原子核衰變及半衰期

1、第2節(jié)原子核衰變及半衰期 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.知道什么是放射性及放射性元素2知道三種射線的本質(zhì)和特性(重點(diǎn)、難點(diǎn))3知道原子核的衰變和衰變規(guī)律(重點(diǎn))4知道什么是半衰期(重點(diǎn))天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及放射線的本質(zhì)1天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)(1)天然放射現(xiàn)象：物質(zhì)能自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象(2)放射性：物質(zhì)放出射線的性質(zhì)，叫做放射性(3)放射性元素：具有放射性的元素，叫做放射性元素(4)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：1896年，法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象2放射線的本質(zhì)(1)如圖3­2­1所示，讓放射線通過強(qiáng)磁場，在磁場的作用下，放射線能分成3束，這表明有3種射線，且它們電性不

2、同帶正電的射線向左偏轉(zhuǎn)，為射線；帶負(fù)電的射線向右偏轉(zhuǎn)，為射線；不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的射線不帶電，為射線圖3­2­1(2)射線是高速運(yùn)動的氦原子核粒子流，有很強(qiáng)的電離作用，但是穿透能力很弱一張鋁箔或一張薄紙就能將它擋住(3)射線是高速運(yùn)動的電子，穿透能力較強(qiáng)，但電離作用較弱能穿透幾毫米厚的鋁板(4)射線是波長很短的電磁波，穿透能力很強(qiáng)，但電離作用很弱能穿透幾厘米的鉛板1放射性元素發(fā)出的射線可以直接觀察到(×)2放射性元素發(fā)出的射線的強(qiáng)度可以人工控制(×)3射線的穿透本領(lǐng)最強(qiáng)，電離作用很弱(×)天然放射現(xiàn)象說明了什么？【提示】天然放射現(xiàn)象說明了原子核具有復(fù)雜

3、的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1三種射線的比較如下表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質(zhì)量4mpmp1.67×1027 kg靜止質(zhì)量為零速度0.1c0.9cc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(qiáng)穿透幾毫米的鋁板最強(qiáng)穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱在空氣中的徑跡粗、短、直細(xì)、較長、曲折最長通過膠片感光感光感光2.三種射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)(1)在勻強(qiáng)電場中，射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，做勻速直線運(yùn)動，粒子和粒子沿相反方向做類平拋運(yùn)動，在同樣的條件下，粒子的偏移大，如圖3­2­2所示圖3­2­2位

4、移x可表示為xat2·2所以，在同樣條件下粒子與粒子偏移之比為××37.(2)在勻強(qiáng)磁場中：射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，仍做勻速直線運(yùn)動，粒子和粒子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動，且在同樣條件下，粒子的軌道半徑小，如圖3­2­3所示圖3­2­3根據(jù)qvB得R所以，在同樣條件下粒子與粒子的軌道半徑之比為××.1(多選)關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A射線是由氦原子核組成的B射線的穿透能力最強(qiáng)C射線是波長很短的電磁波D射線本質(zhì)是高速電子流【解析】射線本質(zhì)是氦核，A正確；射線本質(zhì)是高速電子流，D正確；射線是波長很短的電磁

5、波，C正確；射線的電離作用最強(qiáng)，射線的穿透能力最強(qiáng)，B錯(cuò)誤【答案】ACD2一置于鉛盒中的放射源發(fā)射出的、和射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔，鋁箔后的空間有一勻強(qiáng)電場進(jìn)入電場后，射線變?yōu)閍、b兩束，射線a沿原來方向行進(jìn)，射線b發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，如圖3­2­4所示，則圖中的射線a為_射線，射線b為_射線圖3­2­4【解析】在三種射線中，射線帶正電，穿透能力最弱，射線不帶電，穿透能力最強(qiáng)，射線帶負(fù)電，穿透能力一般，綜上所述，結(jié)合題意可知，a射線應(yīng)為射線，b射線應(yīng)為射線【答案】3(多選)將、三種射線分別射入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，圖中表示射線偏轉(zhuǎn)情況正確的是()【

6、解析】已知粒子帶正電，粒子帶負(fù)電，射線不帶電，根據(jù)正、負(fù)電荷在磁場中運(yùn)動受洛倫茲力方向和正、負(fù)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(jìn)一步判斷帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)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(cuò)；帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)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，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(cuò)，D對【答案】AD判斷三種射線性質(zhì)的方

7、法(1)射線的電性：射線帶正電、射線帶負(fù)電、射線不帶電、是實(shí)物粒子，而射線是光子流，它是波長很短的電磁波(2)射線的偏轉(zhuǎn)：在電場或磁場中，通過其受力及運(yùn)動軌跡半徑的大小來判斷和射線偏轉(zhuǎn)方向，由于射線不帶電，故運(yùn)動軌跡仍為直線(3)射線的穿透能力：粒子穿透能力較弱，粒子穿透能力較強(qiáng)，射線穿透能力最強(qiáng)，而電離作用相反原 子 核 的 衰 變1衰變：原子核由于放出射線或射線而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓?衰變形式：常見的衰變有兩種，放出粒子的衰變?yōu)樗プ?，放出粒子的衰變?yōu)樗プ儯渚€是伴隨射線或射線產(chǎn)生的3衰變規(guī)律(1)衰變：XHeY.(2)衰變：XeY.在衰變過程中，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒4衰變的快慢半衰期(1)放

8、射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間叫做半衰期(2)元素半衰期的長短由原子核自身因素決定，與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)以及周圍環(huán)境、溫度無關(guān)1原子核的衰變有衰變、衰變和衰變?nèi)N形式(×)2在衰變過程中，電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒()3原子所處的周圍環(huán)境溫度越高，衰變越快(×)有10個(gè)鐳226原子核，經(jīng)過一個(gè)半衰期有5個(gè)發(fā)生衰變，這樣理解對嗎？【提示】不對.10個(gè)原子核數(shù)目太少，它們何時(shí)衰變是不可預(yù)測的，因?yàn)樗プ円?guī)律是大量原子核的統(tǒng)計(jì)規(guī)律1衰變實(shí)質(zhì)衰變：原子核內(nèi)兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)粒子，并在一定條件下作為一個(gè)整體從較大的原子核中拋射出來，產(chǎn)生衰變.2n2HHe.衰變：原子核

9、內(nèi)的一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子留在原子核內(nèi)，同時(shí)放出一個(gè)電子，即粒子放射出來nHe.2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(gè)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?yàn)樗プ兊拇螖?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)3對半衰期的理解(1)意義：表示放射性元素衰變的快慢(2)半衰期公式：nN，mM式中N、M表示衰變前的原子數(shù)和質(zhì)量

10、，n、m表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子數(shù)和質(zhì)量，T1/2表示衰變時(shí)間，表示半衰期4適用條件：半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對于一個(gè)特定的原子核，無法確定其何時(shí)發(fā)生衰變，半衰期只適用于大量的原子核5應(yīng)用：利用半衰期非常穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以測算其衰變過程，推算時(shí)間等4(多選)某原子核的衰變過程ABC，下列說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：64772042】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【解析】原子核A經(jīng)過一次衰變和一次衰變變?yōu)樵雍薈的衰變方程為：A，由此可知核C比核A的質(zhì)子數(shù)少

11、1，質(zhì)量數(shù)少4，A正確，B錯(cuò)誤；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)少1，C錯(cuò)誤；核C比核B的中子數(shù)少2，核C比核A的中子數(shù)少3，D正確【答案】AD5(多選)由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被發(fā)現(xiàn)，只是在使用人工的方法制造后才被發(fā)現(xiàn)已知Np經(jīng)過一系列衰變和衰變后變成Bi，下列論斷中正確的是()A.Bi的原子核比Np的原子核少28個(gè)中子B.Bi的原子核比Np的原子核少18個(gè)中子C衰變過程中共發(fā)生了7次衰變和4次衰變D衰變過程中共有4個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子【解析】Bi的中子數(shù)為20983126，Np的中子數(shù)為23793144，Bi的原子核比Np的原子核少18個(gè)中子

12、，A錯(cuò)、B對；衰變過程中共發(fā)生了衰變的次數(shù)為7次，衰變的次數(shù)是2×7(9383)4次，C對，此過程中共發(fā)生了4次衰變，因此共有4個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，D正確【答案】BCD6放射性同位素14C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(xiàng)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(gè)新核，其半衰期為5 730年，試寫出14C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？【解析】(1)C的衰變方程為：CeN.(2)C的半衰期5 730年生物死亡后，遺骸

13、中的C按其半衰期變化，設(shè)活體中C的含量為N0，遺骸中的C含量為N，則NN0，即0.25N0N0，故2，t11 460年【答案】(1)CeN(2)11 460年1衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒(1)每發(fā)生一次衰變質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均減少2，質(zhì)量數(shù)減少4.(2)每發(fā)生一次衰變中子數(shù)減少1，質(zhì)子數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變2利用半衰期公式解決實(shí)際問題，首先要理解半衰期的統(tǒng)計(jì)意義，其次要知道公式建立的是剩余核的質(zhì)量與總質(zhì)量間的關(guān)系學(xué)業(yè)分層測評(九)(建議用時(shí)：45分鐘)學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1(多選)關(guān)于天然放射現(xiàn)象和對放射性的研究，下列說法正確的是()A射線和射線在電場或磁場中偏轉(zhuǎn)說明它們是帶電粒子B原子核不是單一的粒子

14、C射線一定伴隨射線或射線而產(chǎn)生D任何放射性元素都能同時(shí)發(fā)出三種射線【解析】帶電粒子以一定的初速度垂直進(jìn)入電場或磁場能發(fā)生偏轉(zhuǎn)，射線和射線能在電場或磁場中偏轉(zhuǎn)說明它們是帶電粒子，故A正確；放射現(xiàn)象說明原子核的可變性，即原子核不是單一粒子，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故選項(xiàng)B正確；射線是原子核在發(fā)射射線或射線時(shí)多余的能量以射線的形式產(chǎn)生的輻射，因此射線是伴隨(不是一定伴隨)射線或射線而放出的，C、D均錯(cuò)誤【答案】AB2(多選)關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說法正確的是()A是放射源質(zhì)量減少一半所需的時(shí)間B是原子核半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間C與外界壓強(qiáng)和溫度有關(guān)D可以用于測定地質(zhì)年代、生物年代等【解析】原子核的衰變是

15、由原子核的內(nèi)部因素決定的，與外界環(huán)境無關(guān)原子核的衰變有一定的速率，每隔一定的時(shí)間即半衰期，原子核就衰變掉總數(shù)的一半不同種類的原子核，其半衰期也不同，若開始時(shí)原子核數(shù)目為N0，經(jīng)時(shí)間t剩下的原子核數(shù)目為N，半衰期為T1/2，則NN0().若能測出N與N0的比值，就可求出t，依此公式可測定地質(zhì)年代、生物年代等故正確答案為B、D.【答案】BD3由原子核的衰變規(guī)律可知() 【導(dǎo)學(xué)號：64772103】A放射性元素一次衰變可同時(shí)產(chǎn)生射線和射線B放射性元素發(fā)生衰變時(shí)，新核的化學(xué)性質(zhì)不變C放射性元素發(fā)生衰變的快慢不可人為控制D放射性元素發(fā)生正電子衰變時(shí)，新核質(zhì)量數(shù)不變，核電荷數(shù)增加1【解析】一次衰變不可能同

16、時(shí)產(chǎn)生射線和射線，只可能同時(shí)產(chǎn)生射線和射線或射線和射線；原子核發(fā)生衰變后，核電荷數(shù)發(fā)生了變化，故新核(新的物質(zhì))的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)發(fā)生改變；發(fā)生正電子衰變，新核質(zhì)量數(shù)不變，核電荷數(shù)減小1.【答案】C4(多選)日本福島核電站泄漏事故中釋放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰變時(shí)會發(fā)出射線與射線，碘131被人攝入后，會危害身體健康，由此引起了全世界的關(guān)注下面關(guān)于核輻射的相關(guān)知識，說法正確的是()A人類無法通過改變外部環(huán)境來改變碘131衰變的快慢B碘131的半衰期為8.3天，則4個(gè)碘原子核經(jīng)16.6天后就一定剩下一個(gè)原子核C射線與射線都是電磁波，但射線穿透本領(lǐng)比射線強(qiáng)D碘131發(fā)生衰變時(shí)所釋放的電

17、子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的【解析】衰變的快慢由放射性元素本身決定，與外部環(huán)境無關(guān)，A正確；半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對少數(shù)幾個(gè)原子核無意義，B錯(cuò)誤；射線是高速電子流，射線是電磁波，故C錯(cuò)誤；衰變的實(shí)質(zhì)是nHe，D正確【答案】AD5(多選)某一放射性元素放出的射線通過電場后分成三束，如圖3­2­5所示，下列說法正確的是()圖3­2­5A射線3的電離作用在三種射線中最強(qiáng)B射線2貫穿本領(lǐng)最弱，用一張白紙就可以將它擋住C一個(gè)原子核放出一個(gè)射線3的粒子后，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都比原來少2個(gè)D一個(gè)原子核放出一個(gè)射線1的粒子后，形成的新核比原來的電荷數(shù)少1

18、個(gè)【解析】根據(jù)三束射線的偏轉(zhuǎn)方向，可以斷定射線1帶負(fù)電，是射線；射線2不帶電，是射線；射線3是射線射線的電離作用最強(qiáng)，選項(xiàng)A正確射線貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，用一張白紙可以擋住的是射線，選項(xiàng)B錯(cuò)誤每發(fā)生一次衰變，原子核里面的2個(gè)中子和2個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)氦核而釋放出來，選項(xiàng)C正確每發(fā)生一次衰變，原子核里面的一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子，因此核電荷數(shù)增加1，但核子數(shù)不變，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤【答案】AC6(多選)原子核Th具有天然放射性，它經(jīng)過若干次衰變和衰變后會變成新的原子核下列原子核中，有三種是Th衰變過程中可以產(chǎn)生的，它們是()A.PbB.PbC.Po D.Ra【解析】發(fā)生1次衰變時(shí)核子的質(zhì)量數(shù)減4，電荷數(shù)減2；發(fā)生1

19、次衰變時(shí)，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)加1.先從質(zhì)量數(shù)的變化分析，易得A、C、D正確【答案】ACD7在橫線上填上粒子符號和衰變類型(1)UTh_，屬于_衰變(2)ThPa_，屬于_衰變(3)PoAt_，屬于_衰變(4)CuCo_，屬于_衰變【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可以判斷，(1)中生成的粒子為He，屬于衰變；(2)中生成的粒子為e，屬于衰變；(3)中生成的粒子為e，屬于衰變；(4)中生成的粒子為He，屬于衰變【答案】(1)He(2)e(3)e(4)He8.U經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)镻b.(1)求一共經(jīng)過幾次衰變和幾次衰變？(2)Pb與U相比，求質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少多少？(3)寫出這一衰變過程的方程【

20、解析】(1)設(shè)U衰變?yōu)镻b經(jīng)過x次衰變和y次衰變由質(zhì)量數(shù)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較U質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22.(3)核反應(yīng)方程為UPb8He6e.【答案】(1)86(2)1022(3)UPb8He6e能力提升9(多選)有一種新型鎳銅長效電池，它是采用半衰期長達(dá)100年的放射性同位素鎳63(Ni)和銅兩種金屬作為長壽命電池的材料，利用鎳63發(fā)生衰變時(shí)釋放電子給銅片，把鎳63和銅片作電池兩極，外接負(fù)載為負(fù)載提供電能下面有關(guān)該電池的

21、說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：64772043】A鎳63的衰變方程是NiCueB鎳63的衰變方程是NiCueC外接負(fù)載時(shí)鎳63的電勢比銅片高D該電池內(nèi)電流方向是從鎳片到銅片【解析】鎳63的衰變方程為NieCu，選項(xiàng)A對，B錯(cuò)電流方向?yàn)檎姾啥ㄏ蛞苿臃较?，在電池?nèi)部電流從銅片到鎳片，鎳片電勢高，為電池的正極，選項(xiàng)C對，D錯(cuò)【答案】AC10(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)減少現(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(qiáng)將加速14C的衰變【解析】剩余的碳14占，表明經(jīng)過了一個(gè)半衰期，A正確；碳14、13、12的質(zhì)子數(shù)相同，質(zhì)量數(shù)不同，中子數(shù)不同，碳14比