2 放射性元素的衰变
[物理观念] (1)4 2XYHe (2)不变 1 Ye (3)质量数 电荷数 (4)质量数 电荷数
例1 A [解析] 发生一次α衰变,原子核释放出两个质子和两个中子,形成新的元素,衰变方程为XYHe,发生一次β衰变,原子核内的一个中子变成一个质子和一个电子,形成新的元素,衰变方程为X→ Y+ 0-1e,可以看出,发生一次α衰变,新元素质量数减少4,核电荷数减少2,发生一次β衰变,新元素质量数不变,核电荷数增加1,假设U发生x次α衰变,发生y次β衰变,最终得到Pb,可得出235-4x=207、92-2x+y=82,联立解得x=7,y=4,故选A.
变式1 AC [解析] 原来静止的核在放出粒子的过程中总动量守恒,所以粒子和新原子核的速度方向一定相反,且新原子核和粒子的动量大小相等,由左手定则判断可知α衰变的轨迹为外切圆,β衰变的轨迹为内切圆,所以A正确,B错误;由r=可得,动量一定时,电荷量小的半径大,所以b为α粒子轨迹,c为β粒子轨迹,则C正确,D错误.
[教材链接] (1)半数 (2)原子核内部自身的因素 外部条件 化学状态
[科学推理] N原 m0
例2 D [解析] 根据衰变过程中的质量数、电荷数守恒规律可知,发生β衰变后质量数不变,电荷数增加1,即产生N,选项A错误;原子核衰变的电子由原子核内部的中子产生,选项B错误;半衰期不受外界因素干扰,所以不会因为温室效应改变,选项C错误;若测得一古木样品的C含量为活体植物的,说明经过了2个半衰期,因此大约距今时间为5730×2=11 460年,选项D正确.
变式2 A [解析] 根据衰变剩余该元素质量公式=m0,解得k=3,选项A正确,B错误;半衰期是统计规律,少量原子核衰变时是随机的,不遵从统计规律,C错误;半衰期是描述原子核性质的物理量,取决于放射性元素的原子核自身,与原子数目、所处的物理环境、化学状态无关,因此半衰期不变,D错误.
[教材链接] (1)新原子核 (2)α粒子、质子、中子 (4)质量数 电荷数
例3 B [解析] 由核反应过程中遵循质量数、电荷数均守恒的原则,可写出选项中的四个核反应方程.N+He→O+H,A错误AlHePn,B正确BH→He,C错误LiHHeHe,D错误.
变式3 AD [解析] 该核反应方程为BeXLiνe,由质量数守恒和电荷数守恒有7+A=7+0,4+Z=3+0,解得A=0,Z=-1,所以粒子X是电子,故A正确,B错误;反应前中子总数n1=7-4=3,反应后中子总数n2=7-3=4,所以中子数增加1,故C错误;由前面分析可知该实验方案的思想是守恒思想,即利用能量守恒和动量守恒推出中微子的动量和能量从而证实它的存在,故D正确.
[教材链接] (1)放射性 (2)射线 示踪原子 (3)过量 放射性物质
例4 D [解析] α射线穿透能力弱,故不能用来测量钢板厚度,A错误;射线照射患处杀死癌细胞是治疗癌症的一种方法,癌细胞在射线照射下破坏得比健康细胞快,故B错误;天然放射性同位素比人工放射性同位素半衰期长,故C错误;利用γ射线照射种子,会使种子的遗传基因发生变异,可以培育出新的优良品种,故D正确.
随堂巩固
1.D [解析] 消除有害静电是利用α射线的电离作用,使空气中气体分子电离成导体,将静电放出,故A错误;利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,但γ射线对人体细胞伤害太大,因此不能用来透视人体,故B错误;DNA变异并不一定都是有益的,故C错误;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D正确.
2.A [解析] 电荷数守恒和质量数守恒可知,第一次衰变方程为AcFrHe,第二次衰变方程为FrAtHe,可知两次均为α衰变,故A正确.
3.D [解析] 120 d=5×24 d,可知120天为五个半衰期,则钍未发生衰变的质量为m=m0·=,则已经发生衰变的钍的质量为原来质量的1-=,故选D.
4.BC [解析] 核反应前后核子数相等,核反应遵循的是质量数守恒而不是质量守恒,故A错误;根据核反应的特点可知,核反应UThHe属于α衰变,故B正确;核反HeOH属于人工核反应,故C正确;β衰变是原子核的衰变,与核外电子无关,β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的,故D错误.2 放射性元素的衰变
学习任务一 原子核的衰变
[物理观念] 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,这种变化称为原子核的衰变.
(1)α衰变:原子核放出一个α粒子就发生了一次α衰变,新核的质量数减少了 ,而电荷数减少了 ,用通式表示为 .
(2)β衰变:原子核放出一个β粒子就发生了一次β衰变,新核的质量数 ,而电荷数增加了 ,用通式表示为 .
(3)衰变规律:原子核衰变时, 和 都守恒.
(4)γ射线经常是伴随α射线和β射线而产生,往往是衰变后的新核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的,原子核放出一个γ光子不会改变它的 和 .
例1 1964年10月16日,中国第一枚原子弹试爆成功,如图.该原子弹核反应物的主要成分是U.天然U是不稳定的,它通过若干次α衰变和β衰变最终成为稳定的元素Pb,则此过程α衰变和β衰变的次数分别为( )
A.7、4
B.5、8
C.12、14
D.14、46
[反思感悟]
变式1 (多选)[2024·河北唐山一中月考] A、B两种放射性元素,原来都静止在同一匀强磁场中,磁场方向如图所示,其中一个放出α粒子,另一个放出β粒子,α与β粒子的运动方向跟磁场方向垂直,图中a、b、c、d表示α粒子、β粒子以及两个新原子核的运动轨迹,则 ( )
A.甲图为α衰变的轨迹图,乙图为β衰变的轨迹图
B.甲图为β衰变的轨迹图,乙图为α衰变的轨迹图
C.b为α粒子轨迹,c为β粒子轨迹
D.a为α粒子轨迹,d为β粒子轨迹
[反思感悟]
【要点总结】
1.对α衰变和β衰变的理解
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程 XYHe XYe
衰变实质 2个质子和2个中子结合成氦核 H+nHe 1个中子转化为1个质子和1个电子 nHe
典型方程 UThHe ThPae
匀强磁场 中的轨迹 形状
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
2.确定原子核衰变次数的方法与技巧
(1)方法:设放射性原子核X经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新原子核Y,则衰变方程为X→Y+He+e,根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=A'+4n,Z=Z'+2n-m,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衰变对质量数没有影响),然后根据衰变规律确定β衰变的次数.
学习任务二 半衰期
[教材链接] 阅读教材“半衰期”相关内容,完成下列填空:
(1)半衰期的概念:半衰期表示放射性元素衰变的快慢,放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间叫作这种元素的半衰期.
(2)影响半衰期的因素:半衰期由放射性元素的 决定,跟原子所处的 (如压强、温度)和 (如单质、化合物)无关,因为这些因素都不会影响原子核的结构.
[科学推理] 用N原、m0表示衰变前的原子数和质量,t表示衰变时间,τ表示半衰期,则衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量分别为N余= ,m余= .
例2 [2023·浙江1月选考] 宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子,中子与大气中的氮14会产生以下核反应:NnCH,产生的C能自发进行β衰变,其半衰期为5730年,利用碳14的衰变规律可推断古木的年代.下列说法正确的是( )
A.C发生β衰变的产物是N
B.β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应,引起C的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的C含量为活体植物的,则该古木距今约为11 460年
[反思感悟]
变式2 某放射性元素的衰变曲线如图,T为半衰期,以下说法正确的是 ( )
A.k=3
B.k=4
C.若T=5天,那么200个该元素的原子核经kT后一定还剩下25个
D.根据图像可以知道,该元素的半衰期逐渐减小
[反思感悟]
学习任务三 核反应
[教材链接] 阅读教材“核反应”相关内容,完成下列填空:
(1)核反应:原子核在其他粒子的轰击下产生 或者发生状态变化的过程.
(2)核反应的条件:用 ,甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变.
(3)原子核的人工转变
①1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,产生了氧的一种同位素,同时产生了一个质子.发现质子的核反应方程NHeO+H.
②1932年查德威克发现中子的核反应方程:Be+He→n.
③1934年约里奥·居里夫妇观察到正电子的核反应方程AlHePnPSie.
(4)核反应遵循的规律: 守恒, 守恒.
例3 [2024·湖南师大附中月考] 国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台.下列核反应中放出的粒子为中子的是 ( )
A. N俘获一个α粒子,产生O并放出一个粒子
B. Al俘获一个α粒子,产生P并放出一个粒子
C. B俘获一个质子,产生Be并放出一个粒子
D. Li俘获一个质子,产生He并放出一个粒子
[反思感悟]
变式3 (多选)物质在β衰变过程中释放出的电子只带走了总能量的一部分,还有一部分能量“失踪”了,著名物理学家尼尔斯·玻尔据此认为在衰变过程中能量守恒定律是失效的,后来中微子(一种电荷数和质量数都是零的微观粒子)的发现解释了这一现象.20世纪40年代初,我国科学家——“两弹一星功勋奖章”获得者王淦昌先生首先提出了证明中微子存在的实验方案.我们可以将其做如下描述:静止原子核Be俘获一个粒子X,可生成一个新原子核Li,并放出中微子(用“νe”表示),根据核反应后原子核Li的动能和动量,可以间接测量中微子的能量和动量,进而确定中微子的存在.下列说法正确的是 ( )
A.粒子X是电子
B.粒子X是质子
C.核反应前后的中子总数不变
D.这个实验的思想是能量守恒和动量守恒
【要点总结】
1.核反应的实质:用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开,而是粒子打入原子核内部使核发生了转变.
2.核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中,一般会发生质量的变化.
3.核反应过程中遵循动量和能量守恒.
4.原子核的衰变和人工转变
类型 可控性 核反应方程典例
α衰变 自发 UThHe
β衰变 自发 ThPae
人工 转变 人工 控制 NHeOH (卢瑟福发现质子)
BeHeCn (查德威克发现中子)
AlHePn (约里奥·居里夫妇发现放射性同位素)
5.核反应方程的书写
(1)熟记常见基本粒子的符号:质子H)、中子n)、α粒子He)、β粒子e)、正电子e)、氘核H)、氚核H)等.
(2)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒.
(3)由于核反应不可逆,所以书写核反应方程时只能用“→”表示反应方向.
学习任务四 放射性同位素及其应用 辐射与安全
[教材链接] 阅读教材“放射性同位素及其应用”“辐射与安全”相关内容,完成下列填空:
(1)放射性同位素:有些同位素具有 ,叫作放射性同位素.
(2)放射性同位素的应用:①应用它的 ,②作 .
(3)辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境之中, 的射线对人体组织有破坏作用.要防止 对水源、空气、用具等的污染.
例4 基因测序是一种新型基因检测技术,能够从血液或唾液中分析测定基因全序列,预测罹患多种疾病的可能性,提前预防和治疗.基因测序采用放射性同位素为标记,让基因序列自动显影.下列关于放射性同位素及射线的应用说法正确的是 ( )
A.α射线可以用来测量钢板的厚度
B.射线能够治疗癌症是因为癌细胞在射线照射下破坏得比健康细胞慢
C.天然放射性同位素比人工放射性同位素半衰期短
D.利用γ射线照射种子,会使种子的遗传基因发生变异,可培育出优良品种
[反思感悟]
1.(放射性的应用与防护)关于放射性的应用,下列说法中正确的是 ( )
A.α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,也能进行人体的透视
C.用射线照射作物种子能使其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.(核反应)[2024·贵州贵阳一中月考] 我国科研人员及合作者成功合成了新原子核Ac.原子核存在一种衰变链,其中第1次由Ac衰变成原子核Fr,第2次由Fr衰变成原子核At.下列说法正确的是 ( )
A.两次均为α衰变
B.两次均为β衰变
C.第1次为α衰变,第2次为β衰变
D.第1次为β衰变,第2次为α衰变
3.(半衰期)[2024·福建福州三中月考] 钍234的半衰期是24天,质量为10 g的钍经过120天后发生衰变的钍的质量为原来质量的 ( )
A. B. C. D.
4.(核反应)(多选)关于核反应,下列说法正确的是( )
A.在核反应中,质量守恒、电荷数守恒
B.核反应UThHe属于α衰变
C.核反应NHeOH属于原子核的人工转变
D.核反应CN+ 0-1e属于β衰变,而β射线来自原子外层的电子2 放射性元素的衰变
1.D [解析] 原子核发生衰变时,一次衰变只能是α衰变或β衰变,而不能同时发生α衰变和β衰变,发生衰变后产生的新核往往处于高能级,要向外以γ射线的形式辐射能量,故一次衰变只可能同时产生α射线和γ射线,或β射线和γ射线,A错误,D正确;原子核发生衰变后,核电荷数发生了变化,核外电子数发生了变化,故化学性质发生了变化,B错误;原子核内的2个中子和2个质子能十分紧密地结合在一起,在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来,于是放射性元素发生了α衰变,C错误.
2.A [解析] 根据电荷数守恒和质量数守恒有Z=105+8×2-6=115,A=273+8×4=305,故A正确.
3.A [解析] 根据质量数和电荷数守恒可知,新核X的质量数为14,电荷数为7,则中子数为7,比C少一个中子,故A正确;半衰期与外界因素无关,C衰变到所经历时间约为11 460年,故B、C、D错误.
4.B [解析] 衰变后的质量m=M,其中t是时间,T是半衰期,所以=,解得t= 年=2865年≈3000年,故B正确.
5.D [解析] 根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒知,X1为H,A错误;X2为H,B错误;X3为n,C错误;X4为H,D正确.
6.AD [解析] 由核反应中电荷数守恒和质量数守恒可知,A正确,B错误;由动量守恒定律可得硅原子核速度的数量级为105 m/s,且方向与质子初速度方向一致,C错误,D正确.
7.BD [解析] 放射性同位素发生衰变时,能量守恒,A错误;上述衰变方程,根据电荷数守恒和质量数守恒可得Ir→e,B正确;148天恰好为两个半衰期,有的铱192发生了衰变,因此只剩0.5 g没有衰变,C错误;若探测器得到的射线变弱,说明钢板厚度大于30 mm,应当减小热轧机两轮的间隙,D正确.
8.C [解析] 原子核衰变过程系统动量守恒,由动量守恒定律可知,衰变生成的两粒子的动量方向相反,粒子速度方向相反,由左手定则可知,若生成的两粒子电性相反,则在磁场中的轨迹为内切圆,若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆,所以该原子核发生α衰变,故A错误;粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得qvB=m,解得r==,由于p、B相同,则粒子电荷量q越大,轨道半径越小,由于新核的电荷量大,所以新核的轨道半径较小,所以右侧的小圆是衰变后新核的径迹,由于新核带正电,根据左手定则可知,新核沿顺时针方向做圆周运动,故B、D错误;若衰变方程是UThHe,由r==∝,且径迹1为新核的运动轨迹,则有r1∶r2=2∶90=1∶45,故C正确.
9.BD [解析] 由题意可知Bi经过①变化为Tl,核电荷数少2,为α衰变,即BiTlHe,故a=210-4=206,Bi经过②变化为X,质量数没有发生变化,为β衰变,即BiXe,故b=83+1=84,故A、C错误,B正确;U经过7次α衰变,则质量数少28,电荷数少14,经过5次β衰变,则质量数不变,电荷数增加5,此时质量数为238-28=210,电荷数为92-14+5=83,变成了Bi,故D正确.
10.AC [解析] 碘131原子核内有53个质子,核子数为131,可知核内有131-53=78个中子,故A正确;β衰变的实质是核内的中子转化为一个质子和一个电子,电子从核内释放出来,但核内并不存在电子,故B错误;I发生β衰变的方程为IXe+ 0-1e,故C正确;放射性元素的半衰期与原子核所处的化学状态和外部环境均无关,玫瑰红钠盐和马尿酸钠中的I的半衰期相等,故D错误.
11.B [解析] 设该恐龙活着时,单位体积内含有14C为n0个,含有12C为m个,则恐龙活着时14C和12C的存量比为,现在测得该遗骸单位体积含14C为n个,根据已知条件可得∶=,即=.再根据半衰期公式可得n=n0,整理得t=T=×5730年≈年=1.528×108年,所以该恐龙生存的年代约距今1.99亿年~1.45亿年.故选B.
12.(1BeHeCn (2)见解析 (3)相等
[解析] (1)利用α粒子轰击铍原子时,核反应方程为BeHeCn
(2)中性粒子的质量为m1,速度为v,设碰后速度为v1,被碰原子核的质量为m2,设碰后速度为v2',由动量守恒定律和机械能守恒定律可得m1v=m1v1+m2v2'
m1v2=m1+m2v2'2
联立解得v2'=v
(3)碰撞后氢原子核的速度是3.3×107 m/s,则有
vH=v
碰撞后氮原子核的速度是4.4×106 m/s,则有
vN=v
又有mN=14mH
代入数据联立解得v=3.3×107 m/s
可知中性粒子碰后的速度与氢原子核碰后的速度大小相等,因此中性粒子的质量与氢核质量mH是相等的关系.2 放射性元素的衰变建议用时:40分钟
◆ 知识点一 原子核的衰变
1.由原子核的衰变可知 ( )
A.放射性元素一次衰变就同时产生α射线和β射线
B.放射性元素发生β衰变,产生的新元素的化学性质不变
C.α衰变说明原子核内部存在氦核
D.放射性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γ射线
2.新元素的合成是探究微观世界的方式之一,也是材料科学发展的必经之路.某科学家在研究某两个重核结合成“超重”元素的反应时,发现生成的“超重”元素的核X经过8次α衰变、6次β衰变后的产物为Y.则超重元素的核电荷数和质量数分别是( )
A.115,305 B.190,305
C.115,190 D.190,115
◆ 知识点二 半衰期
3.[2024·山东烟台二中月考] 1947年,美国芝加哥大学教授威拉得·利比首次利用放射性元素C的衰变程度,准确测定了曾经有过生命的有机体的年代.威拉得·利比对于考古学、海洋学和地球科学做出了巨大的贡献,因此获得1960年诺贝尔奖.C能自发释放β射线,衰变方程为C→X+β,其半衰期约为5730年.下列说法正确的是 ( )
A.新核X比C少一个中子
B.当X数量是C数量的3倍时,C衰变所经历时间约为17 190年
C.随着文物的出土,文物所在环境温度升高,会导致β衰变加快,检测不准
D.随着衰变的进行,元素总量越来越少,半衰期也越来越短
4.[2024·广东中山一中月考] 据报道,考古队发现了属于古埃及第十九王朝法老拉美西斯二世的神庙遗址.通过分析发现,殿内古代木头中的14C的含量约为活体含量的,已知植物死后其体内的14C会逐渐减少,14C的半衰期为5730年,则由此可推断拉美西斯二世神庙距今约为( )
A.4000年 B.3000年
C.2000年 D.1000年
◆ 知识点三 核反应与核反应方程
5.在下列四个核反应方程中,X1、X2、X3和X4各代表某种粒子:H+X1Hen;N+O+X2;BeHeC+X3;He→Al+X4.则以下判断中正确的是 ( )
A.X1是质子 B.X2是中子
C.X3是电子 D.X4是质子
6.(多选)一个质子以1.0×107 m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获,铝原子核变成硅原子核.已知铝原子核的质量是质子的27倍,硅原子核的质量是质子的28倍,则下列判断正确的是 ( )
A.核反应方程为AlHSi
B.核反应方程为AlnSi
C.硅原子核速度的数量级为107 m/s,方向跟质子的初速度方向一致
D.硅原子核速度的数量级为105 m/s,方向跟质子的初速度方向一致
◆ 知识点四 放射性同位素及其应用 辐射与安全
7.(多选)如图,轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪,仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关.已知某车间采用放射性同位素铱192作为放射源,其化学符号是Ir,原子序数是77,通过β衰变放出γ射线,产生新核X,半衰期为74天,适合透照钢板厚度为10~100 mm,已知钢板厚度标准为30 mm,下列说法正确的是 ( )
A.放射性同位素发生衰变时,能量不守恒
B.上述衰变方程为IrXe
C.若有2 g铱192,经过148天有1 g没有衰变
D.若探测器得到的射线变弱,说明钢板厚度大于30 mm,应当减小热轧机两轮的间隙
8.大多数原子核是稳定的,通过对不稳定原子核的α衰变、β衰变的研究,可以了解原子核内部的相互作用.如图所示在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,新核和粒子在磁场中形成的轨迹圆半径分别为r1和r2.下列说法正确的是 ( )
A.原子核可能发生的是α衰变,也可能发生的是β衰变
B.左侧的大圆是衰变后新核的径迹
C.若衰变方程是U→ThHe,则r1∶r2=1∶45
D.新核沿逆时针方向做圆周运动
9.(多选)[2024·广西南宁二中月考] 科学家通过实验研究发现,放射性元素U有多种可能的衰变途径,U先变成Bi,Bi可以经一次衰变变成Tl,也可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)Tl和X最后都变成Pb,衰变路径如图所示.则以下判断正确的是 ( )
A.a=211,b=82
B.①是α衰变,②是β衰变
C.①是β衰变,②是α衰变
D. U经过7次α衰变5次β衰变后变成Bi
10.(多选)医学上常用碘131(I)标记的玫瑰红钠盐和马尿酸钠作为肝、胆和肾等检查的扫描显像剂.已知I发生的是β衰变,下列说法正确的是 ( )
A.I原子核内有78个中子
B. I能发生β衰变说明核内存在电子
C. I发生β衰变的方程为IXe+ 0-1e
D.玫瑰红钠盐和马尿酸钠中的I的半衰期可能不相等
11.[2024·河北石家庄一中月考] 利用半衰期T=5730年的14C可以测定古生物的存活年代.活着的生物体中12C跟14C这两种同位素之比与空气中相同,生物死亡后,不再与外界交换14C,14C经过不断衰变其含量不断减少,通过测量生物遗骸中的14C与12C存量比,再与空气中比较,即可估算出生物死亡年代.若测得某恐龙遗骸中14C与12C的存量比为空气中的(k=108000),则该恐龙生存的年代为(1亿年=1×108年,lg 10=1,lg 2≈0.3)( )
A.约距今2.5亿年~2亿年
B.约距今1.99亿年~1.45亿年
C.约距今1.45亿年~6500万年
D.2.5亿年以前
12.[2024·北京四中月考] 1930年,物理学家博特利用α粒子轰击铍Be)原子时,产生了一种中性射线,人们称为“铍辐射”,这种射线具有极强的穿透能力.查德威克认为这种射线是一种中性粒子流,并测得了该粒子的质量,从而宣告了中子的存在.
(1)请写出α粒子轰击铍Be)的核反应方程.
(2)为了测得中性粒子的质量,查德威克让铍辐射中的中性粒子与静止的原子核发生正碰.假如碰撞是弹性碰撞,请证明碰后原子核的速度为v2'=v(其中m1是中性粒子的质量,v为其初速度,m2是原子核的质量).
(3)让中性粒子分别与静止的氢原子核、氮原子核发生碰撞,碰撞后氢原子核的速度是3.3×107 m/s,碰撞后氮原子核的速度是4.4×106 m/s.若氢核质量为mH,氮原子核的质量是氢原子核质量的14倍.请计算中性粒子的质量与氢核质量mH的关系 (共80张PPT)
2 放射性元素的衰变
学习任务一 原子核的衰变
学习任务二 半衰期
学习任务三 核反应
学习任务四 放射性同位素及其应用 辐射与安全
随堂巩固
◆
练习册
备用习题
学习任务一 原子核的衰变
［物理观念］ 原子核自发地放出 粒子或 粒子,则核电荷数变了,变成另一种原子核,这种变化称为原子核的衰变.
(1) 衰变：原子核放出一个 粒子就发生了一次 衰变，新核的质量数减少了___，而电荷数减少了___，用通式表示为
____________________.
(2) 衰变：原子核放出一个 粒子就发生了一次 衰变，新核的质量数______，而电荷数增加了___，用通式表示为________________.
(3) 衰变规律：原子核衰变时，________和________都守恒.
不变
质量数
电荷数
(4) 射线经常是伴随 射线和 射线而产生，往往是衰变后的新核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的，原子核放出一个 光子不会改变它的________和________.
质量数
电荷数
例1 1964年10月16日，中国第一枚原子弹试爆成功，如图.该原子弹核反应物的主要成分是.天然是不稳定的，它通过若干次 衰变和 衰变最终成为稳定的元素，则此过程 衰变和 衰变的次数分别为( )
A.7、4 B.5、8 C.12、14 D.14、46
√
[解析] 发生一次 衰变，原子核释放出两个质子和两个中子，形成新的元素，衰变方程为，发生一次 衰变，原子核内的一个中子变成一个质子和一个电子，形成新的元素，衰变方程
为，可以看出，发生一次 衰变，新元素质量数减少4，核电荷数减少2，发生一次 衰变，新元素质量数不变，核电荷数增加1，假设发生次 衰变，发生次 衰变，最终得到，可得出、，联立解得，，故选A.
变式1 (多选)[2024·河北唐山一中月考] 、两种放射性元素,原来都静止在同一匀强磁场中,磁场方向如图所示,其中一个放出 粒子,另一个放出 粒子, 与 粒子的运动方向跟磁场方向垂直,图中、、、表示 粒子、 粒子以及两个新原子核的运动轨迹,则( )
A.甲图为 衰变的轨迹图,乙图为 衰变的轨迹图
B.甲图为 衰变的轨迹图,乙图为 衰变的轨迹图
C.为 粒子轨迹,为 粒子轨迹
D.为 粒子轨迹,为 粒子轨迹
[解析] 原来静止的核在放出粒子的过程中总动量守恒,所以粒子和新原子核的速度方向一定相反,且新原子核和粒子的动量大小相等,由左手定则判断可知 衰变的轨迹为外切圆, 衰变的轨迹为内切圆,所以A正确,B错误;
由可得,动量一定时,电荷量小的半径大,所以为 粒子轨迹,为 粒子轨迹,则C正确,D错误.
√
√
【要点总结】
1.对 衰变和 衰变的理解
衰变类型 衰变 衰变
衰变方程
衰变实质 2个质子和2个中子结合成氦核 1个中子转化为1个质子和1个电子
典型方程
衰变类型 衰变 衰变
匀强磁场中的轨迹形状 _____________________________________________________ _______________________________________
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
续表
2.确定原子核衰变次数的方法与技巧
(1)方法：设放射性原子核经过次 衰变和次 衰变后，变成稳定的新原子核，则衰变方程为，根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程，，联立解得，.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 衰变的次数(这是因为 衰变对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定 衰变的次数.
学习任务二 半衰期
［教材链接］ 阅读教材“半衰期”相关内容，完成下列填空：
(1) 半衰期的概念：半衰期表示放射性元素衰变的快慢，放射性元素的原子核有______发生衰变所需的时间叫作这种元素的半衰期.
半数
(2) 影响半衰期的因素：半衰期由放射性元素的_______________________决定，跟原子所处的__________(如压强、温度)和__________(如单质、化合物)无关，因为这些因素都不会影响原子核的结构.
原子核内部自身的因素
外部条件
化学状态
［科学推理］ 用、表示衰变前的原子数和质量,表示衰变时间, 表示半衰期，则衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量分别为_ ______,_______.
例2 [2023·浙江1月选考] 宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：，产生的能自发进行 衰变，其半衰期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代.下列说法正确的是( )
A.发生 衰变的产物是
B. 衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应，引起的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的含量为活体植物的,则该古木距今约为11460年
√
[解析] 根据衰变过程中的质量数、电荷数守恒规律可知，发生 衰变后质量数不变，电荷数增加1，即产生，选项A错误；
原子核衰变的电子由原子核内部的中子产生，选项B错误；
半衰期不受外界因素干扰，所以不会因为温室效应改变，选项C错误；
若测得一古木样品的含量为活体植物的，说明经过了2个半衰期，因此大约距今时间为年，选项D正确.
变式2 某放射性元素的衰变曲线如图，为半衰期，以下说法正确的是( )
A.
B.
C.若天，那么200个该元素的原子核经后一定还剩下25个
D.根据图像可以知道，该元素的半衰期逐渐减小
√
[解析] 根据衰变剩余该元素质量公式，解得，选项A正确，B错误；
半衰期是统计规律，少量原子核衰变时是随机的，不遵从统计规律，C错误；
半衰期是描述原子核性质的物理量，取决于放射性元素的原子核自身，与原子数目、所处的物理环境、化学状态无关,因此半衰期不变，D错误.
学习任务三 核反应
［教材链接］ 阅读教材“核反应”相关内容，完成下列填空：
(1) 核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生__________或者发生状态变化的过程.
(2) 核反应的条件：用____________________，甚至用 光子轰击原子核使原子核发生转变.
新原子核
粒子、质子、中子
(3)原子核的人工转变
年，卢瑟福用 粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生了一个质子.发现质子的核反应方程：.
年查德威克发现中子的核反应方程：.
年约里奥·居里夫妇观察到正电子的核反应方程：；.
(4) 核反应遵循的规律：________守恒，________守恒.
质量数
电荷数
例3 [2024·湖南师大附中月考] 国家大科学工程——中国散裂中子源于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台.下列核反应中放出的粒子为中子的是( )
A.俘获一个 粒子，产生并放出一个粒子
B.俘获一个 粒子，产生并放出一个粒子
C.俘获一个质子，产生并放出一个粒子
D.俘获一个质子，产生并放出一个粒子
√
[解析] 由核反应过程中遵循质量数、电荷数均守恒的原则，可写出选项中的四个核反应方程.，A错误；
，B正确；
，C错误；
，D错误.
变式3 (多选)物质在 衰变过程中释放出的电子只带走了总能量的一部分，还有一部分能量“失踪”了，著名物理学家尼尔斯·玻尔据此认为在衰变过程中能量守恒定律是失效的，后来中微子(一种电荷数和质量数都是零的微观粒子)的发现解释了这一现象.20世纪40年代初，我国科学家——“两弹一星功勋奖章”获得者王淦昌先生首先提出了证明中微子存在的实验方案.我们可以将其做如下描述：静止原子核俘获一个粒子，可生成一个新原子核，并放出中微子(用“”表示)，根据核反应后原子核的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在.下列说法正确的是( )
A.粒子是电子
B.粒子是质子
C.核反应前后的中子总数不变
D.这个实验的思想是能量守恒和动量守恒
√
√
[解析] 该核反应方程为，由质量数守恒和电荷数守恒有，，解得，，所以粒子是电子，故A正确，B错误；
反应前中子总数，反应后中子总数，所以中子数增加1，故C错误；
由前面分析可知该实验方案的思想是守恒思想，即利用能量守恒和动量守恒推出中微子的动量和能量从而证实它的存在，故D正确.
【要点总结】
1.核反应的实质:用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开,而是粒子打入原子核内部使核发生了转变.
2.核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中,一般会发生质量的变化.
3.核反应过程中遵循动量和能量守恒.
4.原子核的衰变和人工转变
类型 可控性 核反应方程典例
衰变 自发
衰变 自发
人工转变 人工控制 (卢瑟福发现质子)
(查德威克发现中子)
(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素)
5.核反应方程的书写
(1)熟记常见基本粒子的符号:质子、中子、 粒子、 粒子、正电子、氘核、氚核等.
(2)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒.
(3)由于核反应不可逆,所以书写核反应方程时只能用“ ”表示反应方向.
学习任务四 放射性同位素及其应用 辐射与安全
［教材链接］ 阅读教材“放射性同位素及其应用”“辐射与安全”相关内容，完成下列填空：
(1) 放射性同位素：有些同位素具有________,叫作放射性同位素.
(2) 放射性同位素的应用：①应用它的______,②作__________.
放射性
射线
示踪原子
(3) 辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境之中,______的射线对人体组织有破坏作用.要防止____________对水源、空气、用具等的污染.
过量
放射性物质
例4 基因测序是一种新型基因检测技术，能够从血液或唾液中分析测定基因全序列，预测罹患多种疾病的可能性，提前预防和治疗.基因测序采用放射性同位素为标记，让基因序列自动显影.下列关于放射性同位素及射线的应用说法正确的是( )
A. 射线可以用来测量钢板的厚度
B.射线能够治疗癌症是因为癌细胞在射线照射下破坏得比健康细胞慢
C.天然放射性同位素比人工放射性同位素半衰期短
D.利用 射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，可培育出优良品种
√
[解析] 射线穿透能力弱，故不能用来测量钢板厚度，A错误；
射线照射患处杀死癌细胞是治疗癌症的一种方法，癌细胞在射线照射下破坏得比健康细胞快，故B错误；
天然放射性同位素比人工放射性同位素半衰期长，故C错误；
利用 射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，可以培育出新的优良品种，故D正确.
1. (多选)下列说法中正确的是 ( )
A.α粒子带正电,所以α射线一定是从原子核中释放出来的
B.β粒子带负电,所以β射线有可能是核外电子
C.γ粒子是光子,所以γ射线有可能是由原子发光产生的
D.α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的
[解析] α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出;β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子,然后释放出电子;γ射线是伴随α衰变或β衰变而产生的.所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的.
√
√
2.某原子核X经过若干次α、β衰变成为原子核Y,核X比核Y多10个质子、14个中子,则( )
A.核X经过了6次α衰变、2次β衰变
B.核X经过了2次α衰变、2次β衰变
C.核X经过了6次α衰变、6次β衰变
D.核X经过了2次α衰变、6次β衰变
[解析]设该过程中发生了x次α衰变、y次β衰变,则根据题意有4x=10+14,2x-y=10,计算得出x=6,y=2,所以原子核X发生了6次α衰变、2次β衰变,故A正确.
√
3.放射性元素的半衰期长短差别很大,短的远小于一秒,长的可达数百亿年.铀238的半衰期是45亿年,约等于地球的年龄,也就是说,地球形成时的铀238现在还剩下一半没有衰变.假设有一块铀238矿石含有1 kg的铀238,发生衰变的铀238均变成了铅206,则经过90亿年后,此矿石中含有的铅206的质量约为( )
A.0.25 kg B.0.649 kg C.0.433 kg D.0.216 kg
[解析]经过两个半衰期,1 kg铀238有发生了衰变,又由于发生衰变的铀238均变成了铅206,所以矿石中含有铅的质量为m=1× kg≈0.649 kg,故选B.
√
4. (多选)在匀强磁场中,一个原来静止的原子核由于衰变放射出某种粒子,结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图所示),已知两个相切圆半径分别为r1、r2.下列说法正确的是 ( )
A.原子核可能发生的是α衰变,也可能发生的是β衰变
B.径迹2是衰变后新核的径迹
C.若衰变方程是U→He,则r1∶r2=1∶45
D.此衰变是α衰变,1和2径迹均是顺时针方向
√
√
[解析]原子核衰变过程中系统动量守恒,由动量守恒定律可知,衰变生成的两核动量方向相反,两核速度方向相反,由左手定则可知,若生成的两核电性相反,则在磁场中的轨迹为内切圆,若电性相同,则在磁场中的轨迹为外切圆,所以发生的是α衰变,而不可能是β衰变,故A错误;
核反应过程中系统动量守恒,原子核原来静止,初动量为零,由动量守恒定律可知,原子核衰变后生成的两核动量p大小相等、方向相反,粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律得qvB=m,解得r=,由于p、B大小都相等,所以核的电荷量q越大,则其轨道半径r越小,由于新核的电荷量大于α粒子的电荷量,则新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径,所以半径为r1的圆为新核的运动轨迹,半径为r2的圆为α粒子的运动轨迹,若衰变方程为
UThHe,则r1∶r2=2∶90=1∶45,故B错误,C正确;
此衰变是α衰变,生成的两核电性相同,由左手定则可知,两核都沿顺时针方向做圆周运动,故D正确.
5.放射性同位素是核医学诊断和治疗的基础.钼99(Mo)和锝99(Tc)都是放射性元素,在医院里利用放射性同位素发生器可以由钼99制备锝99,病人服用含锝99的药物后可用于内脏器官造影.下列说法正确的是 ( )
A.对钼99密封并低温保存可以减缓其衰变速度
B.病人体温升高会加快锝99的衰变速度
C.利用钼99制备锝99的核反应方程为Mo→Tce
D.利用钼99制备锝99的核反应方程为Mo→TcHe
√
[解析] 放射性元素的半衰期由原子核决定,与外界因素无关,故A、B错误;
根据题意,由质量数守恒和电荷数守恒可得,利用钼99制备锝99的核反应方程为Mo→Tce,故D错误,C正确.
6. 1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒,并由吴健雄用Co的衰变来验证,其核反应方程是CoNie+νe.其中νe是反中微子,它的电荷量为零,静止质量可认为是零.
(1)在上述衰变方程中,衰变产物Ni的质量数A是 ,核电荷数Z是 .
[答案]核反应方程为CoNie+νe,根据质量数守恒和电荷数守恒,可得出两空分别为60和28.
60
28
6. 1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒,并由吴健雄用Co的衰变来验证,其核反应方程是CoNie+νe.其中νe是反中微子,它的电荷量为零,静止质量可认为是零.
(2)在衰变前Co核静止,根据云室照片可以看出,衰变产物Ni和e的运动径迹不在一条直线上,如果认为衰变产物只有Ni和e,那么衰变过程将违背
守恒定律.
[解析]衰变过程遵循动量守恒定律.原来静止的核的动量为零,分裂成两个粒子后,这两个粒子的动量和还应是零,则两粒子径迹必在同一直线上.现在发现Ni和e的运动径迹不在同一直线上,如果认为衰变产物只有Ni和e,就一定会违背动量守恒定律.
动量
6. 1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒,并由吴健雄用Co的衰变来验证,其核反应方程是CoNie+νe.其中νe是反中微子,它的电荷量为零,静止质量可认为是零.
(3Co是典型的γ放射源,可用于作物诱变育种.我国应用该方法培育出了许多农作物新品种,如棉花高产品种“鲁棉1号”,年种植面积曾达到3000多万亩,在我国自己培育的棉花品种中栽培面积最大.γ射线处理作物后主要引起 ,从而产生可遗传的变异.
[解析]用γ射线照射种子,会使种子的遗传基因发生突变,从而培育出优良品种.
基因突变
7.带电粒子在“云室”中运动时,可呈现运动径迹,将“云室”放在匀强电场中,通过观察带电粒子的径迹,可以研究原子核发生衰变的规律.现将一静止的放射性14C放入上述装置中,当它发生衰变时,可能放出α粒子或电子.所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图所示(发生衰变后瞬间放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场强度E垂直,a、b均表示长度).
(1)14C发生衰变时所放射出的粒子是 .
[解析]由轨迹可以看出,反冲核与放出的粒子的受力方向均与电场强度方向一致,所以放出的粒子为α粒子.
α粒子
7.带电粒子在“云室”中运动时,可呈现运动径迹,将“云室”放在匀强
电场中,通过观察带电粒子的径迹,可以研究原子核发生衰变的规律.
现将一静止的放射性14C放入上述装置中,当它发生衰变时,可能放出
α粒子或电子.所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如
图所示(发生衰变后瞬间放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场强度E垂直,a、b均表示长度).
(2)14C发生衰变时所放射出的粒子的运动轨迹是 (选填“①”或“②”).
[解析]由动量守恒定律得,α粒子的动量与反冲核的动量大小相等,而α粒子的质量小,速度大,相同时间内垂直于电场方向的位移大,即②为α粒子的运动轨迹.
②
7.带电粒子在“云室”中运动时,可呈现运动径迹,将“云室”放在匀强电场中,通过观察带电粒子的径迹,可以研究原子核发生衰变的规律.现将一静止的放射性14C放入上述装置中,当它发生衰变时,可能放出α粒子或电子.所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图所示(发生衰变后瞬间放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场强度E垂直,a、b均表示长度).
(3)写出14C的衰变方程: .
[解析]根据电荷数守恒与质量数守恒可得BeHe.
CHeBe
8. (1)完成下列核反应方程
LiHHe+ U+ →Xe+1n
[解析]根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可得,①的核反应方程为LiHHeHe,②的核反应方程为UnSrXe+1n
故应填He和n.
He
n
8. (2)若元素A的半衰期为2天,元素B的半衰期为3天,则相同质量的A和B,经过12天后,剩下的质量之比mA∶mB = .
[解析] 根据衰变公式M=M0,可得mA∶mB==1∶4.
1∶4
1.(放射性的应用与防护)关于放射性的应用，下列说法中正确的是( )
A. 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 射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视
C.用射线照射作物种子能使其发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
D.用 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] 消除有害静电是利用 射线的电离作用，使空气中气体分子电离成导体，将静电放出，故A错误；
利用 射线的贯穿性可以为金属探伤，但 射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来透视人体，故B错误；
变异并不一定都是有益的，故C错误；
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D正确.
2.(核反应)[2024·贵州贵阳一中月考] 我国科研人员及合作者成功合成了新原子核.原子核存在一种衰变链，其中第1次由衰变成原子核，第2次由衰变成原子核.下列说法正确的是( )
A.两次均为 衰变
B.两次均为 衰变
C.第1次为 衰变，第2次为 衰变
D.第1次为 衰变，第2次为 衰变
[解析] 电荷数守恒和质量数守恒可知，第一次衰变方程为，第二次衰变方程为，可知两次均为 衰变，故A正确.
√
3.(半衰期)[2024·福建福州三中月考] 钍234的半衰期是24天，质量为的钍经过120天后发生衰变的钍的质量为原来质量的( )
A. B. C. D.
[解析] ，可知120天为五个半衰期，则钍未发生衰变的质量为，则已经发生衰变的钍的质量为原来质量的，故选D.
√
4.(核反应)(多选)关于核反应，下列说法正确的是( )
A.在核反应中，质量守恒、电荷数守恒
B.核反应属于 衰变
C.核反应属于原子核的人工转变
D.核反应属于 衰变，而 射线来自原子外层的电子
√
√
[解析] 核反应前后核子数相等，核反应遵循的是质量数守恒而不是质量守恒，故A错误；
根据核反应的特点可知，核反应属于 衰变，故B正确；
核反应属于人工核反应，故C正确；
衰变是原子核的衰变，与核外电子无关， 衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，故D错误.
练 习 册
知识点一 原子核的衰变
1.由原子核的衰变可知( )
A.放射性元素一次衰变就同时产生 射线和 射线
B.放射性元素发生 衰变，产生的新元素的化学性质不变
C. 衰变说明原子核内部存在氦核
D.放射性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
√
[解析] 原子核发生衰变时，一次衰变只能是 衰变或 衰变，而不能同时发生 衰变和 衰变，发生衰变后产生的新核往往处于高能级，要向外以 射线的形式辐射能量，故一次衰变只可能同时产生 射线和 射线，或 射线和 射线，A错误，D正确；
原子核发生衰变后，核电荷数发生了变化，核外电子数发生了变化，故化学性质发生了变化，B错误；
原子核内的2个中子和2个质子能十分紧密地结合在一起，在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，于是放射性元素发生了 衰变，C错误.
2.新元素的合成是探究微观世界的方式之一，也是材料科学发展的必经之路.某科学家在研究某两个重核结合成“超重”元素的反应时，发现生成的“超重”元素的核经过8次 衰变、6次 衰变后的产物为.则超重元素的核电荷数和质量数分别是( )
A.115，305 B.190，305 C.115，190 D.190，115
[解析] 根据电荷数守恒和质量数守恒有，,故A正确.
√
知识点二 半衰期
3.[2024·山东烟台二中月考] 1947年，美国芝加哥大学教授威拉得·利比首次利用放射性元素的衰变程度，准确测定了曾经有过生命的有机体的年代.威拉得·利比对于考古学、海洋学和地球科学做出了巨大的贡献，因此获得1960年诺贝尔奖.能自发释放射线，衰变方程为 ，其半衰期约为5730年.下列说法正确的是( )
A.新核比少一个中子
B.当数量是数量的3倍时，衰变所经历时间约为17 190年
C.随着文物的出土，文物所在环境温度升高，会导致 衰变加快，检测不准
D.随着衰变的进行，元素总量越来越少，半衰期也越来越短
[解析] 根据质量数和电荷数守恒可知，新核的质量数为14，电荷数为7，则中子数为7，比少一个中子，故A正确；
半衰期与外界因素无关，衰变到所经历时间约为11460年，故B、C、D错误.
√
4.[2024·广东中山一中月考] 据报道，考古队发现了属于古埃及第十九王朝法老拉美西斯二世的神庙遗址.通过分析发现，殿内古代木头中的的含量约为活体含量的，已知植物死后其体内的会逐渐减少，的半衰期为5730年，则由此可推断拉美西斯二世神庙距今约为( )
A.4000年 B.3000年 C.2000年 D.1000年
[解析] 衰变后的质量，其中是时间，是半衰期，所以,解得 年年年，故B正确.
√
知识点三 核反应与核反应方程
5.在下列四个核反应方程中，、、和各代表某种粒子：；；；.则以下判断中正确的是( )
A.是质子 B.是中子 C.是电子 D.是质子
[解析] 根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒知，为，A错误；
为，B错误；
为，C错误；
为，D正确.
√
6.(多选)一个质子以的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核.已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列判断正确的是( )
A.核反应方程为
B.核反应方程为
C.硅原子核速度的数量级为，方向跟质子的初速度方向一致
D.硅原子核速度的数量级为，方向跟质子的初速度方向一致
√
√
[解析] 由核反应中电荷数守恒和质量数守恒可知，A正确，B错误；
由动量守恒定律可得硅原子核速度的数量级为，且方向与质子初速度方向一致，C错误，D正确.
知识点四 放射性同位素及其应用 辐射与安全
7.(多选)如图，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关.已知某车间采用放射性同位素铱192作为放射源，其化学符号是，原子序数是77，通过 衰变放出 射线，产生新核，半衰期为74天，适合透照钢板厚度为，已知钢板厚度标准为，下列说法正确的是( )
A.放射性同位素发生衰变时，能量不守恒
B.上述衰变方程为
C.若有铱192，经过148天有没有衰变
D.若探测器得到的射线变弱，说明钢板厚度大于，应当减小热轧机两轮的间隙
√
√
[解析] 放射性同位素发生衰变时，能量守恒，A错误；
上述衰变方程，根据电荷数守恒和质量数守恒可得，B正确；
148天恰好为两个半衰期，有的铱192发生了衰变，因此只剩没有衰变，C错误；
若探测器得到的射线变弱，说明钢板厚度大于，应当减小热轧机两轮的间隙，D正确.
8.大多数原子核是稳定的，通过对不稳定原子核的 衰变、 衰变的研究，可以了解原子核内部的相互作用.如图所示在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，新核和粒子在磁场中形成的轨迹圆半径分别为和.下列说法正确的是( )
A.原子核可能发生的是 衰变，也可能发生的是 衰变
B.左侧的大圆是衰变后新核的径迹
C.若衰变方程是，则
D.新核沿逆时针方向做圆周运动
√
[解析] 原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子的动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则可知，若生成的两粒子电性相反，
则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以该原子核发生 衰变，故A错误；
粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得，解得，由于、B相同，则粒子电荷量越大，轨道半径越小，由于新核 的电荷量大，所以新核的轨道半径
较小，所以右侧的小圆是衰变后新核的径迹，由于新核带正电，根据左手定则可知，新核沿顺时针方向做圆周运动，故B、D错误；
若衰变方程是，由，且径迹1为新核的运动轨迹，则有，故C正确.
9.(多选)[2024·广西南宁二中月考] 科学家通过实验研究发现,放射性元素有多种可能的衰变途径，先变成,可以经一次衰变变成,也可以经一次衰变变成(代表某种元素),和最后都变成,衰变路径如图所示.则以下判断正确的是( )
A.,
B.①是 衰变,②是 衰变
C.①是 衰变,②是 衰变
D.经过7次 衰变5次 衰变后变成
√
√
[解析] 由题意可知,经过①变化为,核电荷
数少2,为 衰变,即,故
,经过②变化为,质量数没有发生变化,
为 衰变, 即,故,故A、C错误,B正确;
经过7次 衰变,则质量数少28,电荷数少14,经过5次 衰变,则质量数不变,电荷数增加5,此时质量数为,电荷数为,变成了,故D正确.
10.(多选)医学上常用碘标记的玫瑰红钠盐和马尿酸钠作为肝、胆和肾等检查的扫描显像剂.已知发生的是 衰变，下列说法正确的是( )
A.原子核内有78个中子
B.能发生 衰变说明核内存在电子
C.发生 衰变的方程为
D.玫瑰红钠盐和马尿酸钠中的的半衰期可能不相等
√
√
[解析] 碘131原子核内有53个质子，核子数为131，可知核内有个中子，故A正确；
衰变的实质是核内的中子转化为一个质子和一个电子，电子从核内释放出来，但核内并不存在电子，故B错误；
发生 衰变的方程为，故C正确；
放射性元素的半衰期与原子核所处的化学状态和外部环境均无关，玫瑰红钠盐和马尿酸钠中的的半衰期相等，故D错误.
11.[2024·河北石家庄一中月考] 利用半衰期年的可以测定古生物的存活年代.活着的生物体中跟这两种同位素之比与空气中相同，生物死亡后，不再与外界交换，经过不断衰变其含量不断减少，通过测量生物遗骸中的与存量比，再与空气中比较，即可估算出生物死亡年代.若测得某恐龙遗骸中与的存量比为空气中的，则该恐龙生存的年代为(1亿年年，，)( )
A.约距今2.5亿年亿年 B.约距今1.99亿年亿年
C.约距今1.45亿年万年 D.2.5亿年以前
√
[解析] 设该恐龙活着时，单位体积内含有为个，含有为个，则恐龙活着时和的存量比为，现在测得该遗骸单位体积含为个，根据已知条件可得，即.再根据半衰期公式可得，整理得年年年，所以该恐龙生存的年代约距今1.99亿年亿年.故选B.
12.[2024·北京四中月考] 1930年，物理学家博特利用 粒子轰击铍原子时，产生了一种中性射线，人们称为“铍辐射”，这种射线具有极强的穿透能力.查德威克认为这种射线是一种中性粒子流，并测得了该粒子的质量，从而宣告了中子的存在.
(1) 请写出 粒子轰击铍的核反应方程.
[答案]
[解析] 利用 粒子轰击铍原子时，核反应方程为
12.[2024·北京四中月考] 1930年，物理学家博特利用 粒子轰击铍原子时，产生了一种中性射线，人们称为“铍辐射”，这种射线具有极强的穿透能力.查德威克认为这种射线是一种中性粒子流，并测得了该粒子的质量，从而宣告了中子的存在.
(2) 为了测得中性粒子的质量，查德威克让铍辐射中的中性粒子与静止的原子核发生正碰.假如碰撞是弹性碰撞，请证明碰后原子核的速度为(其中是中性粒子的质量，为其初速度，是原子核的质量).
[答案] 见解析
[解析] 中性粒子的质量为，速度为，设碰后速度为，被碰原子核的质量为，设碰后速度为，由动量守恒定律和机械能守恒定律可得
联立解得
12.[2024·北京四中月考] 1930年，物理学家博特利用 粒子轰击铍原子时，产生了一种中性射线，人们称为“铍辐射”，这种射线具有极强的穿透能力.查德威克认为这种射线是一种中性粒子流，并测得了该粒子的质量，从而宣告了中子的存在.
(3) 让中性粒子分别与静止的氢原子核、氮原子核发生碰撞，碰撞后氢原子核的速度是，碰撞后氮原子核的速度是.若氢核质量为，氮原子核的质量是氢原子核质量的14倍.请计算中性粒子的质量与氢核质量的关系？
[答案] 相等
[解析] 碰撞后氢原子核的速度是，则有
碰撞后氮原子核的速度是，则有
又有
代入数据联立解得
可知中性粒子碰后的速度与氢原子核碰后的速度大小相等，因此中性粒子的质量与氢核质量是相等的关系.
