第02節(jié)核衰變與核反應(yīng)方程

1、第四章原子核第二節(jié)原子核衰變及半衰期學習目標1、知道放射現(xiàn)象的實質(zhì)是原子核的衰變2 知道三種射線的本質(zhì)，以及如何利用磁場區(qū)分它們。3、知道兩種衰變的基本性質(zhì)，并掌握原子核的衰變規(guī)律4、理解半衰期的概念重點和難點重點：原子核的衰變規(guī)律及半衰期難點：半衰期描述的對象課前導學一、天然放射性的發(fā)現(xiàn) 物質(zhì)發(fā)射射線的的性質(zhì)稱為放射性。元素這種自發(fā)的放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象，具有放射性的元素稱為放射性元素。 放射性不是少數(shù)幾種元素才有的，研究發(fā)現(xiàn)，原子序數(shù)大于83的所有元素，都能自發(fā)的放出射線,原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性二、放射線中的三劍客在射線經(jīng)過的空間施加磁場，射線會分成三束，其中有

2、兩束發(fā)生了不同的偏轉(zhuǎn)，說明這兩束 ,另一束不偏轉(zhuǎn)，說明。這三種射線叫三、原子核的衰變1. 定義：原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變成的變化稱為原子核的衰變.可分為、,并伴隨著丫射線放出2. 分類：(1) 衰變：鈾238發(fā)生衰變的方程為： ,每發(fā)生一次 衰變，核電荷數(shù)減小2, 質(zhì)量數(shù)減少4. 衰變的實質(zhì)是某元素的原子核同時放出由兩個 和兩個組成的粒子(即氦核).(2) 衰變：釷234發(fā)生衰變的方程為： ,每發(fā)生一次 衰變，核電荷數(shù)增加1 ,質(zhì)量數(shù)不變.衰變的實質(zhì)是元素的原子核內(nèi)的一個 變成時放射出一個 (核內(nèi)11O 、Onr H丄e)（3）丫射線是伴隨 衰變或 衰變同時產(chǎn)生的、丫射線不改變原子核的電

3、荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變時，產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量（核處于激發(fā)態(tài)）而輻射出 3. 規(guī)律：原子核發(fā)生衰變時，衰變前后的 和都守恒注意：元素的放射性與元素存在的狀態(tài)無關(guān)，放射性表明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的四、半衰期1. 定義：放射性元素的原子核有 發(fā)生衰變所需的時間叫做原子核的半衰期2. 意義：反映了核衰變過程的統(tǒng)計快慢程度3. 特征：半衰期由 的因素決定，跟原子所處的 或狀態(tài)無關(guān).新知探究放射線中的三劍客導學釋疑：再一次指導學生閱讀課本內(nèi)容，通過小組合作學習，討論探究以下問題，實現(xiàn)兵教 兵。射線到底是什么？（小組合作討論）把放射源放入由鉛做成的容器中，射線只能從容器

4、的小孔射出，成為細細的一束。在射線經(jīng)過的空間施加磁場，發(fā)現(xiàn)射線如圖所示：（投影）思考與討論： 我們通過什么辦法來研究射線的性質(zhì)？ 你觀察到了什么現(xiàn)象？為什么會有這樣的現(xiàn)象？ 如果:射線，1射線都是帶電粒子流的話，根據(jù)圖判斷，他們分別帶什么電荷。學生分組討論，回答問題。在射線經(jīng)過的空間施加磁場 射線分成三束，射線在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，是受到力的作用。這個力是洛倫 茲力，說明其中的兩束射線是帶電粒子。 根據(jù)左手定則，可以判斷:射線是正電荷，1射線是負電荷。合作探究：（教師精講）t射源鉛盒如果不用磁場判斷，還可以用什么方法判斷三種射線的帶電性質(zhì)？ 帶電粒子在電場中要受電場力作用，可以加一偏轉(zhuǎn)電場，也能判

5、斷三種射線的帶電性質(zhì)， 再次閱讀課本內(nèi)容，填寫下列表格。三種射線的比較種類組成速率貫穿本領(lǐng)電離本領(lǐng)Cf射線氦原子核0.1c最弱很強電子高速電子流0.99c較強較弱射線光子流C最強很弱例 1如圖甲是 Y三種射線穿透能力的示意圖，圖乙是工業(yè)上利用射線的穿透性來檢查金屬內(nèi)部傷痕的示意圖，請問圖乙中的檢查是利用了哪種射線（）TA . 射線B . 射線C . 丫射線D 三種射線都可以解析 根據(jù)三種射線的性質(zhì)知，甲圖中能穿透鋁板的是丫射線，乙圖中檢查鋼板中的砂眼，要求射線能穿透鋼板，故利用的是丫射線，選項C正確.答案 C二、原子核的衰變情景1一個人特別貧窮，一生虔誠地供奉道教呂祖（呂洞賓），呂洞賓被他的誠

6、意所感動, 一天忽然從天上降到他家，看見他家十分貧窮，不禁憐憫他，于是伸出一根手指，指向他庭院中一 塊厚重的石頭，立刻，變化成了金光閃閃的黃金情景2晉朝初年，南昌人許遜被朝廷任命為旌陽縣令，他看到很多老百姓的租稅交不了, 非常同情他們，用點石成金的法術(shù)，免去百姓的租稅思考與討論1以上情景都是點石成金”的傳說，那么在我們生活、生產(chǎn)中有沒有真的（科學的）能將一種物質(zhì)變成另一種物質(zhì)呢？答：.【教師說明】1. 衰變：原子核放出粒子或粒子轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ?科學、真實的將一種物質(zhì)變成另一種物質(zhì)，原來就是原子核的衰變3. 鈾238核放出一個粒子后，核的質(zhì)量數(shù)減少 4,核電荷數(shù)減少2 ,變成新

7、核-釷234核，這 種放出粒子的衰變叫做 衰變.思考與討論2鈾238核衰變方程如何表示？答：.【教師說明】1. 衰變方程式遵守的規(guī)律：（1）質(zhì)量數(shù)守恒（2）核電荷數(shù)守恒2. 衰變的一般方程：:X ：He3. 核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向4. 核反應(yīng)的生成物要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程思考與討論3釷234核（204Th）也具有放射性，它能放出一個粒子（0je）而變成914 Pa（鎂），那它進行的是 衰變，請同學們寫出釷 234核的衰變方程式？答：.【教師說明】1. 衰變前后核電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)都守恒，新核的質(zhì)量數(shù)不變但核電荷數(shù)應(yīng)加1.2.

8、 衰變的一般方程：:XT ZAY +*e思考與討論4原子核里沒有電子，那么衰變中的電子來自哪里？答：.【教師說明】1101. 這個電子從核內(nèi)釋放出來，就形成了衰變，其轉(zhuǎn)化方程：On- 1H .J e .2. 丫射線是由于原子核在發(fā)生衰變或衰變時原子核受激發(fā)而產(chǎn)生的光（能量）輻射，通常是伴隨射線和射線而產(chǎn)生.3. 一種元素只能發(fā)生一種衰變，但在一塊放射性物質(zhì)中可以同時放出 和丫三種射線.例2.天然放射性元素290h（釷）經(jīng)過一系列衰變和衰變之后，變成208Pb（鉛）.下列論斷中正 確的是（）A. 鉛核比釷核少24個中子B. 鉛核比釷核少8個質(zhì)子C. 衰變過程中共有4次衰變和8次衰變D. 衰變過程

9、中共有6次衰變和4次衰變解析：鉛核核子數(shù)比釷核核子數(shù)少24個，而不是中子數(shù)少 24個，A項錯；鉛核質(zhì)子數(shù)為 82,釷核質(zhì)子數(shù)為90,故鉛核比釷核少 8個質(zhì)子，B項對；釷核的衰變方程為:90 Th 282Pb+ x 2 He + y-1 e,式中x、y分別為和的衰變次數(shù).由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有4x+208=232，2x-y+82=90 ,聯(lián)立兩式得x=6，y=4 ,即衰變過程中共有 6次衰變和4次衰變，C 項錯而D項對.答案：BD點評：根據(jù)衰變不改變質(zhì)量數(shù)的特點，可依據(jù)反應(yīng)原子核與最終原子核的質(zhì)量數(shù)改變確定衰變的次數(shù)，然后計算出電荷數(shù)的改變，由其差值可確定 衰變的次數(shù).三、半衰期情景3放射性

10、同位素衰變的快慢有一定的規(guī)律，即元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變有一定的時間.我們有病時服用的不同藥物在體內(nèi)半數(shù)發(fā)生衰變也有一定的時間，這個時間是決定醫(yī)生給藥劑量、次數(shù)的主要依據(jù).思考與討論5閱讀課本第71頁 半衰期”部分的內(nèi)容，并思考下列問題：1. 放射性元素的衰變有什么規(guī)律？2. 用什么物理量描述？3. 這種描述的對象是什么？（學生可參考課本 71頁上的氡的衰變圖，教師引導）答：.【教師說明】1. 放射性元素的原子核，有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期2. 半衰期表示放射性元素的衰變的快慢，不同的放射性元素其半衰期不同3. 半衰期描述的對象是大量的原子核，不是個別原子核，這是一個統(tǒng)計

11、規(guī)律思考與討論4放射性元素的半衰期是由什么決定的？不同的放射性元素其半衰期相同嗎？答：.例3.關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說法正確的有（）A. 是原子核質(zhì)量減少一半所需的時間B. 是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間C. 把放射性元素放在密封的容器中，可以減慢放射性元素的半衰期D. 可以用于測定地質(zhì)年代、生物年代等解析：原子核衰變后變成新核，新核與未衰變的核在一起，故半衰期并不是原子核的數(shù)量、質(zhì)量 減少一半，故A錯B正確；衰變快慢由原子核內(nèi)部因素決定，與原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關(guān)常用其測定地質(zhì)年代、生物年代等，故C錯D正確.答案：BD點評：一種元素的半衰期與這種元素是以單質(zhì)形式還是以化合物形

12、式存在，或者加壓，增溫均 不會改變四、有關(guān)半衰期的計算思考與討論6用N。、mo分別表示衰變前的原子數(shù)目和質(zhì)量，N、m分別表示衰變后剩余的原子核的數(shù)目和質(zhì)量，T為半衰期，t表示衰變過程所經(jīng)歷的時間，那么這些物理量之間的關(guān)系怎樣？答：例4.設(shè)鐳226的半衰期為1.6 ×03年，質(zhì)量為100 g的鐳226經(jīng)過4.8 ×03年后，有多少克鐳發(fā) 生衰變？若衰變后的鐳變?yōu)殂U206 ,則此時鐳鉛質(zhì)量之比為多少？解析：經(jīng)過三個半衰期，剩余鐳的質(zhì)量為tmm。=1OOg =12.5g2 8g g已衰變的鐳的質(zhì)量為 (100 12.5) g = 87.5 g設(shè)生成鉛的質(zhì)量為 m,貝U 226 :

13、 206= 87.5 : m得 m= 79.8 g所以鐳鉛質(zhì)量之比為 125 : 798答案：125 : 798t點評：要理解半衰期表達式中各物理量的含義，在表達式 l'ITmO中，m是指剩余的原子核的量，而不是衰變的量.(四)作業(yè)：布置學生課后看科學漫步探究：如何利用放射性元素的衰變來測定古物的年代。點評：留給學生課后思考和學習的空間。課堂練習X K圖41 . （2014福建30（1）如圖4所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出 丫三種射線，分別進入勻強電場和勻強磁場中，下列說法正確的是 （填選項前的字母）.A .表示丫射線，表示射線B .表示射線，表示射線C .表示射線，表示丫射線D

14、.表示射線，表示射線答案 C解析 根據(jù)三種射線的偏轉(zhuǎn)軌跡可知 表示射線，表示Y射線，表示射線.選項C 正確.-S-圖52計數(shù)器是一種探測射線的儀器，如圖5所示，X為未知放射源，它向右方發(fā)射放射線.放射線首先通過一塊薄鋁箔 P（厚度約為1 mm）,并經(jīng)過一個強磁場區(qū)域后到達計數(shù)器，計數(shù)器上單位時間內(nèi)記 錄到的射線粒子是一定的，現(xiàn)將強磁場移開，計數(shù)器單位時間內(nèi)所記錄的射線粒子基本保持不變， 然后將薄鋁箔P移開，則計數(shù)器單位時間內(nèi)記錄的射線粒子明顯上升，據(jù)此可以判定X為（）A 純射線放射源B 純丫射線放射源C . 射線和射線的混合放射源D . 射線和丫射線的混合放射源答案 D解析 將強磁場移開，計數(shù)

15、器單位時間內(nèi)所記錄的射線粒子基本保持不變，即磁場對射線粒子沒有影響，則可以斷定計數(shù)器接收到的是不帶電的丫射線，以后將薄鋁箔 P（厚度約為1 mm）移開，則計數(shù)器單位時間內(nèi)記錄的射線粒子明顯上升，這說明計數(shù)器除了接收到了丫射線之外，還接收到了一 種原來被厚度約為1 mm的簿鋁箔P擋住的射線，而厚度約為 1 mm的簿鋁箔只能將 射線擋住, 所以X為能放射射線和丫射線的混合放射源，故選項 D正確.90903. 氟90(36Kr)是不穩(wěn)定的，它經(jīng)過一系列衰變最終成為穩(wěn)定的鋯9O(4oZr)，這些衰變是()A . 1次衰變，6次衰變B . 4次衰變C. 2次衰變D . 2次衰變，2次衰變答案 B解析方法

16、一推理計算法根據(jù)衰變規(guī)律，衰變不影響核的質(zhì)量數(shù)，發(fā)生一次 衰變，核電荷數(shù)增加 1；發(fā)生一次衰變，質(zhì) 量數(shù)減少4,核電荷數(shù)減少230Kr衰變?yōu)?0Zr,質(zhì)量數(shù)不變，故未發(fā)生 衰變；核電荷數(shù)增加 4, 一 定是發(fā)生了 4次衰變.方法二列方程求解設(shè)90Kr衰變?yōu)?0Zr ,經(jīng)過了 X次衰變，y次衰變，則有9090436Kr 40Zr + X2He + y Ore由質(zhì)量數(shù)守恒得 90= 90+ 4x由電荷數(shù)守恒得 36= 40+ 2x- y解得X= 0, y= 4,即只經(jīng)過了 4次衰變，選項B正確.14. 放射性同位素24Na的樣品經(jīng)過6小時后還剩下§沒有衰變，求它的半衰期.答案 2 h1解析 每經(jīng)1個半衰期放射性物質(zhì)的質(zhì)量都減半，則經(jīng)過n個半衰期剩余的質(zhì)量為 m = m0(1)n.11設(shè)6小時經(jīng)過的半衰期個數(shù)為n,則(2)n= £,所以n = 3.則24Na的半衰期為T= * = 2 h.教學體會本堂課探究