2017_2018學年高中物理第四章原子核第二節(jié)放射性元素的衰變教學案粵教版選修3_5（精編版）

1、第二節(jié) 放射性元素的衰變對應(yīng)學生用書頁碼p481 射線實際上就是高速運動的 粒子流， 速度可達到光速的1/10 ，其電離能力強，穿透能力較差，在空氣中只能前進幾厘米。2 射線是高速運動的電子流，它速度很大，可達光速的90% ，它的穿透能力較強，電離能力較弱。3 射線呈電中性，是能量很高的電磁波，波長很短，在1010 m 以下，它的電離作用更小，但穿透能力更強，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板。4原子核放出一個 粒子后，核的質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2。5半衰期越大，說明放射性元素衰變得越慢，放射性元素的半衰期是由核本身的因素決定的，與原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關(guān)。對應(yīng)學生用書頁碼p48對三種射線的理

2、解1. 三種射線的比較種類 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2e e 0 質(zhì)量4mpmp1027 kg mp1 836靜止質(zhì)量為零速度0.1c 0.9c c在電場或磁場中偏轉(zhuǎn)與 射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱用紙能擋住較 強 穿 透 幾 毫 米的鋁板最強穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強較弱很弱在空氣中的徑跡粗、短、直細、較長、曲折最長通過膠片感光感光感光2三種射線的分離(1) 用勻強電場分離時，帶正電的 射線沿電場方向偏轉(zhuǎn)，帶負電的 射線沿電場的反方向偏轉(zhuǎn)，且 射線偏轉(zhuǎn)小，射線偏轉(zhuǎn)大，而射線不偏轉(zhuǎn)。如圖421 所示。(2) 用勻強磁場分離時，射線

3、和 射線沿相反的方向做勻速圓周運動，且在同樣的條件下 射線的軌道半徑大，射線的軌道半徑小； 射線不偏轉(zhuǎn)。如圖422 所示。圖 4 22 1一放射源放射出某種或多種射線，當用一張薄紙放在放射源前面時，射線的強度減為原來的13，而當用1 cm厚的鋁板放在放射源前面時，射線的強度減小到幾乎為零。由此可知，該放射源所放射出的( ) a僅是 射線b僅是 射線c是 射線和 射線d是 射線和 射線解析：三種射線中，射線貫穿本領(lǐng)最強，能穿透幾厘米厚的鉛板。本題中用1 cm厚的鋁片即能擋住射線，說明射線中不含 射線，用薄紙便可擋住部分射線，說明射線中含有貫穿本領(lǐng)較小的 射線，同時有大部分射線穿過薄紙，說明含有

4、射線。故選項c對。答案： c 原子核的衰變1. 定義圖 421一種元素經(jīng)放射過程變成另一種元素的現(xiàn)象，稱為原子核的衰變。2衰變規(guī)律原子核衰變時，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。3衰變方程(1) 衰變：原子核放出一個 粒子，衰變方程為：azxa4z2y42he (2) 衰變：原子核放出一個 粒子，衰變方程為：azxaz1y e 0 1(3) 射線經(jīng)常是伴隨 衰變或 衰變而產(chǎn)生， 往往是由于衰變后的新核向低能級躍遷時輻射出來的一份能量，原子核釋放出一個 光子不會改變它的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)。4 衰變和 衰變的實質(zhì)(1) 衰變： 粒子實質(zhì)就是氦核，它是由兩個質(zhì)子和兩個中子組成的。在放射性元素的原子核中， 兩個質(zhì)子

5、和兩個中子結(jié)合得比較緊密，有時會作為一個整體從較大的原子核中拋射出來，這就是放射性元素發(fā)生的 衰變現(xiàn)象，即210n211h42he (2) 衰變：原子核里雖然沒有電子，但是核內(nèi)的中子可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子，產(chǎn)生的電子從核內(nèi)發(fā)射出來，這就是 衰變。 衰變是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)化成一個電子和一個質(zhì)子，即10n11h 01e 5衰變方程的書寫(1) 衰變過程一般都不是可逆的，所以衰變方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接。(2) 衰變的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個守恒杜撰出生成物來寫衰變方程。(3) 當放射性物質(zhì)發(fā)生連續(xù)衰變時，原子核中有的發(fā)生 衰變，有的發(fā)生 衰變，同時伴隨著

6、 輻射。這時可連續(xù)放出三種射線。2原子核發(fā)生 衰變時，此 粒子是 ( ) a原子核外的最外層電子b原子核外的電子躍遷時放出的光子c原子核內(nèi)存在著的電子d原子核內(nèi)的一個中子變成一個質(zhì)子時，放射出一個電子解析： 因原子核是由帶正電荷的質(zhì)子和不帶電的中子組成的，原子核內(nèi)并不含電子，但在一定條件下， 一個中子可以轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和一個負電子，一個質(zhì)子可以轉(zhuǎn)化成一個中子和一個正電子，其轉(zhuǎn)化可用該式表示：10n11h01e( )，11h10n01e。由上式可看出 粒子 (負電子 ) 是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化而來，正電子是由原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)化而來。選項d對。答案： d 半衰期1. 定義放射性元素的原子核數(shù)目因衰變

7、減少到原來的一半所經(jīng)過的時間，叫做半衰期， 用符號t12表示。2物理意義半衰期是描述放射性元素衰變快慢的物理量；不同的放射性元素，其半衰期不同， 有的差別很大。半衰期越大，表明放射性元素衰變得越慢。3公式nn0，mm0式中n0、m0表示衰變前的原子數(shù)和質(zhì)量，n、m表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，t12表示半衰期。4影響因素放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)( 如溫度、壓強 ) 或化學狀態(tài) ( 如單質(zhì)、化合物) 無關(guān)。即一種放射性元素，不管它以單質(zhì)存在還是以化合物的形式存在，或者對它加壓，或者增高它的溫度，它的半衰期是固定不變的。5適用條件

8、半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，只對大量原子核才有意義，個別原子核經(jīng)過多長時間發(fā)生衰變是偶然的，是無法預測的，故對個別或極少數(shù)的原子核，無半衰期而言。3一個氡核222 86rn衰變成釙核218 84po 并放出一個粒子，其半衰期為天。1 g 氡經(jīng)過天衰變掉的氡的質(zhì)量，以及22286rn衰變成釙核21884po的過程放出的粒子是( ) a0.25 g ，粒子b0.75 g ，粒子c0.25 g ， 粒子d0.75 g ， 粒子解析：根據(jù)核反應(yīng)時，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可得其核反應(yīng)方程為222 86rn 218 84po42 he 222 86rn衰變成釙核218 84po的過程放出的粒子是粒子。

9、根據(jù)半衰期公式mm012tt得mm012ttm0127.63.814m0所以衰變掉的氡的質(zhì)量mm014m034m00.75 g 。答案： b 對應(yīng)學生用書頁碼p49三種射線的性質(zhì) 例 1 ( 雙選 )讓 、 三種射線分別沿垂直場的方向射入勻強磁場或勻強電場，圖 423 表示射線偏轉(zhuǎn)的情況中，正確的是( ) 圖 4 23 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rmvbq，將其數(shù)據(jù)代入

10、，則 粒子與 粒子的半徑之比為：rrmmvvqq411 836錯誤 ! 錯誤 ! 錯誤 ! 。由此可見rr，a正確， b錯誤。帶電粒子垂直進入勻強電場，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，y12qemt2，兩式聯(lián)立可得：yqex22mv20。對某一確定的x值，、粒子沿電場線偏轉(zhuǎn)距離之比為yyqqmmv2v22111 836422145。由此可見yy，故選項c錯誤， d正確。 答案 ad (1) 根據(jù) 、 三種射線的帶電情況可以大致判斷出它們在電場或磁場中的偏轉(zhuǎn)情況，但要準確的判斷其軌跡還需要知道、 射線的荷質(zhì)比和速度。(2) 、 兩種粒子在電場中均做類

11、平拋運動，用運動的合成與分解規(guī)律研究；在勻強磁場中均做勻速圓周運動，其所受洛倫磁力提供向心力。1.( 雙選 ) 如圖 4-2-4 所示，鉛盒內(nèi)的天然放射性物質(zhì)能向上放出、 三種射線粒子，它們都能打到正上方的熒光屏上。若在放射源上方放一張薄鋁箔，并在放射源和熒光屏間加水平方向的勻強電場，結(jié)果熒光屏上只剩下兩個亮點m、n。下列說法中正確的是( ) a打在m、n的依次是 射線和 射線b打在m、n的依次是 射線和 射線c勻強電場的方向水平向左d勻強電場的方向水平向右解析：粒子的速度較小，約為光速的十分之一，因而貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很小，一張薄紙就能把它擋住，故a 項錯誤；射線是高速運動的電子流，它向右偏，故

12、可判斷勻強電場的方向水平向左。答案： bc 原子核衰變次數(shù)的確定 例 2 放射性同位素釷232 經(jīng) 、 衰變會生成氡，其衰變方程為232 90th220 86rn xy，則 ( ) ax1，y 3 bx2，y3 cx3，y 1 dx3，y2 解析 法一：由于 衰變不會引起質(zhì)量數(shù)的變化，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的變化確定衰變的次數(shù)， 每一次 衰變質(zhì)量數(shù)減少4，而232 90th衰變?yōu)?20 86rn質(zhì)量數(shù)共減少了12，故 衰變的次數(shù)x124次 3 次。圖 42 4由于每次 衰變電荷數(shù)減少2，故 3 次 衰變電荷數(shù)共減少6，而現(xiàn)在電荷數(shù)只減少了 90864 個，而每進行一次 衰變，電荷數(shù)增加1，故 衰變的

13、次數(shù)為642，所以x3，y2，選項 d對。法二：根據(jù)衰變前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得2322204x90862xy兩式聯(lián)立解得：x3y2 答案 d 確定衰變次數(shù)的依據(jù)是兩個守恒定律：質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，具體方法有：由于 衰變不影響質(zhì)量數(shù)，一般先由質(zhì)量數(shù)的改變確定 衰變的次數(shù)，每一次 衰變質(zhì)量數(shù)減少4 電荷數(shù)減少2，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定 衰變的次數(shù)，每一次 衰變，電荷數(shù)增加1。根據(jù)這些規(guī)律列出方程求解aa 4n， zz 2nm以上兩式聯(lián)立解得：naa4，maa2z z 2( 雙選 ) 天然放射性元素232 90th 經(jīng)過一系列 衰變和 衰變之后，變成208 82pb，下列論斷中正確的是 ( )

14、a鉛核比釷核少24 個中子b衰變過程中共有4 次 衰變和 8 次 衰變c鉛核比釷核少8 個質(zhì)子d衰變過程中共有6 次 衰變和 4 次 衰變解析：鉛核中子數(shù)20882126，釷核中子數(shù)23290142，故鉛核比釷核少14212616 個中子，鉛核比釷核少90828 個質(zhì)子，選項a 錯 c 對 衰變的次數(shù)為n23220846 次， 衰變后減少的電荷數(shù)為12，而現(xiàn)在只減少了90828 個，故 衰變的次數(shù)為4 次，選項b錯 d對。答案： cd 半衰期 例 3 關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說法正確的是( ) a半衰期是原子核質(zhì)量減少一半所需的時間b半衰期與外界壓強和溫度有關(guān)，與原子的化學狀態(tài)無關(guān)c氡的半

15、衰期為天，若有四個氡原子核，經(jīng)過天就只剩下一個氡原子核d氡的半衰期為天，4 g 氡原子核，經(jīng)過天就只剩下1 g 氡原子核 解析 原子核的衰變有一定的速率，每隔一定的時間即半衰期，原子核就衰變掉總數(shù)的一半， 而并非原子核質(zhì)量減少一半，故 a錯。原子核的衰變快慢是由原子核內(nèi)部因素決定的，與外界環(huán)境或化學狀態(tài)無關(guān)，故 b錯。半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，是對大量原子核而言的，對一個或幾個原子核來說，半衰期是沒有意義的，某一個或某幾個具有放射性的原子核，經(jīng)過多長時間發(fā)生衰變是偶然的，故c錯。由半衰期公式可知d對。 答案 d (1) 半衰期是個統(tǒng)計概念，只對大量原子核有意義，對少數(shù)原子核是沒有意義的。某一個原子

16、核何時發(fā)生衰變，是不可知的。(2) 放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部的因素決定的，與原子所處的物理狀態(tài)( 如溫度、壓強 )或化學狀態(tài) ( 如單質(zhì)、化合物)無關(guān)。(3) 原子核質(zhì)量減少一半跟原子核有半數(shù)發(fā)生衰變意義是不相同的。(4) 不能認為原子核經(jīng)過一個半衰期后，余下的一半再經(jīng)過一個半衰期就衰變結(jié)束，再經(jīng)過一個半衰期余下的一半中有一半發(fā)生衰變。3( 雙選 ) 目前，在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有鈾、 釷的花崗巖等巖石會釋放出放射性惰性氣體氡，而氡會發(fā)生放射性衰變，放射出、射線，這些射線會導致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病，根

17、據(jù)有關(guān)放射性知識可知，下列說法正確的是( ) a氡的半衰期為天，若取4 個氡原子核，經(jīng)過天后就一定剩下一個原子核了b 衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子時產(chǎn)生的c 射線一般伴隨著或射線產(chǎn)生，在這三種射線中，射線的穿透能力最強，電離能力最弱d發(fā)生衰變時，生成核與原來的核相比，中子數(shù)減少了4 個解析： 半衰期是對于大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律，對個別原子核不適用，所以 4 個氡原子核經(jīng)過天 (2 個半衰期 )發(fā)生衰變的個數(shù)是隨機的，具有不確定性， 所以選項a錯誤。衰變所釋放的電子實質(zhì)上是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的，所以選項b 正確。在衰變和衰變過程中要伴隨著 射線的產(chǎn)生，射線的穿

18、透能力最強，電離能力最弱，所以選項c正確。 發(fā)生衰變時， 生成核與原來的核相比，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都減少了2 個，所以選項d錯誤。答案： bc 對應(yīng)課時跟蹤檢測十六1( 雙選 ) 在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些材料都不同程度地含有放射性元素，有些含有鈾、釷的花崗巖會釋放出、射線，根據(jù)有關(guān)放射性知識可知，下列說法正確的是( ) a發(fā)生 衰變時，生成核與原來的原子核相比，核內(nèi)質(zhì)量數(shù)減少2 b發(fā)生 衰變時，生成核與原來的原子核相比，核內(nèi)中子數(shù)減少1 c 射線是原子的核外電子電離后形成的電子流d在這三種射線中，射線的穿透能力最強，電離能力最弱解析：根據(jù)衰變規(guī)律，發(fā)生 衰變時，生成核與原

19、來的原子核相比，核內(nèi)電荷數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4，故選項 a錯誤；發(fā)生 衰變時，生成核與原來的原子核相比，核內(nèi)電荷數(shù)增加 1，中子數(shù)減少1，故選項 b正確； 衰變的實質(zhì)在于原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化成了一個質(zhì)子和一個電子，射線不是原子的核外電子電離后形成的電子流，故選項c 錯誤；選項 d說法正確。答案： bd 2鈁238 87fr 的 衰變半衰期是21 min ，則原來16 g 鈁經(jīng)衰變后剩下1 g 所需要的時間是( ) a315 min b336 min c84 min d min 解析：半衰期t1221 min ，根據(jù)衰變公式，經(jīng)時間t后剩下的質(zhì)量數(shù)為即mm0116m0。所以tt124，t4t1

20、284 min 。答案： c 3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，衰變速度越大b放射性元素樣品不斷衰變，隨著剩下未衰變的原子核減少，元素的半衰期也變短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率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半衰期解析：由半衰期的定義知a對， b錯；半衰期由放射性元素的原子核本身因素決定，與原子所處物理狀態(tài)與化學狀態(tài)無關(guān)，c、d錯。答案： a 4原子核azx與氘核21h反應(yīng)生成一個 粒子和一個質(zhì)子，由此可知( ) aa2，z 1 ba2，z2 ca3，z 3 da3

21、，z2 解析： 由核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得：a241，z121，兩式聯(lián)立解得 a 3、z2，故選項d對。答案： d 5( 雙選 ) 在垂直于紙面的勻強磁場中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運動軌跡分別如圖1 中a、b所示，由圖可以判定 ( ) a該核發(fā)生的是 衰變b該核發(fā)生的是 衰變c磁場方向一定是垂直紙面向里d磁場方向向里還是向外不能判定解析： 原來靜止的核，放出粒子后，總動量守恒， 所以粒子和反沖核的速度方向一定相反，根據(jù)圖示，它們在同一磁場中是向同一側(cè)偏轉(zhuǎn)的，由左手定則可知它們必帶異種電荷，故應(yīng)為 衰變，選項a錯 b對；由于不知它們的旋轉(zhuǎn)方向，因而無

22、法判斷磁場是向里還是向外，即都有可能。故選項c錯 d對。答案： bd 6原子核 x經(jīng)一次 衰變變成原子核y，原子核 y再經(jīng)一次 衰變變成原子核z，則下列說法中正確的是( ) a核 x的中子數(shù)減核z的中子數(shù)等于2 b核 x的質(zhì)子數(shù)減核z的質(zhì)子數(shù)等于5 c核 z 的質(zhì)子數(shù)比核x的質(zhì)子數(shù)少1 d核 x的電子數(shù)比核z的電子數(shù)少1 解析： 根據(jù)衰變規(guī)律， 發(fā)生一次 衰變減少兩個質(zhì)子和兩個中子，發(fā)生一次 衰變減少一個中子而增加一個質(zhì)子，所以核z 與核 x相比，中子數(shù)減少3 個，質(zhì)子數(shù)減少1個，因質(zhì)子數(shù)等于核外電子數(shù)，核 z 的核外電子數(shù)也比核x的核外電子數(shù)少1 個，故 a、b 、d錯誤，圖 1c對。答案：

23、 c 7天然放射性元素鈾238(238 92u)衰變?yōu)殡?22(222 86rn)要經(jīng)過 ( ) a3 次 衰變， 2 次 衰變b4 次 衰變， 2 次 衰變c4 次 衰變， 4 次 衰變d2 次 衰變， 2 次 衰變解析：根據(jù)衰變過程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，設(shè)238 92u 經(jīng)過x次 衰變，y次 衰變變?yōu)?22 86rn，則 92862xy,2382224x，得x4，y2，即 4 次 衰變， 2 次 衰變，選項 b正確， a、c、d錯誤。答案： b 92)u 衰變成234 90th 之后又衰變成234 91pa，此 pa 核處于高能級，它向低能級躍遷時輻射一個粒子。在這個過程中，前兩次衰變放出的粒子