2018-2019物理课堂精学人教选修3-5第二节放射性元素的衰变.pdf

第二节放射性元素的衰变学 习 目 标知道 和 衰变的规律及实质理解半衰期的概念会利用半衰期进行简单的运算知 识 导 图知识点 1原子核的衰变1定义原子核放出 _ 粒子 _或_粒子 _， 由于核电荷数变了， 它在周期表中的位置就变了，变成 _另一种 _原子核2衰变的类型一种是 _衰变 _，另一种是 _衰变 _，而 射线是伴随衰变或 衰变产生的3衰变过程 衰变：23892U23490Th_42He_ 衰变：23490Th 23491Pa_01e_ 4衰变规律(1)遵守三个守恒：原子核衰变时遵守_电荷数 _守恒， _质量数 _守恒，动量守恒2)任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有 放射性又有 放射性 (伴随的 射线除外 )知识点 2半衰期1定义放射性元素的原子核有_半数 _发生衰变所需的时间，叫作半衰期2决定因素放射性元素衰变的快慢是由原子核_内部 _因素决定的，跟原子所处的_物理状态_(如温度、压强 )或_化学状态 _(如单质、化合物)无关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 _。

预习反馈判一判(1)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变) (2)发生 衰变是原子核中的电子发射到核外) (3)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 () (4)通过化学反应也不能改变物质的放射性) (5)原子核衰变过程中，电荷数、质量数、能量和动量都守恒) 选一选(山东省武城二中20162017 学年高二下学期期中)下列说法正确的是(D) A23892U 衰变为23491Pa 要经过 2 次 衰变和 1 次 衰变B射线与 射线一样都是电磁波，但射线的穿透本领远比 射线弱C放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关D天然放射性现象使人类首次认识到原子核可分解析：23892U 衰变为23491Pa 要经过 1 次 衰变和 1 次 衰变， A 错误； 射线是高速电子流， B 错误；半衰期与原子所处的物理，化学状态无关，C 错误；天然放射现象说明原子核可分， D 正确想一想你知道考古学家靠什么推断古化石的年代吗？答案： 只要测出古化石中14C 的含量就可以根据14C 的半衰期推断古化石的年龄探究一原子核的衰变S思考讨论i kao tao lun 1 如图为 衰变、 衰变示意图。

1)当原子核发生衰变时，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？提示： (1)当原子核发生衰变时，原子核的质子数和中子数各减少2 个因为粒子是原子核内2 个质子和2 个中子结合在一起发射出来的2)当原子核发生衰变时，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G归纳总结ui na zong jie 1定义： 原子核放出粒子或 粒子转变为新核的变化叫作原子核的衰变2衰变种类：(1)衰变：放出粒子的衰变，如23892U23490Th42He (2)衰变：放出粒子的衰变，如23490Th23491Pa01e 3衰变规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒4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 210n211H42He 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10n 11H01e 5衰变方程通式：(1)衰变：AZX A4Z2Y42He (2)衰变：AZX AZ1Y01e 6确定衰变次数的方法(1)题境：设放射性元素AZX 经过 n 次 衰变和 m 次 衰变后，变成稳定的新元素AZY。

2)反应方程：AZXAZYn42Hem01e (3)根据电荷数和质量数守恒列方程AA 4nZZ 2nm两式联立解得：nAA4mAA2Z Z特别提醒： (1)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损 )而释放出核能2)衰变方程的书写方面：衰变方程用“” 表示，而不用 “”表示3)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4)为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定衰变的次数，这是因为衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定衰变的次数D典例剖析ian li pou xi 典例 123892U 核经一系列的衰变后变为20682Pb 核，问：(1)一共经过几次衰变和几次衰变？(2)20682Pb 与23892U 相比，质子数和中子数各少多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程解题指导： (1)可根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒求解；(2)根据每发生一次衰变原子核的质子数和中子数均少2， 每发生一次衰变原子核的中子数少1，质子数多1 来推算；(3)根据 (1)的解答结果写方程解析： (1)设23892U 衰变为20682Pb 经过 x 次 衰变和 y 次 衰变。

由质量数守恒和电荷数守恒可得2382064x92822xy联立解得x8，y6，即一共经过8 次 衰变和 6 次 衰变2)由于每发生一次衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次衰变中子数少1，而质子数增1，故20682Pb 较23892U 质子数少 10，中子数少223)核反应方程为23892U20682Pb 842He601e对点训练1(多选 )(新疆昌吉市一中教育共同体20172018 学年高二下学期期末)下列说法正确的是(BD) A22688Ra衰变为22286Rn要经过 1 次 衰变和 1 次 衰变B23892U 衰变为23491Pa要经过 1 次 衰变和 1 次 衰变C23892U 衰变为22286Rn要经过 4 次 衰变和 4 次 衰变D23290Th 衰变为20882Pb要经过 6 次 衰变和 4 次 衰变解析： 衰变时核电荷数减2，质量数减4， 衰变时核电荷数加1，质量数不变；设发生了 x次 衰变和 y次 衰变， 则根据质量数和电荷数守恒有：2xy8688,4x222226，解得 x 1，y0， A 错误；同理可判断选项C 错误； BD 正确探究二放射性元素的半衰期及其应用S思考讨论i kao tao lun 2 下图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 t0 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)从图中可以看出，经过两个半衰期未衰变的原子核还有多少？提示： (1)由衰变图可看出，每经过一个半衰期，氡原子核的质量变为原来的122)经过两个半衰期未衰变的原子核还有14G归纳总结ui na zong jie 1半衰期的理解半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射元素具有的衰变速率一定，不同元素半衰期不同，有的差别很大2公式N余N原(12)tTm余m原(12)tT式中 N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数或质量，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或质量，t 表示衰变时间，T 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这一特点，可以测量其衰变过程、推断时间等特别提醒： (1)半衰期由核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件都无关2)半衰期是一个统计规律，适用于对大量原子核衰变的计算，对于个别少数原子核不适用。

D典例剖析ian li pou xi 典例2为测定水库的存水量，将一瓶放射性溶液倒入水库中，已知这杯溶液每分钟衰变8107次，这种同位素半衰期为2 天， 10 天以后从水库中取出1m3的水，并测得每分钟衰变10 次，求水库的存水量为多少？解题指导： 找出每分钟衰变次数与其质量成正比这一隐含条件是解决本题的关键解析： 由每分钟衰变次数与其质量成正比出发，运用半衰期知识可求出存水量设放射性同位素原有质量为m0,10 天后其质量剩余为m，水库存水量为Qm3，由每分钟衰变次数与其质量成正比可得10Q8107mm0，由半衰期公式得：mm0(12)tT，由以上两式联立代入数据得：10Q8107 (12)102(12)5，解得水库存水量为2.5105m3答案： 2.5 105m3,对点训练2(多选 )(河北省保定市2016 2017 学年高二下学期期中)下列关于放射性元素的半衰期的几种说法正确的是(BC) A同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长B放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用C氡的半衰期是3.8 天，若有4g 氡原子核，则经过7.6 天就只剩下1g 氡D氡的半衰期是3.8 天，若有4 个氡原子核，则经过7.6 天就只剩下一个氡解析：放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫半衰期，这是一个统计规律，对于大量的原子核才适用，对于少量原子核是不成立的，放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学状态无关，故A、D 错误， B、C 正确。

衰变和 衰变在磁场中的轨迹分析设有一个质量为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V1动量守恒关系0mvMV 或 mv MV2在磁场中径迹的特点衰变AZXA4Z2Y42He两圆外切， 粒子半径大衰变AZXAZ1Y01e两圆内切， 粒子半径大案例A、 B 原子核静止在同一匀强磁场中，一个放出 粒子，一个放出 粒子，运动方向均与磁场垂直，它们在磁场中的运动径迹及两个反冲核的径迹如图所示，则可以判定径迹 _1_为 粒子，径迹 _3_为 粒子解析： 在衰变过程中，粒子和 粒子与剩余核组成的系统动量守恒，即放射出的粒子与反冲核动量大小相等，方向相反，由rmv/Bq 可知， r 与 q 成反比，由此可知两图中小圆径迹为反冲核的径迹，又根据左手定则可以判知，左侧外切圆是衰变，右侧内切圆是衰变，故本题应依次填1 和 31(临沂市部分重点中学2016 2017 学年高二检测)14C 是一种半衰期为5730 年的放射性同位素若考古工作者探测到某古木中14C 的含量为原来的14，则该古树死亡时间距今大约(B) A22920 年B11460 年C5730 年D2865 年解析： 由 m (12)nM，由题目所给条件得M4 (12)nM， n2，所以该古树死亡时间应该为2 个14C 的半衰期，即t2T5730 年211460 年，故正确答案为B。

2(多选 )(吉林长春十一中20162017 学年高二下学期期中)关于原子核的衰变下列说法正确的是 (ACD) A对于一个特定的衰变原子，我们只知道它发生衰变的概率，而不知道它将何时发生衰变B放射性元素A 经过 2 次 衰变和 1 次 衰变后生成一新元素B，则元素 B 在元素周期表中的位置较元素A 的位置向前移动了2 位C衰变的实质在于核内的质子转化成了一个中子和一个电子D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m16解析： 对于一个特定的衰变原子，我们只知道它发生衰变的概率，并不知道它将何时发生衰变，故A 正确；原子核经过2 次 衰变后电荷数减小4，同时，经过一次 衰变，电荷数增加 1，所以元素A 经过 2 次 衰变和 1 次 衰变后电荷数减小3，则生成的新元素在元素周期表中的位置向前移3 位，故 B 错误； 射线的本质是原子核内部一个中子变成一个质子和电子产生的，故C 正确；碘131 。