《高中物理 第3章 原子核與放射性 第2節(jié)原子核衰變及半衰期知識(shí)導(dǎo)航素材 魯科版選修3-5（通用）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第3章 原子核與放射性 第2節(jié)原子核衰變及半衰期知識(shí)導(dǎo)航素材 魯科版選修3-5（通用）（8頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第2節(jié) 原子核衰變及半衰期 思維激活 考古學(xué)中是怎樣測(cè)定出土文物的年代? 提示：放射性元素具有一定的衰變速率,不同元素的衰變速率不同,即半衰期是不一樣的.根據(jù)衰變前后元素的剩余質(zhì)量的關(guān)系:m余=m原()t/T,可測(cè)出衰變時(shí)間t,從而確定出不同的年代. 的衰變曲線 自主整理 一、天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) _______發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象,揭開(kāi)了人類研究原子核結(jié)構(gòu)的序幕.通過(guò)對(duì)天然放射現(xiàn)象的研究,人們發(fā)現(xiàn)原子序數(shù)大于83的所有天然存在的元素都有放射性,原子序數(shù)小于83的天然存在的元素有些也具有放射性,它們放射出來(lái)的射線共有三種. 1.α射線:速度約為光速的_______,貫穿作用_

2、______,電離作用_______ 2.β射線:速度接近光速的_______,貫穿作用_______,電離作用_______. 3.γ射線:波長(zhǎng)極短的電磁波,γ粒子就是光子,貫穿作用_______,電離作用_______. 二、原子核的衰變 1.定義:原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)開(kāi)______的變化叫做原子核的_______. 2.分類 (1)α衰變:α衰變的實(shí)質(zhì)是其元素的原子核同時(shí)放出由_______質(zhì)子和_______中子組成的粒子(即氦核),每發(fā)生一次α衰變,新元素與原元素比較,核電荷數(shù)減少,質(zhì)量數(shù)減少_______,即_______. (2)β衰變:β衰變的實(shí)質(zhì)是其

3、元素的原子核內(nèi)的一個(gè)_______變成_______時(shí)放射出一個(gè)電子.每發(fā)生一次β衰變,新元素與原元素比較,核電荷數(shù)增加_______,質(zhì)量數(shù)_______.即_______. (3)γ衰變:γ衰變是伴隨著_______和_______同時(shí)發(fā)生的,γ衰變不改變?cè)雍说碾姾蓴?shù)和質(zhì)量數(shù).其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時(shí),產(chǎn)生的某些新核由于具有過(guò)多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子. 三、半衰期 1.定義:放射性元素的_______發(fā)生衰變需要的時(shí)間. 2.半衰期的大小由放射性元素的原子核_______決定,跟原子所處的_______ (如壓強(qiáng)、溫度等)或_________ (如單

4、質(zhì)或化合物)無(wú)關(guān). 高手筆記 1.原子核既然是由質(zhì)子和中子組成的,那么為什么還會(huì)從原子核里發(fā)射出α粒子、β粒子?實(shí)際上,發(fā)射出來(lái)的α粒子和β粒子仍是原子核內(nèi)的質(zhì)子和中子結(jié)合或轉(zhuǎn)化而成的.α粒子是原子核內(nèi)的2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合在一起發(fā)射出來(lái)的,β粒子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生并發(fā)射出來(lái)的.所以不能因?yàn)閺脑雍酥邪l(fā)射出α粒子和β粒子就認(rèn)為原子核也是由它們組成的. 2.三種射線的比較 種類 α射線 β射線 γ射線 組成 高速氦核流 高速電子流 光子流(高頻電磁波) 帶電荷量 2e -e 0 質(zhì)量 4mPmP=1.67×10-27 kg 靜止質(zhì)量為零

5、速度 0.1c 0.99c c 在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中 偏轉(zhuǎn) 與α射線反向偏轉(zhuǎn) 不偏轉(zhuǎn) 貫穿本領(lǐng) 最弱用紙能擋住 較強(qiáng)穿透幾毫米的鋁板 最強(qiáng)穿透幾厘米的鉛板 對(duì)空氣的電離作用 很強(qiáng) 較弱 很弱 在空氣中的徑跡 粗、短、直 細(xì)、較長(zhǎng)、曲折 最長(zhǎng) 通過(guò)膠片 感光 感光 感光 名師解惑 1.對(duì)半衰期概念的理解 剖析:半衰期是反映大量原子核衰變快慢的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.當(dāng)樣品中的原子數(shù)目減小到統(tǒng)計(jì)規(guī)律不再起作用的時(shí)候,我們就不能按半衰期的公式去計(jì)算了.例如:2 g的Bi所含的原子核數(shù)目大,可按半衰期公式進(jìn)行計(jì)算.而20個(gè)Bi核,就不再滿足統(tǒng)計(jì)規(guī)律,也就無(wú)法判斷有多少個(gè)

6、Bi核發(fā)生了衰變.而且對(duì)單個(gè)Bi核,其何時(shí)衰變完全是偶然的,無(wú)法確定它將何時(shí)發(fā)生衰變. 2.書寫衰變方程的依據(jù) 剖析:質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒是書寫衰變方程的重要依據(jù),但要以衰變的事實(shí)為基礎(chǔ),不能僅僅根據(jù)兩條守恒定律隨意書寫事實(shí)上不存在的衰變方程. 另外,衰變方程是不可逆的,方程中只能用箭頭“→”連接并指示衰變方向,而不能用等號(hào)“”連接. 講練互動(dòng) 【例題1】如圖3-2-1,放射源放在鉛塊上的細(xì)孔中,鉛塊上方有勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外.已知放射源放出的射線有α、β、γ三種.下列判斷正確的是( ) 圖3-2-1 A.甲是α射線、乙是γ射線、丙是β射線 B.甲是β射

7、線、乙是γ射線、丙是α射線 C.甲是γ射線、乙是α射線、丙是β射線 D.甲是α射線、乙是β射線、丙是γ射線 解析：粒子垂直進(jìn)入磁場(chǎng),若帶電則必受洛倫茲力的作用而做圓周運(yùn)動(dòng),軌跡為圓弧,而乙為直線,可判定其為不帶電粒子,即乙是γ射線;再根據(jù)左手定則,即可判定甲為β射線,丙為α射線,故B正確. 答案：B 綠色通道 對(duì)衰變中放出的三種粒子不同性質(zhì)及其在磁場(chǎng)或電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題進(jìn)行定性分析. 變式訓(xùn)練 1.放射性元素放出的射線,在電場(chǎng)中分成a、b、c三束,如圖3-2-2所示,其中( ) 圖3-2-2 A.c為氦核組成的粒子 B.b為比X射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光子流 C.b為比X

8、射線波長(zhǎng)更短的光子流 D.a為高速電子組成的電子流 解析：根據(jù)射線在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況,可以判斷,a射線向電場(chǎng)線方向偏轉(zhuǎn)應(yīng)為帶正電的粒子組成的α射線,b射線在電場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn),所以為γ射線;c射線受到與電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng)力,應(yīng)為帶負(fù)電的粒子組成的β射線. 答案：C 【例題2】鈾()經(jīng)過(guò)α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛(),問(wèn)在這一變化過(guò)程中,共有多少中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子( ) A.6 B.14 C.22 D.32 解析：衰變?yōu)?需經(jīng)過(guò)8次α衰變和6次β衰變,每經(jīng)過(guò)一次β衰變就會(huì)有一個(gè)中子

9、轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子同時(shí)放出一個(gè)電子,所以共有6個(gè)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子. 答案：A 綠色通道 在分析有關(guān)α、β衰變的問(wèn)題時(shí),應(yīng)抓住每次α衰變質(zhì)量數(shù)減4、電荷數(shù)減2和每次β衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)不變、電荷數(shù)加1這一衰變規(guī)律進(jìn)行分析. 變式訓(xùn)練 2.衰變成共發(fā)生了__________次α衰變和__________次β衰變. 解析：根據(jù)衰變規(guī)律,Rn的質(zhì)量數(shù)比U的質(zhì)量數(shù)減少了238-222=16,而天然放射只有α衰變才能使質(zhì)量數(shù)減少,且每次α衰變減少質(zhì)量數(shù)為4,故發(fā)生了16÷4=4次α衰變.因每次α衰變核的電荷數(shù)減少2,故由于α衰變核的電荷數(shù)應(yīng)減少4×2=8.而Rn核的電荷數(shù)僅比U核少了92-86=6,故說(shuō)明發(fā)生

10、了2次β衰變(即92-8+2=86). 答案：4 2 【例題3】古墓中發(fā)現(xiàn)一古代植物,測(cè)得里面含碳14與碳12的比例是現(xiàn)代植物中比例的三分之一,已知碳14的半衰期為5 730年,求這種植物生長(zhǎng)期距今有多少年?(lg2=0.3,lg3=0.48) 解析：設(shè)植物活著時(shí)碳14與碳12比值為k=,植物死后t年時(shí),碳14與碳12的比值為k′=.則:.由半衰期公式得: =,解得: t=(lg3/lg2)T=(0.48/0.3)×5 730年=9 168年.可見(jiàn)該植物體的生長(zhǎng)期距今約為9 168年. 答案：9 168年 綠色通道 14C衰變,在植物死后不能得到補(bǔ)充,因此它與植物體內(nèi)的12C

11、的比例會(huì)減少. 變式訓(xùn)練 3.放射性元素的半衰期是( ) A.質(zhì)量減少一半需要的時(shí)間 B.原子量減少一半需要的時(shí)間 C.原子核全部衰變需要時(shí)間的一半 D.原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間 解析：放射性元素的半衰期是對(duì)大量的原子核而言,原子核的個(gè)數(shù)有一半發(fā)生衰變的時(shí)間叫半衰期,故D項(xiàng)正確. 答案：D 【例題4】如圖3-2-3所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的A點(diǎn)，有一個(gè)靜止的原子核，當(dāng)它發(fā)生哪一種衰變時(shí)，射出的粒子以及新核的軌道才做如圖所示的圓周運(yùn)動(dòng),并確定它們環(huán)繞的方向.若兩圓的半徑之比是44∶1，這個(gè)放射性元素原子核的原子序數(shù)是多少？ 圖3-2-

12、3 解析：原子核衰變時(shí),遵守動(dòng)量守恒定律.由原子核的初態(tài)是靜止的,可以判定出衰變時(shí)射出的粒子與新核的動(dòng)量大小相等、方向相反.現(xiàn)由圖可知新核與該粒子盡管速度方向相反,但受的磁場(chǎng)力方向卻相同,新核帶正電,則該粒子帶負(fù)電,這說(shuō)明發(fā)生的是β衰變.設(shè)其質(zhì)量為m,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,以速度v做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)半徑為R=,由衰變時(shí)動(dòng)量守恒知射出粒子的動(dòng)量m1v1等于新核動(dòng)量m2v2,而B相同,所以R與q成反比,新核的q值都比較大,可判定出衰變射出粒子的運(yùn)動(dòng)軌道半徑大,新核半徑小,知大圓是放射出的粒子的軌跡,小圓則是新核的軌跡.根據(jù)左手定則判斷：在A點(diǎn)發(fā)射出的粒子是負(fù)電子，它的初速度水平向左，

13、沿圓軌道順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn).新核初速度水平向左，沿圓軌道逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)且有.可從發(fā)射粒子的電荷數(shù)確定新核的電荷數(shù),由于衰變過(guò)程中電荷數(shù)守恒,可求出原來(lái)放射性元素原子核的電荷數(shù)即它的原子序數(shù).q1=e,電荷數(shù)是1，所以q2=44e，電荷數(shù)是44.根據(jù)電荷守恒定律，原來(lái)的放射性元素原子核的原子序數(shù)是45，它發(fā)生的是β衰變，電子順時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，新核逆時(shí)針做勻速圓周運(yùn)動(dòng). 答案：45 綠色通道 原子核在衰變過(guò)程中,不僅質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒.其動(dòng)量、能量也同時(shí)守恒,并兼顧帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律. 變式訓(xùn)練 4.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一靜止的放射性原子核發(fā)生衰變,放出一個(gè)粒子后變?yōu)榱硪恍略雍?

14、為此拍得如圖3-2-4所示兩個(gè)相切的圓形徑跡的照片,則( ) 圖3-2-4 A.圖甲為發(fā)生α衰變的照片,其中大圓為α粒子的徑跡 B.圖甲為發(fā)生β衰變的照片,其中大圓為電子的徑跡 C.圖乙為發(fā)生α衰變的照片,其中大圓為α粒子的徑跡 D.圖乙為發(fā)生β衰變的照片,其中大圓為電子的徑跡 解析：圖為內(nèi)切圓時(shí),原子核發(fā)生β衰變,大圓為β粒子的軌跡;圖為外切圓時(shí),原子核發(fā)生α衰變,大圓為α粒子的軌跡. 答案：AD 體驗(yàn)探究 【問(wèn)題】考古學(xué)家如何把放射性同位素作為“時(shí)鐘”,測(cè)定土層、化石、古木年代的? 導(dǎo)思：不同的放射性同位素具有不同的半衰期,且不隨狀態(tài)、溫度的改變而改變.在自然界中同位素的含量是穩(wěn)定的. 探究：在土層、化石、古木枯死后,其內(nèi)部不再與外界進(jìn)行物質(zhì)交換,而內(nèi)部的放射性同位素仍在進(jìn)行衰變,不斷減小,因此,可以根據(jù)放射性強(qiáng)度的大小情況算出它們的時(shí)間. 教材鏈接 教材P52《討論與交流》 參照α衰變規(guī)律的分析過(guò)程,通過(guò)分析的衰變方程尋找β衰變的規(guī)律,找出新生成的核與原來(lái)的核的電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)有什么關(guān)系,在元素周期表中的位置怎樣變化,并試著用一個(gè)通式來(lái)表示.與同學(xué)交流自己的見(jiàn)解. 答：發(fā)生β衰變方程為→+,新生核比原來(lái)的核質(zhì)量數(shù)沒(méi)有改變,電荷數(shù)增加1,新生核在元素周期表中的位置后移一位.其規(guī)律可表示為→+.X為原來(lái)的原子核,Y為新生成的原子核.