高中物理选修3-5全套教案--19.2 放射性元素的衰变

第十九章原子核新课标要求1．内容标准（1）知道原子核的组成，知道放射性和原子核的衰变，会用半衰期描述衰变速度,知道半衰期的统计意义，（2）了解放射性同位素的应用，知道射线的危害和防护，例1 了解放射性在医学和农业中的应用，例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性,了解相关的国家标准，（3）知道核力的性质，能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因，会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程，（4）认识原子核的结合能，知道裂变反应和聚变反应，关注受控聚变反应研究的进展，（5）知道链式反应的发生条件，了解裂变反应堆的工作原理，了解常用裂变反应堆的类型，知道核电站的工作模式，（6）通过核能的利用,思考科学技术与社会的关系，例3 思考核能开发带来的社会问题，（7）初步了解恒星的演化，初步了解粒子物理学的基础知识，例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用，2．活动建议：（1）通过查阅资料,了解常用的射线检测方法，（2）观看有关核能利用的录像片，（3）举办有关核能利用的科普讲座，新课程学习19．2 放射性元素的衰变★新课标要求（一）知识与技能1、知道放射现象的实质是原子核的衰变2、知道两种衰变的基本性质,并掌握原子核的衰变规律3、理解半衰期的概念（二）过程与方法1、能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式2、能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）（三）情感、态度与价值观通过传说的引入,对学生进行科学精神与唯物史观的教育,不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求,从而引领学生进入一个美妙的微观世界，★教学重点原子核的衰变规律及半衰期★教学难点半衰期描述的对象★教学方法教师启发、引导,学生讨论、交流，★教学用具：投影片,多媒体辅助教学设备★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课教师：同学们有没有听说过点石成金的传说,或者将一种物质变成另一种物质，学生讨论非常活跃,孙悟空,八仙,神仙；魔术,街头骗局，点评：通过这样新颖的课题引入,给学生创设情景,能充分调动学生的积极性,挑起学生对未知知识的热情，教师：刚才同学们讲的都很好,但都是假的，孙悟空,八仙,神仙：人物不存在，魔术,街头骗局：就是假的，学生顿时安静,同时也心存疑惑：当然是假的,难道还有真的不成？点评：对于学生来讲要使其相信科学技术反对迷信,同时也要提高警惕小心上当受骗,提高学生自我保护意识，更加吊起了学生学习新知识的胃口,为新课教学的顺利进行奠定了基础，教师：那有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？学生愕然，点评：进一步吊起了学生学习新知识的胃口，教师：有（大声,肯定地回答）学生惊讶,议论纷纷，点评：再一次吊起了学生学习新知识的胃口，通过这样四次吊胃口,新课的成功将是必然，教师：这就是我们今天要学习的放射性元素的衰变，点评：及时推出课题，（二）进行新课1．原子核的衰变教师：原子核放出α或β粒子,由于核电荷数变了,它在周期表中的位置就变了,变成另一种原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变，学生豁然开朗：科学、真实的将一种物质变成另一种物质,原来就是原子核的衰变，点评：及时给出问题的答案,学生并不会索然无味,相反会对原子核的衰变这一新知识产生浓厚的兴趣，教师：铀238核放出一个α粒子后,核的质量数减少4,核电荷数减少2,变成新核-----钍234核，那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变，学生定有这样的想法：放出α粒子的衰变叫做α衰变，那放出β粒子的衰变叫做β衰变？点评：这里一下子会出现了“α衰变”,“衰变方程式”两个新名词,教师要耐心的讲解,学生有插嘴的,如果正确要及时肯定并表扬，教师：这个过程可以用衰变方程式来表示：23892U→23490Th+42He（一边说一边写,不要解释,要请学生来分析其中的奥秘）学生定有这样的想法：衰变方程式和化学反应方程式、离子反应方程式有何联系与区别？点评：理论基础：建构主义认为学习过程是学生在一定条件下,对客观事物反映的过程，是一个主动建构过程,作为认识对象的知识并不像实物一样可以由教师简单地传递给学生,须由学生自己来建构,并纳入他自己原有的知识结构中,别人是无法替代的，在此要充分利用学生原有的知识基础即：化学反应方程式、离子反应方程式,来帮助学生自己来建构衰变方程式,并把它纳入自己原有的知识结构中去，学生充分讨论：衰变方程式和化学反应方程式、离子反应方程式有何联系与区别,并由学生自己表述，点评：可以让学生自己归纳总结,有不到之处教师再帮助总结，教师：衰变方程式遵守的规律：（1）质量数守恒（2）核电荷数守恒（进一步解释：守恒就是反应前后相等）α衰变规律：A Z X→A-4Z-2Y+42He学生进一步理解两个守恒：（1）质量数守恒（2）核电荷数守恒教师：钍234核也具有放射性,它能放出一个β粒子而变成23491Pa（镤）,那它进行的是β衰变,请同学们写出钍234核的衰变方程式？学生探究、练习写出钍234核的衰变方程式，点评：写钍234核的衰变方程式是要求学生可以查阅化学书后面的元素周期表,但不可以看物理教材，在此培养学生查阅质料的能力，学生在此会碰到β粒子的表示,教师要及时直接给出结论：β粒子用0-1e表示，教师：钍234核的衰变方程式：234Th→23491Pa+0-1e90衰变前后核电荷数、质量数都守恒,新核的质量数不会改变但核电荷数应加1β衰变规律：A Z X→A Z+1Y+0-1e学生再一次理解两个守恒：（1）质量数守恒（2）核电荷数守恒点评：β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题,但并不象α衰变那样容易理解,因为核电荷数要增加,学生会问为什么会增加？哪来的电子？这里就顺理成章的来解释中子转化的过程，教师：原子核内虽然没有电子,但核内的的质子和中子是可以相互转化的，当核内的中子转化为质子时同时要产生一个电子1n→11H＋0-1e这个电子从核内释放出来,就形成了β衰变，可以看出新核少了一个中子,却增加了一个质子,并放出一个电子，学生更进一步理解两个守恒：（1）质量数守恒（2）核电荷数守恒教师：γ射线是由于原子核在发生α衰变和β衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射,通常是伴随α射线和β射线而产生，γ射线的本质是能量，学生理解γ射线的本质,不能单独发生，2．半衰期教师：阅读教材半衰期部分放射性元素的衰变的快慢有什么规律？用什么物理量描述？这种描述的对象是谁？学生带着问题看书，点评：培养学生自学能力、阅读能力、提炼有用信息的能力，教师提供教材上的氡的衰变图的投影：m/m0＝(1/2)n学生交流阅读体会：（1）氡每隔3.8天质量就减少一半，（2）用半衰期来表示，（3）大量的氡核，点评：第三个问题：描述的对象是谁？这个问题学生比较难理解,需要教师做引导和类比，培养学生阅读图象的方法和能力，教师：同学们的回答都很精彩（鼓励）教师总结：半衰期表示放射性元素的衰变的快慢放射性元素的原子核,有半数发生衰变所需的时间,叫做这种元素的半衰期半衰期描述的对象是大量的原子核,不是个别原子核,这是一个统计规律，学生进一步整理自己的阅读体会并形成自己的知识，点评：教师做引导和类比可以从统计规律的角度出发，例如：数学上的概率问题（抛硬币）将1万枚硬币抛在地上,那正反两面的个数大概为5000对5000,但就某个硬币来看要么是正面,要么是反面，这个事实告诉我们统计规律的对象仅仅对大量事实适用,对个别不适用，教师：元素的半衰期反映的是原子核内部的性质,与原子所处的化学状态和外部条件无关，简单介绍：镭226→氡222的半衰期为1620年铀238→钍234的半衰期为4.5亿年学生对原子所处的化学状态和外部条件进行理解，点评：一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在,或者加压,增温均不会改变，教师给出课堂巩固练习题例1：配平下列衰变方程23492U→23090Th+( 42He )23490U→23491Pa+( 0-1e )例2：钍232（23290Th）经过________次α衰变和________次β衰变,最后成为铅208（20882Pb）学生独立分析：因为α衰变改变原子核的质量数而β衰变不能,所以应先从判断α衰变次数入手：α衰变次数=u4u208-u232=6.每经过1次α衰变,原子核失去2个基本电荷,那么,钍核经过6次α衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差,决定了β衰变次数：β衰变次数=(-1)e82e -6)2e-e90(=4点评：这些课堂练习都很基本完全可以由学生自己讨论解决，（三）课堂小结教师引导学生自己进行总结，学生总结,讨论，本堂课研究了放射性元素的衰变,其实质是原子核发生衰变，衰变有二种：α衰变、β衰变，γ辐射伴随α衰变和β衰变而产生，原子核衰变的快慢用半衰期表示,它是放射性元素的原子核有半数发生衰变所用的时间,完全由原子核自身的性质决定,与原子所处的化学状态和外部条件无关，（四）作业：布置学生课后看科学漫步探究：如何利用放射性元素的衰变来测定古物的年代，点评：留给学生课后思考和学习的空间，★教学体会本堂课探究原子核内部的美妙世界,在教学过程中合理的设置疑问来吊学生的胃口是行之有效的方法，要充分运用建构主义的教育理论来指导本课的教学工作,在此基础上把大部分时间留给学生去思考,去讨论、去实践、去练习,从而培养学生的主体意识和创新能力,它的优势主要在以下三个方面：①主体意识：学生在学习中能够自启入境、自学探究、自研交流、自评完善；②独立意识：学生能够根据自身的特点,选择适合自己的方法,独立的解决问题；③创新意识：学生在继承传统,掌握原有知识的基础上学会迁移,能运用原来的知识体系去开拓新的领域,敢于提出新问题、新思想，。

2 放射性元素的衰变●学习目标1.知道放射现象的实质是原子核的衰变.2.知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律.3.理解半衰期的概念,并能进行简单的计算.●重点和难点重点：原子核的衰变规律及半衰期难点：半衰期描述的对象课前导学一、原子核的衰变1.定义：原子核自发地放出某种粒子而转变成的变化称为原子核的衰变.可分为、，并伴随着γ射线放出.2.分类：（1）α衰变：铀238发生α衰变的方程为：，每发生一次α衰变，核电荷数减小2，质量数减少4.α衰变的实质是某元素的原子核同时放出由两个和两个组成的粒子（即氦核）.（2）β衰变：钍234发生β衰变的方程为：，每发生一次β衰变，核电荷数增加1，质量数不变.β衰变的实质是元素的原子核内的一个变成时放射出一个（核内110011n H e -→+）. （3）γ射线是伴随衰变或衰变同时产生的、γ射线不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出.3.规律：原子核发生衰变时，衰变前后的和都守恒.注意：元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的.二、半衰期1.定义：放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间叫做原子核的半衰期.2.意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度.3.特征：半衰期由的因素决定,跟原子所处的或状态无关.新知探究一、原子核的衰变〈情景1〉一个人特别贫穷，一生虔诚地供奉道教吕祖（吕洞宾），吕洞宾被他的诚意所感动，一天忽然从天上降到他家，看见他家十分贫穷，不禁怜悯他，于是伸出一根手指，指向他庭院中一块厚重的石头，立刻，变化成了金光闪闪的黄金.〈情景2〉晋朝初年，南昌人许逊被朝廷任命为旌阳县令，他看到很多老百姓的租税交不了，非常同情他们，用点石成金的法术，免去百姓的租税.〔思考与讨论1〕以上情景都是“点石成金”的传说，那么在我们生活、生产中有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？答：.【教师说明】1.衰变：原子核放出 α粒子或 β粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变.2.科学、真实的将一种物质变成另一种物质，原来就是原子核的衰变.3.铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核---钍234核，这种放出α粒子的衰变叫做α衰变.〔思考与讨论2〕铀238核α衰变方程如何表示？答：.【教师说明】1.衰变方程式遵守的规律：（1）质量数守恒（2）核电荷数守恒2.α衰变的一般方程：He Y x 424-A 2A z +→-z3.核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向.4.核反应的生成物要以实验为基础，不能凭空杜撰出生成物来写核反应方程.〔思考与讨论3〕钍234核（Th 23490）也具有放射性，它能放出一个β粒子（e 01-）而变成Pa 23491（镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？答：.【教师说明】1.β衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不变但核电荷数应加1.2.β衰变的一般方程：e Y x 01A 1A z -++→z〔思考与讨论4〕原子核里没有电子，那么β衰变中的电子来自哪里？答：.【教师说明】1.这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变，其转化方程：e H n 011110-+→ .2.γ射线是由于原子核在发生α衰变或β衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随α射线和β射线而产生.3.一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出α、β和γ三种射线. ▲典题精析1. 天然放射性元素23290Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成20882Pb(铅).下列论断中正确的是( )A.铅核比钍核少24个中子B.铅核比钍核少8个质子C.衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变D.衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变[解析]铅核核子数比钍核核子数少24个，而不是中子数少24个，A 项错；铅核质子数为82，钍核质子数为90，故铅核比钍核少8个质子，B 项对；钍核的衰变方程为：23290Th→20882Pb ＋x 42He ＋y －10e ，式中x 、y 分别为α和β的衰变次数.由质量数守恒和电荷数守恒有 4x+208=232，2x-y+82=90，联立两式得x=6，y=4，即衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变，C 项错而D 项对.[答案]BD点评：根据β衰变不改变质量数的特点，可依据反应原子核与最终原子核的质量数改变确定α衰变的次数，然后计算出电荷数的改变,由其差值可确定β衰变的次数.二、半衰期〈情景3〉放射性同位素衰变的快慢有一定的规律，即元素的原子核有半数发生衰变有一定的时间.我们有病时服用的不同药物在体内半数发生衰变也有一定的时间，这个时间是决定医生给药剂量、次数的主要依据.〔思考与讨论5〕阅读课本第71页 “半衰期”部分的内容，并思考下列问题：1.放射性元素的衰变有什么规律？2.用什么物理量描述？3.这种描述的对象是什么？（学生可参考课本71页上的氡的衰变图，教师引导）答：.【教师说明】1.放射性元素的原子核，有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期.2.半衰期表示放射性元素的衰变的快慢，不同的放射性元素其半衰期不同.3.半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律.〔思考与讨论4〕放射性元素的半衰期是由什么决定的？不同的放射性元素其半衰期相同吗？ 答：.▲典题精析2.关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的有( )A.是原子核质量减少一半所需的时间B.是原子核有半数发生衰变所需的时间C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素的半衰期D.可以用于测定地质年代、生物年代等[解析]原子核衰变后变成新核,新核与未衰变的核在一起,故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半,故A 错B 正确；衰变快慢由原子核内部因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态无关,常用其测定地质年代、生物年代等,故C 错D 正确.[答案]BD点评：一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在，或者加压，增温均不会改变.三、有关半衰期的计算〔思考与讨论6〕用N 0、m 0分别表示衰变前的原子数目和质量，N 、m 分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量，T 为半衰期，t 表示衰变过程所经历的时间，那么这些物理量之间的关系怎样？答：.▲典题精析3.设镭226的半衰期为1.6×103年，质量为100 g 的镭226经过4.8×103年后，有多少克镭发生衰变？若衰变后的镭变为铅206，则此时镭铅质量之比为多少？[解析]经过三个半衰期，剩余镭的质量为g m m Tt 5.12g 81100210=⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛= 已衰变的镭的质量为(100－12.5) g ＝87.5 g设生成铅的质量为m ，则226∶206＝87.5∶m得m ＝79.8 g所以镭铅质量之比为125∶798[答案] : 125∶798点评：要理解半衰期表达式中各物理量的含义，在表达式021m m T t⎪⎭⎫ ⎝⎛=中，m 是指剩余的原子核的量，而不是衰变的量.。

2019-2020年高中物理 19．2放射性元素的衰变学案 新人教选修3-5新课标要求 （一）知识与技能1、知道放射现象的实质是原子核的衰变2、知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律3、理解半衰期的概念（二）过程与方法1、能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式2、能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）（三）情感、态度与价值观 通过传说的引入，对学生进行科学精神与唯物史观的教育，不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从而引领学生进入一个美妙的微观世界。

教学重点原子核的衰变规律及半衰期 教学难点半衰期描述的对象 知识梳理一、原子核的衰变1．概念：原子核由于放出_____.α粒子___或_____β粒子___而转变为___新原子核_______的现象．2．衰变分类：放出α粒子的衰变叫_____α衰变___．放出β粒子的衰变叫__β衰变______，而______ γ射线__是伴随着α射线和β射线产生的．3．衰变方程举例(1)α衰变：238 92U ―→234 90Th ＋42He(2)β衰变：234 90Th ―→234 91Pa ＋ 0－1e 二、半衰期(τ)1．概念：放射性元素的原子核有__.半数 ____发生衰变所需要的时间．描述的是大量原子核的___统计___规律．2．特点：与放射性无素的物理、化学状态__无关____，只由核内部自身的因素决定．不同的元素有____不同__的半衰期．3．应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间． 天然放射现象说明原子核具有复杂的结构．原子核放出α粒子或β粒子，并不表明原子核内有α粒子或β粒子；原子核发生衰变后“就变成新的原子核”．1．衰变规律：原子核衰变时，前后的电荷数和质量数都守恒． 2．衰变方程示例：α衰变：A Z X ―→A －4Z －2Y ＋42He ；β衰变：A Z X ―→ A Z ＋1Y ＋ 0－1e. 3．α衰变和β衰变的实质(1)α衰变：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．(2)β衰变：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使核电荷数增加1.但β衰变不改变原子核的质量数．4．衰变次数的确定设放射性元素A Z X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，则表示该过程的方程为A Z X ―→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e. 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A ＝A ′＋4n ， Z ＝Z ′＋2n －m .α、β衰变过程中系统的动量守恒，若静止的原子核发生衰变，它们在磁场中运动的典型例题剖析：例1、(xx·宁夏高考)天然放射性元素23994Pu 经过______次α衰变和______次β衰变，最后变成铅的同位素__________．(填入铅的三种同位素206 82Pb 、207 82Pb 、20882Pb 中的一种)[解题指导]根据衰变规律只有α衰变才能使质量数减少，且每次衰变减少质量数4，故Pu 与Pb的质量数之差是4的整数倍，经验证明生成物是20782Pb ；由于质量数减少了239－207＝32，故发生324＝8次α衰变，因每次α衰变核的电荷数减少2，故由于α衰变核的电荷数应减少8×2＝16，而Pb 的电荷数仅比Pu 核少了94－82＝12，说明发生了16－12＝4次β衰变．答案：8 4 20782Pb例2、为测定水库的存水量，将一瓶放射性溶液倒入水库中，已知这瓶溶液每分钟衰变8×107次，这种同位素半衰期为2天，10天以后从水库取出1 m 3的水，并测得每分种衰变10次，求水库的存水量为多少？[解题指导]设放射性同位素原有质量为m 0,10天后的剩余质量为m ，水库存水量为Q m 3，由每分钟衰变次数与其质量成正比可得10Q 8×107＝mm 0， 由半衰期公式得：m ＝m 0(12)t τ，由以上两式联立代入数据得 10Q 8×107＝(12)102， 解得水库存水量为Q ＝2.5×105 m 3.答案：2.5×105 m 3例3、静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如图19－2－1所示，则( )A ．α粒子与反冲粒子的动量大小相等、方向相反B ．原来放射性元素原子的核电荷数为90C ．反冲核的核电荷数为88D ．α粒子和反冲粒子的速度之比为1∶88 [解题指导]微粒之间相互作用的过程中动量守恒，由于初始总动量为零，末动量也为零，则α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反．由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动，Bqv ＝mv 2R ，R ＝mvBq.若原来放射性元素的核电荷数为Q ，则 对α粒子：R 1＝p 1B ·2e对反冲核：R 2＝p 2B (Q －2)e由于p 1＝p 2，R 1∶R 2＝44∶1，得Q ＝90.它们的速度大小与质量成反比，故D 错误． 综上所述，选项A 、B 、C 正确． 自主练习：1．本题中用大写字母代表原子核，E 经α衰变变成F ，再经β衰变变成G ，再经α衰变变成H ，上述系列衰变可记为下式：E ――→α F ――→β G ――→αH ， 另一系列衰变如下：P ――→β Q ――→β R ――→αS ； 已知P 与F 是同位素，则( ) A ．Q 是G 的同位素，R 是H 的同位素 B ．R 是E 的同位素，S 是F 的同位素 C ．R 是G 的同位素，S 是H 的同位素 D ．Q 是E 的同位素，R 是F 的同位素 2.图19－2－4K －介子的衰变方程为K －―→π－＋π0，其中K －介子和π－介子是带负电的元电荷，π介子不带电．如图19－2－4所示，一个K －介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP ，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB ，两轨迹在P 点相切，它们的半径为R K －与R π－之比为2∶1，π0介子的轨迹未画出，由此可知，π－、π0介子的动量大小之比为( )A ．1∶1 B．1∶2 C ．1∶3 D．1∶63．一小瓶含有放射性同位素的液体，它每分钟衰变6000次．若将它注射到一位病人的血管中，15 h 后从该病人身上抽取10 mL 血液，测得此血样每分钟衰变2次．已知这种同位素的半衰期为5 h ，则此病人全身血液总量为多少L?4．静止在匀强磁场中的铀238核，发生α衰变时，α粒子与新核的速度方向与磁场方向垂直，若α粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为 6.5×10－18s ，向心加速度为3.0×1015 m/s 2，求衰变后新核的周期、向心加速度各是多少？5钚的同位素离子23994Pu 发生衰变后生成铀(U)的一个同位素离子，同时放出能量为E ＝0.09 MeV 的光子．从静止的钚核中放出的α粒子在垂直通过正交的匀强电场和匀强磁场时做匀速直线运动．已知匀强电场的电场强度为E ＝2.22×104N/C ，匀强磁场的磁感应强度为B ＝2.00×10－4 T(普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，真空中的光速为c ＝3×108 m/s ，电子的电荷量为e ＝1.6×10－19C)．(1)写出该衰变方程式： (2)求该光子的波长；(3)求放出的α粒子的速度大小；(4)若不计光子的动量，求α粒子和铀核的动能之比．自主学习答案：1．选B α衰变和β衰变的方程表达式分别为： A Z X ―→A －4Z －2Y ＋42He(α衰变)，A Z X ―→ A Z ＋1Y ＋ 0－1e(β衰变) P 和F 是同位素，设电荷数均为Z ，则衰变过程可记为：Z ＋2E ――→αZF ――→βZ ＋1G ――→αZ －1H ， Z P ――→βZ ＋1Q ――→βZ ＋2R ――→αZ S 显然，E 和R 的电荷数均为Z ＋2，G 和Q 的电荷数均为Z ＋1，F 、P 和S 的电荷数均为Z ，故B 正确．2．选C K －介子衰变过程中动量守恒，且π－介子在磁场中做匀速圆周运动．圆弧AP和PB 在P 处相切，说明衰变前K －介子的速度方向与衰变后π－介子的速度方向相反，设衰变前K －介子的动量大小为p 0，衰变后π－介子和π0介子的动量大小分别为p 1和p 2，根据动量守恒定律可得：p 0＝p 1＋p 2，K －介子和π－介子在磁场中分别做匀速圆周运动，其轨道半径为：R K －＝p 0Bq K －；R π－＝－p 1Bq π－，又由题意知R K －＝2R π－，q K －＝q π－， 解以上联立方程组可得：p 1∶p 2＝1∶3.3．解析：设衰变前原子核的个数为N 0,15 h 后剩余的原子核个数为N ，则：N ＝N 0×(12)t τ＝(12)3N 0＝18N 0①设人血液的总体积为V ，衰变的次数跟原子核的个数成正比，即NN 0＝2×V106000②由①②得V 30000＝18，所以V ＝3750 mL ＝3.75 L原子核的个数越多，衰变的次数越多，两者成正比关系． 答案：3.754．解析：其衰变方程为238 92U ―→234 90Th ＋42He因为T ＝2πmqB所以T Th ＝2342×90T α＝234180×6.5×10－18 s ＝8.45×10－18 s由动量守恒得：m Th v Th ＝m αv α所以v Th v α＝m αm Th又由r ＝mvqB ，mv 相等所以r Th r α＝q αq Th而a Th a α＝(v Th v α)2r αr Th ＝(m αm Th )2q Th q α＝(4234)2×902所以a Th ＝(4234)2×902×3×1015 m/s 2≈3.9×1013 m/s 2. 答案：8.45×10－18 s 3.9×1013 m/s 25 解析：(1)239 94Pu ―→235 92U ＋42He. (2)由E ＝h ν，λ＝c /ν得λ＝hc E ＝6.63×10－34×3×1080.09×106×1.6×10－19 m≈1.38×10－11m. (3)由qv αB ＝qE 得v α＝E B＝1.11×108m/s.(4)核反应中系统的动量守恒：m αv α－m U v U ＝0可知α粒子和铀核的动量大小相等，由E k ＝p 22m，知动能大小与质量成反比，所以α粒子和铀核的动能之比为E kαE kU ＝2354. 答案：(1)23994Pu ―→23592U ＋42He (2)1.38×10－11m(3)1.11×108m/s (4)2354。

2 放射性元素的衰变
教学目标：
知识与技能：1.知道衰变的概念，知道原子核衰变时遵守的规律．
2．知道α、β衰变的实质，知道γ射线是怎样产生的．
3．知道什么是半衰期，知道半衰期的统计意义，会利用半衰期解决相关问题．
过程与方法：1、培养学生从阅读课本中获取知识的能力。

2、培养学生观察分析、归纳总结的能力。

3、经历科学探究的过程、认识探究的意义、尝试探究的方法、培养合作
探究能力。

情感态度与价值观：１、总结连续衰变的规律和计算方法，带给学生自我体验的快乐。

２、通过合作探究培养学生的团队精神。

教学重点：α、β衰变的实质及衰变规律
教学难点：参半衰期概念的理解和利用半衰期解决相关问题
教学手段：探究、自主推导、数学归纳
教学环节：
板书设计（学生填写，用于总结本节知识） 一、α、β衰变的实质
1、α衰变的实质核反应方程 H
e
n H 1
21
01122→+
2、β衰变的实质核反应方程 e H n 0
11
11
0-+→ 二、放射性元素的连续衰变规律
Y X D C B
A
→＋m 42He ＋n 0
－1e
列式：B=D+4m A=C +2m-n 三、元素半衰期的应用
元素原质量m ，剩余质量 T t
m m )21(0=
元素原子核个数N ，剩余原子核数 T t
N N )2
1
(0=。

个帅哥帅哥的 ffff2 放射性元素的衰变[学习目标 ] 1.知道放射性现象的本质是原子核的衰变 .2 知道两种衰变的规律，能娴熟的运用衰变规律写出其核的衰变方程.3.认识半衰期的观点， 知道半衰期的统计意义， 能利用半衰期描绘衰变的速度，并能进行简单的计算．一、原子核的衰变 [导学研究 ](1)原子核辐射 α射线和 β射线后会发生什么变化？答案 天然放射性元素的原子核辐射α射线或 β射线，原子核的核电荷数就发生了变化， 变成了另一种原子核，也就是原子核发生了衰变． (2) 原子核衰变过程中切合哪些规律？发生 α衰变时，原子核的电荷数和质量数发生了如何的变化？答案 原子核的衰变切合质量数守恒和电荷数守恒． α粒子的质量数是 4，电荷数是 2，所以发生 α衰变的原子核的质量数减少4，电荷数减少2，新核在元素周期表中的地点向前移AA －44动两位，核反响方程为： Z X → Z －2 Y ＋ 2He.(3) 发生 β 衰变的原子核的电荷数和质量数发生了如何的变化？ β衰变时的核电荷数为何会增添？开释的电子从哪里来的？答案 β粒子的质量数是 0，电荷数是－ 1，所以发生 β衰变的原子核质量数不变，电荷数增加 1，新核在元素周期表中的地点向后挪动一位，核反响方程为： AZ X → A Z ＋1Y ＋ -1e.原子核内固然没有电子， 但核内的质子和中子是能够互相转变的， 当核内的中子转变为质子时， 同时要产生一个电子并从核内开释出来，就形成了 β衰变， 进而新核少了一此中子， 但增添了一个质子，核电荷数增添，并辐射出来一个电子． [知识梳理 ]三种衰变及衰变规律AA －44(1) α衰变： Z X → Z －2 Y ＋ 2He( 新核的质量数减少4，电荷数减少 2.)本质：原子核中， 2 此中子和 2 个质子联合得比较坚固，有时会作为一个整体从较大的原子 核中被开释出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．A0(2) β衰变：Z X → A Z＋1Y ＋-1 e(新核的质量数不变，电荷数增添 1.)本质：原子核中的中子转变为一个质子且放出一个电子即β粒子，使电荷数增添1，β衰变不改变 (填“改变”或“不改变”)原子核的质量数，其转变方程为：10n→11 H＋-1e.(3)衰变规律：衰变过程按照电荷数守恒和质量数守恒．(4) γ射线是在α衰变或β衰变过程中陪伴而生的，且γ粒子是不带电的粒子，所以γ射线并不影响原子核的电荷数，故γ射线不会改变元素在周期表中的地点．238234[即学即用 ]原子核92U经放射性衰变①变为原子核90Th，既而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U.放射性衰变①、②和③挨次为()A ．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变答案A分析238①2344，电荷数少2，说明①为92U――→ 90Th，质量数少②23491Pa，质子数加③1，说α衰变；23490Th――→1，说明②为β衰变；23491Pa――→23492U，质子数加明③ 为β衰变．应选A.二、对半衰期的理解[ 导学研究 ](1) 什么是半衰期？对于某个或选定的几个原子核能依据该种元素的半衰期预测它的衰变时间吗？答案半衰期是一个时间，是某种放射性元素的大批原子核有多半发生衰变所用的时间的统计规律，故没法展望单个原子核或几个特定原子核的半衰期．(2) 某放射性元素的半衰期为 4 天，如有 100 个这样的原子核，经过 4 天后还剩50 个，这类说法对吗？答案 半衰期是大批放射性元素的原子核衰变时所按照的统计规律，不可以用于少许的原子核发生衰变的状况，所以，经过4 天后， 100 个原子核有多少发生衰变是不可以确立的，所以这种说法不对．(3) 放射性元素的半衰期由什么决定？可否经过增大压强或提高温度加快某种放射性元素衰变的速度？答案放射性元素衰变的快慢由原子核内部要素决定．跟原子所处的物理状态 (如温度、压强) 或化学状态 (如单质、化合物 )没关；不可以经过增大压强或提高温度的方法加快某种放射性元素的衰变速度，也不可以经过物理或化学的方法减缓放射性元素的衰变速度．[知识梳理 ] 对半衰期的理解：(1) 半衰期：放射性元素的原子核有多半发生衰变所需的时间．不一样的放射性元素，半衰期不一样．(2) 注意以下两点：①对于同一种元素，其半衰期是必定的，不论是加温、加压，或是处于单质、化合物状态均不影响元素的半衰期，但不一样元素的半衰期不一样，有的差异很大．②半衰期是一种统计规律． 对于大批的原子核发生衰变才拥有本质意义， 而对于少许的原子核发生衰变，该统计规律不再合用．(3) 半衰期公式ttN 余＝N 原( 1 ) ， m 余 ＝ m 原 (1) ，此中 τ为半衰期．2 2 [即学即用 ]以下对于放射性元素的半衰期的几种说法中正确的选项是()A ．同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长B ．把放射性元素放在低温处，能够减缓放射性元素的衰变C ．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态没关，它是一个统计规律，只对大批的原子核才合用D ．氡的半衰期是 3.8 天，如有 4 个氡原子核，则经过 7.6 天后只剩下一个氡原子核答案C分析放射性元素的半衰期与其是单质仍是化合物没关，与所处的物理、化学状态没关，只取决于原子核的内部要素，故 A 、B 错；半衰期是一个统计规律，对于少许的原子核不合用，故C对，D错．一、衰变方程及衰变次数的计算例 123892U核经一系列的衰变后变为20682Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？206238(2)82Pb与 92U对比，质子数和中子数各少了多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程．分析(1)设23892U 衰变为20682Pb 经过 x 次α衰变和 y 次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得238＝ 206＋4x①92＝ 82＋2x－ y②联立①②解得 x＝ 8，y＝ 6.即一共经过8 次α衰变和 6 次β衰变．(2)因为每发生一次α衰变质子数和中子数均减少 2，每发生一次β衰变中子数少 1，而质子数增添1，故20682Pb 较23892U 质子数少 10，中子数少 22.(3)0衰变方程为23892U→20682Pb＋ 824He＋ 6－1e.答案 (1)8 6 (2)10 个 22 个(3)23892U→20682Pb＋ 824He ＋ 6－1e总结提高1．衰变方程的书写：衰变方程用“→” ，而不用“ ＝” 表示，因为衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化．2．确立原子核衰变次数的方法与技巧：(1) 方法 1：设放射性元素 AA ′Z X 经过 n 次 α衰变和 m 次 β衰变后，变为稳固的新元素Z ′ Y ，则衰变方程为：AA ′4Z X―→ Z ′ Y ＋ n 2He ＋ m 0－ 1e依据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A ＝ A ′＋ 4n ， Z ＝ Z ′ ＋2n － m.因而可知，确立衰变次数可归纳为解一个二元一次方程组．(2) 方法 2：先由质量数的改变确立 α衰变的次数 (这是因为 β衰变的次数是多少对证量数没有影响 )，而后依据衰变规律确立 β衰变的次数．232针对训练 1 (多项选择 )天然放射性元素90Th( 钍 )经过一系列 α衰变和 β衰变以后，变为20882Pa(铅 )．以下说法中正确的选项是( )A ．衰变的过程共有 6 次 α衰变和 4 次 β衰变B ．铅核比钍核少 8 个质子C ． β衰变所放出的电子来自原子核核外轨道D ．钍核比铅核多 24 此中子答案 AB分析因为 β衰变不会惹起质量数的减少，故可先依据质量数的减少确立 α衰变的次数为： x ＝232－ 208＝ 6，再联合核电荷数的变化状况和衰变规律来判断 β 衰变的次数应知足： 2x4 －y ＝ 90－ 82＝ 8，y ＝ 2x － 8＝ 4.钍 232 核中的中子数为 232－90＝ 142，铅 208 核中的中子数为 208－ 82＝ 126，所以钍核比铅核多 16 此中子，铅核比钍核少8 个质子．因为物质的衰变与元素的化学状态没关，所以β衰变所放出的电子来自原子核内，所以选项A 、B 正确．二、对半衰期的理解及相关计算例 2氡 222 是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损害，它是世界卫生组织宣布的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是22286Rn →21884Po ＋________.已知22286Rn的半衰期约为 3.8 天，则约经过 ________天， 16 g 的 22286Rn 衰变后还剩 1 g.分析 依据核反响过程中电荷数守恒和质量数守恒可推得该反响的另一种生成物为4He.根t据 m 余＝ m 原1得t＝ 4，代入τ＝3.8 天，解得 t＝ 3.8× 4 天＝ 15.2 天．2τ4答案2He15.2针对训练 2(多项选择 )14C 发生放射性衰变为为14N ，半衰期约 5 700 年．已知植物存活时期，其体内14N 与12C 的比率不变；生命活动结束后，14C 的比率连续减少．现经过丈量得悉，某古木样品中14C 的比率正好是现代植物所制样品的二分之一．以下说法正确的选项是()A ．该古木的年月距今约 5 700 年B．12C、13C、14C 拥有同样的中子数C．14C 衰变为14N 的过程中放出β射线D．增添样品丈量环境的压强将加快14C 的衰变答案AC分析节余的141，表示经过了一个半衰期， A 正确；12C、1314C 占2C、 C 的质子数同样，质量数不一样，中子数不一样， B 错误；14C 变为14N，质量数未变，放出的是电子流，即β射线，C 正确；半衰期不受外界环境影响，D 错误．1． (多项选择 )对于原子核的衰变和半衰期，以下说法正确的选项是()A ．半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间B．半衰期是指原子核有多半发生衰变所需要的时间C．发生α衰变时产生的新原子核在周期表中的地点向右挪动 2 位D．发生β衰变时产生的新原子核在周期表中的地点向右挪动 1 位答案 BD2．以下相关半衰期的说法正确的选项是()二位分为GregB．放射性元素的样品不停衰变，跟着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C．把放射性元素放在密封的容器中，能够减慢放射性元素的衰变速度D．降低温度或增大压强，让该元素与其余物质形成化合物，均可减小衰变速度答案A分析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核多半发生衰变所需的时间，它反应了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其自己要素决定，与它所处的物理、化学状态没关，故 A 正确， B、 C、 D 错误．3．碘 131 的半衰期约为8 天，若某药物含有质量为m 的碘 131，经过 32 天后，该药物中碘131 的含量大概还有 ()m mA. 4B. 8m mC.16D.32答案Ct分析依据半衰期公式m 余＝m 原1，将题目中的数据代入可得 C 正确， A 、B、 D 错误．24．碘 131 核不稳固，会发生β衰变，其半衰期为8 天．(1) 碘 131 核的衰变方程：131X 表示)．53I→______________(衰变后的元素用(2)大批碘 131 原子经过 ________天 75%的碘 131 核发生了衰变．分析(1)依据衰变过程电荷数守恒与质量数守恒可得衰变方程：13153I→13154X＋0-1e；(3) 每经 1 个半衰期，有多半原子核发生衰变，经 2 个半衰期将节余1，即有 75%核的原子发4生衰变，故经过的时间为16 天．答案(1) 13154X ＋0-1e(2)16一、选择题 (1～8 为单项选择题， 9～ 10 为多项选择题 )1．对于放射性元素的α衰变和β衰变，以下说法中正确的选项是 ()A ．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少4B．原子核每放出一个α粒子，原子序数增添4C．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1D．原子核每放出一个β粒子，原子序数增添1答案 D分析发生一次α衰变，核电荷数减少 2，质量数减少 4，原子序数减少 2；发生一次β衰变，核电荷数增添 1，原子序数增添 1.2．对于放射性元素的半衰期，以下说法正确的选项是()A．原子核所有衰变所需要的时间的一半B．原子核有多半发生衰变所需要的时间C．相对原子质量减少一半所需要的时间D．元素质量减少一半所需要的时间答案B分析原子核有多半发生衰变所需的时间叫半衰期，它与原子核所有衰变所需时间的一半不同，放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核．发生不一样的衰变，其质量数减少规律不一样，原子核衰变时，本来的放射性元素原子核的个数不停减少，那么放射性元素的原子核的质量也不停减少，故上述选项只有 B 正确．3．放射性元素氡 (22286Rn)经α衰变为为钋 (21884Po)，半衰期约为 3.8 天，但勘察表示，经过漫长的地质年月后，当前地壳中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn的矿石，其原由是()222A ．当前地壳中的86Rn主要来自于其余放射性元素的衰变B．在地球形成的早期，地壳中元素22286Rn的含量足够高C．当衰变产物21884Po 累积到必定量此后，21884Po的增添会减慢22286Rn的衰变进度答案A分析元素半衰期的长短由原子核自己要素决定，与原子所处的物理、化学状态以及四周环境、温度没关， C、D 错；即便元素氡的含量足够高，经过漫长的地质年月，地壳中也几乎没有氡了，必定是来自于其余放射性元素的衰变，故 A 对，B错．4．人们在海水中发现了放射性元素钚239239239( 94Pu).94Pu可由铀239( 92U)经过n次β衰变而产生，则 n 为 ()A ． 2B ． 239 C． 145 D． 92答案A分析β衰变规律是质量数不变，质子数增添1，23994Pu 比23992U 质子数增添 2，所以发生2 次β衰变， A 正确．5．近来几年，科学家在超重元素的探测方面获得了重要进展.1996 年，科学家们在研究某两个重离子联合成超重元素的反响时，发现生成的超重元素的核AZ X经过6次α衰变后的产物是253100Fm.由此能够判断生成的超重元素的原子序数和质量数分别是()A ． 124、 259B． 124、 265C． 112、 265D． 112、 277答案D分析题中的核Z A X 经过 6 次α衰变后成为100253Fm，注意到100253Fm 的电荷数为 100，质量数为253，每发生一次α衰变质量数减少 4，电荷数减少 2.由质量数和电荷数守恒有A＝ 4× 6＋253＝ 277，Z＝ 2× 6＋ 100＝112，所以选项 D 正确．6．放射性同位素钍232 经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为23222090Th→86Rn＋xα＋yβ，此中()A ． x＝ 1， y＝ 3B． x＝ 2， y＝3 C． x＝ 3， y＝ 1D． x＝ 3，y＝ 2答案D分析依据衰变方程左右两边的质量数和电荷数守恒可列方程232＝ 220＋ 4x，解得 x＝90＝ 86＋ 2x－ y，3， y＝ 2.故答案为 D.7．放射性同位素 241没有衰变，它的半衰期是 ()11Na 的样品经过6 小时还剩下 8A ．2 小时B ． 1.5 小时C ． 1.17 小时D ． 0.75 小时答案A1分析 放射性元素衰变一半所用的时间是一个半衰期，剩下的元素再经一个半衰期只剩下4， 再经一个半衰期这1又会衰变一半， 只剩 1，所以题中所给的 6 小时为三个半衰期的时间， 因4 8而该放射性同位素的半衰期应是2 小时．8．美国科研人员正在研制一种新式镍铜长效电池，它是采纳半衰期长达 100 年的放射性同63位素镍 63(28Ni) 和铜两种金属作为长寿命电池的资料，利用镍 63 发生 β衰变时开释电子给铜片，把镍 63 和铜片作电池两极，外接负载为负载供给电能．下边相关该电池的说法正确的是()A ．镍 63 的衰变方程是 2863Ni ―→6327Cu ＋ 0－ 1eB ．镍 63 的衰变方程是 636428Ni ―→ 29Cu ＋ 0－ 1eC ．外接负载时镍 63 的电势比铜片高D ．该电池内电流方向是从镍片到铜片答案C分析 镍 63 的衰变方程为636328Ni ―→29Cu ＋ －1 e ，选项 A 、B 错误．电流方向为正电荷定向挪动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，选项 C 对，D 错．9．由原子核的衰变规律可知()A ．放射性元素一次衰变就同时产生 α射线和 β射线B ．放射性元素发生β衰变，产生的新核的化学性质与本来的核的化学性质同样C ．放射性元素衰变的快慢跟它所处的物理、化学状态没关D ．放射性元素发生正电子衰变时，产生的新核质量数不变，电荷数减少 1答案CD分析由放射性元素的衰变本质可知，不行能同时发生 α衰变和 β衰变，故 A 错；衰变后变为新元素，化学性质不一样，故 B 错；衰变快慢与物理，化学状态没关，C 对；正电子质量数为 0，故 D 对．10．在匀强磁场中， 一个本来静止的原子核发生了衰变，获取两条如图 1 所示的径迹， 图中箭头表示衰变后粒子的运动方向．不计放出的光子的能量，则以下说法正确的选项是()图 1A ．发生的是 β衰变， b 为 β粒子的径迹B ．发生的是 α衰变， b 为 α粒子的径迹C ．磁场方向垂直于纸面向外D ．磁场方向垂直于纸面向内答案AD分析 从轨迹能够看出两粒子的运动方向不一样， 但开始运动的瞬时受力方向同样，说明电流方向同样， 即发生了 β衰变， 在磁场中受力向上， 由左手定章能够判断出磁场方向垂直纸面向内， A 、 D 选项正确．二、非选择题11．某放射性元素原为 8 g ，经 6 时节间已有 6 g 发生了衰变， 今后它再衰变 1 g ，还需几日？答案3 天分析 8 g 放射性元素已衰变了6 g ，还有 2 g 没有衰变，此刻要求在 2 g 的基础上再衰变 1 g ，即再衰变一半，故找出元素衰变的半衰期便可得出结论． 由半衰期公式 m 余 ＝m 原t得 8－6＝8×12t12t＝ 2τ即放射性元素从8 g 衰变了 6 g 余下 2 g 时需要 2 个半衰期．因为 t＝ 6 天，所以τ＝t＝ 3 天，即半衰期是 3 天．2而余下的 2 g 衰变 1 g 需 1 个半衰期τ＝ 3 天．12．放射性同位素146C 被考古学家称为“碳钟”，它可用来判断古生物体的年月，此项研究获取 1960 年诺贝尔化学奖．(1) 宇宙射线中高能量的中子遇到空气中的氮原子后，会形成很不稳固的146C，它很简单发生衰变，放出β射线变为一个新核，其半衰期为 5 730 年．试写出此核反响方程．(2) 若测得一古生物遗骸中的146C含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年月约有多少年？答案(1)141141 7N＋0n→ 6C＋ 1H146C→147N＋-1 e(2)17 190 年分析(1)核反响方程为141141141407N＋0n→ 6C＋1H，6C→7N＋－1e；(2)活体中的146C含量不变，生物死亡后，遗骸中的146C按衰变规律变化，设活体中146C的含量为 N 原，遗骸中的146C 含量为 N 余，由半衰期的定义得：1t1t)，N 余＝N 原(，即 0.125＝ ( )22所以t＝3，τ＝5 730年，则 t＝ 17 190 年．τ。

[目标定位] 1.知道原子核的衰变.2.知道两种衰变的规律及实质，并能熟练写出衰变方程.3.理解半衰期的统计意义.一、原子核的衰变1.定义：原子核放出______________或________________，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变.原子核衰变时电荷数和质量数都________.2.衰变类型(1)α衰变：原子核放出α粒子的衰变，进行α衰变时，质量数________，电荷数__________________，238U的α衰变方程：23892U→23490Th＋________________.92(2)β衰变：原子核放出β粒子的衰变，进行β衰变时，质量数______，电荷数______________，23490Th 的β衰变方程：23490Th→23491Pa＋________________3.衰变规律：______________守恒，______________守恒.深度思考原子核是由质子和中子构成的，那么在衰变时，为什么会放出α粒子？β粒子又从何而来？γ射线呢？例1原子核23892U经放射性衰变①变为原子核23490 Th，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U.放射性衰变①、②和③依次为()A.α衰变、β衰变和β衰变B.β衰变、α衰变和β衰变C.β衰变、β衰变和α衰变D.α衰变、β衰变和α衰变例223892U核经一系列的衰变后变为20682Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)20682Pb与23892U相比，质子数和中子数各少了多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程.衰变次数的分析计算方法：(1)依据：电荷数和质量数守恒.(2)方法：根据β衰变不改变质量数的特点，可根据反应先后质量数的变化先确定α衰变的次数，然后计算出电荷数的改变，由其差值可确定β衰变的次数.二、半衰期1.放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期.2.放射性元素衰变的快慢是由________________________的因素决定的，跟原子所处的______________________和____________________没有关系.3.半衰期是一个____________概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时刻衰变的可能性，因此，半衰期只适用于______________原子核.例3(多选)14C发生放射性衰变为14N，半衰期约5700年.已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少.现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.下列说法正确的是( ) A.该古木的年代距今约5700年 B.12C 、13C 、14C 具有相同的中子数 C.14C 衰变为14N 的过程中放出β射线 D.增加样品测量环境的压强将加速14C 的衰变针对训练 某放射性元素经过11.4天有78的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为( )A.11.4天B.7.6天C.5.7天D.3.8天1.(原子核的衰变)下列说法中正确的是( ) A.β衰变放出的电子来自组成原子核的电子 B.β衰变放出的电子来自原子核外的电子 C.α衰变说明原子核中含有α粒子D.γ射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波2.(原子核的衰变)(多选)23892U 是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图1所示，可以判断下列说法正确的是( )A.图中a 是84，b 是206B.Y 是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的C.Y和Z是同一种衰变D.从X衰变中放出的射线电离性最强3.(半衰期的理解及计算)下列有关半衰期的说法正确的是()A.放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快B.放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C.把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度D.降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度4.(半衰期的理解及计算)核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线.下列说法正确的是()A.碘131释放的β射线由氦核组成B.铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量C.与铯137相比，碘131衰变更慢D.铯133和铯137含有相同的质子数提醒：完成作业第十九章 2[答案]精析一、知识梳理1.α粒子β粒子守恒2.(1)减少4减少242He(2)不变增加10－1e3.电荷数质量数深度思考α衰变的实质：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中释放出来.β衰变的实质：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使核电荷数增加1，但β衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：10n―→11H＋0－1e.γ射线是在发生α或β衰变过程中伴随产生的，且γ射线是不带电的，因此γ射线并不影响原子核的核电荷数，不会改变元素在周期表中的位置.典例精析例1A[根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，23892U核与23490Th核比较可知，衰变①的另一产物为42He，所以衰变①为α衰变，选项B、C错误；23491Pa核与23492U核比较可知，衰变③的另一产物为0－1e，所以衰变③为β衰变，选项A正确，D错误.]例2(1)8次α衰变，6次β衰变(2)10个22个(3)见[解析][解析](1)设23892U衰变为20682Pb经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x ①92＝82＋2x－y ②联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变.(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数少1，而质子数增加1，故20682Pb较23892U质子数少10，中子数少22.(3)衰变方程为23892U→20682Pb＋842He＋60－1e.二、知识梳理1.半数2.核内部自身化学状态外部条件3.统计 大量的 典例精析例3 AC [剩余的碳14占12，表明经过了一个半衰期，A 正确；碳14、13、12的质子数相同，质量数不同，中子数不同，B 错误；碳14变为氮14，质量数未变，放出的是电子流，即β射线，C 正确；半衰期不受外界环境影响，D 错误.]针对训练 D [由于经过了11.4天还有18没有衰变，由半衰期计算公式m ＝⎝⎛⎭⎫12n m 0，可说明该放射性元素经过了3个半衰期，即可算出半衰期是3.8天，故D 正确.] 对点检测自查自纠1.D [原子核发生β衰变中放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的电子，A 、B 错误；α射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时两个中子和两个质子结合在一起从原子核中释放出来，γ射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波，故D 正确.]2.AC [21083Bi 衰变成210 a Po ，质量数不变，可知发生的是β衰变，则电荷数多1，可知a ＝84，21083Bi衰变成b 81Tl ，知电荷数少2，发生的是α衰变，质量数少4，则b ＝206，故A 正确，B错误.Z 衰变，质量数少4，发生的是α衰变，Y 和Z 是同一种衰变，故C 正确.从X 衰变中放出的射线是β射线，电离能力不是最强，故D 错误.]3.A [放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关，故A 正确，B 、C 、D 错误.]4.D [解答本题时要把握以下几点：(1)半衰期的长短代表了衰变的慢快.(2)光子能量大小由频率高低决定.(3)同位素的核电荷数相同.β射线是高速运动的电子流，不是氦原子核，A 错误；γ射线的频率大于可见光的频率，根据E ＝hν可知，γ射线光子能量大于可见光光子能量，B 错误；半衰期越短，衰变越快，C 错误；铯133和铯137都是铯元素，是质子数相同而中子数不同的同位素，所以D 正确.]。

高中物理 19．2放射性元素的衰变学案新人教选修19、2放射性元素的衰变学案新人教选修3-5新课标要求（一）知识与技能1、知道放射现象的实质是原子核的衰变2、知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律3、理解半衰期的概念（二）过程与方法1、能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式2、能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）（三）情感、态度与价值观通过传说的引入，对学生进行科学精神与唯物史观的教育，不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从而引领学生进入一个美妙的微观世界。

教学重点原子核的衰变规律及半衰期教学难点半衰期描述的对象知识梳理一、原子核的衰变1、概念：原子核由于放出_____、α粒子___或_____β粒子___而转变为___新原子核_______的现象、2、衰变分类：放出α粒子的衰变叫_____α衰变___、放出β粒子的衰变叫__β衰变______，而______ γ射线__是伴随着α射线和β射线产生的、3、衰变方程举例(1)α衰变：U―→Th＋He(2)β衰变：Th―→Pa＋e二、半衰期(τ)1、概念：放射性元素的原子核有__、半数____发生衰变所需要的时间、描述的是大量原子核的___统计___规律、2、特点：与放射性无素的物理、化学状态__无关____，只由核内部自身的因素决定、不同的元素有____不同__的半衰期、3、应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间、天然放射现象说明原子核具有复杂的结构、原子核放出α粒子或β粒子，并不表明原子核内有α粒子或β粒子；原子核发生衰变后“就变成新的原子核”、1、衰变规律：原子核衰变时，前后的电荷数和质量数都守恒、2、衰变方程示例：α衰变：X―→Y＋He；β衰变：X―→Y＋e、3、α衰变和β衰变的实质(1)α衰变：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象、(2)β衰变：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使核电荷数增加1、但β衰变不改变原子核的质量数、4、衰变次数的确定设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后变成稳定的新元素Y，则表示该过程的方程为X―→Y＋nHe＋me、根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m、α、β衰变过程中系统的动量守恒，若静止的原子核发生衰变，它们在磁场中运动的轨迹特点如下表：α衰变X―→Y＋He两圆外切，α粒子半径大两圆的切点即为原子核起初静止的位置β衰变X―→Y ＋e两圆内切，β粒子半径大典型例题剖析：例1、(xx宁夏高考)天然放射性元素Pu经过______次α衰变和______次β衰变，最后变成铅的同位素__________、(填入铅的三种同位素Pb、Pb、Pb中的一种)[解题指导]根据衰变规律只有α衰变才能使质量数减少，且每次衰变减少质量数4，故Pu与Pb的质量数之差是4的整数倍，经验证明生成物是Pb；由于质量数减少了239－207＝32，故发生＝8次α衰变，因每次α衰变核的电荷数减少2，故由于α衰变核的电荷数应减少82＝16，而Pb的电荷数仅比Pu核少了94－82＝12，说明发生了16－12＝4次β衰变、答案：8 4 Pb例2、为测定水库的存水量，将一瓶放射性溶液倒入水库中，已知这瓶溶液每分钟衰变8107次，这种同位素半衰期为2天，10天以后从水库取出1 m3的水，并测得每分种衰变10次，求水库的存水量为多少？[解题指导]设放射性同位素原有质量为m0,10天后的剩余质量为m，水库存水量为Q m3，由每分钟衰变次数与其质量成正比可得＝，由半衰期公式得：m＝m0()，由以上两式联立代入数据得＝()，解得水库存水量为Q＝2、5105 m3、答案：2、5105 m3例3、静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如图19－2－1所示，则()A、α粒子与反冲粒子的动量大小相等、方向相反B、原来放射性元素原子的核电荷数为90C、反冲核的核电荷数为88D、α粒子和反冲粒子的速度之比为1∶88[解题指导]微粒之间相互作用的过程中动量守恒，由于初始总动量为零，末动量也为零，则α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反、由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动，Bqv＝，R＝、若原来放射性元素的核电荷数为Q，则对α粒子：R1＝对反冲核：R2＝由于p1＝p2，R1∶R2＝44∶1，得Q＝90、它们的速度大小与质量成反比，故D错误、综上所述，选项A、B、C正确、自主练习：1、本题中用大写字母代表原子核，E经α衰变变成F，再经β衰变变成G，再经α衰变变成H，上述系列衰变可记为下式：EFGH，另一系列衰变如下：PQRS；已知P与F是同位素，则( )A、Q是G的同位素，R是H的同位素B、R是E的同位素，S是F的同位素C、R是G的同位素，S是H的同位素D、Q是E的同位素，R是F的同位素2、图19－2－4K－介子的衰变方程为K－―→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的元电荷，π0介子不带电、如图19－2－4所示，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径为RK－与Rπ－之比为2∶1，π0介子的轨迹未画出，由此可知，π－、π0介子的动量大小之比为()A、1∶1B、1∶2C、1∶3D、1∶63、一小瓶含有放射性同位素的液体，它每分钟衰变6000次、若将它注射到一位病人的血管中，15 h后从该病人身上抽取10 mL血液，测得此血样每分钟衰变2次、已知这种同位素的半衰期为5 h，则此病人全身血液总量为多少L?4、静止在匀强磁场中的铀238核，发生α衰变时，α粒子与新核的速度方向与磁场方向垂直，若α粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为6、510－18 s，向心加速度为3、01015 m/s2，求衰变后新核的周期、向心加速度各是多少？5钚的同位素离子Pu发生衰变后生成铀(U)的一个同位素离子，同时放出能量为E＝0、09 MeV的光子、从静止的钚核中放出的α粒子在垂直通过正交的匀强电场和匀强磁场时做匀速直线运动、已知匀强电场的电场强度为E＝2、22104 N/C，匀强磁场的磁感应强度为B＝2、0010－4 T(普朗克常量h＝6、6310－34 Js，真空中的光速为c＝3108 m/s，电子的电荷量为e＝1、610－19 C)、(1)写出该衰变方程式：(2)求该光子的波长；(3)求放出的α粒子的速度大小；(4)若不计光子的动量，求α粒子和铀核的动能之比、自主学习答案：1、选B α衰变和β衰变的方程表达式分别为：X―→Y＋He(α衰变)，X―→Y＋e(β衰变)P和F是同位素，设电荷数均为Z，则衰变过程可记为：Z＋2EZFZ＋1GZ－1H，ZPZ＋1QZ＋2RZS显然，E和R的电荷数均为Z＋2，G和Q的电荷数均为Z＋1，F、P 和S的电荷数均为Z，故B正确、2、选C K－介子衰变过程中动量守恒，且π－介子在磁场中做匀速圆周运动、圆弧AP和PB在P处相切，说明衰变前K－介子的速度方向与衰变后π－介子的速度方向相反，设衰变前K－介子的动量大小为p0，衰变后π－介子和π0介子的动量大小分别为p1和p2，根据动量守恒定律可得：p0＝p1＋p2，K－介子和π－介子在磁场中分别做匀速圆周运动，其轨道半径为：RK－＝；Rπ－＝－，又由题意知RK－＝2Rπ－，qK－＝qπ－，解以上联立方程组可得：p1∶p2＝1∶3、3、解析：设衰变前原子核的个数为N0,15 h后剩余的原子核个数为N，则：N＝N0()＝()3N0＝N0①设人血液的总体积为V，衰变的次数跟原子核的个数成正比，即＝②由①②得＝，所以V＝3750 mL＝3、75 L原子核的个数越多，衰变的次数越多，两者成正比关系、答案：3、754、解析：其衰变方程为U―→Th＋He因为T＝所以TTh＝Tα＝6、510－18 s＝8、4510－18 s由动量守恒得：mThvTh＝mαvα所以＝又由r ＝，mv相等所以＝而＝()2＝()2＝()2所以aTh＝()231015m/s2≈3、91013 m/s2、答案：8、4510－18 s3、91013 m/s25 解析：(1)Pu―→U＋He、(2)由E＝hν，λ＝c/ν得λ＝＝m≈1、3810－11 m、(3)由qvαB＝qE得vα＝＝1、11108 m/s、(4)核反应中系统的动量守恒：mαvα－mUvU ＝0可知α粒子和铀核的动量大小相等，由Ek＝，知动能大小与质量成反比，所以α粒子和铀核的动能之比为＝、答案：(1)Pu―→U＋He (2)1、3810－11 m(3)1、11108 m/s (4)。

19.2 放射性元素的衰变三维教学目标1、知识与技能（1）知道放射现象的实质是原子核的衰变；（2）知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律；（3）理解半衰期的概念。

2、过程与方法（1）能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式；（2）能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）。

3、情感、态度与价值观：通过传说的引入，对学生进行科学精神与唯物史观的教育，不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从而引领学生进入一个美妙的微观世界。

教学重点：原子核的衰变规律及半衰期。

教学难点：半衰期描述的对象。

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。

教学过程：第二节放射性元素的衰变（一）引入新课同学们有没有听说过点石成金的传说，或者将一种物质变成另一种物质。

那有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？有（大声，肯定地回答）这就是我们今天要学习的放射性元素的衰变。

（二）进行新课1、原子核的衰变（1）原子核的衰变原子核放出α或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。

我们把这种变化称为原子核的衰变。

一种物质变成另一种物质。

（2）α衰变铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核--钍234核。

那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。

这个过程可以用衰变方程式来表示：23892U→234Th+42He90（3）衰变方程式遵守的规律第一、质量数守恒第二、核电荷数守恒α衰变规律：A Z X→A-4Z-2Y+42He（4）β衰变钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成23491Pa（镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？β粒子用0-1e表示。

钍234核的衰变方程式：23490Th→23491Pa+0-1e衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不会改变但核电荷数应加1β衰变规律：A Z X→A Z+1Y+0-1e提问：β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题，但并不象α衰变那样容易理解，因为核电荷数要增加，学生会问为什么会增加？哪来的电子？原子核内虽然没有电子，但核内的的质子和中子是可以相互转化的。

放射性元素的衰变★新课标要求（一）知识与技能1、知道放射现象的实质是原子核的衰变2、知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律3、理解半衰期的概念（二）过程与方法1、能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式2、能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）（三）情感、态度与价值观通过传说的引入，对学生进行科学精神与唯物史观的教育，不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从而引领学生进入一个美妙的微观世界。

★教学重点原子核的衰变规律及半衰期★教学难点半衰期描述的对象★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。

★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课教师：同学们有没有听说过点石成金的传说，或者将一种物质变成另一种物质。

学生讨论非常活跃，孙悟空，八仙，神仙；魔术，街头骗局。

点评：通过这样新颖的课题引入，给学生创设情景，能充分调动学生的积极性，挑起学生对未知知识的热情。

教师：刚才同学们讲的都很好，但都是假的。

孙悟空，八仙，神仙：人物不存在。

魔术，街头骗局：就是假的。

学生顿时安静，同时也心存疑惑：当然是假的，难道还有真的不成？点评：对于学生来讲要使其相信科学技术反对迷信，同时也要提高警惕小心上当受骗，提高学生自我保护意识。

更加吊起了学生学习新知识的胃口，为新课教学的顺利进行奠定了基础。

教师：那有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？学生愕然。

点评：进一步吊起了学生学习新知识的胃口。

教师：有（大声，肯定地回答）学生惊讶，议论纷纷。

点评：再一次吊起了学生学习新知识的胃口。

通过这样四次吊胃口，新课的成功将是必然。

教师：这就是我们今天要学习的放射性元素的衰变。

点评：及时推出课题。

（二）进行新课1．原子核的衰变教师：原子核放出α或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。

我们把这种变化称为原子核的衰变。

学生豁然开朗：科学、真实的将一种物质变成另一种物质，原来就是原子核的衰变。

2020-2021学年高中物理人教版选修3-5配套学案：第十九章第二节放射性元素的衰变含解析第二节放射性元素的衰变【素养目标定位】※知道α和β衰变的规律及实质※理解半衰期的概念※会利用半衰期进行简单的运算【素养思维脉络】课前预习反馈教材梳理·夯基固本·落实新知知识点1原子核的衰变1．定义原子核放出__α粒子__或__β粒子__,由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成__另一种__原子核。

2．衰变的类型一种是__α衰变__,另一种是__β衰变__，而γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的。

3．衰变过程α衰变：错误!U―→错误!Th＋__错误!He__β衰变:错误!Th―→错误!Pa＋__错误!e__4．衰变规律（1）遵守三个守恒：原子核衰变时遵守__电荷数__守恒，__质量数__守恒，动量守恒.(2)任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有α放射性又有β放射性（伴随的γ射线除外)。

知识点2半衰期1．定义放射性元素的原子核有__半数__发生衰变所需的时间，叫作半衰期。

2．决定因素放射性元素衰变的快慢是由原子核__内部__因素决定的,跟原子所处的__物理状态__(如温度、压强)或__化学状态__(如单质、化合物)无关.3．适用条件半衰期是一个统计概念,是对__大量__的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核,__无法__确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于__大量的原子核__.思考辨析『判一判』（1）原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变.（×）（2）发生β衰变是原子核中的电子发射到核外.(×）（3)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子核就全部发生衰变.（×)(4)通过化学反应也不能改变物质的放射性。

(√）（5)原子核衰变过程中，电荷数、质量数、能量和动量都守恒。