高中物理选择性必修三 同步导学案 5.2.1 放射性元素的衰变

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5.2.1
放射性元素的衰变
一、自主学习
1.原子核自发地放出α粒子或β粒子，则核电荷数变了，变成另一种原子核，这种变化称为___________。
2.衰变分类
(1)α衰变：放出______的衰变。
(2)β衰变：放出______的衰变。
3.衰变规律
(1)原子核衰变时电荷数和质量数都______。
(2)当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有______、______和______三种射线。
4.半衰期是指放射性元素的原子核有______发生衰变所需的时间。
二、课堂探究
[情景设问]在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。
真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？
结论1：类似于“点石成金”的事一直就在自然界中进行着，这就是伴随着天然放射现象发生的原子核“____________”过程。
（一）原子核的衰变
[思考]什么是衰变
结论2：原子核自发地放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为________________________。
结论3：放出α粒子的衰变过程叫作____________。
[讨论]尝试用方程表示上述过程？
[思考与讨论]原子核衰变时，电荷数和质量数有什么变化？
结论4：在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。大量事实表明，原子核衰变时____________和____________都守恒。
放出β粒子的衰变叫作β衰变。
[讨论]尝试用方程表示这个过程？
结论5：由于电子的质量比核子的质量小得多，因此，我们可以认为电子的质量数为____________
、电荷数为____________，可以把电子表示为____________。其衰变方程为：
这样，原子核放出一个电子后，因为其衰变前后电荷数和质量数都守恒，新核的质量数不会改变但其电荷数应当加1。
[思考与讨论]原子核里没有电子，β
衰变中的电子来自哪里？
结论6：β衰变的实质在于核内的中子转化成了____________质子和____________电子
这种转化产生的电子发射到核外，就是β
粒子；与此同时，新核少了一个中子，却增加了一个质子。所以，新核质量数不变，而电荷数增加1。
[思考]α衰变的实质是什么？
在放射性元素的原子核中：
结论7：α衰变的实质：原子核内少____________质子和____________中子。
[思考]尝试总结衰变的规律。
结论8：
①
遵守三个守恒：原子核衰变时遵守________守恒，________守恒，________守恒。
②
任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有
_______
放射性又有
________
放射性（伴随的
________
射线除外）。
[思考]如何确定衰变次数的方法？
结论9：
题境：设放射性元素
X
经过
n
次
α
衰变和
m
次
β
衰变后，变成稳定的新元素
Y。
反应方程：
根据电荷数和质量数守恒列方程：A
=
A′+
4n
，
Z
=
Z′
+
2n
–
m
两式联立解得：__________________________。
（二）半衰期
[思考]我们怎么定义衰变的快慢？
结论10：半衰期
定义：放射性元素的原子核有____________衰变所需的时间。
意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量。
[多媒体演示]不同元素的半衰期：
氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天
镭226衰变为氡222的半衰期为1620年
铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年
结论11：不同的放射性元素，半衰期_________。
[思考]半衰期的快慢和哪些因素有关系呢？
结论10：放射性元素衰变的快慢是由____________决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。
[讨论]半衰期是不是适用于所有场景呢？
结论12：半衰期的适用条件
半衰期是一个统计概念，是对_______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______________。
[思考]你知道考古学家靠什么推断古化石的年代吗？
结论13：
半衰期的应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其________、推断________。
三、典题精讲
【例题1】在匀强磁场里有个原来静止的放射性碳14，它所放射的粒子与反冲核的轨迹是两个相切的圆，圆的半径比为，如图所示，那么碳的衰变方程是（　　）
A．
B．
C．
D．
【例题2】如图所示，铅盒中的放射性物质从小孔中不断向外辐射含有、、三种射线的放射线（射线的速度为，射线的速度约为），空间未加电场和磁场时，右边荧光屏上仅在其中心处有一光斑，若在该空间施加如图所示的互相垂直的匀强电场和匀强磁场后，荧光屏上显示出了两个亮点，关于此时各种射线在荧光屏上的分布情况，以下说法正确的是（　　）
A．可能是、射线打在点，射线打在点上方的某一点
B．可能是、射线打在点，射线打在点下方的某一点
C．可能是、射线打在点，射线打在点上方的某一点
D．可能是射线打在点，、射线打在点下方的某一点
4、核心素养专练
1.关于放射性元素的衰变，以下说法正确的是（　　）
A．原子核发生衰变所释放的射线中一定有高速运动的电子
B．原子核发生衰变所释放的射线中一定有高速运动的氦原子核
C．衰变成经过了2次衰变和4次衰变
D．衰变成经过了4次衰变和2次衰变
2．“心脏灌注显像”的检测技术是将含放射性元素锝（）的注射液注入被检测者的动脉中，经40分钟后，对被检测者的心脏进行造影，血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达而无放射线射出。医生根据显像情况判断被检测者的心脏血管有无病变。若检测用的是表中的一种，则可能是（　　）
同位素
半衰期
4.35分钟
4.3天
91.4天
6小时
A．
B．
C．
D．
3．天然放射性元素衰变时放出的γ射线是（　　）
A．电子流
B．光子流
C．中子流
D．质子流
4．关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　）
A．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
B．放射性元素的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出射线
C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，
将发生衰变
D．放射性物质放出的射线中，
粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强
5．下列说法正确的是（　　）
A．氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时，氢原子的电势能减小，电子的动能增加
B．衰变成先后释放了两个粒子，一个是α粒子，一个是中子
C．汤姆孙的原子“枣糕”模型很好地解释了α粒子的散射实验
D．普朗克通过对光电效应现象的研究提出了光子说
6．下列说法正确的是（　　）
A．光电效应实验表明光既有波动性又有粒子性
B．氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值
C．原子核的半衰期受温度的影响，温度越高原子核衰变越快，半衰期越短
D．在α粒子散射实验中，电子对α粒子影响不计的原因是电子太小，α粒子几乎碰撞不到电子
7．有一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63（）和铜两种金属作为长效电池的材料，利用镍63发生衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，为外接负载提供电能。下面有关该电池的说法正确的是（　　）
A．镍63的衰变方程是
B．镍63的衰变方程是
C．外接负载时镍63的电势比铜片低
D．该电池内电流方向是从镍片到铜片
8．碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有（　　）
A．
B．
C．
D．
9.若核反应堆发生泄漏，铯137(Cs)对环境的影响最大，其半衰期约为30年。
(1)请写出铯137(Cs)发生β衰变的核反应方程________________[已知53号元素是碘(I)，56号元素是钡(Ba)]；
(2)泄漏出的铯137约要到公元________年才会有87.5%的原子核发生衰变。
10.U核经一系列的衰变后变为Pb核，问：
(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？
(2)Pb与U相比，质子数和中子数各少多少？
(3)综合写出这一衰变过程的方程。
参考答案
自主学习
1.原子核的衰变
2.α粒子
β粒子
3.守恒
α
β
γ
4.半数
课堂探究
结论1：衰变
结论2：原子核的衰变
结论3：α衰变
结论4：电荷数
质量数
结论5：0
－1
结论6：一个
一个
结论7：两个
两个
结论8：电荷数
质量数
动量
α
β
结论9：
γ半数发生
结论10：不同
结论11：核内部自身的因素
结论12：大量
大量的原子核
结论13：衰变程度
时间
典题精讲
【例题1】D
【例题2】B
核心素养专练
1.D
2.D
3.B
4.B
5.A
6.B
7.A
8.C
9.(1)Cs―→Ba＋e　(2)2016
10.(1)8次　6次
(2)10个　22个
(3)核反应方程为U→Pb＋8He＋6e。
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