人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案1：5 2 第1課時(shí) 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(cè)PAGEPAGE15.2第1課時(shí)原子核的衰變半衰期〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.知道衰變、半衰期及原子核衰變的規(guī)律2.理解原子核的衰變規(guī)律及半衰期的計(jì)算方法〖知識(shí)梳理〗一、原子核的衰變1．定義原子核自發(fā)地放出或，由于核電荷數(shù)變了，它在元素周期表中的位置就變了，變成另一種。我們把這種變化稱為原子核的衰變。2．衰變分類(1)α衰變：放出α粒子的衰變。(2)β衰變：放出β粒子的衰變。3．衰變過程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋。eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋。4．衰變規(guī)律(1)原子核衰變時(shí)和都守恒。(2)任何一種放射性元素只有一種放射性，不能同時(shí)既有α放射性又有β放射性，而γ射線伴隨α衰變或β衰變產(chǎn)生。說明：原子核衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)守恒，但不是質(zhì)量守恒，有質(zhì)量減少(也叫質(zhì)量虧損)。二、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(shí)間。2．決定因素放射性元素衰變的快慢是由的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。不同的放射性元素，半衰期。3．應(yīng)用利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點(diǎn)，可以測量其衰變程度、推斷時(shí)間?！颊n堂探究〗一、對(duì)原子核衰變的理解思考1原子核α衰變實(shí)質(zhì)是放出一個(gè)氦原子核，β衰變實(shí)質(zhì)是放出一個(gè)電子。試探究：(1)放射性元素能不能一次衰變同時(shí)產(chǎn)生α射線和β射線？(2)γ射線又是怎樣產(chǎn)生的？1．衰變實(shí)質(zhì)α衰變：原子核內(nèi)兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，并在一定條件下作為一個(gè)整體從較大的原子核中拋射出來，產(chǎn)生α衰變。轉(zhuǎn)化方程為2eq\o\al(1,0)n＋2eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He。β衰變：原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子留在原子核內(nèi)，同時(shí)放出一個(gè)電子，即β粒子放射出來。轉(zhuǎn)化方程為eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e。2．衰變規(guī)律原子核發(fā)生衰變時(shí)，遵循三個(gè)守恒定律(1)衰變前后的電荷數(shù)守恒。(2)質(zhì)量數(shù)守恒。(3)動(dòng)量守恒。3．衰變方程通式(1)α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He。(2)β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e。4．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(gè)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(duì)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)。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。規(guī)律歸納衰變次數(shù)的判斷方法(1)衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。(2)每發(fā)生一次α衰變，質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均減少2。(3)每發(fā)生一次β衰變，中子數(shù)減少1，質(zhì)子數(shù)增加1。二、半衰期的理解與應(yīng)用思考2放射性元素氡(eq\o\al(222,86)Rn)經(jīng)α衰變成為釙(eq\o\al(218,84)Po)，半衰期約為3.8天；但勘測表明，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代后，目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素eq\o\al(222,86)Rn的礦石。(1)甲同學(xué)說eq\o\al(222,86)Rn主要存在于地球深處的礦石中，溫度和壓力改變了它的半衰期，這種說法對(duì)嗎？(2)如果不對(duì)，那到底是什么原因呢？1．對(duì)半衰期的理解：半衰期表示放射性元素衰變的快慢。2．半衰期公式：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(eq\f(t,τ))，m余＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(eq\f(t,τ))，式中N原、m0表示衰變前的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，τ表示半衰期。3．適用條件：半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，是對(duì)大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對(duì)于一個(gè)特定的原子核，無法確定其何時(shí)發(fā)生衰變，半衰期只適用于大量的原子核。例2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)經(jīng)過________天75%的碘131核發(fā)生了衰變。規(guī)律歸納有關(guān)半衰期的兩點(diǎn)提醒(1)半衰期是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間，而不是樣本質(zhì)量減少一半的時(shí)間。(2)經(jīng)過n個(gè)半衰期，剩余原子核N剩＝eq\f(1,2n)N總?！颊n堂達(dá)標(biāo)〗1．(多選)下列說法中正確的是()A．β衰變放出的電子來自組成原子核的電子B．β衰變實(shí)質(zhì)是核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成了一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子C．α衰變說明原子核中含有α粒子D．γ射線總是伴隨其他衰變發(fā)生，它的本質(zhì)是電磁波2．有一種新型鎳銅長效電池，它是采用半衰期長達(dá)100年的放射性同位素鎳63(eq\o\al(63,28)Ni)和銅兩種金屬作為長壽命電池的材料，利用鎳63發(fā)生β衰變時(shí)釋放電子給銅片，把鎳63和銅片作電池兩極，外接負(fù)載為負(fù)載提供電能。下面有關(guān)該電池的說法正確的是()A．鎳63的衰變方程是eq\o\al(63,28)Ni→eq\o\al(63,29)Cu＋eq\o\al(0,－1)eB．鎳63的衰變方程是eq\o\al(63,28)Ni→eq\o\al(63,27)Cu＋eq\o\al(0,1)eC．外接負(fù)載時(shí)鎳63的電勢比銅片低D．該電池內(nèi)電流方向是從鎳片到銅片3．(多選)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。下列選項(xiàng)正確的是()A．①是α衰變 B．②是β衰變C．③是β衰變 D．③是γ衰變4．(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)14C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?，F(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B．12C、13C、14C具有相同的中子數(shù)C．14C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

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識(shí)梳理〗一、α粒子β粒子原子核eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(0,－1)e電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)二、半數(shù)核內(nèi)部自身不同〖課堂探究〗思考1(1)不能，一次衰變只能是α衰變或β衰變，而不能同時(shí)發(fā)生α衰變和β衰變。(2)放射性的原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時(shí)產(chǎn)生的新核處于高能級(jí)，這時(shí)它要向低能級(jí)躍遷，并放出γ光子。例1〖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＋4x ①92＝82＋2x－y ②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)減少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?！即鸢浮?1)8次α衰變和6次β衰變(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思考2(1)不對(duì)。放射性元素的半衰期由原子核本身的因素決定，與外界環(huán)境等因素?zé)o關(guān)。(2)地殼中原有的eq\o\al(222,86)Rn早已衰變完了，目前地殼中的eq\o\al(222,86)Rn主要來自其他放射性元素的衰變。例2〖解析〗(1)eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)X＋eq\o\al(0,－1)e(2)75%的碘發(fā)生了衰變，即25%的未衰變。即eq\f(m,m0)＝25%＝eq\f(1,4)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(2)共經(jīng)歷了兩個(gè)半衰期即16天。〖答案〗(1)eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)X＋eq\o\al(0,－1)e(2)16〖課堂達(dá)標(biāo)〗1．〖答案〗BD〖解析〗原子核發(fā)生β衰變中放出的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子而釋放的電子，故A錯(cuò)誤；B正確；α射線是具有放射性的元素的原子核在發(fā)生衰變時(shí)兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合在一起而從原子核中釋放出來，C錯(cuò)誤；γ射線總是伴隨著其他衰變發(fā)生，它的本質(zhì)是電磁波，故D正確。2．〖答案〗A〖解析〗鎳63的衰變方程為eq\o\al(63,28)Ni→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(63,29)Cu，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；電流方向?yàn)檎姾啥ㄏ蛞苿?dòng)方向，在電池內(nèi)部電流從銅片到鎳片，鎳片電勢高，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。3．〖答案〗ABC〖解析〗eq\o\al(238,92)Ueq\o(\o\al(234,90))Th，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，說明①為α衰變，A正確；eq\o\al(234,90)Theq\o\al(234,91)Pa，質(zhì)子數(shù)加1，質(zhì)量數(shù)不變，說明②為β衰變，中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子，B正確；eq\o\al(234,91)Paeq\o\al(234,92)U，質(zhì)子數(shù)加1，質(zhì)量數(shù)不變，