【金版新学案】2013-2014学年高中物理同步配套辅导与检测（粤教版，选修3-5）：第四章 第二节 放射性元素的衰变（42张ppt）

课件42张PPT。第二节　放射性元素的衰变1．知道天然放射现象的原因是原子核的衰变．
2．知道三种射线的本质，以及如何用电场和磁场来区分它们．
3．知道α衰变和β衰变．
4．会写衰变方程．
5．知道半衰期的概念，会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义．放射性现象的发现揭示了原子核结构的复杂性，从而促进了人类对微观结构更为深入的认识，许多元素具有放射性，原子核放射出来的射线有哪些，其本质是什么？元素衰变有什么规律呢？一、原子核的衰变
1．三种射线及本质特征
(1)α射线
它是高速________ ，速度约为光速的________，贯穿本领______，电离作用________
(2)β射线
它是高速________，速度接近光速的________，贯穿作用________，电离作用________．比较强　氦核流1/10很弱较弱电子流99%较强(3)γ射线
它是频率极高的________，贯穿作用________，电离作用________．
2．原子核的衰变
(1)衰变：
一种元素放出______________后变成新的元素的现象称为原子核的衰变．
(2)放射性物质连续发生衰变时，有的原子核发生α衰变，有的发生β衰变，如果还伴随着γ辐射，这时射线中就会同时具有α、β和γ射线．很弱电磁波最强α粒子或β粒子　(3)原子核在发生衰变时，________________总是守恒的．
二、半衰期
1．半衰期
放射性元素的原子核有________________所用的时间叫做半衰期．
原子核衰变的快慢用________表示，放射性元素衰变的速率完全由__________的因素决定，与原子所处的________和________无关．
半衰期是一种统计规律，对于少数原子核来说不能应用，半衰期公式： .电荷数和质量数化学状态半数发生衰变半衰期　原子核本身物理状态对一定量的某种放射性元素，有些核先衰变，有些核后衰变，每个核的存活时间是不一样的，放射性元素的平均存活时间称为________．记为τ.半衰期与平均寿命之间的关系为：
________________.平均寿命＝0.693τ放射线的特征把放射源放在有窄孔的铅盒里，在孔的对面放着照相底片，在没有磁场(电场)时，发现底片上正对孔的位置感光了．若在铅盒和底片之间放一对磁极，使磁场(电场)方向跟射击线方向垂直，结果在底片上有3个地方感光了，说明在磁场(电场)作用下，射线分为三束，如下图所示，表明这些射线有的带正电，有的带负电，有的不带电．从感光位置知道，带正电的射线偏转较小，这种射线叫α射线；带负电的叫β射线；不偏转的叫γ射线．三种射线的特征：①α射线是卢瑟福经研究发现，α射线粒子带2个单位的正电荷，质量数为4，即α粒子是氦核，速度约为光速的1/10，有较大的动能．贯穿本领很弱，但电离作用比较强，能使沿途空气电离．②β射线是贝克勒尔证实，β射线是电子流，其速度可达到光速的99%.贯穿本领大，能穿过黑纸，甚至穿透几毫米厚的铝板，但电离较弱．③γ射线是一种波长很短的电磁波——光子流，是能量很高的电磁波，波长λ＜10－10 m．贯穿作用最强，能穿透几厘米的铅板，但电离作用很弱． （双选） 如右图所示，铅盒内的天然放射性物质能向上放出α、β、γ三种射线粒子，它们都能打到正上方的荧光屏上．若在放射源上方放一张薄铝箔，并在放射源和荧光屏间加水平方向的匀强电场，结果荧光屏上只剩下两个亮点M、N.下列说法中正确的是　(　　)
A．打在M、N的依次是γ射线和α射线
B．打在M、N的依次是β射线和γ射线
C．匀强电场的方向水平向左
D．匀强电场的方向水平向右MN解析：α粒子的速度较小，约为光速的十分之一，因而贯穿物质的本领很小，一张薄纸就能把它挡住，故A项错误；β射线是高速运动的电子流，它向右偏，故可判断匀强电场的方向水平向左．
答案：BC课堂训练1.（2012·上海卷）在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如下图所示.该装置中探测器接收到的是（??）?
?
?
A.X射线? B.α射线?
C.β射线? D.γ射线?
解析：首先，放射源放出的是α射线、β射线、γ射线，无X射线，A项错误；另外α射线穿透本领最弱，一张纸就能挡住，而β射线穿透本领较强能穿透几毫米厚的铝板，γ射线穿透本领最强，可以穿透几厘米厚的铅板，而要穿过轧制钢板只能是γ射线，因此D项正确.
答案：D?原子核的衰变原子核放出α粒子或β粒子后变成新的原子核的现象称为原子核衰变．天然放射现象说明了原子核具有复杂的结构．
原子核的衰变有α衰变、β衰变．γ射线是伴随α射线和β射线而产生的光(能量)辐射．γ射线的本质是能量．它是由于原子核衰变成的新核往往处于高能级，它要向低能级跃迁，并辐射γ光子．
放射性物质连续发生衰变时，有的原子核发生α衰变，有的发生β衰变，如果还伴随着γ辐射，这时射线中就会同时具有α、β和γ射线．nα衰变的实质是在放射性元素的原子核中，2个质子和2个中子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是α衰变．放出α粒子——氦核： He，即 H ＋ → He.
β衰变的实质：原子核里没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就β衰变．放出高速电子流——β粒子 ，即： .
原子核在发生衰变时，电荷数和质量数都守恒．其衰变可用衰变方程式(核反应方程)表示．
由原子核衰变规律可知(　　)
A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线
B．放射性元素发生β衰变时，原子核化学性质不变
C．放射性元素发生α衰变时，原子核化学性质必改变
D．放射性元素发生正电子衰变时，新核的质量不变，核电荷数增加1
解析：一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能产生α射线和γ射线，或β射线和γ射线，A错误；原子核发生衰变后，核电荷数发生改变，生成新物质(新核)，故化学性质应发生改变，B错误，C正确；发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数减少1 ，D错误．
答案：C课堂训练2．放射性元素发生β衰变中所放出的电子，来自(　　)
A．原子核外内层电子
B．原子核内所含电子
C．原子核内中子衰变为质子放出的电子
D．原子核内质子衰变为中子放出的电子解析：β衰变本质是原子核内的中子变成一个质子和一个电子，放出高速电子流——β粒子( )，即： ，C正确．
答案：C 半衰期的理解放射性元素的衰变有一定的速率．放射性元素的原子核有半数发生衰变所用的时间，叫做半衰期，记为 .
原子核衰变的快慢用半衰期表示，放射性元素衰变的速率完全由原子核本身的因素决定，与原子所处的物理状态(如压强、温度)和化学状态(如单质、化合物)无关．
半衰期是大量原子核衰变时统计规律，对于少数原子核来说不能应用．如果用m0表示衰变前的质量，经过时间t后剩余的质量为m，则有m＝m0
如果用n0表示衰变前的质量，经过时间t后剩余的质量为n，则有n＝n0
对一定量的某种放射性元素，有些核先衰变，有些核后衰变，每个核的存活时间是不一样的，放射性元素的平均存活时间称为平均寿命，记为τ.半衰期与平均寿命之间的关系 为： ＝0.693τ 一个氡核 Rn衰变成钋核 Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天.1 g氡经过7.6天衰变掉的氡的质量，以及 Rn衰变成钋核 Po的过程放出的粒子是(　　)
A．0.25 g，α粒子
B．0.75 g，α粒子
C．0.25 g，β粒子
D．0.75 g，β粒子解析：根据核反应时，质量数和电荷数守恒，可得其核反应方程为
Rn→ Po＋ He
Rn衰变成钋核 Po的过程放出的粒子是α粒子
根据半衰期公式m＝m0 得
m＝m0 ＝m0 ＝ m0
所以衰变掉的氡的质量
m′＝m0－ m0＝ m0＝0.75 g.
答案：B课堂训练3．某放射性元素经过11.4天有 的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为(　　)
A．11.4天　　　　　　　　B．7.6天
C．5.7天 D．3.8天1．一放射源放射出某种或多种射线，当用一张薄纸放在放射源的前面时，强度减为原来的 ，而当用1 cm厚的铝片放在放射源前时，射线的强度减小到几乎为零．由此可知，该放射源所射出的(　　)
A．仅是α射线
B．仅是β射线
C．是α射线和β射线
D．是α射线和γ射线基础达标解析：三种射线中，γ射线贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板，题中用1 cm厚的铝片即能挡住射线，说明射线中不含γ射线，用薄纸便可挡住部分射线，说明射线中含有贯穿本领较小的α射线，同时有大部分射线穿过薄纸，说明含有β射线．
答案：C2．原子核X经β衰变(一次)变成原子核Y，原子核Y再经一次α衰变变成原子核Z，则下列说法中不正确的是(　　)
A．核X的中子数减核Z的中子数等于2
B．核X的质子数减核Z的质子数等于5
C．核Z的质子数比核X的质子数少1
D．原子核X的中性原子的电子数比原子核Y的中性原子的电子数少1解析：根据衰变规律，发生一次α衰变减少两个质子和两个中子，发生一次β衰变减少了一个中子而增加一个质子．中性原子的电子数等于质子数．
答案：C3．朝鲜的“核危机”引起了全球的瞩目，其焦点问题就是朝鲜的核电站用轻水堆还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239( Pu)，这种 Pu可由铀239( U)经过n次β衰变而产生，则n为(　　)
A．2 B．239
C．145 D．92解析：其衰变方程为 U―→ Pu＋ e，β衰变时质量数不变，由电荷数守恒可以判断出发生β衰变的次数为2次．
答案：A4．下列有关半衰期的说法正确的是 (　　)
A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快
B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短
C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度
D．降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度解析：放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映出放射性元素衰变速度的快慢，若衰变越快，半衰期越短，某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理状态或化学状态无关，故上述选项只有A选项正确．
答案：A5．（双选）目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是(　　)
A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经过7.6天后就一定剩下一个原子核了
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子时产生的
C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱
D．发生α衰变时，生成核与原来的核相比，中子数减少了4个解析：半衰期是对于大量原子核的统计规律，对个别原子核不适用，所以4个氡原子核经过7.6天(2个半衰期)发生衰变的个数是随机的，具有不确定性，所以选项A错误．β衰变所释放的电子实质上是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，所以选项B正确．在α衰变和β衰变过程中要伴随着γ射线的产生，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，所以选项C正确．发生α衰变时，生成核与原来的核相比，质子数和中子数都减少了2个，所以选项D错误．
答案：BC能力提升答案：B( )7．(双选）在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生衰变，得到两条如图 x中所示的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向．不计放出 光子的能量，则下述说法中正确的是(　　)
A．发生的是β衰变，b为β粒子的径迹
B．发生的是α衰变，b为α粒子的径迹
C．磁场方向垂直纸面向外
D．磁场方向垂直纸面向内解析：从轨迹可以看出两粒子的运动方向不同，但受力方向相同，说明电流方向相同，即发生了β衰变，在磁场中受力向上，由左手定则可判断出磁场方向垂直纸面向内，A、D选项正确．
答案：AD解析：(1)设 U衰变为 Pb经过x次α衰变和y次β衰变．由质量数守恒和电荷数守恒
可得238＝206＋4x①
92＝82＋2x－y②
联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变．(2)因为原子核的电荷数等于质子数，
因此质子数减少92－82＝10个．
原子核的质量数为质子数与中子数的和．
故中子数减少量为：
(238－92)－(206－82)＝22个．
(3)此核反应方程为 U→ Pb＋ He＋ e.
答案：(1)8　6　(2)10　22 (3) U→ Pb＋ He＋ e9．放射性元素 C射线被考古学家称为“碳钟”，可用它来测定古生物的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．
(1) C不稳定，易发生衰变，放出β射线，其半衰期为5730年．试写出有关的衰变方程．
(2)若测得一古生物遗骸中 C的含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代距今约有多少年？解析：(2)活体中 C含量不变，生物死亡后， C开始衰变，设活体中 C的含量为m0，遗骸中为m，则由半衰期的定义得m＝
m0 ，即0.125＝ ，解得＝ 3，所以t＝17190年．
答案：(1) C→ N＋ e　(2)17190年10．测得某矿石中铀、铅质量比为1.17∶1，假设开始时矿只含有铀238，发生衰变的铀238都变成了铅206.已知铀238的半衰期是4.5×109年，求矿石的年龄．解析：(解此类问题要抓住两个要点：一是半衰期公式中的m、m0及衰变掉的原子核的质量(m0－m)之间的关系．二是衰变掉的原子核与产生的新核质量之间的比例关系，每衰变掉一个原子核，就会产生一个新核，它们之间的质量之比等于各自原子核的质量之比)．只要利用半衰期的计算公式m＝m0 ， 找出m、m0的关系， ＝4.5×109年，即可求出矿石的年龄．设开始矿石中有m0(千克)的铀238，
经n个半衰期后，剩余铀m(千克)，
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