《山东省专用2018_2019学年高中物理第十九章原子核第2节放射性元素的衰变讲义含解析新人教版选修3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东省专用2018_2019学年高中物理第十九章原子核第2节放射性元素的衰变讲义含解析新人教版选修3（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2节放射性元素的衰变1原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。2衰变：UThHe3衰变：ThPae4放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫做这种元素的半衰期。一、原子核的衰变1定义原子核放出粒子或粒子，则核电荷数变了，变成另一种原子核，这种变化称为原子核的衰变。2衰变分类(1)衰变：放出粒子的衰变。(2)衰变：放出粒子的衰变。3衰变方程UThHeThPae。4衰变规律(1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。(2)当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时伴随着辐射。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有、和三种射线。二、半衰期1定义放射性元素的原子核有半数发生衰变所需
2、的时间。2决定因素放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，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，半衰期不同。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。1自主思考判一判(1)原子核发生衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4。()(2)原子核发生衰变时，原子核的质量不变。()(3)原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒。()(4)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。()(5)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律。()(6)半衰期可以通过人工进行控制。()2合作探究议一议(1)发生衰变时，新核的电荷数变化多少？新核在元素周期表中的位
3、置怎样变化？提示：根据衰变方程ThPae知道，新核核电荷数增加了1个，原子序数增加1个，故在元素周期表上向后移了1位。(2)放射性元素衰变有一定的速率。镭226衰变为氡222的半衰期为1 620年，有人说：10 g镭226经过1 620年有一半发生衰变，镭226还有5 g，再经过1 620年另一半镭226也发生了衰变，镭226就没有了。这种说法对吗？为什么？提示：不对。放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫做这种元素的半衰期。经过第二个1 620年后镭226还剩2.5 g。(3)放射性元素的半衰期是否就是该种元素的核子有半数发生变化的时间？提示：不是。经过一个半衰期，该种元素的原子核有半
4、数发生变化，转变成其他元素，但核内的核子(质子和中子)并没有这么明显的变化。原子核的衰变规律及衰变方程1衰变实质(1)衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个粒子，2n2HHe。(2)衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子，nHe。2衰变方程通式(1)衰变：XYHe(2)衰变：X Ye3确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法：设放射性元素ZX经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素ZY，则衰变方程为：XYnHeme根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：AA4n，ZZ2nm。以上两式联立解得：n，mZZ。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
5、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。典例原子核 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、衰变和衰变思路点拨(1)放射性元素发生衰变时，质量数和电荷数均守恒。(2)先确定衰变时放出的粒子，再确定衰变的种类。解析UTh，质量数少4，电荷数少2，说明为衰变。Th，质子数加1，质量数不变，说明为衰变，中子转化成质子。 91Pa，质子数加1，质量数不变，说明为衰变，中子转化成质子。故A正确。答案
6、A放射性元素衰变的三大规律(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。(2)每发生一次衰变，质子数、中子数均减少2。(3)每发生一次衰变，中子数减少1，质子数增加1。1原子核发生衰变时，此粒子是()A原子核外的最外层电子B原子核外的电子跃迁时放出的光子C原子核内存在着的电子D原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出的一个电子解析：选D因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的，原子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成一个质子和一个负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用下式表示：nHe()，Hne。由上式可看出粒子(负电子)是原子核内的中子转化而来，正电子是由
7、原子核内的质子转化而来。2朝鲜的“核危机”引起了全球的瞩目，其焦点问题就是朝鲜的核电站用轻水堆还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239(Pu)，这种Pu可由铀239(U)经过n次衰变而产生，则n为()A2B239C145 D92解析：选A其衰变方程为：UPune，衰变时质量数不变，由电荷数守恒可以判断出发生衰变的次数为2次。3某放射性元素的原子核发生两次衰变和六次衰变，关于它的原子核的变化，下列说法中正确的是()A质子数减小2 B质子数增加2C中子数减小8 D核子数减小10解析：选B设该原子核的质量数(核子数)为m，电荷数(质子数)为n，衰变后的质量数为x，电荷
8、数为y，则有：m8x，n46y，由此可知衰变后核子数减少8，质子数增加2，中子数减小10，故A、C、D错误，B正确。对半衰期的理解1意义：表示放射性元素衰变的快慢。2半衰期公式：N余N原，m余m0式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余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，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的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等。典例放射性同位素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
9、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？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(1)半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间而不是样本质量减少一半的时间。(2)经过
10、n个半衰期，剩余核N剩N原。1多选目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些材料都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性元素的说法正确的是()A射线与射线一样都是电磁波，但穿透本领远比射线弱B氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核CU衰变成Pb要经过8次衰变和6次衰变D放射性元素发生衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的解析：选CD射线的实质是电子流，射线的实质是电磁波，射线的穿透本领比较强，故A错误；半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，故B错误；因为衰变的质量数不变，所以衰变的次数n8，在衰变的过程中电荷数总共少16
11、，则衰变的次数m6，所以选项C正确；衰变时，原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子以射线的形式释放出来，所以选项D正确。2若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比mAmB为()A12 B21C54 D45解析：选A元素A的半衰期为4天，经过20天后剩余原来的5，元素B的半衰期为5天，经过20天后剩余原来的4，剩下的质量之比mAmB12，A正确。3多选14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年。已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小。现通过测量得知，某古木样品中14C的比例
12、正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是()A该古木的年代距今约5 700年B12C、13C、14C具有相同的中子数C14C衰变为14N的过程中放出射线D增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析：选AC古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年，选项A正确。同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B错误。14C的衰变方程为CNe，所以此衰变过程放出射线，选项C正确。放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误。原子核衰变的综合问题典例多选静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核放出
13、一个粒子，其速度方向与磁场方向垂直。测得粒子与反冲核轨道半径之比为301，如图所示，则()A粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反B反冲核的原子序数为62C原放射性元素的原子序数是62D反冲核与粒子的速率之比为162思路点拨(1)粒子和反冲核组成的系统动量守恒。(2)原放射性元素的原子序数比反冲核的原子序数大2。解析因为粒子间相互作用遵守动量守恒定律，有0mumv若设原核电荷数为Q，则反冲核电荷数为(Q2)在匀强磁场中，有R，r，且联立解得Q62，故选项A、C正确。答案AC1静止的原子核发生衰变和衰变的规律以及它们在磁场中运动的轨迹特点如下表：衰变XYHe匀强磁场中轨迹两圆外切，粒子半径大衰变X
14、Ye匀强磁场中轨迹两圆内切，粒子半径大2根据原子核衰变过程中遵循的质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒定律和能量的转化与守恒定律，综合分析解决衰变过程在电场中、磁场中以及动量和能量相关的实际问题。1实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图，则()A轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里解析：选D根据动量守恒定律，原子核发生衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p。根据qvB，得轨道半径r，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的，轨迹2是新核的。根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里。选项D正确。2一个静止在磁场中的放射性同位素原子核P，放出一个正电子后变成原子核Si，
