人教版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第5章 第2节　放射性元素的衰变学案

第2节　放射性元素的衰变
核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任
1.知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程。
2.掌握半衰期的概念及有关计算。
3.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。
4.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。
5.了解放射性在生产和科学领域的应用，知道射线的危害及防护。 1.体会半衰期与统计规律间的关系。
2.体会核反应方程与化学反应方程的区别。
3.体会放射性应用与危害的关系。 射线在生产、生活、科技方面的应用
知识点一　原子核的衰变
[观图助学]
听说过“点石成金”的传说吗？
晋朝初年，南昌人许逊被朝廷任命为旌阳县令，他看到很多老百姓的租税交不了，非常同情他们，用点石成金的法术，免去百姓的租税。
许逊真的能把石头点成金子吗？答案是否定的。那么，存在不存在能让一种元素变成另一种元素的过程呢？
1.定义：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的过程。
2.衰变类型
(1)α衰变：放射性元素放出α粒子的衰变过程。放出一个α粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2，成为新核。
(2)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变过程。放出一个β粒子后，核的质量数不变，电荷数增加1。
3.衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
4.衰变的实质
(1)α衰变的实质：2个中子和2个质子结合在一起形成α粒子。
(2)β衰变的实质：核内的中子转化为了一个质子和一个电子。
(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变产生的。
[思考判断]
(1)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变。(×)
(2)发生β衰变是原子核中的电子发射到核外。(×)
(3)γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。(√)
知识点二　半衰期
[问题助学]
地质工作者在野外的地层中发现一具恐龙化石，怎样来确定它的形成年代呢？
1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
2.特点
(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。
(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。
3.适用条件：半衰期描述的是统计规律，不适用于单个原子核的衰变。
4.半衰期的应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以通过测量其衰变程度来推断时间。
[思考判断]
(1)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。(×)
(2)根据半衰期的计算，我们可以知道一个特定的原子核何时发生衰变。(×)
(3)半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关。(√)
知识点三　核反应
1.定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程。
2.原子核的人工转变
(1)1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子。
(2)卢瑟福发现质子的核反应方程：
N＋ He→O＋H。
3.遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。
知识点四　放射性同位素及其应用
1.放射性同位素
(1)定义：具有放射性的同位素。
(2)类型：天然放射性同位素和人工放射性同位素。
(3)人工放射性同位素具有资源丰富，辐射强度容易控制，半衰期较短和放射性废料容易处理的优点。
2.放射性同位素的应用
(1)射线测厚度：使用放射性同位素发出的射线来测厚度。
(2)放射治疗：利用放射性同位素发出的射线破坏癌细胞组织。
(3)培优保鲜：利用放射性同位素放出的射线照射种子培养优良品种等。
(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置。
3.辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。
[思考判断]
(1)利用γ射线照射种子，可以培育出优良品种。(√)
(2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。(√)
(3)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用。(×)
α衰变后的新核质量数比原来少4，电荷数减少2，它在元素周期表中的位置向前移两位。
β衰变后的新核与原来相比质量数不变，电荷数增加1，它在元素周期表中的位置向后移一位。
质量数是指质子数加中子数，由于质子和中子组成原子核时都有一定的质量亏损，所以质量在衰变前后不守恒。因此只能说质量数守恒不能说质量守恒。
“电荷数之和”指代数和，因为发生β衰变时，电子的电荷数是－1。
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出α、β和γ三种射线。
衰变是微观世界里原子核的行为，而微观世界规律的特征之一在于“单个微观事件不可以预测”。
氡的半衰期是3.8天，但对于一个氡原子来说，它可能在下1 s就衰变，也可能在10 min之内衰变，也可能在200万年之后再衰变。
衰变图像
用α粒子、质子、中子等去轰击其他元素的原子核也都能产生类似的转变，并产生质子，说明质子也是各种原子核中都有的成份。
(1)衰变方程的书写方面：衰变方程用“→”表示，而不用“＝”表示。
(2)衰变方程表示的变化方面：衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化。
人工放射性同位素的发现
居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，拿走放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且具有一定的半衰期。
天然放射性元素不过40多种，人工制造的放射性同位素已达到1 000多种，每种元素都有放射性同位素。
核心要点 　原子核衰变的理解及探究
[观察探究]
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？
答案　(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数各减少2个。因为α粒子是原子核内2个质子和2个中子结合在一起放出来的。
(2)当原子核发生β衰变时，新核的核电荷数相对于原来增加了1个。新核在元素周期表中的位置向后移动了1个位次。
[探究归纳]
1.衰变实质
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较大的原子核中抛射出来，产生α衰变。2 n＋2 H→ He
β衰变：原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来。
n→ H＋ 0－1 e
2.衰变规律
原子核发生衰变时，遵循三个守恒定律
(1)衰变前后的电荷数守恒。
(2)质量数守恒。
(3)动量守恒。
3.衰变方程通式
(1)α衰变：X→Y＋He
(2)β衰变：X→Y＋e。
4.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。
[试题案例]
[例1] 原子核U经放射性衰变①变为原子核Th，继而经放射性衰变②变为原子核Pa，再经放射性衰变③变为原子核U，放射性衰变①、②和③依次为(　　)
A.α衰变、β衰变和β衰变
B.β衰变、α衰变和β衰变
C.β衰变、β衰变和α衰变
D.α衰变、β衰变和α衰变
解析　 UTh，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变。ThPa，质子数加1，质量数不变，说明②为β衰变，中子转化成质子。PaU，质子数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子。故选A。
答案　A
[针对训练1] 关于天然放射现象，下列说法正确的是(　　)
A.α射线是由氦原子核衰变产生
B.β射线是由原子核外电子电离产生
C.γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生
D.通过化学反应不能改变物质的放射性
解析　α、β射线是天然放射性元素原子核衰变时产生的。γ射线是核反应过程中发生质量亏损时释放出来的，故A、B、C三项错误；放射性是核本身的一个性质，故D项正确。
答案　D
[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衰变和几次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)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＋8He＋6e。
答案　见解析
方法凝炼　衰变次数的判断技巧
(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。
(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。
[针对训练2] 最近原子核科学家在超重元素的探测方面取得重大进展，1996年科学家们在研究某两个重离子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6次α衰变后的产物是 Fm，由此，可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是(　　)
A.124、259 B.124、265
C.112、265 D.112、277
解析　因为每次α衰变超重元素的核 X，都释放两个中子和两个质子，所以超重元素的原子序数和质量数分别是Z＝100＋2×6＝112，A＝253＋4×6＝277，故选项D正确，A、B、C错误。
答案　D
核心要点 　对半衰期的理解和有关计算
[观察探究]
如图所示为氡衰变剩余质量与原有质量比值示意图。纵坐标表示的是任意时刻氡的质量m与t＝0时的质量m0的比值。
(1)每经过一个半衰期，氡原子核的质量变为原来的多少倍？
(2)从图上可以看出，经过两个半衰期未衰变的原子核还有多少？
提示　 (1)由图可看出，每经过一个半衰期，氡原子核的质量变为原来的。
(2)经过两个半衰期未衰变的原子核还有。
[探究归纳]
1.意义：表示放射性元素衰变的快慢。
2.半衰期公式：N余＝N原，m余＝m0，式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。
3.适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核。
4.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。
[试题案例]
[例3] 元素钍Th的半衰期是24天，那么在经过了下列天数之后的情况是(　　)
A.1 g钍234经过48天将全部衰变
B.1 g钍234经过48天，有0.25 g发生了衰变
C.1 g钍234经过48天，有0.75 g发生了衰变
D.在化合物中，钍234的半衰期比24天要短些，1 g钍234要完全衰变用不了
48天
解析　放射性元素衰变时可用下式计算剩下元素的质量m＝m0，n是半衰期的个数，利用上式计算可知C正确。
答案　C
[针对训练3] 碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m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.
解析　由半衰期公式m′＝m可知，m′＝m×＝m，故选项C正确。
答案　C
核心要点 　核反应及核反应方程
[问题探究]
下列方程中属于衰变的是哪些？属于核反应的是哪些？生成原来元素的同位素是哪些？放出β粒子的是哪些？
①I＋n→I
②U→Th＋He
③Pb→Bi＋ e
④Be＋He→C＋n
提示　首先从方程左端去判断哪种是衰变、哪种是核反应，当方程左端只有一种元素的原子核时，只能是衰变，故②③为衰变，①④为核反应；而同位素的产生，是根据原子序数相同而质量数不同来判断，所以①会生成原来元素的同位素；判断β衰变，只需要看清衰变方程右端是否产生电子即可，应选③。
[探究归纳]
1.核反应的条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。
2.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。
3.原子核人工转变的三大发现
(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程
N＋He―→O＋H
(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程
Be＋He―→C＋n
(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程
Al＋He―→P＋n；P―→Si＋e
4.人工转变核反应与衰变的比较
(1)不同点：原子核的人工转变，是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生；而衰变是原子核的自发变化，它不受物理化学条件的影响。
(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒。
[试题案例]
[例4] 完成下列核反应方程，并指出其中________是发现质子的核反应方程，________是发现中子的核反应方程。
(1)7N＋n→ C＋________
(2)7N＋He→O＋________
(3)5B＋n→________＋He
(4)Be＋He→________＋n
(5)Fe＋H→Co＋________
解析　(1)7N＋n→C＋H
(2)N＋He→O＋H
(3)5B＋n→Li＋He
(4)Be＋He→C＋n
(5)Fe＋H→Co＋n
其中发现质子的核反应方程是(2)，发现中子的核反应方程是(4)。
答案　见解析
方法凝炼　书写核反应方程三条重要原则
(1)质量数守恒和电荷数守恒；
(2)中间用箭头，不能写成等号；
(3)核反应必须是实验中能够发生的，不能凭空杜撰。
[针对训练4] 在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上。
(1)U→Th＋________；
(2)Be＋He→6C＋________；
(3)Th→Pa＋________；
(4)P→Si＋________；
(5)N＋He→O＋________。
解析　在核反应过程中，遵循电荷数守恒，质量数守恒规律。对参与反应的所有基本粒子采用左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平。未知粒子可根据其电荷数和质量数确定。(1)电荷数为92－90＝2，质量数为238－234＝4，由此可知为α粒子(He)，同理确定其他粒子分别为中子(n)，电子(e)，正电子(e)，质子(H)。
答案　(1)He　(2)n　(3)e　(4)e　(5)H
核心要点 　放射性同位素及其应用
[问题探究]
医学上做射线治疗用的放射性元素，使用一段时间后，当射线强度降低到一定程度时就需要更换放射材料，原来的材料成为核废料，这些放射治疗选用的放射性元素的半衰期应该很长还是较短？为什么？
提示　应选用半衰期较短的。因为半衰期短的放射性废料容易处理。当然也不能选用太短的，否则就需要频繁更换放射材料了。
[探究归纳]
1.放射性同位素：具有放射性的同位素。
分类：(1)天然放射性同位素。(2)人工放射性同位素。
2.人工放射性同位素的优点
(1)资源丰富，应用广泛。
(2)放射强度容易控制，可以制成各种所需的形状，废料容易处理。
(3)现在凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质。
3.放射性同位素的主要作用
(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
(2)医学上——利用γ射线的高能量治疗癌症。
(3)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。
(4)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质。
[试题案例]
[例5] (多选)下列关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的是(　　)
A.利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用
B.利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用
C.利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异
D.在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子
解析　消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A错误；探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异，B、C正确；研究农作物对肥料的吸收是利用其作示踪原子，D正确。
答案　BCD
[针对训练5] (多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的(　　)
A.γ射线探伤仪
B.利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况
C.利用钴60治疗肿瘤等疾病
D.把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律
解析　A是利用了γ射线的穿透性；C利用了γ射线的高能量特性；B、D是利用其作为示踪原子。
答案　BD
核心要点 　辐射与安全
[问题探究]
放射性污染对环境和人危害都很大，放射性物质发出的射线穿透力很强，我们对放射性污染是否无法防护？
提示　放射线危害很难防护，但是通过屏蔽、隔离等措施可以进行有效防护，但防护的有效手段是提高防范意识。
[探究归纳]
射线在我们的生活中无处不在。在合理应用射线的同时，又要警惕它的危害，进行必要的防护。过量的辐射会对环境造成污染，对人类和自然产生破坏作用。如图是国际通用的放射性标志。
[试题案例]
[例6] (多选)联合国环境规划署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹，贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238。贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物会长期危害环境，下列关于残留物长期危害环境的理由，正确的是(　　)
A.爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害
B.爆炸后的弹片不会对人体产生危害
C.铀235的衰变速度很快
D.铀238的半衰期很长
解析　U能发生衰变，其衰变方程为U→Th＋He，其半衰期为4.5亿年，Th也能发生衰变，衰变产生的射线对人体都有伤害，故选项A、D正确。
答案　AD
[针对训练6] (多选)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用。下列选项中，属于γ射线的应用的是(　　)
A.医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤
B.机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地
C.铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制
D.用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期
解析　γ射线的穿透能力很强，所以医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤，A正确；γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误；γ射线对细胞有杀伤力，用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期，D正确。
答案　AD
1.(原子核的衰变)下列说法正确的是(　　)
A.β衰变放出的电子来自组成原子核的电子
B.β衰变放出的电子来自原子核外的电子
C.α衰变说明原子核中含有α粒子
D.γ射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波
解析　原子核发生β衰变过程中放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的电子，选项A、B错误；α射线是放射性元素的原子核在发生衰变时，两个中子和两个质子结合在一起从原子核中释放出来的，选项C错误；γ射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波，故选项D正确。
答案　D
2.(原子核的衰变)放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为Th→Rn＋xα＋yβ，则(　　)
A.x＝1，y＝3 B.x＝2，y＝3
C.x＝3，y＝1 D.x＝3，y＝2
解析　由衰变规律可知，β衰变不影响质量数，所以质量数的变化由α衰变的次数决定，由Th变为Rn，质量数减少了232－220＝12，每一次α衰变质量数减少4，因此α衰变次数为3次；3次α衰变电荷数减少了3×2＝6个，而现在只减少了90－86＝4个，所以有2次β衰变(每次β衰变增加了一个电荷数)，故x＝3，y＝2，故选项D正确。
答案　D
3.(对半衰期的理解)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，元素半衰期也变长
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，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快，故选项A正确；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、化学状态无关，选项B、C、D错误。
答案　A
4.(放射性同位素)(多选)有关放射性同位素P的下列说法，正确的是(　　)
A.P与X互为同位素
B.P与其同位素有相同的化学性质
C.用P制成化合物后它的半衰期变长
D.P能释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响
解析　同位素具有相同的质子数，不同的质量数，故A错误；同位素具有相同的化学性质，故B正确；半衰期与物理状态、化学状态无关，故C错误；P为放射性同位素，可用作示踪原子，故D正确。
答案　BD
5.(放射性同位素的应用)用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素。放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用。
(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失。其原因是________。
A.射线的贯穿作用 B.射线的电离作用
C.射线的物理、化学作用 D.以上三个选项都不是
(2)如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图。如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是________射线。
(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做________。
解析　(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电性相反的离子与验电器所带电荷中和，从而使验电器所带电荷消失。
(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为1毫米的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚的铝板和几毫米厚的铝板打在探测器上很难分辨。
β射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨。
(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质。这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查明的情况或规律。人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子。
答案　(1)B　(2)β　(3)示踪原子
基础过关
1.(多选)下列关于β粒子的说法中正确的是(　　)
A.它是从原子核放射出来的
B.它和电子有相同的性质
C.当它通过空气时电离作用很强
D.它能穿透厚纸板
解析　β衰变产生的β粒子是从原子核中放射出来的，故A正确；β粒子是高速电子流，和电子有相同的性质，故B正确；它通过空气时电离作用较弱，故C错误；它的穿透本领较强，能够穿透厚纸板，故D正确。
答案　ABD
2.某放射性元素的一个原子核，发生一次β衰变，则它的(　　)
A.质子数减少一个，中子数不变
B.质子数增加一个，中子数不变
C.质子数增加一个，中子数减少一个
D.质子数减少一个，中子数增加一个
解析　β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，故发生一次β衰变，中子数减少一个而质子数增加一个，故选项A、B、D错误，C正确。
答案　C
3.关于放射性元素发生衰变放射的三种射线，下列说法正确的是(　　)
A.三种射线一定同时产生
B.三种射线的速度都等于光速
C.γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的
D.原子核衰变不能同时放射α射线和γ射线
解析　放射性元素有的可以发生α衰变，有的可以发生β衰变，有的两种衰变都可以发生，而发生衰变时会使新核处于高能级，会向低能级跃迁而放出光子，即γ射线，C正确。
答案　C
4.关于放射性元素的半衰期，下列说法中正确的是(　　)
A.半衰期是原子核全部衰变所需时间的一半
B.半衰期是原子核有半数发生衰变所需要的时间
C.半衰期是原子量减少一半所需要的时间
D.半衰期是元素质量减少一半所需要的时间
解析　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，B正确。
答案　B
5.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粒子与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粒子以及两个新核的运动轨迹，则下列说法正确的是(　　)
A.a为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹
B.b为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹
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
解析　放射性元素放出α粒子时，α粒子与新核的速度方向相反，电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆。而放射性元素放出β粒子时，β粒子与新核的速度方向相反，电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆。放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量大小相等，方向相反，由半径公式可得轨迹半径与动量成正比，与电荷量成反比，而α粒子和β粒子的电荷量比反冲核的电荷量小，则α粒子和β粒子运动的轨迹半径比反冲核的都大，故b为α粒子的运动轨迹，c为β粒子的运动轨迹。选项C正确。
答案　C
6.下面列出的核反应方程：P→Si＋X，Be＋H→B＋Y，He＋He→Li＋Z，其中(　　)
A.X是质子，Y是中子，Z是正电子
B.X是正电子，Y是质子，Z是中子
C.X是中子，Y是正电子，Z是质子
D.X是正电子，Y是中子，Z是质子
解析　由电荷数守恒和质量数守恒可知，X的电荷数为1，质量数为0，所以是正电子；Y的电荷数为0，质量数为1，所以是中子；Z的电荷数和质量数都为1，所以是质子。D正确。
答案　D
7.(多选)下列事件中属于核辐射给人类带来环境灾难的是(　　)
A.日本福岛大地震引起的第一核电站机组核废料池泄漏
B.以美国为首的北约军队在科索沃、伊拉克和利比亚大量使用贫铀弹
C.汶川大地震
D.苏联切尔诺贝利核电站爆炸
解析　核废料池泄漏出高浓度的放射性物质可伤害人体细胞，故A正确；贫铀弹爆炸后所弥散的贫铀将长时间影响人类的生存环境，对人体产生慢性伤害，故B正确；地震不属于核辐射，故C错误；苏联切尔诺贝利核电站4号机组发生爆炸，泄露的能量相当于200颗广岛原子弹的能量，这是人类历史上迄今最严重的核事故，造成了极严重的后果，故D正确。
答案　ABD
8.完成下列各核反应方程。
(1)B＋He→N＋(　　)
(2)Be＋(　　)→C＋n
(3)Al＋(　　)→Mg＋H
(4)N＋He→O＋(　　)
(5)U→Th＋(　　)
(6)Na＋(　　)→Na＋H
(7)Al＋He→n＋(　　)
(8)P→Si＋(　　)
解析　根据质量数守恒和电荷数守恒得：
(1)B＋He→N＋n；
(2)Be＋He→C＋n
此核反应是查德威克首次发现了中子；
(3)Al＋n→Mg＋H；
(4)N＋He→O＋H
此核反应是卢瑟福首次发现了质子。
(5)U→Th＋He
(6)Na＋H→Na＋H；
(7)Al＋He→n＋P(磷30放射性同位素)；
(8)P→Si＋e。
答案　见解析
能力提升
9.关于放射性元素的衰变，下列说法正确的是(　　)
A.放射性是原子序数大于或等于83的少数元素才有的
B.原子核发生β衰变，说明原子核内存在电子
C.衰变产生的射线不一定来自原子核，也有可能是核外电子
D.1 g Pu经过一个半衰期后剩余0.5 g Pu没有发生衰变
解析　原子序数大于或等于83的元素都具有放射性，能自发放出射线，原子序数小于83的元素有的具有放射性，有的不具有放射性，选项A错误；原子核发生β衰变，是核内的中子转化为质子时放出电子，而不是原子核内存在电子，选项B错误；衰变产生的射线都是由原子核内放出的，不是核外电子，选项C错误；1 g Pu经过一个半衰期后会有半数产生衰变，即剩余0.5 g Pu没有发生衰变，选项D正确。
答案　D
10.(多选)元素X是放射性元素Y的同位素，X与Y分别进行了如下的衰变：
XPQ，YRS
则下列叙述中正确的是(　　)
A.Q和S是同位素
B.X和R的原子序数相同
C.X和R的质量数相同
D.R的质子数多于上述任一元素的质子数
解析　元素X是放射性元素Y的同位素，则X和Y的质子数相同，Q比X的质子数少一个，S比Y的质子数少一个，所以Q和S的质子数相同，Q和S是同位素，A正确；R比Y的质子数多一个，则R比X的质子数多一个，B错误；R与Y的质量数相同，Y与X的质量数不同，则R与X的质量数不同，C错误；质子数大小关系为R>Y>S，X>Q>P且X＝Y，D正确。
答案　AD
11.某校学生在进行社会综合实践活动时，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见下表)，并总结出它们的几种用途。
同位素 放射线 半衰期
钋210 α 138天
镅241 β 433天
锶90 β 28年
锝99 γ 6小时
钴60 γ 5年
氡222 α 3.8天
根据上表分析判断下列结论正确的是(　　)
A.塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊后变薄，利用α射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀
B.钴60的半衰期为5年，若取4个钴60原子核，经10年后就一定剩下一个钴60原子核
C.把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期变短
D.用锝99可以作示踪原子，用来诊断人体内的器官是否正常。方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素锝99的某些物质，当这些物质的一部分到达要检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否
解析　因为α射线穿透本领弱，无法测量薄膜的厚度，故A错误；钴60的半衰期为5年，是指钴60原子核有半数发生衰变所需要的时间为5年，对少数原子核无意义，故B错误；元素的化学性质、温度、压强等不影响半衰期，故C错误：检查时，要在人体外探测到体内辐射出来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取锝99作示踪原子，故D正确。
答案　D
12.(多选)一个质子以1.4×107 m/s的速度撞击一个孤立的静止铝原子核后被俘获，铝原子核变为硅原子核。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。则下列判断中正确的是(　　)
A.核反应方程为Al＋H→Si
B.核反应方程为Al＋H→Si＋n
C.硅原子核速度的数量级为107 m/s
D.硅原子核速度的数量级为105 m/s
解析　核反应方程为Al＋H→Si，由动量守恒定律得m×1.4×107 m/s＝28mv′，解得v′＝5×105 m/s，选项A、D正确。
答案　AD
13.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。
解析　(1)发生β衰变的核反应方程为
Cs→Ba＋e。
(2)由半衰期公式N余＝N0×知，经历了3个半衰期，即90年，剩余的原子核没衰变，所以要到公元2110年才会有87.5%的原子核发生衰变。
答案　(1)Cs→Ba＋e　(2)2110
14.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图所示)，今测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝1∶44。求：
(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？
(2)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)
解析　(1)设衰变后新生核的电荷量为q1，α粒子的电荷量为q2＝2e，它们的质量分别为m1和m2，衰变后的速度分别为v1和v2，
所以原来原子核的电荷量q＝q1＋q2。
根据轨道半径公式有＝＝
又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m1v1＝m2v2
以上三式联立解得q＝90e。
即这个原子核原来所含的质子数为90。
(2)因为动量相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹。
答案　(1)90　(2)见解析