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】1.知道放射性現(xiàn)象的實質(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)計意義，能利用半衰期描述衰變的速度，并能進行簡單的計算.【知識探究】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，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衰變時的核電荷數(shù)為什么會增加？釋放的電子從哪里來的？[知識梳理]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)________.)實質(zhì)：原子核中，2個中子和2個質(zhì)子結(jié)合得比較牢固，有時會作為一個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)________.)實質(zhì)：原子核中的中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子且放出一個電子即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？對于某個或選定的幾個原子核能根據(jù)該種元素的半衰期預(yù)測它的衰變時間嗎？(2)某放射性元素的半衰期為4天，若有100個這樣的原子核，經(jīng)過4天后還剩50個，這種說法對嗎？(3)放射性元素的半衰期由什么決定？能否通過增大壓強或提高溫度加快某種放射性元素衰變的速度？[知識梳理]對半衰期的理解：(1)半衰期：放射性元素的原子核有________發(fā)生衰變所需的時間.不同的放射性元素，半衰期________.(2)注意以下兩點：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)生衰變才具有實際意義，而對于少量的原子核發(fā)生衰變，該統(tǒng)計規(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)，它是一個統(tǒng)計規(guī)律，只對大量的原子核才適用D.氡的半衰期是天，若有4個氡原子核，則經(jīng)過天后只剩下一個氡原子核【典例精析】一、衰變方程及衰變次數(shù)的計算例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，因為衰變方程表示的是原子核的變化，而不是原子的變化.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)(這是因為β衰變的次數(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個中子二、對半衰期的理解及有關(guān)計算例2氡222是一種天然放射性氣體，被吸入后，會對人的呼吸系統(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)境的壓強將加速14C的衰變【達標檢測】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間B.半衰期是指原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間C.發(fā)生α衰變時產(chǎn)生的新原子核在周期表中的位置向右移動2位D.發(fā)生β衰變時產(chǎn)生的新原子核在周期表中的位置向右移動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，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，同時要產(chǎn)生一個電子并從核內(nèi)釋放出來，就形成了β衰變，從而新核少了一個中子，但增加了一個質(zhì)子，核電荷數(shù)增加，并輻射出來一個電子.知識梳理(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)半衰期是一個時間，是某種放射性元素的大量原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時間的統(tǒng)計規(guī)律，故無法預(yù)測單個原子核或幾個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所遵循的統(tǒng)計規(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)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.知識梳理(1)半數(shù)不同(2)①一定不同②統(tǒng)計大量(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；半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，對于少量的原子核不適用，故C對，D錯.]典例精析例1(1)86(2)10個22個(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個中子，鉛核比釷核少8個質(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錯誤.]達標檢測[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