放射性元素的衰變?nèi)私贪妗局R架構(gòu)+對點(diǎn)訓(xùn)練】 高二物理備課精研提升

5.2放射性元素的衰變基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)一、原子核的衰變半衰期（一）原子核的衰變1．定義：原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，而變成另一種原子核的變化。2．衰變類型(1)α衰變：原子核放出α粒子的衰變．進(jìn)行α衰變時，質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，eq\o\al(238,92)U的α衰變方程：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He。(2)β衰變：原子核放出β粒子的衰變．進(jìn)行β衰變時，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)加1，eq\o\al(234,90)Th的β衰變方程：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e。3．衰變規(guī)律：電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒。（二）半衰期1．定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。2．特點(diǎn)：(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差別非常大。(2)放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。3．適用條件：半衰期描述的是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，不適用于少數(shù)原子核的衰變。要點(diǎn)二、核反應(yīng)放射性同位素及其應(yīng)用（一）核反應(yīng)1．定義：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核或者發(fā)生狀態(tài)變化的過程．2．原子核的人工轉(zhuǎn)變：盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，核反應(yīng)方程eq\o\al(14,

7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,

8)O＋eq\o\al(1,1)H.3．遵循規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒．（二）放射性同位素及其應(yīng)用1．放射性同位素：具有放射性的同位素．2．應(yīng)用：(1)射線測厚儀：工業(yè)部門使用放射性同位素發(fā)出的射線來測厚度．(2)放射治療．(3)培優(yōu)、保鮮．(4)示蹤原子：一種元素的各種同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探測出原子到達(dá)的位置．（三）輻射與安全1．人類一直生活在放射性的環(huán)境中．2．過量的射線對人體組織有破壞作用．在使用放射性同位素時，必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，注意人身安全，同時，要防止放射性物質(zhì)對水源、空氣、用具等的污染．要點(diǎn)突破突破一：衰變半衰期1.原子核衰變的理解衰變類型α衰變β衰變衰變方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋eq\o\al(0,－1)e衰變實(shí)質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成氦核2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e典型方程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒2.對半衰期規(guī)律的理解半衰期定義放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間衰變規(guī)律N余＝N原，m余＝m原式中N原、m原分別表示衰變前的原子核數(shù)和質(zhì)量，N余、m余分別表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子核數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ表示半衰期.影響因素由原子核內(nèi)部因素決定，跟原子所處的外部條件、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)半衰期規(guī)律是對大量原子核衰變行為作出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以對大量原子核衰變行為進(jìn)行預(yù)測，而單個特定原子核的衰變行為不可預(yù)測突破二：核反應(yīng)放射性同位素及其應(yīng)用條件用α粒子、質(zhì)子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變.實(shí)質(zhì)用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變規(guī)律(1)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒；(2)動量守恒原子核人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn)(1)1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程：eq\o\al(14,

7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,

8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)1934年約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e.核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，核反應(yīng)方程不能用等號連接，只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向2．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以上兩式聯(lián)立解得：n＝eq\f(A－A′,4)，m＝eq\f(A－A′,2)＋Z′－Z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α衰變的次數(shù)(這是因?yàn)棣滤プ兊拇螖?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β衰變的次數(shù)。典例精析題型一：原子核的衰變例一．2021年4月底，我國“人造太陽”裝置將完成改造升級，擬在該裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)1億攝氏度“燃燒”100秒的目標(biāo)。該實(shí)驗(yàn)中的可控?zé)岷朔磻?yīng)的方程是H＋H→He＋X，其中海水中富含反應(yīng)原料氘（H），而氚（H）在自然界中含量極微，但可以用某種粒子Y轟擊鋰核（Li）得到，核反應(yīng)方程為Li＋Y→H＋He，下列說法正確的是（）A．粒子X為中子，粒子Y為質(zhì)子B．核反應(yīng)方程Li＋Y→H＋He為α衰變C．核反應(yīng)生成物中的α粒子具有很強(qiáng)的電離本領(lǐng)和穿透能力D．在H＋H→He＋X核反應(yīng)中，反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量變式遷移1：目前，在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素。比如，有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石會釋放出放射性惰性氣體氡，而氡會發(fā)生放射性衰變，放射出、、射線，這些射線會導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病。根據(jù)有關(guān)放射性知識可知，下列說法正確的是（）A．衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的B．氡的半衰期為3.8天，若取4個氡原子核，經(jīng)7.6天后就剩下一個氡原子核C．射線一般伴隨著或射線產(chǎn)生，在這三種射線中，射線的穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱D．發(fā)生衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4題型二：核反應(yīng)放射性同位素及其應(yīng)用例二．如圖，軋鋼廠的熱軋機(jī)上可以安裝射線測厚儀，儀器探測到的射線強(qiáng)度與鋼板的厚度有關(guān)。已知某車間采用放射性同位素依-192作為放射源，其化學(xué)符號是，原子序數(shù)，通過衰變放出射線，半衰期為天，適合透照鋼板厚度，下列說法正確的是（）

A．衰變產(chǎn)生的新核用X表示，銥的衰變方程為份B．若已知鋼板厚度標(biāo)準(zhǔn)為，探測器得到的射線變?nèi)鯐r，說明鋼板厚度大于，應(yīng)當(dāng)增大熱軋機(jī)兩輪之間的厚度間隙C．若有銥，經(jīng)過天有沒有衰變D．放射性同位素發(fā)生衰變時，遵循能量守恒和質(zhì)量守恒變式遷移2：PET（正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像）的基本原理是：將放射性同位素注入人體，參與人體的代謝過程，在人體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子，被探測器探測到，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖像。根據(jù)PET原理，下列說法不正確的是（）A．衰變的方程式為→B．將放射性同位素注入人體，其作用為示蹤原子C．一對正負(fù)電子湮滅后也可能只生成一個光子D．PET所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)小于人體的代謝周期強(qiáng)化訓(xùn)練選擇題1、在勻強(qiáng)磁場中，一個原來靜止的原子核，由于衰變放射出某種粒子，衰變過程動量守恒，結(jié)果得到一張兩個相切圓1和2的徑跡照片如圖所示，已知兩個相切圓半徑分別、，則下列說法正確的是（）

A．該原子核可能發(fā)生α衰變，也可能發(fā)生β衰變B．該原子核衰變后發(fā)射的粒子可能帶正電，也可能帶負(fù)電C．若衰變方程是，則D．若衰變方程是，則2、我國首輛火星車“祝融號”采用放射性材料作為發(fā)電能源為火星車供電。中的元素Pu是，其發(fā)生衰變的半衰期為87.7年。下列說法中正確的是（）A．衰變是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子B．發(fā)生衰變的核反應(yīng)方程為C．經(jīng)過263.1年，大約還有12.5%的原子核Pu沒發(fā)生衰變D．當(dāng)氣溫和引力環(huán)境發(fā)生改變，Pu的半衰期可能會發(fā)生變化3、2021年，硼中子俘獲療法（BNCT）成為抗癌熱點(diǎn)。新一代抗癌技術(shù)通過點(diǎn)滴注射含硼化合物，用超熱中子射線照射。中子與進(jìn)入高細(xì)胞內(nèi)的硼產(chǎn)生核反應(yīng)。其核反應(yīng)方程為：，則（）A．X是粒子 B．X是粒子 C．X是質(zhì)子 D．X是中子4、在醫(yī)學(xué)上鈷-60的放射性常用于癌癥的放射治療。一個鈷-60原子核（）放出一個β粒子后衰變成一個鎳核（），并伴隨產(chǎn)生了γ射線。下列說法正確的是（）A．γ射線的電離本領(lǐng)比β射線強(qiáng)B．氫原子的能級躍遷中不可能放出γ射線C．γ射線與光電效應(yīng)中的光電子是同一種物質(zhì)D．鈷的體積必須大于臨界體積，其衰變反應(yīng)才能順利進(jìn)行5、如圖所示，國家大科學(xué)工程——中國散裂中子源（CSNS）于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是（）A．俘獲一個α粒子，產(chǎn)生并放出一個粒子B．俘獲一個α粒子，產(chǎn)生并放出一個粒子C．俘獲一個質(zhì)子，產(chǎn)生并放出一個粒子D．俘獲一個質(zhì)子，產(chǎn)生并放出一個粒子6、在勻強(qiáng)磁場中，有一個原來靜止的C原子核發(fā)生衰變，它放出的粒子與反沖核的徑跡是兩個相內(nèi)切的圓，兩圓的直徑之比為7：1，那么C的衰變方程為（）A． B． C． D．7、如圖所示，天然放射源放射出的射線從容器的小孔射出，經(jīng)過垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，射線分裂成a、b、c三束。下列說法正確的是（）

A．a(chǎn)是高速粒子流，穿透能力較弱，稱為β射線B．b是高速電子流，穿透能力較強(qiáng)，稱為α射線C．c是能量很高的電磁波，穿透能力最強(qiáng)，稱為γ射線D．電離作用最強(qiáng)的是b射線，電離作用最弱的是c射線8、已知鐳原子核經(jīng)過一次衰變后變成一個新核，下列說法正確的是（）A．該衰變方程為B．新核中有86個中子C．鐳經(jīng)過2個半衰期后還有沒有發(fā)生衰變D．樣品中剩余的鐳越來越少，其半衰期越來越短9、下列說法錯誤的是（）A．原子核發(fā)生β衰變中放出的電子來自原子核外的內(nèi)層電子B．α衰變實(shí)質(zhì)是核內(nèi)的兩個質(zhì)子和兩個中子轉(zhuǎn)化成了一個氦原子核C．放射性同位素和它的非放射性同位素化學(xué)性質(zhì)相同，可以作為示蹤原子D．利用γ射線可以為金屬探傷或者治療肺癌、食道癌等疾病，還可以照射種子使其基因變異，培育優(yōu)良品種10、氚是氫的一種放射性同位素，簡寫為H，氟核發(fā)生β衰變后變成另一種新原子核，氚的半衰期為12.43年，下列關(guān)于氚核衰變說法正確的（）A．