1、4.2 原子核的衰变学 习 目 标知 识 脉 络1.知道天然放射现象，了解放射性及放射性元素的概念 (重点 )2 掌握天然放射线中的“三剑客”的本质和特点 (重点、难点 )3掌握原子核衰变的规律，知道衰变、 衰变的本质 (重点、难点 )4理解半衰期的概念，会应用半衰期公式解决相关问题 (重点 )天然放射现象的发现及放射线的本质先填空 1天然放射现象的发现(1)天然放射现象：物质能自发地放出射线的现象(2)放射性：物质放出射线的性质，叫做放射性(3)放射性元素：具有放射性的元素，叫做放射性元素(4)天然放射现象的发现： 1896 年，法国物理学家贝可勒尔发现了天然放射现象2天然放射线中的 “三剑
2、客 ”(1)本质射线：在磁场作用下发生偏转，偏转角度较小，是带正电的高速运动的粒子流，电荷数为2，质量数为 4，本质是氦原子核射线：在磁场作用下与射线“分道扬镳”，朝另一个方向偏转，偏转角度较大，是带负电的高速运动的电子流射线：在磁场中不偏转，是不带电的波长很短的电磁波“三剑客”图 4-2-1如图 4-2-1 为三剑客在磁场中的运动情况第 1页(2)本领射线：粒子射出时的速度大约是光速的十分之一，有很强的电离作用，很容易使空气电离，使照相底片感光，但穿透本领很小一张纸就能挡住射线： 射线的速度接近光速，对物质的穿透本领较强，能穿透几毫米厚的铝板，但电离作用较弱射线：电离作用很小，穿透本领很强，
3、能穿透几厘米厚的铅板再判断 1放射性元素发出的射线可以直接观察到()2放射性元素发出的射线的强度可以人工控制()3射线的穿透本领最强，电离作用很弱()4原子序数大于83 的所有天然存在的元素都具有放射性( )后思考 天然放射现象说明了什么？【提示】天然放射现象说明了原子核具有复杂的内部结构核心点击 1三种射线的比较如下表种类射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流 (高频电磁波 )带电荷量2ee04mpmp1.67m质量p静止质量为零27kg1 83610速度0.1c0.99cc在电场或磁偏转与 射线反向偏转不偏转场中贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米最强穿透几厘米的铅板的铝板对空气的电很
4、强较弱很弱离作用在空气中的粗、短、直细、较长、曲折最长第 2页径迹通过胶片感光感光感光2.三种射线在电场和磁场中的偏转(1)在匀强电场中， 射线不发生偏转，做匀速直线运动，粒子和 粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，粒子的偏移大，如图4-2-2 所示图 4-2-2位移 x 可表示为 x12 1 qE y02q22at mv2 m v12所以，在同样条件下 粒子与 粒子偏移之比为 x e c41037.x2e19921 836c100(2)在匀强磁场中： 射线不发生偏转，仍做匀速直线运动， 粒子和 粒子沿相反方向做匀速圆周运动， 且在同样条件下， 粒子的轨道半径小， 如图 4-2-3 所
5、示图 4-2-3mv2mv mv根据 qvBR 得 R qB q199所以，在同样条件下 粒子与 粒子的轨道半径之比为1 836100cR 4c2eRe101 371.1关于天然放射现象，下列说法正确的是()A射线是由氦原子核组成的B射线是由原子核外电子电离产生C射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D通过化学反应能改变物质的放射性【解析】 射线是在 衰变中产生的，本质是氦核，A 正确； 射线是在 衰变中产生的，本质是高速电子流，B 错误； 射线是发生 衰变和 衰变时原子核发生能级跃迁而产生的电磁波，C 错误；物质的放射性由原子核内部自身的第 3页因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，D
6、错误【答案】 A2一置于铅盒中的放射源发射出的、和 射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场进入电场后，射线变为a、b 两束，射线 a 沿原来方向行进，射线b 发生了偏转，如图4-2-4 所示，则图中的射线 a 为_射线，射线 b 为 _射线图 4-2-4【解析】 在三种射线中， 射线带正电，穿透能力最弱，射线不带电，穿透能力最强， 射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，a 射线应为 射线， b 射线应为 射线【答案】 3(多选 )将 、三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况正确的是 ()【解析】 已知 粒子带正电， 粒子带负电， 射线不
7、带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向可知，A 、B、C、D 四幅图中 、粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判mv断带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r Bq，将数据代入，则 粒子与 粒子的半径之比rmvq40.1c 1 1371， A 对， B 错；带电粒子垂直进入匀强rmv q0.99c21 836电场，设初速度为 v ，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有01qE 2qEx2xv0t，y2 m t，消去 t 可得 y 2mv02对某一确定的 x 值， 、 粒子沿电场线偏转距离之比第 4页1221 8360.99c21y
8、qm v2 2 40.1c，C 错， D 对yqmv137.5【答案】 AD判断三种射线性质的方法(1)射线的电性： 射线带正电、 射线带负电、 射线不带电 、 是实物粒子，而 射线是光子流，它是波长很短的电磁波(2)射线的偏转：在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断 和 射线偏转方向，由于射线不带电，故运动轨迹仍为直线(3)射线的穿透能力： 粒子穿透能力较弱， 粒子穿透能力较强， 射线穿透能力最强，而电离作用相反放射性元素的衰变和半衰期先填空 1衰变原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化2衰变形式： 常见的衰变有两种，放出 粒子的衰变为 衰变，放出 粒子的衰变为 衰变，而 射
9、线是伴随 射线或 射线产生的3衰变规律(1)A4A 4衰变： ZX2Z 2Y.He(2)A0A衰变： Z X 1eZ1Y.在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒4放射性元素的半衰期(1)概念放射性元素每经过一段时间， 就有一半的核发生衰变， 这段时间叫做放射性元素的半衰期(2)放射性元素的半衰期是由其原子核本身决定的，一种放射性元素，不论它是以单质的形式存在，还是与其他元素形成化合物，也不论所处的环境如何，第 5页它的半衰期都不会改变再判断 1原子核的衰变有衰变、衰变和 衰变三种形式 ()2在衰变过程中，电荷数、质量数守恒()3原子所处的周围环境温度越高，衰变越快( )后思考 有 10 个镭 22
10、6 原子核，经过一个半衰期有 5 个发生衰变，这样理解对吗？【提示】 不对 .10 个原子核数目太少，它们何时衰变是不可预测的，因为衰变规律是大量原子核的统计规律核心点击 1衰变实质衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个 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 衰变 .210n 211H42He.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 粒子放射出来1100n1H 1e.2确定原子核衰变次数的方法与技巧A(1)方法：设放射性元素 ZX 经过 n 次 衰变和 m 次 衰变后，变成稳定的新AY ，则衰变方程为：元素 ZAA40ZX ZY n
11、2Hem 1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：AA 4n，ZZ 2nm.以上两式联立解得： nAAA AZ Z.4，m2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 衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定衰变的次数3对半衰期的理解第 6页(1)意义：表示放射性元素衰变的快慢tt半衰期公式：1 T，mM1 T(2)nN 22式中 N、M 表示衰变前的原子数和质量， n、 m 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， T 表示半衰期4适用条件： 半衰期是一个统计概念， 是对大量
12、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5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4某原子核的衰变过程A BC，下列说法正确的是 ()A核 C 比核 A 的质子数多 1B核 C 比核 A 的质量数少 5C原子核为 A 的中性原子的电子数比原子核为B 的中性原子的电子数多2D核 C 比核 B 的中子数少 2【解析】 原子核 A 经过一次 衰变和一次 衰变变为原子核C 的衰变方程为：，由此可知核 C 比核 A 的质子数少 1，质量数少 4，A 错误， B 错误；原子核为A 的中性原子的电子数比原子核为B 的中性原
13、子的电子数少 1，C 错误；核 C 比核 B 的中子数少 2，核 C 比核 A 的中子数少 3， D正确【答案】 D2375(多选 )由于放射性元素93Np 的半衰期很短， 所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现已知23793Np 经过一系列 衰变和 衰变后变成20983Bi，下列论断中正确的是 ( )A.209237个中子83Bi 的原子核比93Np 的原子核少 28B.209237个中子Bi 的原子核比Np 的原子核少 188393C衰变过程中共发生了7 次 衰变和 4 次 衰变D衰变过程中共发生了4 次 衰变和 7 次 衰变第 7页209237【解析】 8393Bi
14、 的中子数为 20983 126，Np 的中子数为 23793144，209237个中子， A 错、B 对；衰变过程中共发生了83Bi 的原子核比93Np 的原子核少 18237209衰变的次数为 7 次， 衰变的次数是 27(9383) 4 次， C 对、 4D 错【答案】 BC6放射性同位素14C 被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960 年诺贝尔化学奖 .【导学号： 06092036】14(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的6C，它很容易发生衰变， 放出 射线变成一个新核， 其半衰期为 5 730 年，试写出 14C的衰变方程
15、；14(2)若测得一古生物遗骸中的6C 含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？【解析】 (1)146C 的 衰变方程为：140146Ce7N. 114(2) 6C 的半衰期 T5 730 年生物死亡后，遗骸中的14146C 按其半衰期变化，设活体中6C 的含量为 N0，遗14骸中的6C 含量为N，则1tNTN0N0，2t即 0.25N01 5 730t2N0，故 5 7302，t 11 460年【答案】 (1)146 10147(2)11 460年CeN(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒每发生一次衰变质子数、中子数均减少2，质量数减少4.每发生一次衰变中子数减少1，质子数增加1，质量数不变第 8页第 9页
