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1、 4.2　原子核的衰變 學習目標 重點難點 1．知道天然放射性現象及其規(guī)律。 2．記住三種射線的本質，會利用磁場把它們分開。 3．知道兩種衰變的基本性質，記住衰變的規(guī)律。 4．會利用半衰期公式進行簡單計算。 重點：天然放射性及規(guī)律、原子核衰變規(guī)律。 難點：半衰期的理解和計算。 一、天然放射性的發(fā)現 物質能自發(fā)地放出射線的現象叫做天然放射性現象；物質放射出射線的性質叫放射性，具有放射性的元素叫放射性元素。 預習交流1 天然放射性現象說明了什么？ 答案：天然放射性現象說明了原子核是可分的。 二、天然放射線中的“三劍客” 在射線經過的空間施加磁場，射線分成

2、三束，其中兩束在磁場中向不同的方向偏轉，說明這兩束是帶電的，另一束在磁場中不偏轉的不帶電，這三束分別叫α射線、β射線和γ射線。 射線種類 組成 速度 貫穿本領 電離作用 α射線 氦原子 核He 約c 很小，一張薄 紙就能擋住 很強 β射線 高速電 子流e 0.9c 較大，能穿過幾 毫米厚的鋁板 較弱 γ射線 波長很短 的電磁波 等于c 最大，能穿過幾 厘米厚的鉛板 很小 預習交流2 放射性元素放出射線后，它們的原子核還屬于原來的元素嗎？ 答案：放射性元素放出α射線或β射線時，原子核的核電荷數會發(fā)生變化，它就變成另外的元素。 三、放射性

3、元素的衰變 1．原子核由于放出某種粒子而轉變成新核的現象叫衰變。放出α粒子的衰變叫α衰變，放出β粒子的衰變叫β衰變。 2．衰變規(guī)律 （1）α衰變：X→He＋Y　（2）β衰變：X→e＋Y 在衰變過程中，電荷數和質量數都守恒。 預習交流3 在α衰變中，新核在元素周期表中是前移還是后移？移動了幾位？ 答案：在α衰變中，新核的核電荷數減小了2，故新核在元素周期表中是前移了2位。 四、放射性元素的半衰期 1．放射性元素的原子核有一半發(fā)生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期。 2．半衰期的公式是m＝M（），其中m為該元素剩余的質量，M為該元素原來的質量，t為經過的時間，τ為半衰期。

4、預習交流4 放射性元素的半衰期由什么因素決定？半衰期與元素所處的物理、化學狀態(tài)有關系嗎？ 答案：放射性元素的半衰期只由元素原子核本身的因素決定，與元素所處的物理、化學狀態(tài)無關。 一、三種射線的理解 α射線、β射線、γ射線在磁場中運動的軌跡為什么不同？ 答案：α粒子與β粒子的電性、電荷量不同，故它們所受同一磁場力的大小、方向都不同，所以α粒子與β粒子在磁場中的偏轉方向相反，圓周半徑大小也不同。γ射線是高頻電磁波，它不帶電，故它不受磁場力的作用而做直線運動。 放射性元素放出的射線，在電場中分成a、b、c三束，如圖所示，其中（　?。?。 A．c為氦核組成的粒子 B．

5、b為比X射線波長更長的光子流 C．b為比X射線波長更短的光子流 D．a為高速電子組成的電子流 答案：C 解析：根據射線在電場中的偏轉情況，可以判斷，a射線向電場線方向偏轉，應為由帶正電的粒子組成的α射線，b射線在電場中不偏轉，所以為γ射線；c射線受到與電場方向相反的電場力，應為由帶負電的粒子組成的β射線。 三種射線都是高速運動的粒子，能量很高，都來自原子核內部，這使我們認識到兩點，一是原子核內部有復雜結構，二是原子核內部蘊藏有巨大的核能。 二、放射性元素的衰變 放射性元素是怎樣放出射線的？射線產生的機理你知道嗎？ 答案：三種射線的產生機理： α射線 核內兩個中子和兩個質

6、子結合得比較緊密，有時會作為一個整體從較大的原子核中拋射出來。核發(fā)生一次α衰變質子數和中子數分別減少2。 β射線 核中的中子可以轉化為一個質子和一個電子，產生的電子從核中發(fā)射出來，這就是β射線，由于該電子來源于原子核，它的速度遠大于陰極射線中的電子和核外繞核旋轉的電子。 γ射線 原子核的能量也是不連續(xù)的，同樣存在著能級，能級越低越穩(wěn)定。放射性原子核在發(fā)生α衰變、β衰變后產生的新核往往處于高能級，當它向低能級躍遷時，輻射γ光子。由于原子核中的能級躍遷輻射出的光子能量非常大，故γ光子的頻率很大。所以波長很短。 （2010全國Ⅰ理綜，14）原子核U經放射性衰變①變?yōu)樵雍薚h，繼而經放

7、射性衰變②變?yōu)樵雍薖a，再經放射性衰變③變?yōu)樵雍薝。放射性衰變①、②和③依次為（　　）。 A．α衰變、β衰變和β衰變 B．β衰變、β衰變和α衰變 C．β衰變、α衰變和β衰變 D．α衰變、β衰變和α衰變 答案：A 解析：原子核U衰變?yōu)門h需要經歷α衰變，繼而經歷β衰變可得到Pa，然后再經歷一次β衰變可得到U，所以放射性衰變①②③依次為α衰變、β衰變、β衰變，本題只有選項A正確。 對于原子核的衰變，要注意以下幾點： 1．由于原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時有多余能量而放出γ射線，不可能單獨發(fā)生γ衰變。 2．確定衰變次數，一般先由質量數的改變確定α衰變的次數，因為β衰變對質量數沒有

8、影響，然后再根據電荷數守恒確定β衰變的次數。 3．確定衰變次數要記住兩個等式： （1）核電核數＝質子數（Z）＝元素的原子序數＝中性原子的核外電子數。 （2）質量數（A）＝核子數＝質子數＋中子數。 三、半衰期的應用 一座古墓被挖掘出來了，科學家們從其中的一塊木片就可以大致推斷出這座古墓建造的年代。你知道科學家所用的方法嗎？ 答案：科學家用的是碳14測年法。活的動、植物體內都有一定比例的放射性元素碳14，動植物死后就不再吸收空氣中的碳14，于是動、植物體內的碳14就通過衰變而逐漸減少。碳14的半衰期是5 730年，經實驗測定，活的動植物體內1克碳的衰變率大約是16次∕分，如果一

9、個被簽定的樣品中每克碳的衰變率是8次∕分，就知道它已經經過了5 730年，衰變率若是4次∕分，就是經過了11 460年，依次類推。 測得某礦石中鈾、鉛質量比為1.17∶1，假設開始時礦石只含有鈾238，發(fā)生衰變的鈾238都變成了鉛206。已知鈾238的半衰期是4.5109年，求礦石的年齡。 答案：4.5109年 解析：只要利用半衰期的計算公式m＝m0（）找出m、m0的關系，τ＝4.5109年，即可求出礦石的年齡。 設開始礦石中有m0（千克）的鈾238，經n個半衰期后，剩余鈾m（千克），則m＝m0（）n，衰變掉的鈾m0－m＝m0[1－（）n]，一個鈾核衰變成一個鉛核，設生成鉛x（千克

10、），則＝，得 x＝m0[1－（）n] 據題意有＝，即＝ 解得n＝1，即t＝τ＝4.5109年。 1．半衰期計算要利用半衰期公式N余＝N原（）t/τ或m余＝m原（）t/τ，前者計算剩余核的個數，后者計算剩余核的質量。 2．原子核的半衰期只由原子核本身決定，與原子核所處的物理、化學狀態(tài)無關，與是否是單質或是化合物等無關。 3．半衰期是一種統(tǒng)計規(guī)律，只適用于大量原子核的衰變規(guī)律。半衰期對某一個核或某幾個少數核沒有意義。 1．關于天然放射現象，下列說法正確的是（　　）。 A．是瑪麗居里夫婦首先發(fā)現的 B．說明了原子核不是單一的粒子 C．γ射線必須伴隨α射線或β射線而產生 D．

11、任何放射性元素都能同時發(fā)出三種射線 答案：BC 2．在天然放射現象中，關于α、β、γ射線的產生，下列敘述正確的是（　?。?。 A．α粒子帶正電，α射線是從原子核中射出的 B．β粒子帶負電，所以β射線有可能是核外電子 C．γ粒子是光子，所以γ射線有可能是由原子發(fā)光產生的 D．α射線、β射線、γ射線都是從原子核內部釋放出來的 答案：AD 解析：α衰變的實質是原子核中的兩個質子和兩個中子結合成一個氦核，β衰變的實質是一個中子變成一個質子和一個電子，然后釋放出電子，γ射線伴隨α衰變和β衰變的產生而產生。所以這三種射線都是從原子核內部釋放出來的，故B、C錯誤，A、D正確。 3．下列說法正

12、確的是（　?。?。 A．把放射性元素放在低溫處，可以減緩放射性元素的衰變 B．把放射性元素同其他穩(wěn)定元素結合成化合物，放射性元素的半衰期不變 C．半衰期是放射性元素的原子核全部衰變所需時間的一半 D．某一鉛的礦石中發(fā)現有20個氡原子核，經過3.8天（氡的半衰期），此礦石中只剩下10個氡原子核 答案：B 解析：放射性元素的半衰期與其化學物理狀態(tài)無關，僅由原子核的內部結構決定，故A錯，B正確。半衰期遵循統(tǒng)計規(guī)律對大量的原子核才適用，故D錯，半衰期是指大量原子核有半數發(fā)生衰變的時間，故C錯。 4．放射性元素的半衰期在下列哪些情況下不發(fā)生變化（　?。?。 A．放射性元素放射出α粒子后，變成

13、新的放射性元素 B．放射性元素與其他物質進行化學反應后生成化合物 C．把放射性元素置于高溫、高壓的環(huán)境中 D．用高能粒子轟擊，得到新的放射性元素 答案：BC 解析：放射性元素的半衰期只取決于放射性元素本身，而與其他因素無關，但在放射性元素轉變?yōu)槠渌派湫栽睾螅浒胨テ谝欢〞l(fā)生變化，所以A、D錯，因此選B、C。 5．（2011洛陽高二檢測）一放射性同位素Th經α、β衰變會生成氡，其衰變方程為Th→Rn＋xα＋yβ，其中（　?。?。 A．x＝1，y＝3　　　　　　B．x＝2，y＝3 C．x＝3，y＝1 D．x＝3，y＝2 答案：D 解析：本題考查放射性元素衰變的有關知識，為較容易的題目。由衰變方程：Th→Rn＋xHe＋ye，由質量數守恒和電荷數守恒得：232＝220＋4x,90＝86＋2x－y可解得：x＝3，y＝2。 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375