2017_2018学年高中物理第四章原子核第二节放射性元素的衰变同步备课教学案粤教版选修

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1、1第二节第二节 放射性元素的衰变放射性元素的衰变学习目标 1.知道三种射线的特征,知道衰变的概念.2.知道 、 衰变的实质,知道 射线是怎样产生的,会写 、 衰变方程.3.知道什么是半衰期,会利用半衰期解决相关问题一、原子核的衰变导学探究1怎样用电场或磁场判断 、 射线粒子的带电性质?答案 让三种射线通过匀强电场,则 射线不偏转,说明 射线不带电 射线偏转方向和电场方向相同,带正电, 射线偏转方向和电场方向相反,带负电或者让三种射线通过匀强磁场,则 射线不偏转,说明 射线不带电, 射线和 射线可根据偏转方向和左手定则确定带电性质2如图 1 为 衰变、 衰变示意图图 1(1)当原子核发生 衰变时

2、,原子核的质子数和中子数如何变化?2(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?答案 (1) 衰变时,质子数减少 2,中子数减少 2.(2) 衰变时,核电荷数增加 1.新核在元素周期表中的位置向后移动一位知识梳理 原子核的衰变1对三种射线的认识种类 射线 射线 射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2ee0速率0.1c0.99cc贯穿本领最弱,用一张纸就能挡住较强,能穿透几毫米厚的铝板最强,能穿透几厘米厚的铅板电离作用很强较强很弱2.定义:原子核放出 粒子或 粒子,变成另一种原子核的过程3衰变类型(1) 衰变:放射性元素放

3、出 粒子的衰变过程放出一个 粒子后,核的质量数减少4,电荷数减少 2,成为新核(2) 衰变:放射性元素放出 粒子的衰变过程放出一个 粒子后,核的质量数不变,电荷数增加 1.4衰变规律:原子核衰变时电荷数和质量数都守恒5衰变的实质(1) 衰变的实质:2 个中子和 2 个质子结合在一起形成 粒子(2) 衰变的实质:核内的一个中子转化为了一个电子和一个质子(3) 射线经常是伴随 衰变和 衰变产生的即学即用 判断下列说法的正误(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(

4、 )(4)原子核在衰变时,它在元素周期表中的位置不变( )(5)发生 衰变是原子核中的电子发射到核外( )二、半衰期3导学探究 (1)什么是半衰期?对于某个或选定的几个原子核能根据该种元素的半衰期预测它的衰变时间吗?(2)某放射性元素的半衰期为 4 天,若有 10 个这样的原子核,经过 4 天后还剩 5 个,这种说法对吗?答案 (1)半衰期是一个时间,是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律,故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间(2)半衰期是大量放射性元素的原子核衰变时所遵循的统计规律,不能用于少量的原子核发生衰变的情况,因此,经过 4 天后,10 个原子核有多

5、少发生衰变是不能确定的,所以这种说法不对知识梳理 半衰期1定义:放射性元素的原子核因衰变减少到原来的一半所经过的时间2特点(1)不同的放射性元素,半衰期不同,甚至差别非常大(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件无关3适用条件:半衰期描述的是统计规律,不适用于单个原子核的衰变4半衰期公式:N1/2 01( )2t TN,m1/2 01( )2t Tm,其中T1/2为半衰期即学即用 判断下列说法的正误(1)同种放射性元素,在化合物中的半衰期比在单质中长( )(2)把放射性元素放在低温处,可以减缓放射性元素的衰变( )(3)放射性元素的半衰期与元素所处的物

6、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( )(4)氡的半衰期是 3.8 天,若有 4 个氡原子核,则经过 7.6 天后只剩下一个氡原子核( )一、三种射线1三种射线的实质 射线:高速氦核流,带 2e的正电荷; 射线:高速电子流,带e的负电荷; 射线:光子流(高频电磁波),不带电2三种射线在电场中和磁场中的偏转(1)在匀强电场中, 射线不发生偏转,做匀速直线运动, 粒子和 粒子沿相反方向做4类平抛运动,在同样的条件下, 粒子的偏移大,如图 2 所示图 2 图 3(2)在匀强磁场中, 射线不发生偏转,仍做匀速直线运动, 粒子和 粒子沿相反方向做匀速圆周运动,且在同样条件下, 粒

7、子的轨道半径小,如图 3 所示例 1 如图 4 所示,R是一种放射性物质,虚线框内是匀强磁场,LL是厚纸板,MM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点的射线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的( )图 4选项磁场方向到达O点的射线 到达P点的射线A竖直向上B竖直向下C垂直纸面向里D垂直纸面向外答案 C解析 R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域时将受到洛伦兹力作用而偏转, 射线不偏转,故打在O点的应为 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

8、面向里例 2 (多选)将 、 三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场,图中表示射线偏转情况正确的是( )5答案 AD解析 已知 粒子带正电, 粒子带负电, 射线不带电,根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向可知,A、B、C、D 四幅图中 、 粒子的偏转方向都是正确的,但偏转的程度需进一步判断带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,其半径r,将数据代入,则 粒子与 粒子的半径之比mv Bq 371,r rm mv vq q4 1 1 8360.1c 0.99c1 2A 对,B 错;带电粒子垂直进入匀强电场,设初速度为v0,垂直电场线方向位移为x,沿电场线方向位移为y,则有x

9、v0t,yt2,消去t可得y.1 2qE mqEx2 2mv2 0对某一确定的x值,、 粒子沿电场线偏转距离之比 ,y yq qm mv2 v2 2 11 1 836 40.99c20.1c21 37.5C 错,D 对三种射线的鉴别1 射线带正电、 射线带负电、 射线不带电 射线、 射线是实物粒子,而 射线是光子流,属于电磁波的一种2 射线、 射线都可以在电场或磁场中偏转,但偏转方向不同, 射线则不发生偏转3 射线穿透能力弱, 射线穿透能力较强, 射线穿透能力最强,而电离本领相反二、原子核的衰变规律和衰变方程1衰变种类、实质与方程(1) 衰变: XY HeA ZA4Z24 2实质:原子核中,2

10、 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被释放出来,这就是放射性元素发生的 衰变现象如:UTh He.23892234904 2(2) 衰变: XYe.A ZAZ101实质:原子核中的一个中子转化成一个质子且放出一个电子即 粒子,使电荷数增加1, 衰变不改变原子核的质量数,其转化方程为: n He.1 01 101如:ThPae.2349023491012确定原子核衰变次数的方法与技巧6(1)方法: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,A ZAZ则衰变方程为:XYnHemeA ZAZ4 201根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程:AA

11、4n,ZZ2nm.以上两式联立解得:n,mZZ.AA 4AA 2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 衰变的次数例 3 U 核经一系列的衰变后变为Pb 核,问:2389220682(1)一共经过几次 衰变和几次 衰变?(2)Pb 与U 相比,质子数和中子数各少了多少?2068223892(3)综合写出这一衰变过程的方程答案 (1)8 6 (2)10 22(3)UPb8 He6e23892206824 201解析 (1)设U 衰变为Pb 经过x次 衰变

12、和y次 衰变,由质量数守恒和电荷数守2389220682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,而质子数增加 1,故Pb 较U 质子数少 10,中子数少 22.2068223892(3)衰变方程为UPb8 He6e.23892206824 201针对训练 1 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2389223490核Pa,再经放射性衰变变为原子核U.放射性衰变、和依次为( )2349123492A 衰变、 衰变和 衰变 B 衰变、

13、衰变和 衰变C 衰变、 衰变和 衰变 D 衰变、 衰变和 衰变答案 A解析 根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点,U 核与Th 核比较可知,2389223490衰变的另一产物为 He,所以衰变为 衰变,选项 B、C 错误;Pa 核与U 核比较4 22349123492可知,衰变的另一产物为e,所以衰变为 衰变,选项 A 正确,D 错误01衰变方程的书写:衰变方程用“” ,而不用“”表示,因为衰变方程表示的是原子核7的变化,而不是原子的变化三、对半衰期的理解及有关计算例 4 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

14、(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14 6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?14 6答案 (1)CeN (2)11 460 年14 60114 7解析 (1)C 的 衰变方程为:CeN.14 614 60114 7(2)C 的半衰期T1/25 730 年14 6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14 614 614 6量为N,则N1/21( )2t TN0, 即 0.25N0

15、57301( )2t N0,故2,t11 460 年t 5 730针对训练 2 氡 222 是一种天然放射性气体,被吸入后,会对人的呼吸系统造成辐射损伤,它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一其衰变方程是RnPo_.已知Rn 的半衰期约为 3.8 天,则约经过_天,16 g222862188422286的Rn 衰变后还剩 1 g.22286答案 He 15.24 2解析 根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可推得该反应的另一种生成物为 He.根4 2据m余m原1/21( )2t T得4,代入T1/23.8 天,解得t3.84 天15.2 天.t T1/21下列说法正确的是( )A 射线是由高速运动的氦核组成的,其运行速度接近光速B

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