5.2原子核衰变 学案 (2)

3.2原子核衰变
学案
[学习目标定位]
1、知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象、
2、知道三种射线的特性、
3、知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程、
4、会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义、
1、原子核的表示符号
原子核用符号表示为X，Z为核电荷数，原子核的核电荷数等于它的质子数，A为质量数，原子核的质量数等于它的质子数和中子数的和，即核子数、
2、常见的粒子符号：α粒子He，质子H，中子n，电子e、
3、在核反应过程中，遵守质量守恒定律和电荷守恒定律、
4、带电粒子以垂直于电场线的方向进入匀强电场，将做类平抛运动、电场力的方向：正电荷受力方向与电场线方向相同，负电荷受力方向与电场线方向相反、
5、带电粒子以垂直于磁感线的方向进入匀强磁场，将做匀速圆周运动，洛伦兹力的方向可用左手定则判定、
6、天然放射现象
1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀及其化合物能放出一种不同于X射线的新射线、
(1)定义：物理学中把物质能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象、
(2)放射性：物质放出射线的性质、
(3)放射性元素：具有放射性的元素、
7、三种射线的性质
(1)α射线：α粒子流，α粒子是氦原子核，电荷数为2，质量数为4、
(2)β射线：高速运动的电子流、
(3)γ射线：波长很短的电磁波、
8、三种射线的本领
(1)α射线：速度大约是光速的十分之一，穿透物质的本领很小，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住、但它有很强的电离作用、
(2)β射线：速度接近光速，对物质的穿透本领较强，能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用较弱、
(3)γ射线：穿透本领更强，能穿透几厘米的铅板，但它的电离作用很小、
9、(1)放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期、半衰期反映的是大量原子核的平均衰变快慢、
(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的、
一、三种射线的特性
[问题设计]
图1
1、如图1所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有垂直于纸面向外的匀强磁场、其放出的射线在磁场的作用下分成a、b、c三束、a、b、c三条射线哪个是α射线、哪个是β射线、哪个是γ射线？
答案　由左手定则知a带负电，应为β射线；c带正电，应为α射线；b不偏转，说明不带电，应为γ射线、
图2
2、如图2中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束、则a、b、c三束中哪个是α射线、哪个是β射线、哪个是γ射线？
答案　a带负电，应为β射线；c带正电，应为α射线；b不带电，应为γ射线、
[要点提炼]
　三种射线及其特征
种类
α射线
β射线
γ射线
组成
①高速氦核流
②高速电子流
③光子流(高频电磁波)
带电荷量
④2e
⑤－e
⑥0
质量
⑦4mpmp＝1、67×10－27
kg
静止质量为零
速度
0、1c
0、99c
⑧c
在电场或磁场中
偏转
与α射线反向偏转
不偏转
穿透本领
⑨最弱用一张纸就能挡住
⑩较强穿透几毫米厚的铝板
最强穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土
电离作用
很强
较弱
很弱
例1　如图3甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线(　　)
图3
A、α射线　　　　
B、β射线
C、γ射线
D、三种射线都可以
解析　根据三种射线的性质知，甲图中能穿透铝板的是γ射线，乙图中检查钢板中的砂眼，要求射线能穿透钢板，故利用的是γ射线，选项C正确、
答案　C
二、衰变实质及次数的计算
[要点提炼]
1、衰变过程
(1)α衰变：X→Y＋He
(2)β衰变：X→Y＋e
2、α衰变和β衰变的实质
(1)α衰变：2n＋2H→He
(2)β衰变：n→H＋e
3、衰变规律
衰变过程遵守质量数守恒和电荷数守恒、
4、确定衰变次数的方法
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＋n
He＋m　0－1e、
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m、
例2　
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β衰变？
(2)Pb与U相比，质子数和中子数各少了多少？
(3)综合写出这一衰变过程的方程、
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)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，故Pb较U质子数少10，中子数少22、
(3)核反应方程为U→Pb＋8He＋6e、
答案　(1)8次α衰变和6次β衰变　(2)10　22
(3)U→Pb＋8He＋6e
三、半衰期的有关计算
[要点提炼]
1、对于衰变及半衰期的理解要注意以下两点
(1)对于同一种元素，其半衰期是一定的，无论是加温、加压，或是处于单质、化合物状态均不影响元素的半衰期，但不同元素的半衰期不同，有的差别很大、
(2)半衰期是一种统计规律、对于大量的原子核发生衰变才具有实际意义，而对于少量的原子核发生衰变，该统计规律不再适用、
2、半衰期公式
N余＝N原()t/τ，m余＝m0()t/τ
例3　若放射性元素A的半衰期为4天，放射性元素B的半衰期为5天，则相同质量的放射性元素A和B经过20天，剩下的两元素质量之比mA∶mB为(　　)
A、30∶31
B、31∶30
C、1∶2
D、2∶1
解析　设开始时元素A、B的质量都是m，经过20天，对于元素A来说有5个半衰期，A剩下的质量为mA＝()5m；对于元素B来说有4个半衰期，B剩下的质量为mB＝()4m，所以剩下的质量之比为1∶2、
答案　C
图4
1、(2014·福建·30(1))如图4所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是________(填选项前的字母)、
A、①表示γ射线，③表示α射线
B、②表示β射线，③表示α射线
C、④表示α射线，⑤表示γ射线
D、⑤表示β射线，⑥表示α射线
答案　C
解析　根据三种射线的偏转轨迹可知①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线、选项C正确、
图5
2、计数器是一种探测射线的仪器，如图5所示，X为未知放射源，它向右方发射放射线、放射线首先通过一块薄铝箔P(厚度约为1
mm)，并经过一个强磁场区域后到达计数器，计数器上单位时间内记录到的射线粒子是一定的，现将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，然后将薄铝箔P移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，据此可以判定X为(　　)
A、纯β射线放射源
B、纯γ射线放射源
C、α射线和β射线的混合放射源
D、α射线和γ射线的混合放射源
答案　D
解析　将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，即磁场对射线粒子没有影响，则可以断定计数器接收到的是不带电的γ射线，以后将薄铝箔P(厚度约为1
mm)移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，这说明计数器除了接收到了γ射线之外，还接收到了一种原来被厚度约为1
mm的簿铝箔P挡住的射线，而厚度约为1
mm的簿铝箔只能将α射线挡住，所以X为能放射α射线和γ射线的混合放射源，故选项D正确、
3、氪90(Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(Zr)，这些衰变是(　　)
A、1次α衰变，6次β衰变
B、4次β衰变
C、2次α衰变
D、2次α衰变，2次β衰变
答案　B
解析　方法一　推理计算法
根据衰变规律，β衰变不影响核的质量数，发生一次β衰变，核电荷数增加1；发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2、Kr衰变为Zr，质量数不变，故未发生α衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次β衰变、
方法二　列方程求解
设Kr衰变为Zr，经过了x次α衰变，y次β衰变，则有
Kr→Zr＋xHe＋y　0－1e
由质量数守恒得90＝90＋4x
由电荷数守恒得36＝40＋2x－y
解得x＝0，y＝4，即只经过了4次β衰变，
选项B正确、
4、放射性同位素Na的样品经过6小时后还剩下没有衰变，求它的半衰期、
答案　2
h
解析　每经1个半衰期放射性物质的质量都减半，则经过n个半衰期剩余的质量为m＝m0()n、
设6小时经过的半衰期个数为n，则()n＝，所以n＝3、
则Na的半衰期为T＝＝2
h、