人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學案：2 第1課時 原子核的衰變 半衰期

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE12放射性元素的衰變第1課時原子核的衰變半衰期〖學習目標〗1.知道什么是α衰變和β衰變，能運用衰變規(guī)律寫出衰變方程.2.知道半衰期的概念和半衰期的統(tǒng)計意義，能利用半衰期公式進行簡單計算．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(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)計規(guī)律，不適用于少數(shù)原子核的衰變．判斷下列說法的正誤．(1)原子核在衰變時，它在元素周期表中的位置不變．(×)(2)β衰變是原子核外電子的電離．(×)(3)把放射性元素放在低溫處，可以減緩放射性元素的衰變．(×)(4)某原子核衰變時，放出一個β粒子后，原子核的中子數(shù)少1，原子序數(shù)少1.(×)(5)氡的半衰期是3.8天，若有4個氡原子核，則經(jīng)過7.6天后只剩下一個氡原子核．(×)一、原子核的衰變導學探究如圖1為α衰變、β衰變示意圖．圖1(1)當原子核發(fā)生α衰變時，原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)如何變化？(2)當發(fā)生β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？〖答案〗(1)α衰變時，質(zhì)子數(shù)減少2，中子數(shù)減少2.(2)β衰變時，新核的核電荷數(shù)增加1.新核在元素周期表中的位置向后移動一位．知識深化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、動量守恒命題角度1衰變規(guī)律的理解(多選)(2020·襄陽市第一中學高二月考)放射性元素eq\o\al(238,92)U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成eq\o\al(210,83)Bi，而eq\o\al(210,83)Bi可以經(jīng)一次衰變變成eq\o\al(210,a)X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)一次衰變變成eq\o\al(b,81)Tl，eq\o\al(210,a)X和eq\o\al(b,81)Tl最后都變成eq\o\al(206,82)Pb，衰變路徑如圖2所示．則()圖2A．a(chǎn)＝82，b＝211B.eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X是α衰變，eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl是β衰變C.eq\o\al(210,a)X→eq\o\al(206,82)Pb是α衰變，eq\o\al(b,81)Tl→eq\o\al(206,82)Pb是β衰變D.eq\o\al(b,81)Tl經(jīng)過一次β衰變變成eq\o\al(206,82)Pb〖答案〗CD〖解析〗eq\o\al(210,83)Bi經(jīng)過一次衰變變成eq\o\al(210,a)X，質(zhì)量數(shù)沒有發(fā)生變化，為β衰變，即eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,a)X＋eq\o\al(0,－1)e，解得a＝84；eq\o\al(210,83)Bi經(jīng)過一次衰變變成eq\o\al(b,81)Ti，核電荷數(shù)少2，為α衰變，即eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)Tl→eq\o\al(4,2)He，解得b＝206，故A、B錯誤．結(jié)合A、B可知eq\o\al(210,84)X→eq\o\al(206,82)Pb＋eq\o\al(4,2)He，是α衰變；eq\o\al(206,81)Tl→eq\o\al(206,82)Pb＋eq\o\al(0,－1)e，是β衰變，故C、D正確．命題角度2衰變次數(shù)的計算eq\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．〖答案〗(1)86(2)1022(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.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．衰變次數(shù)的判斷技巧(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.(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)(這是因為β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β衰變的次數(shù)．二、半衰期導學探究如圖3為始祖鳥的化石，美國科學家維拉·黎比運用了半衰期的原理發(fā)明“碳－14計年法”，并因此榮獲了1960年的諾貝爾獎．利用“碳－14計年法”可以估算出始祖鳥的年齡．圖3(1)為什么能夠運用半衰期來計算始祖鳥的年齡？(2)若有10個具有放射性的原子核，經(jīng)過一個半衰期，則一定有5個原子核發(fā)生了衰變，這種說法是否正確，為什么？〖答案〗(1)半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間．能夠運用它來計算始祖鳥的年齡是因為半衰期與原子所處的化學狀態(tài)和外部條件無關(guān)．(2)這種說法是錯誤的，因為半衰期描述的是大量放射性元素衰變的統(tǒng)計規(guī)律，不適用于少量原子核的衰變．知識深化對半衰期規(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)計結(jié)果，可以對大量原子核衰變行為進行預測，而單個特定原子核的衰變行為不可預測(2020·揚州市江都區(qū)大橋高級中學高二期中)下列有關(guān)半衰期的說法中正確的是()A．所有放射性元素都有半衰期，其半衰期的長短與元素的質(zhì)量有關(guān)B．半衰期是放射性元素有半數(shù)核子發(fā)生衰變所需要的時間C．一塊純凈的放射性元素礦石，經(jīng)過一個半衰期后，它的總質(zhì)量僅剩下一半D．放射性元素在高溫和高壓下，半衰期變短，在與其他物質(zhì)組成化合物時半衰期要變長〖答案〗B〖解析〗放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部因素決定，與所處的化學狀態(tài)和外部條件無關(guān)，故A、D錯誤；半衰期是放射性元素有半數(shù)核子發(fā)生衰變所需要的時間，故B正確；一塊純凈的放射性元素礦石，經(jīng)過一個半衰期后，其中該放射性元素的原子的個數(shù)中剩下一半，但衰變后的產(chǎn)物仍然存在于礦山中，所以它的總質(zhì)量要大于原來的一半，故C錯誤．(2020·奉新縣第一中學高二月考)放射性同位素eq\o\al(14,6)C被考古學家稱為“碳鐘”，它可以用來判定古生物的年代．宇宙射線中高能量中子碰撞空氣中的氮原子后，就會形成很不穩(wěn)定的eq\o\al(14,6)C，它很容易發(fā)生β衰變，變成一個新核，其半衰期為5730年．該衰變的核反應(yīng)方程式為________.eq\o\al(14,6)C的生成和衰變通常是平衡的，即生物活體中eq\o\al(14,6)C的含量是不變的．當生物體死亡后，機體內(nèi)eq\o\al(14,6)C的含量將會不斷減少．若測得一具古生物遺骸中eq\o\al(14,6)C含量只有活體中的12.5%，則這具遺骸距今約有________年．〖答案〗eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,

7)N＋eq\o\al(0,－1)e17190〖解析〗發(fā)生β衰變，釋放電子，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒可知eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,

7)N＋eq\o\al(0,－1)e.測得一具古生物遺骸中eq\o\al(14,6)C含量只有活體中的12.5%，即eq\f(1,8)，經(jīng)過了3個半衰期，故這具遺骸距今約有5730×3＝17190年．1．(衰變規(guī)律)放射性同位素釷eq\o\al(232,90)Th經(jīng)一系列α、β衰變后生成氡eq\o\al(220,86)Rn，以下說法正確的是()A．每經(jīng)過一次α衰變原子核的質(zhì)量數(shù)會減少2B．每經(jīng)過一次β衰變原子核的質(zhì)子數(shù)會增加1個C．放射性元素釷eq\o\al(232,90)Th的原子核比氡eq\o\al(220,86)Rn原子核的中子數(shù)少4個D．釷eq\o\al(232,90)Th衰變成氡eq\o\al(220,86)Rn一共經(jīng)過2次α衰變和3次β衰變〖答案〗B〖解析〗每經(jīng)過一次α衰變，原子的核電荷數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4，故A錯誤；每經(jīng)過一次β衰變，原子的核電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)等于核電荷數(shù)，則質(zhì)子數(shù)增加1個，故B正確；元素釷eq\o\al(232,90)Th的原子核的質(zhì)量數(shù)為232，質(zhì)子數(shù)為90，則中子數(shù)為142，氡eq\o\al(220,86)Rn原子核的質(zhì)量數(shù)為220，質(zhì)子數(shù)為86，則中子數(shù)為134，可知放射性元素釷eq\o\al(232,90)Th的原子核比氡eq\o\al(220,86)Rn原子核的中子數(shù)多8個，故C錯誤；釷eq\o\al(232,90)Th衰變成氡eq\o\al(220,86)Rn，可知質(zhì)量數(shù)減少12個，電荷數(shù)減少4個，因為經(jīng)過一次α衰變，電荷數(shù)減少2個，質(zhì)量數(shù)減少4個，經(jīng)過一次β衰變，電荷數(shù)增加1個，質(zhì)量數(shù)不變，可知經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變，故D錯誤．2．(衰變規(guī)律)(多選)(2020·南寧三中高二期中)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)Pb(鉛)，以下說法中正確的是()A．鉛核比釷核少8個質(zhì)子B．鉛核比釷核少16個中子C．共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變D．共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變〖答案〗ABD〖解析〗根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，鉛核比釷核少90－82＝8個質(zhì)子，少16個中子；發(fā)生α衰變是放出eq\o\al(4,2)He，發(fā)生β衰變是放出電子eq\o\al(0,－1)e，設(shè)發(fā)生了x次α衰變和y次β衰變，由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒有：2x－y＋82＝90,4x＋208＝232，解得x＝6，y＝4，故衰變過程中共6次α衰變和4次β衰變，A、B、D正確．3．(半衰期的理解)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