高中物理 19.2放射性元素的衰變（精講優(yōu)練課型） 新人教版選修3-5

1、2 放射性元素的衰變,一、原子核的衰變 1.定義:原子核放出_或_,變成另一種原子核的過程。 2.衰變類型: (1)衰變:放射性元素放出粒子的衰變過程。放出一個粒子 后,核的質(zhì)量數(shù)_,電荷數(shù)_,成為新核。 (2)衰變:放射性元素放出粒子的衰變過程。放出一個粒子 后,核的質(zhì)量數(shù)_,電荷數(shù)_,粒子,粒子,減少4,減少2,不變,增加1,3.衰變規(guī)律:原子核衰變時_和_都守恒。 4.衰變的實質(zhì): (1)衰變的實質(zhì):2個_和2個_結(jié)合在一起形成粒子。 (2)衰變的實質(zhì):核內(nèi)的_轉(zhuǎn)化為了一個_和一個_。 (3)射線經(jīng)常是伴隨衰變和衰變產(chǎn)生的,電荷數(shù),質(zhì)量數(shù),中子,質(zhì)子,中子,質(zhì)子,電子,判一判】 (1)原

2、子核在衰變時,它在元素周期表中的位置不變。() (2)發(fā)生衰變是原子核中的電子發(fā)射到核外。() (3)射線經(jīng)常是伴隨射線和射線產(chǎn)生的。(,提示:(1)。原子核在衰變時,由于核電荷數(shù)變了,所以它在元素周期表中的位置就變了。 (2)。原子核內(nèi)沒有電子,發(fā)生衰變是中子轉(zhuǎn)變成一個質(zhì)子和一個電子,電子被發(fā)射到核外就是粒子。 (3)。原子核在發(fā)生衰變、衰變時,蘊藏在核內(nèi)的能量以光子的形式釋放出來形成射線,所以射線經(jīng)常是伴隨射線和射線產(chǎn)生的,二、半衰期 1.定義:放射性元素的原子核有_發(fā)生衰變所需的時間。 2.特點: (1)不同的放射性元素,半衰期_,甚至差別非常大。 (2)放射性元素衰變的快慢是由_決定的

3、,跟原子 所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件_,半數(shù),不同,核內(nèi)部自身的因素,沒有關(guān)系,3.適用條件:半衰期描述的是_,不適用于單個原子核的 衰變。 4.半衰期的應(yīng)用:利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點,可以通過測量其 衰變程度來推斷_,統(tǒng)計規(guī)律,時間,判一判】 (1)半衰期是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間,經(jīng)過兩個半衰期原子核就全部發(fā)生衰變。() (2)根據(jù)半衰期的計算,我們可以知道一個特定的原子核何時發(fā)生衰變。() (3)半衰期與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件都無關(guān)。(,提示:(1)。半衰期是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間,經(jīng)過兩個半衰期原子核還剩四分之一。 (2)。半衰期描述的是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律,不

4、適用于單個原子核的衰變,我們不能知道一個特定的原子核何時發(fā)生衰變。 (3)。半衰期由核內(nèi)部自身的因素決定,與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件都無關(guān),一、原子核的衰變規(guī)律與衰變方程 思考探究: 如圖為衰變、衰變示意圖,1)當(dāng)原子核發(fā)生衰變時,原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)如何變化?為什么? (2)當(dāng)發(fā)生衰變時,新核的核電荷數(shù)相對原來的原子核變化了多少?新核在元素周期表中的位置怎樣變化,提示:(1)當(dāng)原子核發(fā)生衰變時,原子核的質(zhì)子數(shù)減小2,中子數(shù)減小2,因為衰變的實質(zhì)是2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合在一起從原子核中被拋射出來。 (2)粒子為 ,發(fā)生衰變時核電荷數(shù)增加1,所以原子序數(shù)增加1,元素在周期表上向原子序數(shù)增加

5、的方向移動1位,歸納總結(jié)】 1.定義:原子核放出粒子或粒子轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶髟雍说乃プ儭?2.衰變種類: (1)衰變:放出粒子的衰變,如 (2)衰變:放出粒子的衰變,如 3.衰變規(guī)律:原子核發(fā)生衰變時,衰變前后的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒,4.衰變實質(zhì): 衰變:原子核內(nèi)兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個粒子,并在一定 條件下作為一個整體從較大的原子核中拋射出來,產(chǎn)生衰變。 衰變:原子核內(nèi)的一個中子變成一個質(zhì)子留在原子核內(nèi),同時放出一個電子,即粒子放射出來,5.衰變方程通式: (1)衰變： (2)衰變,6.確定原子核衰變次數(shù)的方法與技巧: (1)方法:設(shè)放射性元素 經(jīng)過n次衰變和m次衰變后,變成穩(wěn)定 的

6、新元素 ,則衰變方程為: 根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程: A=A+4n,Z=Z+2n-m。 以上兩式聯(lián)立解得: 由此可見,確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個二元一次方程組,2)技巧:為了確定衰變次數(shù),一般先由質(zhì)量數(shù)的改變確定衰變的次數(shù)(這是因為衰變的次數(shù)多少對質(zhì)量數(shù)沒有影響),然后根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù),特別提醒】 (1)衰變方程的書寫方面:衰變方程用“”表示,而不用“=”表示。 (2)衰變方程表示的變化方面:衰變方程表示的是原子核的變化,而不是原子的變化,典例示范】釷232( )經(jīng)過次衰變和 次衰 變,最后成為鉛208(,解題探究】 (1)兩種衰變的質(zhì)量數(shù)變化有什么規(guī)律?怎樣判斷衰變的次數(shù)

7、? 提示:衰變質(zhì)量數(shù)不變,每發(fā)生一次衰變,質(zhì)量數(shù)減少4;用兩種原子核的質(zhì)量數(shù)之差除以4就是衰變的次數(shù)。 (2)兩種衰變的電荷數(shù)怎樣變化? 提示:每發(fā)生一次衰變電荷數(shù)減少2,每發(fā)生一次衰變電荷數(shù)增加1,正確解答】因為衰變改變原子核的質(zhì)量數(shù)而衰變不能,所以應(yīng)先從判斷衰變次數(shù)入手: 衰變次數(shù)= 每經(jīng)過1次衰變,原子核電荷數(shù)減少2,那么,釷核經(jīng)過6次衰變后剩余的電荷數(shù)與鉛核實際的電荷數(shù)之差,決定了衰變次數(shù): 衰變次數(shù)= 答案:64,過關(guān)訓(xùn)練】 1.(2015北京高考)下列核反應(yīng)方程中,屬于衰變的是() 【解析】選B。選項A是人工核反應(yīng),選項B是衰變,選項C是核聚變,選項D是衰變,選項B正確,2.(20

8、15福州高二檢測)放射性元素所放出的粒子是() A.原子核外的最外層電子 B.原子核外電子躍遷時所發(fā)射的光子 C.原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時放出的電子 D.原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶臃懦龅碾娮?【解析】選C。衰變的實質(zhì)是中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子同時放出一個電子,C項正確,補償訓(xùn)練】 1.(2015蘇州高二檢測)某放射性元素的原子核內(nèi)有N個核子,其 中有n個質(zhì)子,該原子核發(fā)生2次衰變和1次衰變,變成1個新核, 則() A.衰變前原子核有(N-n)個中子 B.衰變后新核有(n-4)個質(zhì)子 C.衰變后新核的核子數(shù)為(N-3) D.衰變后新核的中子數(shù)為(N-n-3,解析】選A。核子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)加中子數(shù),所以衰變前

9、原子核有中子數(shù)(N-n)個,A項正確;衰變后新核有n-(22-1)=(n-3)個質(zhì)子,B項錯;衰變后新核的核子數(shù)為N-24=N-8;衰變后新核的中子數(shù)為(N-n-5),D項錯,2.(2015武漢高二檢測) 經(jīng)過m次衰變和n次衰變,變成 則() A.m=7,n=3B.m=7,n=4 C.m=14,n=9 D.m=14,n=18 【解析】選B。衰變方程為 由質(zhì)量數(shù)守恒知235=207+4m,解得m=7,由電荷數(shù)守恒知92=82+2m-n,解得n=4,故選項B正確,規(guī)律方法】衰變次數(shù)的判斷技巧 (1)衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。 (2)每發(fā)生一次衰變質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均減少2。 (3)每發(fā)生一次

10、衰變中子數(shù)減少1,質(zhì)子數(shù)增加1,二、半衰期 思考探究: 如圖所示為氡衰變剩余質(zhì)量與原有質(zhì)量比值 示意圖。 氡的衰變,縱坐標(biāo)表示的是任意時刻氡的質(zhì)量 m與t=0時的質(zhì)量m0的比值。 (1)每經(jīng)過一個半衰期,氡原子核的質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦? (2)從圖上可以看出,經(jīng)過兩個半衰期未衰變的原子核還有多少,提示:(1)每經(jīng)過一個半衰期,氡原子核的質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼亩种弧?(2)從圖上可以看出,經(jīng)過兩個半衰期未衰變的原子核還有四分之一,歸納總結(jié)】 1.意義:表示放射性元素衰變的快慢。 2.半衰期公式:N余= 式中N原、m0表示衰變前的原子數(shù)和質(zhì)量,N余、m余表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子數(shù)和質(zhì)量,t表示衰

11、變時間,表示半衰期,3.適用條件:半衰期是一個統(tǒng)計概念,是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié),對于一個特定的原子核,無法確定其何時發(fā)生衰變,半衰期只適用于大量的原子核。 4.應(yīng)用:利用半衰期非常穩(wěn)定的特點,可以測算其衰變過程,推算時間等,特別提醒】 (1)半衰期由核內(nèi)部自身的因素決定,與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件都無關(guān)。 (2)半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律,適用于對大量原子核衰變的計算,對于個別少數(shù)原子核不適用,典例示范】放射性同位素14C被考古學(xué)家稱為“碳鐘”,它可以用來判定古生物體的年代,此項研究獲得1960年諾貝爾化學(xué)獎。 (1)宇宙射線中高能量的中子碰到空氣中的氮原子后,會形成不穩(wěn)定 的 ,它很容

12、易發(fā)生衰變,放出射線變成一個新核,其半衰期為5730年,試寫出14C的衰變方程。 (2)若測得一古生物遺骸中的 含量只有活體中的25%,則此遺骸距今約有多少年,解題探究】 (1)如何寫出14C的衰變方程? 提示:根據(jù)質(zhì)量守恒和電荷數(shù)守恒寫出。 (2)怎樣確定古生物的年代? 提示:由古生物14C的含量與活體14C的含量對比可確定其半衰期數(shù),即可計算出古生物的年代,正確解答】(1) 的衰變方程為： (2) 的半衰期=5 730年。 生物死亡后，遺骸中的 按其半衰期變化，設(shè)活體中 的含量 為N0,遺骸中的 含量為N,則N= 即0.25N0= 故 =2,t=11 460年。 答案：(1) (2)11

13、460年,過關(guān)訓(xùn)練】 1.(拓展延伸)【典例示范】中再過5 730年,這一古生物遺骸中的 含量是活體中的多少倍? 【解析】遺骸再過5 730年,所經(jīng)過的時間為t=11 460+5 730= 17 190年。古生物中 的含量由m余= 代入數(shù)據(jù)得 =0.125 答案:0.125,2.(多選)(2015山東高考)14C發(fā)生放射性衰變成為14N,半衰期約5700年。已知植物存活期間,其體內(nèi)14C與12C的比例不變;生命活動結(jié)束后,14C的比例持續(xù)減少?，F(xiàn)通過測量得知,某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一。下列說法正確的是() A.該古木的年代距今約5700年 B.12C、13C、1

14、4C具有相同的中子數(shù) C.14C衰變?yōu)?4N的過程中放出射線 D.增加樣品測量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變,解析】選A、C。剩余的碳14占 ,表明經(jīng)過了一個半衰期,A正確;碳14、13、12的質(zhì)子數(shù)相同,質(zhì)量數(shù)不同,中子數(shù)不同,B錯誤;碳14變?yōu)榈?4,質(zhì)量數(shù)未變,放出的是電子流,即射線,C正確;半衰期不受外界環(huán)境影響,D錯誤,補償訓(xùn)練】一塊含鈾的礦石質(zhì)量為M,其中鈾元素的質(zhì)量為m,鈾發(fā)生一系列衰變,最終生成物為鉛。已知鈾的半衰期為T,那么下列說法中正確的是() A.經(jīng)過2個半衰期后,這塊礦石中基本不再含有鈾 B.經(jīng)過2個半衰期后,原來所含的鈾元素的原子核有 發(fā)生了衰變 C.經(jīng)過3個半衰期后,

15、其中鈾元素的質(zhì)量還剩 D.經(jīng)過1個半衰期后該礦石的質(zhì)量剩下,解析】選C。經(jīng)過2個半衰期后礦石中剩余的鈾應(yīng)該有 ,故選項A、 B錯誤;經(jīng)過3個半衰期后礦石中剩余的鈾還有 ,故選項C正確;因為 衰變產(chǎn)物大部分仍然留在該礦石中,所以礦石質(zhì)量沒有太大的改變, 選項D錯誤,拓展例題】考查內(nèi)容:同位素間的同與不同 【典例示范】現(xiàn)在很多心血管?？漆t(yī)院引進(jìn)了一種被稱為“心肌灌注 顯像”的檢測技術(shù),方法是將若干毫升含放射性元素锝的注射液注入 被檢測者的動脈,經(jīng)過40分鐘后,這些含放射性物質(zhì)的注射液通過血液 循環(huán)均勻地分布在血液中,這時對被檢測者的心臟進(jìn)行造影。心臟血 管正常的位置由于有放射性物質(zhì)隨血液到達(dá)而顯示出有射線射出;心 臟血管被堵塞