第2节 原子核衰变及半衰期
(赋能课——精细培优科学思维)
课标要求 学习目标
1.了解放射性和原子核衰变。2.知道半衰期及其统计意义。3.知道射线的危害与防护。 1.知道衰变、半衰期并掌握原子核衰变的规律。掌握衰变方程写法。2.理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法。3.了解放射性同位素的应用，知道射线危害及防护。
一、原子核的衰变 衰变的快慢——半衰期
1．原子核的衰变：原子核因释放出像______这样的射线(粒子流)而转变为______的变化。
2．衰变类型：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变称为________，放出β粒子的衰变称为________，而________是伴随α射线或β射线产生的。
3．衰变方程
α衰变：U―→________＋Th；
β衰变：Th―→________＋Pa＋。
式中，为反中微子，不带电，静止质量几乎为0。
4．衰变规律：__________守恒、质量数守恒。
5．衰变的快慢——半衰期
(1)放射性元素的原子核有______发生衰变需要的时间称为________。
(2)元素半衰期的长短由原子核__________决定，与原子所处的______、______状态以及周围环境、温度等无关。
(3)设某放射性元素的半衰期为T，原来的质量为M，经过时间t，该元素的剩余质量m＝________。
二、放射性的应用 放射性污染和防护
1．放射性的应用
(1)利用14C可以__________。
(2)放射性同位素可以作为__________。
(3)γ射线照射种子能培育优良品种，γ射线还可以用作射线探伤。
(4)制作放射性同位素电池。
2．放射性污染的主要来源
(1)________；(2)核泄漏；(3)医疗照射。
3．为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施
(1)密封防护；(2)距离防护；(3)时间防护；(4)屏蔽防护。,[微情境·大道理]
1．如图为α衰变、β衰变示意图。
(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？为什么？
(2)当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？
2.活的动植物从空气中吸收一定比例的碳14，碳14是有放射性的，半衰期是5 730年。动植物死后，不能再吸收空气中的碳14，于是动植物体中的碳14将由于衰变而逐渐减少。用碳14测年法直接测量被鉴定样品中碳14的含量来断定文物样品的年代，误差仅为数十年，测量精度非常高。请对以下说法作出判断：
(1)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。( )
(2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律。( )
(3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短。( )
强化点(一) 原子核衰变规律
[要点释解明]
1．衰变实质
(1)α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，并在一定条件下作为一个整体从原子核中释放出来，产生α衰变。2n＋2H―→He。
(2)β衰变：原子核内的一个中子转化成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子。n―→H＋e。
2．确定原子核衰变次数的方法与技巧
(1)方法：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，则衰变方程为：
X―→Y＋nHe＋me。
根据核电荷数守恒和质量数守恒可列方程：
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。
以上两式联立解得：
n＝，m＝＋Z′－Z。
由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。
(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。
[典例] U核经一系列的衰变后变为 Pb。
(1)一共经过几次α衰变、几次β衰变？
(2)Pb与 U相比，质子数和中子数各少多少？
(3)请写出这一衰变过程的转化方程。
尝试解答：
/方法技巧/
衰变次数的判断技巧
(1)衰变过程遵循质量数守恒和核电荷数守恒。
(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2。
(3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1。
[题点全练清]
1．(2024·福建晋江期末)对天然放射现象，下列说法中正确的是( )
A．α射线穿透力最强
B．β粒子带负电，所以β粒子有可能是核外电子
C．γ射线是光子，所以γ射线有可能是原子发光产生的
D．β衰变的实质是原子核的一个中子转化成一个质子并放出一个电子
2.如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为( )
A．6 B．8
C．10 D．14
强化点(二) 半衰期及其应用
任务驱动
如图为始祖鸟的化石，美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的原理发明“碳 14计年法”，并因此荣获了1960年的诺贝尔奖。利用“碳 14计年法”可以估算出始祖鸟的年龄。
(1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟的年龄？
(2)若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变，这种说法是否正确，为什么？
[要点释解明]
半衰期的理解与应用
意义 表示放射性元素衰变的快慢
衰变规律 N余＝N原，m余＝m原式中N原、m原分别表示衰变前的原子核数和质量，N余、m余分别表示衰变后的尚未发生衰变的原子核数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期
影响因素 由原子核自身因素决定，跟原子所处的外部条件、化学状态无关
应用 利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等
注意事项 半衰期是对大量原子核衰变行为作出的统计结果，可以对大量原子核衰变行为进行预测，而单个特定原子核的衰变行为不可预测
[典例] 放射性同位素衰变的快慢有一定的规律。例如氡核Rn经α衰变变成钋核Po。如图所示，横坐标表示时间，纵坐标表示任意时刻氡的质量m与t＝0时的质量m0的比值。
(1)写出该核反应方程；
(2)求1 g氡经过15.2天后剩余的质量。
尝试解答：
[题点全练清]
1．碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的( )
A. B.
C. D.
2．(2024·三明高二检测)磷32是磷的一种放射性同位素，在农业研究中常用作示踪原子。将含磷31的材料置于反应堆中辐射，反应产生的磷32会混于稳定的磷31中。如果将该材料取出，研究发现磷31和磷32的含量相等，28天后磷32的含量占磷元素总量的20%，则磷32的半衰期为( )
A．28天 B．14天
C．7天 D．3.5天
强化点(三) 放射性同位素的应用
[要点释解明]
1．分类
可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达3 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素。
2．人工放射性同位素的优点
(1)放射强度容易控制。
(2)可以制成各种所需的形状。
(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理，获得了广泛的应用。
3．放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线
①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等。
③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。
(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。
[典例] 中国核电商用堆首次实现批量生产碳 14同位素，解决了我国碳 14同位素供应几乎全部依赖进口的问题。碳 14同位素广泛应用于农业、化学、医学、生物学等领域。秦山核电站生产C的核反应方程为N＋n―→C＋X，其产物C的衰变方程为C―→N＋e。下列说法正确的是( )
A．X是正电子
B.C可以用作示踪原子
C.e来自原子核外
D．经过一个半衰期，10个C将剩下5个
听课记录：
[题点全练清]
1．(2024·漳州高二检测)(多选)关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )
A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的
B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤
C．用放射线照射农作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害
2．(2024·山东济南高二质检)正电子发射断层扫描(PET)的基本原理：将放射性同位素O注入人体，参与人体的代谢过程，O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对γ光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET原理，下列说法不正确的是( )
A.O衰变的方程为O―→N＋e
B．将放射性同位素O注入人体，其作用为示踪原子
C．该正、负电子湮灭的方程为e＋e―→γ
D．PET所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期
第2节 原子核衰变及半衰期
一、1.α、β 新核 2.α衰变 β衰变 γ射线 3.He e 4.核电荷数 5.(1)半数 半衰期 (2)自身因素 物理 化学 (3)M
二、1.(1)推断年代 (2)示踪原子 2.(1)核爆炸
[微情境·大道理]
1．(1)提示：α衰变时，原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子释放出来，则核内的中子数和质子数都减少2个。
(2)提示：β衰变时，核内的一个中子变成一个质子留在核内，同时放出一个电子。则核电荷数增加1，新核在元素周期表中的位置后移一位。
2．(1)× (2)√ (3)×
强化点(一)
[典例] 解析：(1)设 U衰变为 Pb经过x次α衰变和y次β衰变。由质量数守恒和核电荷数守恒，可得238＝206＋4x,92＝82＋2x－y，解得x＝8，y＝6，即一共经过8次α衰变和6次β衰变。
(2)Pb比 U的质子数少92－82＝10
中子数少(238－92)－(206－82)＝22。
(3)核反应方程为U―→Pb＋8He＋6e。
答案：(1)8次α衰变 6次β衰变 (2)10 22
(3)U―→Pb＋8He＋6e
[题点全练清]
1．选D 天然放射现象中有三种射线，其中γ射线穿透力最强，α射线的电离能力最强，A错误；β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子并放出一个电子，释放出的电子就是β粒子，所以β粒子不可能是核外电子，B错误，D正确；在原子核发生衰变过程中，原子核释放出α粒子或β粒子后生成新的原子核，新原子核由高能级跃迁至低能级释放出γ射线，即γ射线是原子核跃迁发光产生的，不是原子发光产生的，C错误。
2．选A X的中子数为146，质子数为92，质量数为146＋92＝238，Y的中子数为124，质子数为82，质量数为124＋82＝206，质量数减少238－206＝32，发生α衰变的次数为32÷4＝8，发生β衰变的次数为82－(92－2×8)＝6，即在此过程中放射出电子的总个数为6，A正确。
强化点(二)
[任务驱动] 提示：(1)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。能够运用它来计算始祖鸟的年龄是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。
(2)这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量原子核发生衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变。
[典例] 解析：(1)由质量数与核电荷数守恒可得核反应方程为Rn―→Po＋He。
(2)根据题图可知，氡核的半衰期T＝3.8天
根据衰变规律有m余＝m原×＝1×g＝ g。
答案：(1)Rn―→Po＋He (2) g
[题点全练清]
1．选B 设刚植入时碘的质量为m0，经过180天后的质量为m，根据m＝m0，代入数据解得m＝m0＝m03＝m0。
2．选B 根据题意，设开始磷31和磷32的质量均为m，衰变后磷32的质量为m′，则有＝20%，解得m′＝m，由m′＝m可知，磷32经过了2个半衰期，则磷32的半衰期为14天，故选B。
强化点(三)
[典例] 选B 根据质量数和核电荷数守恒可得核反应方程为N＋n―→C＋H，则X是质子，A错误；由题意知C不稳定，会发生衰变，可以用作示踪原子，B正确；C的衰变过程放出的e是原子核反应释放出的，因此e来自原子核内部，C错误；半衰期是对大量原子核的统计规律，对少量原子核不适用，D错误。
[题点全练清]
1．选BD 利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离，将静电泄出，故A错误；利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，γ射线对人体细胞伤害太大，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，故B、D正确；DNA变异并不一定都是有益的，故C错误。
2．选C O衰变的方程为O―→N＋e，A正确，不符合题意；将放射性同位素O注入人体，在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像，故其作用为示踪原子，B正确，不符合题意；该正、负电子湮灭后生成两个光子，即e＋e―→2γ，C错误，符合题意；PET所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期，否则无法通过探测器探测到，D正确，不符合题意。
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原子核衰变及半衰期
(赋能课—精细培优科学思维)
第2节
课标要求 学习目标
1.了解放射性和原子核衰变。 2.知道半衰期及其统计意义。 3.知道射线的危害与防护。 1.知道衰变、半衰期并掌握原子核衰变的规律。掌握衰变方程写法。
2.理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法。
3.了解放射性同位素的应用，知道射线危害及防护。
1
课前预知教材/落实主干基础
2
课堂精析重难/深度发掘知能
3
课时跟踪检测
CONTENTS
目录
课前预知教材/落实主干基础
一、原子核的衰变 衰变的快慢——半衰期
1．原子核的衰变：原子核因释放出像_______这样的射线(粒子流)而转变为______的变化。
2．衰变类型：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变称为_______，放出β粒子的衰变称为_______，而______是伴随α射线或β射线产生的。
α、β
新核
α衰变
β衰变
γ射线
核电荷数
5．衰变的快慢——半衰期
(1)放射性元素的原子核有______发生衰变需要的时间称为_______。
(2)元素半衰期的长短由原子核__________决定，与原子所处的______、______状态以及周围环境、温度等无关。
半数
半衰期
自身因素
物理
化学
二、放射性的应用 放射性污染和防护
1．放射性的应用
(1)利用14C可以__________。
(2)放射性同位素可以作为__________。
(3)γ射线照射种子能培育优良品种，γ射线还可以用作射线探伤。
(4)制作放射性同位素电池。
推断年代
示踪原子
2．放射性污染的主要来源
(1)________ ；(2)核泄漏；(3)医疗照射。
3．为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施
(1)密封防护；(2)距离防护；(3)时间防护；(4)屏蔽防护。
核爆炸
1．如图为α衰变、β衰变示意图。
微情境·大道理
(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？为什么？
提示：α衰变时，原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子释放出来，则核内的中子数和质子数都减少2个。
(2)当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？
提示：β衰变时，核内的一个中子变成一个质子留在核内，同时放出一个电子。则核电荷数增加1，新核在元素周期表中的位置后移一位。
2.活的动植物从空气中吸收一定比例的碳14，碳14是有放射性的，半衰期是5 730年。动植物死后，不能再吸收空气中的碳14，于是动植物体中的碳14将由于衰变而逐渐减少。用碳14测年法直接测量被鉴定样品中碳14的含量来断定文物样品的年代，误差仅为数十年，测量精度非常高。请对以下说法作出判断：
(1)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。 ( )
(2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律。 ( )
(3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短。 ( )
×
√
×
课堂精析重难/深度发掘知能
强化点(一) 原子核衰变规律
要点释解明
[答案] 8次α衰变 6次β衰变
(3)请写出这一衰变过程的转化方程。
/方法技巧/
衰变次数的判断技巧
(1)衰变过程遵循质量数守恒和核电荷数守恒。
(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2。
(3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1。
1．(2024·福建晋江期末)对天然放射现象，下列说法中正确的是( )
A．α射线穿透力最强
B．β粒子带负电，所以β粒子有可能是核外电子
C．γ射线是光子，所以γ射线有可能是原子发光产生的
D．β衰变的实质是原子核的一个中子转化成一个质子并放出一个电子
题点全练清
√
解析：天然放射现象中有三种射线，其中γ射线穿透力最强，α射线的电离能力最强，A错误；β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子并放出一个电子，释放出的电子就是β粒子，所以β粒子不可能是核外电子，B错误，D正确；在原子核发生衰变过程中，原子核释放出α粒子或β粒子后生成新的原子核，新原子核由高能级跃迁至低能级释放出γ射线，即γ射线是原子核跃迁发光产生的，不是原子发光产生的，C错误。
2.如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、
β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射
出电子的总个数为( )
A．6 B．8
C．10 D．14
√
解析： X的中子数为146，质子数为92，质量数为146＋92＝238，Y的中子数为124，质子数为82，质量数为124＋82＝206，质量数减少238－206＝32，发生α衰变的次数为32÷4＝8，发生β衰变的次数为82－(92－2×8)＝6，即在此过程中放射出电子的总个数为6，A正确。
如图为始祖鸟的化石，美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的原理发明“碳-14计年法”，并因此荣获了1960年的诺贝尔奖。利用“碳-14计年法”可以估算出始祖鸟的年龄。
任务驱动
强化点(二) 半衰期及其应用
(1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟的年龄？
提示：半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。能够运用它来计算始祖鸟的年龄是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。
(2)若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变，这种说法是否正确，为什么？
提示：这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量原子核发生衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变。
半衰期的理解与应用
要点释解明
影响 因素 由原子核自身因素决定，跟原子所处的外部条件、化学状态无关
应用 利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等
注意 事项 半衰期是对大量原子核衰变行为作出的统计结果，可以对大量原子核衰变行为进行预测，而单个特定原子核的衰变行为不可预测
续表
(1)写出该核反应方程；
(2)求1 g氡经过15.2天后剩余的质量。
题点全练清
√
2．(2024·三明高二检测)磷32是磷的一种放射性同位素，在农业研究中常用作示踪原子。将含磷31的材料置于反应堆中辐射，反应产生的磷32会混于稳定的磷31中。如果将该材料取出，研究发现磷31和磷32的含量相等，28天后磷32的含量占磷元素总量的20%，则磷32的半衰期为( )
A．28天 B．14天
C．7天 D．3.5天
√
1．分类
可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达3 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素。
要点释解明
强化点(三) 放射性同位素的应用
2．人工放射性同位素的优点
(1)放射强度容易控制。
(2)可以制成各种所需的形状。
(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理，获得了广泛的应用。
3．放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线
①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等。
③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。
(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。
√
1．(2024·漳州高二检测)(多选)关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )
A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的
B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤
题点全练清
√
C．用放射线照射农作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害
解析：利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离，将静电泄出，故A错误；利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，γ射线对人体细胞伤害太大，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，故B、D正确；DNA变异并不一定都是有益的，故C错误。
√
√
课时跟踪检测
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A级——基础达标
1．关于放射性元素的半衰期，以下说法中正确的是( )
A．半衰期是指原子核中核子数减少一半所需的时间
B．半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间
C．半衰期是指原子核全部衰变所需时间的一半
D．半衰期是指具有放射性的物体总质量减少一半所需的时间
解析：半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间。故选B。
√
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
2．(2024·齐齐哈尔高二检测)有人欲减缓放射性元素的衰变，下面的说法正确的是( )
A．把放射性元素放置在密封的铅盒里
B．把放射性元素放置在低温处
C．把放射性元素同其他稳定性的元素结合成化合物
D．上述各种办法都无法减缓放射性元素的衰变
2
3
4
√
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
2
3
4
解析：放射性元素的半衰期是由原子核内部决定的，与外部条件，如压强、温度等无关，也与是否是单质和化合物无关，即各种办法都无法减缓放射性元素的衰变。故选D。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
2
3
4
√
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
4．(2024·泉州高二检测)在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料——PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中Pu元素的半衰期是87.7年，质量为20 g的Pu元素经过t年后，剩余Pu的质量为2.5 g，则t等于( )
A．76.7年 B．263.1年
C．175.4年 D．87.7年
2
3
4
√
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
5.(2024·广东江门期末)国际标准组织(ISO)和国际原子能机构(IAEA)推出的核辐射新标志内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形，该方案通俗易懂，对于放射现象下列说法正确的是( )
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A．γ射线是高频电磁波，具有很高能量，可以破坏生物组织细胞的原子或分子结构
B．在三种射线中γ射线电离本领和穿透本领都是最强的
C．β衰变的实质是原子核中的一个质子转化为一个中子所产生的
D．放射性元素的半衰期随环境温度的变化而变化
2
3
4
√
1
5
6
7
8
9
10
11
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解析：在电磁波谱中，γ射线是波长最短的电磁波，具有很高的能量，可以破坏生物组织细胞的原子或分子结构，A正确；γ射线在三种射线中电离本领最弱，但穿透本领最强，B错误；β衰变的实质是原子核中的一个中子转化为一个质子，并放出一个电子，C错误；放射性元素的半衰期与元素的物理、化学状态无关，不会随温度变化而变化，D错误。
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6．下列说法正确的是( )
A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好
B．输油管道漏油时，可以在输送的油中放一些放射性同位素，探测其射线，确定漏油位置
C．天然放射性元素也可以作为示踪原子加以利用，只是较少，经济上不划算
D．放射性元素被植物吸收，其放射性将发生改变
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解析：放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节对含有哪种元素的肥料吸收率高，无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的，A错误；人工放射性同位素含量易控制、衰变周期短、不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射性元素，C错误；放射性是原子核本身的性质，与元素的状态、组成等无关，D错误；放射性同位素可以向周围释放射线，只要在管道周围寻找射线源，就可找到漏油位置，B正确。
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A．质量数不变，原子序数减少1 B．质量数增加1，原子序数不变
C．质量数不变，原子序数不变 D．质量数不变，原子序数增加1
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解析：由题意可知，EC衰变中少了一个质子，多了一个中子，则质量数不变，但是核电荷数少1，即原子序数少1，A正确，B、C、D错误。
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13．一小瓶内含有放射性同位素的溶液，它每分钟衰变6 000次。将它注射到一个病人的血液中，经过15小时，从病人身上取10 cm3的血样，测得每分钟衰变2次，已知这种同位素的半衰期为5小时。试根据上述数据，计算人体血液的总体积。
答案：3.75×103 cm3
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4课时跟踪检测(十六) 原子核衰变及半衰期
A级——基础达标
1．关于放射性元素的半衰期，以下说法中正确的是( )
A．半衰期是指原子核中核子数减少一半所需的时间
B．半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间
C．半衰期是指原子核全部衰变所需时间的一半
D．半衰期是指具有放射性的物体总质量减少一半所需的时间
2．(2024·齐齐哈尔高二检测)有人欲减缓放射性元素的衰变，下面的说法正确的是( )
A．把放射性元素放置在密封的铅盒里
B．把放射性元素放置在低温处
C．把放射性元素同其他稳定性的元素结合成化合物
D．上述各种办法都无法减缓放射性元素的衰变
3．(2024·晋江高二质检)放射性元素在衰变过程中，有些放出α射线，有些放出β射线，有些在放出α射线或β射线的同时，还以γ射线的形式释放能量。例如Th核的衰变过程可表示为Th―→Pa＋e＋γ，这个衰变( )
A．是β衰变，产生的Pa核从高能级向低能级跃迁
B．是β衰变，产生的Pa核从低能级向高能级跃迁
C．是α衰变，产生的Pa核从高能级向低能级跃迁
D．是α衰变，产生的Pa核从低能级向高能级跃迁
4．(2024·泉州高二检测)在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料——PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中Pu元素的半衰期是87.7年，质量为20 g的Pu元素经过t年后，剩余Pu的质量为2.5 g，则t等于( )
A．76.7年 B．263.1年
C．175.4年 D．87.7年
5.(2024·广东江门期末)国际标准组织(ISO)和国际原子能机构(IAEA)推出的核辐射新标志内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形，该方案通俗易懂，对于放射现象下列说法正确的是( )
A．γ射线是高频电磁波，具有很高能量，可以破坏生物组织细胞的原子或分子结构
B．在三种射线中γ射线电离本领和穿透本领都是最强的
C．β衰变的实质是原子核中的一个质子转化为一个中子所产生的
D．放射性元素的半衰期随环境温度的变化而变化
6．下列说法正确的是( )
A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好
B．输油管道漏油时，可以在输送的油中放一些放射性同位素，探测其射线，确定漏油位置
C．天然放射性元素也可以作为示踪原子加以利用，只是较少，经济上不划算
D．放射性元素被植物吸收，其放射性将发生改变
7．(2024·成都高二统考检测)近年来，广汉三星堆不断挖掘出重要文物，引起全球考古界的关注。考古学家们利用放射性元素C的半衰期可以确定文物的年代，其衰变方程为C―→X＋e，则( )
A．X核中的核子数是7个
B．升高温度可以加快C的衰变
C．100个C核经过2个半衰期后，还剩下25个
D.C衰变的实质是核内的一个中子转变为一个质子，并放出一个电子
8．(2024·山东高考)2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知Sr衰变为Y 的半衰期约为29年；Pu衰变为U的半衰期约为87年。现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，下列说法正确的是( )
A.Sr衰变为Y时产生α粒子
B.Pu衰变为U时产生β粒子
C．50年后，剩余的Sr数目大于Pu的数目
D．87年后，剩余的Sr数目小于Pu的数目
9．1934年，约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子。正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子，更意外的是，拿走α放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期。原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：Al＋He―→P＋n。这里的P就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的。
(1)写出放射性同位素P放出正电子的核反应方程；
(2)放射性同位素P放出正电子的衰变称为正β衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？
B级——综合应用
10．(2024·济南高二检测)有一种衰变叫EC衰变，EC衰变发生于核内中子数相对过少的放射性原子核。核内的一个质子(H)可以俘获一个核外电子(e)并发射出一个中微子而转变为一个中子(n)。经过一次EC衰变后原子核的( )
A．质量数不变，原子序数减少1
B．质量数增加1，原子序数不变
C．质量数不变，原子序数不变
D．质量数不变，原子序数增加1
11.(多选)在足够大的匀强磁场中，静止的钠核Na发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后，变为一新核，新核与放出粒子在磁场中运动的径迹均为圆，如图所示。以下说法正确的是( )
A．新核为Mg
B．发生的是α衰变
C．径迹2是新核的径迹
D．新核沿顺时针方向旋转
12．(2024·泉州高二检测)(多选)静止在O点的C原子核发生衰变的同时，空间中加入如图所示的匀强电场，之后衰变产物A、B两粒子的运动轨迹OA、OB如图虚线所示，不计重力和两粒子间的相互作用，下列说法正确的是( )
A．A、B两粒子均带负电
B.C原子核发生的是α衰变
C．A粒子为Be
D．衰变后瞬间A、B粒子的速度之比为5∶2
13．一小瓶内含有放射性同位素的溶液，它每分钟衰变6 000次。将它注射到一个病人的血液中，经过15小时，从病人身上取10 cm3的血样，测得每分钟衰变2次，已知这种同位素的半衰期为5小时。试根据上述数据，计算人体血液的总体积。
课时跟踪检测(十六)
1．选B 半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间。故选B。
2．选D 放射性元素的半衰期是由原子核内部决定的，与外部条件，如压强、温度等无关，也与是否是单质和化合物无关，即各种办法都无法减缓放射性元素的衰变。故选D。
3．选A 由核反应方程可知，该核反应生成的是e，是β衰变，产生的Pa核从高能级向低能级跃迁并且释放能量，故A正确。
4．选B 根据m余＝m原·，代入数据2.5＝20×，解得t＝87.7×3(年)＝263.1(年)，故选B。
5．选A 在电磁波谱中，γ射线是波长最短的电磁波，具有很高的能量，可以破坏生物组织细胞的原子或分子结构，A正确；γ射线在三种射线中电离本领最弱，但穿透本领最强，B错误；β衰变的实质是原子核中的一个中子转化为一个质子，并放出一个电子，C错误；放射性元素的半衰期与元素的物理、化学状态无关，不会随温度变化而变化，D错误。
6．选B 放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节对含有哪种元素的肥料吸收率高，无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的，A错误；人工放射性同位素含量易控制、衰变周期短、不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射性元素，C错误；放射性是原子核本身的性质，与元素的状态、组成等无关，D错误；放射性同位素可以向周围释放射线，只要在管道周围寻找射线源，就可找到漏油位置，B正确。
7．选D 根据核反应前后质量数和核电荷数守恒可得，X为N，其核子数为14，故A错误；放射性元素的半衰期与物理环境和化学环境无关，所以升高温度不能加快C的衰变，故B错误；半衰期对大量原子核具有统计意义，对极少数原子核没有意义，故C错误；β衰变的实质是核内的一个中子转变为一个质子，并放出一个电子，故D正确。
8．选D 根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知Sr 衰变为Y时产生电子，即β粒子，Pu衰变为U时产生He，即α粒子，故A、B错误；根据题意可知Pu的半衰期大于Sr的半衰期，现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，经过相同的时间，Sr经过的半衰期的次数多，所以剩余的Sr数目小于Pu的数目，故D正确，C错误。
9．解析：(1)根据质量数、核电荷数守恒，P放出正电子的核反应方程为P―→Si＋e。
(2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正β衰变是原子核的一个质子转变成一个中子，同时放出一个正电子，反应过程为H―→e＋n。
答案：(1)P―→Si＋e (2)见解析
10．选A 由题意可知，EC衰变中少了一个质子，多了一个中子，则质量数不变，但是核电荷数少1，即原子序数少1，A正确，B、C、D错误。
11．选AC 根据动量守恒定律可知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断可知，放出的粒子应带负电，是β粒子，所以发生的是β衰变，根据核电荷数和质量数守恒知，衰变方程为Na―→Mg＋e，可知新核为Mg，故A正确，B错误；由题意，静止的钠核Na发生衰变时动量守恒，释放出的粒子与新核的动量大小相等，两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动，因为新核的电荷量大于所释放出的粒子的电荷量，由半径公式r＝可知，新核的运动半径小于粒子的运动半径，所以径迹2是新核的径迹，故C正确；由左手定则判断可知，新核沿逆时针方向旋转，故D错误。
12．选BC 根据A、B两粒子的运动轨迹，可知其所受电场力均与电场方向相同，A、B两粒子均带正电，C原子核发生的是α衰变，故A错误，B正确；根据核反应前后的核电荷数和质量数守恒可知，该核反应方程为C―→Be＋He，衰变过程，由动量守恒定律有mAvA－mBvB＝0，可知质量越大，速度越小，Be的初速度小于He的初速度，粒子在电场中做类平抛运动，则有x＝vt，y＝·t2，解得y＝，可知当两粒子竖直方向的位移相等时，Be粒子的水平位移较小，A粒子为Be，故C正确；衰变过程，由动量守恒定律有mAvA－mBvB＝0，可得衰变后瞬间A、B粒子的速度之比为vA∶vB＝2∶5，故D错误。
13．解析：设放射性同位素原有质量为m0,15小时后剩余质量为m，则m＝m0＝m0，
设取出的V′＝10 cm3的血液中放射性同位素的质量为m′，人体内血液的总体积为V，如果认为血液中放射性的溶液是均匀分布的，则＝。
因单位时间内衰变的次数与放射性物质的含量成正比，
则＝，联立以上各式解得V＝3.75×103 cm3。
答案：3.75×103 cm3
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