變，故a錯；衰變后變?yōu)樾略?，化學(xué)性質(zhì)不同,故b錯；衰變快慢與所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，c對；正電子電荷數(shù)為1,質(zhì)量數(shù)為0，故d對8某原子核的衰

22、變過程abc,下列說法正確的是(）a核c比核a的質(zhì)子數(shù)少1b核c比核a的質(zhì)量數(shù)少5c原子核為a的中性原子的電子數(shù)比原子核為b的中性原子的電子數(shù)多2d核c比核b的中子數(shù)少2答案ad解析由衰變方程可寫出關(guān)系式abc可得a、d項正確圖39在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核發(fā)生了衰變，得到兩條如圖3所示的徑跡，圖中箭頭表示衰變后粒子的運動方向不計放出的光子的能量，則下列說法正確的是（）a發(fā)生的是衰變，b為粒子的徑跡b發(fā)生的是衰變，b為粒子的徑跡c磁場方向垂直于紙面向外d磁場方向垂直于紙面向里答案ad二、非選擇題10天然放射性鈾（u）發(fā)生衰變后產(chǎn)生釷(th)和另一種新核(1)請寫出衰變方程；(2）若衰變前鈾(u)核的速度為v，衰變產(chǎn)生的釷（th）核的速度為，且與鈾核速度方向相同，試估算產(chǎn)生的另一種新核的速