新教材2025版高中物理第五章原子核2.放射性元素的衰變學(xué)生用書新人教版選擇性必修第三冊

2.放射性元素的衰變素養(yǎng)目標(biāo)1.知道衰變、半衰期并駕馭原子核衰變的規(guī)律．了解核反應(yīng)及放射性同位素應(yīng)用的基本觀念和試驗(yàn)證據(jù)．(物理觀念)2．理解原子核的衰變規(guī)律及半衰期的計(jì)算方法．駕馭核反應(yīng)方程的寫法與放射性同位素的應(yīng)用，培育分析、推理實(shí)力．(科學(xué)思維)3．了解放射性同位素帶來的輻射與平安問題．(科學(xué)看法與責(zé)任)自主落實(shí)·必備學(xué)問全過關(guān)一、原子核的衰變1．定義原子核自發(fā)地放出________或________，由于核電荷數(shù)變了，它在元素周期表中的位置就變了，變成另一種________．我們把這種變更稱為原子核的衰變．沒有外界影響2．衰變分類(1)α衰變：放出α粒子的衰變．(2)β衰變：放出β粒子的衰變．3．衰變過程92238902344．衰變規(guī)律(1)原子核衰變時(shí)________和________都守恒．(2)任何一種放射性元素只有一種放射性，不能同時(shí)既發(fā)生α衰變又發(fā)生β衰變，而γ射線常常伴隨α射線和β射線產(chǎn)生．二、半衰期1．定義放射性元素的原子核有________發(fā)生衰變所需的時(shí)間．只對大量原子核有意義，對少數(shù)原子核沒有意義2．確定因素放射性元素衰變的快慢是由____________的因素確定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系．3．應(yīng)用利用半衰期特別穩(wěn)定這一特點(diǎn)，可以測量其衰變程度、推斷時(shí)間．三、核反應(yīng)1．人工核轉(zhuǎn)變：7142．定義：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生____________________________或發(fā)生狀態(tài)變更的過程．人工限制原子核的變更3．特點(diǎn)：在核反應(yīng)中，________守恒、________守恒．跟衰變一樣都遵循兩守恒四、放射性同位素的應(yīng)用與平安1．放射性同位素：許多元素都存在一些具有________的同位素，它們被稱為放射性同位素．半衰期短，放射強(qiáng)度簡單限制，運(yùn)用更廣泛2．放射性同位素的應(yīng)用一是利用射線，二是用作示蹤原子(1)射線測厚儀．(2)放射治療．(3)培優(yōu)、保鮮．(4)示蹤原子：一種元素的各種同位素具有________化學(xué)性質(zhì)，用放射性同位素代替非放射性的同位素后，可以探測出原子到達(dá)的位置．3．輻射與平安：人類始終生活在放射性的環(huán)境中，過量的射線對人體組織____________．要防止放射性物質(zhì)對水源、空氣、用具等的污染．走進(jìn)科學(xué)我們通常聽到關(guān)于考古的報(bào)道，都會在新聞信息里重重地加上一句，這是某朝代的文物、幾萬年前的人類遺跡、侏羅紀(jì)的化石等，可見考古學(xué)家對年頭推斷是特別有信念的，考古學(xué)家是怎樣確定古跡年頭的？合作探究·實(shí)力素養(yǎng)全提升探究一原子核的衰變規(guī)律與衰變方程情境探究下圖為α衰變、β衰變示意圖．(1)當(dāng)原子核發(fā)生α衰變時(shí)，原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)如何變更？為什么？(2)當(dāng)發(fā)生β衰變時(shí)，新核的核電荷數(shù)相對原來的原子核變更了多少？新核在元素周期表中的位置怎樣變更？核心歸納1.衰變實(shí)質(zhì)：(1)α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)α粒子，并在肯定條件下作為一個(gè)整體從較大的原子核中拋射出來，產(chǎn)生α衰變．轉(zhuǎn)化方程為201(2)β衰變：原子核內(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β粒子放射出來．轉(zhuǎn)化方程為02．衰變規(guī)律：原子核發(fā)生衰變時(shí)，遵循三個(gè)守恒定律：(1)衰變前后的電荷數(shù)守恒．(2)衰變前后的質(zhì)量數(shù)守恒．(3)衰變前后的動(dòng)量守恒．3．衰變方程通式：(1)α衰變：ZA(2)β衰變：ZA應(yīng)用體驗(yàn)例1(多選)自然放射性元素90232Th(釷)經(jīng)過一系列的α衰變和βA．衰變過程共發(fā)生了6次α衰變和4次β衰變B．鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子C．β衰變放出的電子來源于原子核外電子D．釷核比鉛核多24個(gè)中子[試解]規(guī)律方法確定原子核衰變次數(shù)的方法(1)方法一：設(shè)放射性元素ZAX經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Z依據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m以上兩式聯(lián)立解得n＝A-A'(2)方法二：為了確定衰變次數(shù)，一般先由質(zhì)量數(shù)的變更確定α衰變的次數(shù)(這是因?yàn)棣滤プ兊拇螖?shù)多少對質(zhì)量數(shù)沒有影響)，然后依據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)．針對訓(xùn)練1．下列表示放射性元素碘131(53131I2．由于放射性元素93237Np的半衰期很短，所以在自然界始終未被發(fā)覺，只是在運(yùn)用人工的方法制造后才被發(fā)覺．已知93237Np經(jīng)過一系列α衰變和A.83209BiB．衰變過程中共發(fā)生了7次α衰變和4次β衰變C.衰變過程中共發(fā)生了4次α衰變和7次β衰變D.衰變前比衰變后全部物質(zhì)的質(zhì)量數(shù)少探究二半衰期的理解與應(yīng)用核心歸納1.對半衰期的理解半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰變速率肯定，不同元素半衰期不同，有的差別很大．2．公式N余＝N原12tTm余＝m式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子核數(shù)或質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子核數(shù)或質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，T表示半衰期．3．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．4．應(yīng)用利用半衰期特別穩(wěn)定這一特點(diǎn)，可以測量其衰變過程、推斷時(shí)間等．應(yīng)用體驗(yàn)例2關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說法正確的是()A．原子核全部衰變所需時(shí)間的一半B．原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間C．原子質(zhì)量數(shù)削減一半所需的時(shí)間D．原子質(zhì)量削減一半所需的時(shí)間[試解]例3[2024·全國甲卷]兩種放射性元素的半衰期分別為t0和2t0，在t＝0時(shí)刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N，在t＝2t0時(shí)刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為N3，則在t＝4t0A．N12B．N9C．N8[試解]針對訓(xùn)練3.[2024·山東卷]碘125衰變時(shí)產(chǎn)生γ射線，醫(yī)學(xué)上利用此特性可治療某些疾?。?25的半衰期為60天，若將肯定質(zhì)量的碘125植入患者病灶組織，經(jīng)過180天剩余碘125的質(zhì)量為剛植入時(shí)的()A．116B．18C．144．現(xiàn)在許多心血管?？漆t(yī)院都引進(jìn)了一種被稱為“心臟灌注顯像”的檢測技術(shù)，方法是將若干毫升含放射性元素锝的注射液注入被檢測者的動(dòng)脈，經(jīng)過40分鐘后，這些含放射性物質(zhì)的注射液通過血液循環(huán)勻稱地分布在血液中，這時(shí)對被檢測者的心臟進(jìn)行造影．心臟血管正常的位置由于有放射性物質(zhì)隨血液到達(dá)而顯示有射線射出；心臟血管被堵塞的部分由于無放射性物質(zhì)到達(dá)，將無射線射出，醫(yī)生依據(jù)顯像狀況就可以判定被檢測者心血管有無病變，并推斷病變位置．你認(rèn)為檢測用的放射性元素锝的半衰期應(yīng)當(dāng)最接近下列數(shù)據(jù)中的()A．10分鐘B．10小時(shí)C．10個(gè)月D．10年探究三核反應(yīng)核心歸納1.原子核的人工轉(zhuǎn)變(1)條件：用α粒子、質(zhì)子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變．(2)實(shí)質(zhì)：用粒子轟擊原子核并不是粒子與原子核碰撞，將原子核打開，而是粒子打入原子核內(nèi)部使原子核發(fā)生了轉(zhuǎn)變．(3)規(guī)律：反應(yīng)前、后電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒．2．三個(gè)重要原子核的人工轉(zhuǎn)變方程(1)1919年盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子的核反應(yīng)方程：714N+(2)1932年查德威克發(fā)覺中子的核反應(yīng)方程：49(3)1934年約里奧—居里夫婦發(fā)覺放射性同位素并探測到正電子的核反應(yīng)方程：1327A留意：原子核的人工轉(zhuǎn)變必須要有肯定的裝置和條件，不會自發(fā)產(chǎn)生．3．人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與衰變的比較(1)不同點(diǎn)：原子核的人工轉(zhuǎn)變是一種核反應(yīng)，是其他粒子與原子核相碰撞的結(jié)果，須要肯定的裝置和條件才能發(fā)生，而衰變是原子核的自發(fā)變更，它不受物理和化學(xué)條件的影響．(2)相同點(diǎn)：人工轉(zhuǎn)變與衰變過程一樣，在發(fā)生過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，反應(yīng)前后粒子總動(dòng)量守恒．應(yīng)用體驗(yàn)例4[2024·湖北卷]上世紀(jì)四十年頭初，我國科學(xué)家王淦昌先生首先提出證明中微子存在的試驗(yàn)方案：假如靜止原子核47Be俘獲核外K層電子e，可生成一個(gè)新原子核X，并放出中微子νe，即47BA．原子核X是3B．核反應(yīng)前后的總質(zhì)子數(shù)不變C．核反應(yīng)前后總質(zhì)量數(shù)不同D．中微子νe的電荷量與電子的相同[試解]針對訓(xùn)練5.(多選)下列核反應(yīng)方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有()6．(多選)1934年，約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔，首次產(chǎn)生了人工放射性同位素X，反應(yīng)方程為24He+1327Al→A．X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等B．X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)少1C．X的電荷數(shù)比1327D．X的質(zhì)量數(shù)與1327探究四放射性同位素及其應(yīng)用核心歸納1.放射性同位素具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．有自然存在的和人工放射性同位素兩類．2．放射性同位素的應(yīng)用(1)利用放射性同位素放出的射線①探傷：射線穿透金屬部件時(shí)，假如遇到砂眼、裂痕等傷痕，接收到的射線將與正常處不同，因此可利用放射性同位素放出射線探傷．②測厚：射線穿透某些物質(zhì)的實(shí)力與物質(zhì)的厚度、密度有關(guān)，因此可用射線來檢查某些產(chǎn)品的厚度，技術(shù)上可用作自動(dòng)限制．③利用射線電離作用，可以使空氣電離，除去紡織車間的靜電，或制成報(bào)警器．輻照：利用射線照耀，可以殺死癌細(xì)胞，用以治??；用射線照耀植物，引起植物變異，用以育種等．(2)作示蹤原子由于放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)，假如在某種元素里摻進(jìn)一些放射性同位素，那么元素?zé)o論走到哪里，它的放射性同位素也經(jīng)過同樣的過程．而放射性同位素不斷地放出射線，再用儀器探測這些射線，即可知道元素的行蹤，這種用途的放射性同位素叫作示蹤原子．3．人工放射性同位素的優(yōu)點(diǎn)(1)自然放射性元素不過40多種，但人工放射性同位素已達(dá)3000多種，目前每種元素都有了自己的放射性同位素．(2)和自然放射性物質(zhì)相比，人工放射性同位素的放射強(qiáng)度簡單限制，還可以制成各種所需的不同形態(tài)，特殊是它的半衰期比自然放射性物質(zhì)短得多，因此放射性廢料簡單處理．由于這些優(yōu)點(diǎn)，所以在生產(chǎn)和科研中凡是用到射線時(shí)，用的都是人工放射性同位素，而不用自然放射性物質(zhì)．應(yīng)用體驗(yàn)例5下列應(yīng)用中，屬于將放射性同位素作為示蹤原子的是()A．γ射線探傷儀B．利用60Co治療腫瘤等疾病C．檢測古生物體中14C與非放射性碳的含量比，以確定該生物的死亡年頭D．把含有放射性同位素的肥料施給農(nóng)作物，用以檢測確定農(nóng)作物汲取養(yǎng)分的規(guī)律[試解]針對訓(xùn)練7.[2024·河北卷]銀河系中存在大量的鋁同位素26Al.26Al核β＋衰變的衰變方程為1326AlA．26Al核的質(zhì)量等于26Mg核的質(zhì)量B．26Al核的中子數(shù)大于26Mg核的中子數(shù)C．將鋁同位素26Al放置在低溫低壓的環(huán)境中，其半衰期不變D．銀河系中現(xiàn)有的鋁同位素26Al將在144萬年后全部衰變?yōu)?6Mg學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)1.90234ThA．沒有質(zhì)量B．速度與光速相同C．能夠穿透1cm厚的鉛板D．與陰極射線電性相同2．在核反應(yīng)方程式1530PA．X是質(zhì)子，Y是中子，Z是正電子B．X是正電子，Y是中子，Z是質(zhì)子C．X是正電子，Y是質(zhì)子，Z是中子D．X是中子，Y是正電子，Z是質(zhì)子3．[2024·湖南卷]核廢料具有很強(qiáng)的放射性，須要妥當(dāng)處理．下列說法正確的是()A．放射性元素經(jīng)過兩個(gè)完整的半衰期后，將完全衰變殆盡B．原子核衰變時(shí)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒C．變更壓力、溫度或濃度，將變更放射性元素的半衰期D．過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強(qiáng)度在平安劑量內(nèi)則沒有損害4．自然放射性元素92238U經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后，變成A．U(鈾)元素發(fā)生α衰變的半衰期隨溫度上升而變短B．共發(fā)生了4次α衰變和2次β衰變C．α射線比β射線的穿透實(shí)力強(qiáng)，但電離作用比較弱D．β粒子來源于原子的核外內(nèi)層電子，β射線是高速的電子流5．醫(yī)學(xué)治療中常用放射性核素113In產(chǎn)生γ射線，而113In是由半衰期相對較長的113Sn衰變產(chǎn)生的．對于質(zhì)量為m0的113Sn，經(jīng)過時(shí)間t后剩余的113Sn質(zhì)量為m，其mm0-t圖線如圖所示．從圖中可以得到113A．67.3dB．101.0dC．115.1dD．124.9d6．[2024·浙江6月](多選)秦山核電站生產(chǎn)614C的核反應(yīng)方程為714A．X是1B.6C.-D．經(jīng)過一個(gè)半衰期，10個(gè)6142．放射性元素的衰變自主落實(shí)·必備學(xué)問全過關(guān)一、1．α粒子β粒子原子核3.24．電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)二、1．半數(shù)2．核內(nèi)部自身三、2．新原子核3．質(zhì)量數(shù)電荷數(shù)四、1．放射性2．相同的3．有破壞作用走進(jìn)科學(xué)提示：依據(jù)古跡中物體所含碳14的含量及其半衰期確定的．合作探究·實(shí)力素養(yǎng)全提升探究一情境探究提示：(1)當(dāng)原子核發(fā)生α衰變時(shí)，原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各削減2個(gè)．因?yàn)棣亮Ｗ邮窃雍藘?nèi)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合在一起放射出來的．(2)當(dāng)原子核發(fā)生β衰變時(shí)，新核的核電荷數(shù)相對于原來增加了1個(gè)．新核在元素周期表中的位置向后移動(dòng)了1個(gè)位次．應(yīng)用體驗(yàn)[例1]解析：依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，α衰變的次數(shù)m＝232-2084＝6，所以發(fā)生了6次α衰變，β衰變次數(shù)n答案：AB針對訓(xùn)練1．解析：β衰變必定放射出電子，即-1答案：B2．解析：93237Np與83209Bi的中子數(shù)分別為237－93＝144、209－83＝126，故中子數(shù)之差為144－126＝18，即83209Bi的原子核比（93237Np的原子核少18個(gè)中子，A錯(cuò)誤.93237Np衰變成（83209Bi的衰變方程為（93237Np答案：B探究二應(yīng)用體驗(yàn)[例2]解析：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間叫半衰期，它與原子核全部衰變所需時(shí)間的一半不同，放射性元素發(fā)生衰變后變成一種新的原子核．發(fā)生不同的衰變，其質(zhì)量數(shù)削減的規(guī)律不同，原子核衰變時(shí)，原來的放射性元素的原子核個(gè)數(shù)不斷削減，那么放射性元素的原子核的質(zhì)量也不斷減?。C上所述可知，B正確．答案：B[例3]解析：設(shè)兩種放射性元素的原子核原來總數(shù)分別為N1和N2，則N＝N1＋N2，因?yàn)镹余＝12tT·N原，所以t＝2t0時(shí)刻，N3＝N1122＋N2121，聯(lián)立解得N1＝23N，N2＝13N答案：C針對訓(xùn)練3．解析：設(shè)剛植入時(shí)碘的質(zhì)量為m0，經(jīng)過180天后的質(zhì)量為m，依據(jù)m＝m0代入數(shù)據(jù)解得m＝m01218060＝m0(12)答案：B4．解析：假如半衰期太短，首先在放射期內(nèi)，由于放射性物質(zhì)的注射液尚未勻稱地分布在血液中而無法完成檢測工作，其次可能因放射強(qiáng)度較大而對人體造成損害．假如半衰期太長，放射性物質(zhì)長期殘留在人體內(nèi)也會對人體造成損害．對比四個(gè)選項(xiàng)中的時(shí)間，10小時(shí)最相宜，B符合題意．答案：B探究三應(yīng)用體驗(yàn)[例4]解析：依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有X的質(zhì)量數(shù)為7，電荷數(shù)為3，可知原子核X是37Li，A正確、C錯(cuò)誤；由選項(xiàng)A可知，原子核X是37Li，則核反應(yīng)方程為答案：A針對訓(xùn)練5．解析：由質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒知，X1的質(zhì)量數(shù)為2＋2－1＝3，電荷數(shù)為1＋1＝2；X2的質(zhì)量數(shù)為2＋3－1＝4，電荷數(shù)為1＋1＝2；X3的質(zhì)量數(shù)為13×(235＋1－144－89)＝1，電荷數(shù)為13×(92－56－36)＝0；X4的質(zhì)量數(shù)為1＋6－3＝4，電荷數(shù)為3－1＝2，則X1、X2、X3、X4分別為23He、24He、01n、24答案：BD6．解析：設(shè)X的質(zhì)量數(shù)為A、電荷數(shù)為B，Y的質(zhì)量數(shù)為C、電荷數(shù)為D，依據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知4＋27＝1＋A，2＋13＝0＋B，A＝C＋0，B＝D＋1，解得A＝C＝30，B＝15，D＝14，所以X的質(zhì)量數(shù)等于Y的質(zhì)量數(shù)，X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)多1，X的電荷數(shù)比1327Al的電荷數(shù)多2，X的質(zhì)量數(shù)比答案：AC探究四應(yīng)用體驗(yàn)[例5]解析：γ射線探傷儀是利用γ射線的穿透實(shí)力，故A錯(cuò)誤；利用6