2019-2020学年高中物理第4章从原子核到夸克2原子核的衰变精练含解析沪教版选修3-5

原子核的衰变1.了解天然放射现象及其规律，知道天然放射现象的原因是核的衰变2.知道三种射线的本质和区分方法(重点)3知道和衰变规律，了解半衰期的概念(难点) 学生用书P54一、天然放射性的发现定义：物理学中把物质能自发地放射出射线的现象，叫做天然放射现象；物质放出射线的性质叫做放射性；具有放射性的元素，叫做放射性元素原子序数大于83的所有元素，都有放射性能自发地放出射线的元素叫做天然放射性元素二、天然放射线中的“三剑客”三种射线的本质和特点的比较如下表所示：实质速度贯穿本领电离本领射线氦核He达到光速的差，不能穿透一层纸强射线电子e速度可达光速的99%较强，能穿透几毫米厚的铝板较弱射线电磁波：光子光速强，能穿透几厘米厚的铅板很弱1(1)射线实际上就是氦原子核，射线具有较强的穿透能力()(2)射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板()(3)射线是能量很高的电磁波，电离作用很强()提示：(1)×(2)(3)×三、放射性元素的衰变1衰变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化2衰变形式：常见的衰变有两种，放出粒子的衰变为衰变，放出粒子的衰变叫衰变，而射线是伴随射线或射线产生的3衰变规律(1)衰变：XHeY(2)衰变：XeY在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒2(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核()(2)原子核衰变时质量是守恒的()(3)衰变时放出的电子就是核外电子()提示：(1)(2)×(3)×四、放射性元素的半衰期1概念：放射性元素的原子核有半数发生衰变的时间2特点：放射性元素衰变的快慢是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系不同的放射性元素，有不同的半衰期3应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间3(1)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢()(2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律()(3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短()提示：(1)(2)(3)×对三种射线的理解学生用书P541三种射线的本质特征(1)射线：卢瑟福经研究发现，粒子带两个单位正电荷，质量数为4，即粒子是氦核，其速度是光速的，有较大的动能特性：贯穿本领小，但电离作用强，能使沿途中的空气电离(2)射线：贝克勒尔证实，射线是高速运动的电子流，其速度可达光速的99%.特征：贯穿本领大，能穿透黑纸，甚至几毫米厚的铝板，但电离作用较弱(3)射线是一种能量很高的电磁波，波长很短，在1010 m以下特征：贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板，但电离作用最弱2在电场、磁场中偏转情况的比较(1)在匀强电场中，射线偏转较小，射线偏转较大，射线不偏转，如图甲所示(2)在匀强磁场中，射线偏转半径较大，射线偏转半径较小，射线不偏转，如图乙所示(1)三种射线能量都很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有极其复杂的结构(2)射线中的电子是从原子核中释放出的，并不是原子核外面的电子跃迁出来形成的如图所示，R是一种放射性物质，虚线方框内是匀强磁场，LL是厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O点的射线、到达P点的射线应属于()磁场方向到达O点的射线到达P点的射线A竖直向下B竖直向下C垂直纸面向里D垂直纸面向外思路点拨 根据三种射线的不同贯穿本领和磁场对运动电荷的作用来判定三种射线的运动情况解析放射性物质放射出来的射线共有、三种其中、射线垂直于磁场方向进入磁场区时将受洛伦兹力作用，故打在O点的射线应为射线，由于射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是射线，依据射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里，故选项C正确答案C三种射线的比较方法(1)射线是、三种射线中贯穿本领最弱的一种，它穿不过白纸(2)要知道三种射线的成分，贯穿本领和电离本领(3)要知道、三种射线，、是实物粒子，射线是电磁波谱中的一员 对原子核衰变的理解学生用书P55天然放射现象说明原子核具有复杂的结构原子核放出粒子或粒子，并不表明原子核内有粒子或粒子；原子核发生衰变后“就变成新的原子核”1衰变方程通式衰变：XYHe衰变：XYe2衰变和衰变的实质(1)衰变：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的衰变现象(2)衰变：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即粒子，使核电荷数增加1，但衰变不改变原子核的质量数3衰变时、衰变次数的确定设放射性元素X经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示该核反应的方程为：XYnHeme.先根据质量数守恒列方程：AA4n，求衰变次数n，然后利用电荷数守恒列方程：ZZ2nm，求衰变次数m.(1)由于原子核是在发生衰变或衰变时有多余能量而放出射线，故不可能单独发生衰变(2)在一个原子核的衰变中，可能同时放出和射线，或和射线，但不可能同时放出、和三种射线，放射性元素放出的、和三种射线，是多个原子核同时衰变的结果原子核U经放射性衰变变为原子核Th，继而经放射性衰变变为原子核Pa，再经放射性衰变变为原子核U，放射性衰变、和依次为()A衰变、衰变和衰变B衰变、衰变和衰变C衰变、衰变和衰变D衰变、衰变和衰变解题探究(1)、衰变遵循什么规律？(2)每发生一次衰变，质子数、中子数如何变化？衰变呢？解析UTh，质量数少4，电荷数少2，说明为衰变.ThPa，质子数加1，质量数不变，说明为衰变，中子转化成质子.PaU，质子数加1，质量数不变，说明为衰变，中子转化成质子故选A.答案A在处理衰变和衰变次数的问题时，首先由开始的原子核和最终的原子核确定质量数的变化，由此得出衰变的次数，由衰变引起的电荷数的改变与实际电荷数的改变确定衰变的次数 对半衰期的理解学生用书P561公式：根据半衰期的概念，可总结出公式N余N原，m余m原式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，表示半衰期2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，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核3影响因素：半衰期由放射性元素的原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关，因为这些因素都不能改变原子核的结构半衰期是一个统计规律，只对大量原子核适用，对于少数个别的原子核，其衰变毫无规律，何时衰变、何时衰变一半，都是不可预知的放射性同位素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(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C，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(2)若测得一古生物遗骸中的C含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？思路点拨 (1)根据质量守恒和电荷数守恒写出衰变方程(2)由古生物14C的含量与活体14C的含量对比可确定其半衰期数，即可计算出古生物的年代解析(1)C的衰变方程为：CeN.(2)C的半衰期5 730年生物死亡后，遗骸中的C按其半衰期变化，设活体中C的含量为N0，遗骸中的C含量为N，则NN0，即0.25N0N0，故2，t11 460年答案(1)CeN(2)11 460年碘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：选C.经过32天即4个半衰期，碘131的含量变为m，C项正确衰变、衰变在磁场中的轨迹分析学生用书P56设有一个质量为M0的原子核，原来处于静止状态当发生一次(或)衰变后，释放的粒子的质量为m，速度为v，产生的反冲核的质量为M，速度为V.1动量守恒关系：0mvMV或mvMV.2在磁场中轨迹的特点：当粒子和反冲核垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场时，将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，且轨迹如图所示(1)轨道半径的大小：因为粒子与反冲核的动量大小相等，所以轨道半径与电荷量成反比，即R.当发生衰变时：.当发生衰变时：.如果测出轨道的半径比，可以求出Z，从而判定是什么原子核发生了衰变(2)运行周期的长短：在同样的条件下，运行周期与粒子和反冲核的比荷成反比，即T.(3)径迹的特点：粒子的轨道半径大，反冲核的轨道半径小粒子与反冲核带同种电荷，两轨道外切；粒子与反冲核带异种电荷，两轨道内切；射线的径迹为与反冲核的径迹相切的直线静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子和反冲核轨道半径之比为441，如图所示，则下列说法错误的是()A粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B原来放射性元素的原子核电荷数为90C反冲核的电荷数为88D粒子和反冲粒子的速度之比为188解析微粒之间相互作用的过程中遵循动量守恒，由于初始总动量为0，则末动量也为0，即粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，选项A正确由于释放的粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动，由Bqvm得：R.若原来放射性元素的核电荷数为Q，则对粒子：R1对反冲核：R2.由于p1p2，得R1R2441，Q90，所以选项B、C正确它们的速度大小与质量成反比，故选项D错误答案D随堂检测学生用书P571与原子核内部变化有关的现象是()A电离现象B光电效应现象C天然放射现象 D粒子散射现象解析：选C.电离现象是核外电子脱离原子核的束缚，光电效应是核外电子跃迁，粒子散射现象也是在原子核外进行的，没有涉及原子核内部的变化，只有天然放射现象是在原子核内部发生的2关于天然放射现象，下列说法正确的是()A射线是由氦原子核衰变产生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通过化学反应不能改变物质的放射性解析：选D.射线是在衰变中产生的，本质是氦核，A错误；射线是在衰变中产生的，本质是高速电子束，B错误；射线是