高中物理人教版5第十九章原子核2放射性元素的衰變 同課異構(gòu)

放射性元素的衰變【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道放射性現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是原子核的衰變.2知道兩種衰變的規(guī)律，能熟練的運(yùn)用衰變規(guī)律寫出其核的衰變方程.3.了解半衰期的概念，知道半衰期的統(tǒng)計(jì)意義，能利用半衰期描述衰變的速度，并能進(jìn)行簡單的計(jì)算.【知識(shí)探究】一、原子核的衰變[導(dǎo)學(xué)探究](1)原子核輻射α射線和β射線后會(huì)發(fā)生什么變化？(2)原子核衰變過程中符合哪些規(guī)律？發(fā)生α衰變時(shí)，原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)發(fā)生了怎樣的變化？(3)發(fā)生β衰變的原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)發(fā)生了怎樣的變化？β衰變時(shí)的核電荷數(shù)為什么會(huì)增加？釋放的電子從哪里來的？[知識(shí)梳理]三種衰變及衰變規(guī)律(1)α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋________(新核的質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)________.)實(shí)質(zhì)：原子核中，2個(gè)中子和2個(gè)質(zhì)子結(jié)合得比較牢固，有時(shí)會(huì)作為一個(gè)整體從較大的原子核中被釋放出來，這就是放射性元素發(fā)生的α衰變現(xiàn)象.(2)β衰變：eq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋____________(新核的質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)________.)實(shí)質(zhì)：原子核中的中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子且放出一個(gè)電子即β粒子，使電荷數(shù)________，β衰變__________(填“改變”或“不改變”)原子核的質(zhì)量數(shù)，其轉(zhuǎn)化方程為：eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋__________.(3)衰變規(guī)律：衰變過程遵循__________守恒和__________守恒.(4)γ射線是在α衰變或β衰變過程中伴隨而生的，且γ粒子是不帶電的粒子，因此γ射線并不影響原子核的電荷數(shù)，故γ射線不會(huì)改變元素在周期表中的位置.[即學(xué)即用]原子核eq\o\al(238,92)U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,90)Th，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,91)Pa，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,92)U.放射性衰變①、②和③依次為()A.α衰變、β衰變和β衰變B.β衰變、α衰變和β衰變C.β衰變、β衰變和α衰變D.α衰變、β衰變和α衰變二、對半衰期的理解[導(dǎo)學(xué)探究](1)什么是半衰期？對于某個(gè)或選定的幾個(gè)原子核能根據(jù)該種元素的半衰期預(yù)測它的衰變時(shí)間嗎？(2)某放射性元素的半衰期為4天，若有100個(gè)這樣的原子核，經(jīng)過4天后還剩50個(gè)，這種說法對嗎？(3)放射性元素的半衰期由什么決定？能否通過增大壓強(qiáng)或提高溫度加快某種放射性元素衰變的速度？[知識(shí)梳理]對半衰期的理解：(1)半衰期：放射性元素的原子核有________發(fā)生衰變所需的時(shí)間.不同的放射性元素，半衰期________.(2)注意以下兩點(diǎn)：①對于同一種元素，其半衰期是________的，無論是加溫、加壓，或是處于單質(zhì)、化合物狀態(tài)均不影響元素的半衰期，但不同元素的半衰期________，有的差別很大.②半衰期是一種________規(guī)律.對于________的原子核發(fā)生衰變才具有實(shí)際意義，而對于少量的原子核發(fā)生衰變，該統(tǒng)計(jì)規(guī)律不再適用.(3)半衰期公式N余＝________________，m余＝________________，其中τ為半衰期.[即學(xué)即用]下列關(guān)于放射性元素的半衰期的幾種說法中正確的是()A.同種放射性元素，在化合物中的半衰期比在單質(zhì)中長B.把放射性元素放在低溫處，可以減緩放射性元素的衰變C.放射性元素的半衰期與元素所處的物理和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，它是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只對大量的原子核才適用D.氡的半衰期是天，若有4個(gè)氡原子核，則經(jīng)過天后只剩下一個(gè)氡原子核【典例精析】一、衰變方程及衰變次數(shù)的計(jì)算例1eq\o\al(238,92)U核經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)閑q\o\al(206,82)Pb核，問：(1)一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β衰變？(2)eq\o\al(206,82)Pb與eq\o\al(238,92)U相比，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少了多少？(3)綜合寫出這一衰變過程的方程.總結(jié)提升1.衰變方程的書寫：衰變方程用“→”，而不用“＝”表示，因?yàn)樗プ兎匠瘫硎镜氖窃雍说淖兓皇窃拥淖兓?2.確定原子核衰變次數(shù)的方法與技巧：(1)方法1：設(shè)放射性元素eq\o\al(A,Z)X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y，則衰變方程為：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,-1)e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.由此可見，確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個(gè)二元一次方程組.(2)方法2：先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)(這是因?yàn)棣滤プ兊拇螖?shù)是多少對質(zhì)量數(shù)沒有影響)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù).針對訓(xùn)練1(多選)天然放射性元素eq\o\al(232,90)Th(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變之后，變成eq\o\al(208,82)Pa(鉛).下列說法中正確的是()A.衰變的過程共有6次α衰變和4次β衰變B.鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子C.β衰變所放出的電子來自原子核核外軌道D.釷核比鉛核多24個(gè)中子二、對半衰期的理解及有關(guān)計(jì)算例2氡222是一種天然放射性氣體，被吸入后，會(huì)對人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷，它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一.其衰變方程是eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋________.已知eq\o\al(222,86)Rn的半衰期約為天，則約經(jīng)過________天，16g的eq\o\al(222,86)Rn衰變后還剩1g.針對訓(xùn)練2(多選)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)14N與12C的比例不變；生命活動(dòng)結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減少.現(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、13C、14C具有相同的中子數(shù)衰變?yōu)?4N的過程中放出β射線D.增加樣品測量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變【達(dá)標(biāo)檢測】1.(多選)關(guān)于原子核的衰變和半衰期，下列說法正確的是()A.半衰期是指原子核的質(zhì)量減少一半所需要的時(shí)間B.半衰期是指原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間C.發(fā)生α衰變時(shí)產(chǎn)生的新原子核在周期表中的位置向右移動(dòng)2位D.發(fā)生β衰變時(shí)產(chǎn)生的新原子核在周期表中的位置向右移動(dòng)1位2.下列有關(guān)半衰期的說法正確的是()A.放射性元素的半衰期越短，表明有半數(shù)原子核發(fā)生衰變所需的時(shí)間越短，衰變速度越快B.放射性元素的樣品不斷衰變，隨著剩下未衰變的原子核的減少，元素半衰期也變長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衰變速度D.降低溫度或增大壓強(qiáng)，讓該元素與其他物質(zhì)形成化合物，均可減小衰變速度3.碘131的半衰期約為8天，若某藥物含有質(zhì)量為m的碘131，經(jīng)過32天后，該藥物中碘131的含量大約還有()\f(m,4) \f(m,8)\f(m,16) \f(m,32)4.碘131核不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生β衰變，其半衰期為8天.(1)碘131核的衰變方程：eq\o\al(131,53)I→______________(衰變后的元素用X表示).(2)大量碘131原子經(jīng)過________天75%的碘131核發(fā)生了衰變.

答案精析知識(shí)探究一、導(dǎo)學(xué)探究(1)天然放射性元素的原子核輻射α射線或β射線，原子核的核電荷數(shù)就發(fā)生了變化，變成了另一種原子核，也就是原子核發(fā)生了衰變.(2)原子核的衰變符合質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒.α粒子的質(zhì)量數(shù)是4，電荷數(shù)是2，所以發(fā)生α衰變的原子核的質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，新核在元素周期表中的位置向前移動(dòng)兩位，核反應(yīng)方程為：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He.(3)β粒子的質(zhì)量數(shù)是0，電荷數(shù)是－1，所以發(fā)生β衰變的原子核質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1，新核在元素周期表中的位置向后移動(dòng)一位，核反應(yīng)方程為：eq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋0－1e.原子核內(nèi)雖然沒有電子，但核內(nèi)的質(zhì)子和中子是可以相互轉(zhuǎn)化的，當(dāng)核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)，同時(shí)要產(chǎn)生一個(gè)電子并從核內(nèi)釋放出來，就形成了β衰變，從而新核少了一個(gè)中子，但增加了一個(gè)質(zhì)子，核電荷數(shù)增加，并輻射出來一個(gè)電子.知識(shí)梳理(1)eq\o\al(4,2)He減少2(2)0－1e增加1增加1不改變0－1e(3)電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)即學(xué)即用A[eq\o\al(238,)92Ueq\o(→,\s\up7(①))eq\o\al(234,)90Th，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，說明①為α衰變；eq\o\al(234,90)Theq\o(→,\s\up7(②))eq\o\al(234,)91Pa，質(zhì)子數(shù)加1，說明②為β衰變；eq\o\al(234,)91Paeq\o(→,\s\up7(③))eq\o\al(234,)92U，質(zhì)子數(shù)加1，說明③為β衰變.故選A.]二、導(dǎo)學(xué)探究(1)半衰期是一個(gè)時(shí)間，是某種放射性元素的大量原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時(shí)間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，故無法預(yù)測單個(gè)原子核或幾個(gè)特定原子核的半衰期.(2)半衰期是大量放射性元素的原子核衰變時(shí)所遵循的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，不能用于少量的原子核發(fā)生衰變的情況，因此，經(jīng)過4天后，100個(gè)原子核有多少發(fā)生衰變是不能確定的，所以這種說法不對.(3)放射性元素衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定.跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)；不能通過增大壓強(qiáng)或提高溫度的方法加快某種放射性元素的衰變速度，也不能通過物理或化學(xué)的方法減緩放射性元素的衰變速度.知識(shí)梳理(1)半數(shù)不同(2)①一定不同②統(tǒng)計(jì)大量(3)N原(eq\f(1,2))eq\f(t,τ)m原(eq\f(1,2))eq\f(t,τ)即學(xué)即用C[放射性元素的半衰期與其是單質(zhì)還是化合物無關(guān)，與所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，只取決于原子核的內(nèi)部因素，故A、B錯(cuò)；半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對于少量的原子核不適用，故C對，D錯(cuò).]典例精析例1(1)86(2)10個(gè)22個(gè)(3)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋8eq\o\al(4,2)He＋6eq\o\al(0,－1)e解析(1)設(shè)eq\o\al(238,92)U衰變?yōu)閑q\o\al(206,82)Pb經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②聯(lián)立①②解得x＝8，y＝6.即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變.(2)由于每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2，每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)少1，而質(zhì)子數(shù)增加1，故eq\o\al(206,82)Pb較eq\o\al(238,92)U質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22.(3)衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋8eq\o\al(4,2)He＋6eq\o\al(0,－1)e.針對訓(xùn)練1AB[由于β衰變不會(huì)引起質(zhì)量數(shù)的減少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定α衰變的次數(shù)為：x＝eq\f(232－208,4)＝6，再結(jié)合核電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律來判定β衰變的次數(shù)應(yīng)滿足：2x－y＝90－82＝8，y＝2x－8＝4.釷232核中的中子數(shù)為232－90＝142，鉛208核中的中子數(shù)為208－82＝126，所以釷核比鉛核多16個(gè)中子，鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子.由于物質(zhì)的衰變與元素的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，所以β衰變所放出的電子來自原子核內(nèi)，所以選項(xiàng)A、B正確.]例2eq\o\al(4,2)He解析根據(jù)核反應(yīng)過程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可推得該反應(yīng)的另一種生成物為eq\o\al(4,2)He.根據(jù)m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)得eq\f(t,τ)＝4，代入τ＝天，解得t＝天＝天.針對訓(xùn)練2AC[剩余的14C占eq\f(1,2)，表明經(jīng)過了一個(gè)半衰期，A正確；12C、13C、14C的質(zhì)子數(shù)相同，質(zhì)量數(shù)不同，中子數(shù)不同，B錯(cuò)誤；14C變?yōu)?4N，質(zhì)量數(shù)未變，放出的是電子流，即β射線，C正確；半衰期不受外界環(huán)境影響，D錯(cuò)誤.]達(dá)標(biāo)檢測[放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間，它反映了放射性元素衰變速度的快慢，半衰期越短，則衰變越快；某種元素的半衰期長短由其自身因素決定，與它所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無