「精品」高中物理第四章原子核第二节放射性元素的衰变教学案粤教版选修3_5

2 放射性元素的衰变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。

（一）知识与技能1、知道原子核的衰变2、知道两种衰变的规律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（三）情感、态度与价值观通过福岛核泄漏以及中国抢盐风潮引入新课，通过放射性元素的衰变学习，培养学生树立正确的科学观。

能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程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。

：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。

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）学生讨论非常活跃，孙悟空，八仙，神仙；魔术，街头骗局。

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？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。

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。

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。

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。

学案2 放射性元素的衰变[学习目标定位] 1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象.2.知道原子核的组成，会正确书写原子核符号.3.知道原子核的衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程.4.会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义．1．原子核半径的数量级为10－15 m，原子半径的数量级为10－10_m.2．带电粒子以垂直于电场线的方向进入匀强电场，将做类平抛运动，电场力的方向：正电荷受力方向与电场线方向相同，负电荷受力方向与电场线方向相反．3．带电粒子以垂直于磁感线的方向进入匀强磁场，将做匀速圆周运动，洛伦兹力的方向可用左手定则判定．4．放射性的发现(1)放射性1896年法国物理学家享利·贝克勒尔发现，铀及含铀的矿物都能够发出看不见的射线，物质放射出射线的性质叫做放射性．(2)放射性元素具有放射性的元素叫放射性元素．(3)天然放射性元素能自发地放出射线的元素叫做天然放射性元素．原子序数大于83的所有元素，都有放射性．原子序数小于等于83的元素，有的也具有放射性．(4)放射性发现的意义放射性的发现揭示了原子核结构的复杂性．5．原子核的组成(1)质子的发现1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核时，发现了一种新粒子，这种粒子带有一个单位的正电荷，其质量与氢原子的质量相近，人们把这种粒子命名为质子．并由此可以断定，质子是原子核的组成部分．(2)中子的发现卢瑟福发现质子后，预言核内应该还存在着质量跟质子差不多的不带电的中性粒子，卢瑟福把他预言的这种粒子称为中子．后来他的学生查德威克在研究用射线轰击铍而产生的一种能量较高、贯穿能力很强的中性粒子时，证实了这就是卢瑟福所预言的中子． (3)原子核的组成原子核是由中子和质子组成的，一个质量数为A 、电荷数为Z 的原子核包含Z 个质子和A －Z 个中子．组成原子核的中子和质子统称为核子．原子核常用符号为AZ X 表示，其中X 为元素符号． 6．原子核的衰变 (1)衰变一种元素经放射过程变成另一种元素的现象，称为原子核的衰变． (2)衰变中的守恒定律原子核在发生衰变时，电荷数和质量数总是守恒的． 7．半衰期(1)原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间，叫做半衰期，记为T 1/2. (2)衰变规律如果用m 0表示放射性元素衰变前的质量，经过t 时间后剩余的放射性元素的质量为m ，则衰变规律可以写为：m ＝m 0(12)t T 1/2.(3)平均寿命放射性核素的平均存活时间称为平均寿命，记为τ，半衰期与平均寿命之间的关系为：T 1/2＝0.693τ.(4)影响因素放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关.一、原子核的组成 [问题设计]天然放射现象揭示了原子核还可以再分，那么原子核是由什么粒子组成的？ 答案 见[要点提炼] [要点提炼] 1．质子的发现1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子，测定了它的电荷和质量，确定它是氢原子核，叫做质子，用p 或11H 表示，其质量为m p ＝1.67×10－27kg ，质子是原子核的组成部分．2．中子的发现(1)卢瑟福的预言：核内还有一种不带电的粒子，名字叫“中子”．(2)查德威克的发现：实验证明了中子的存在，用n表示，中子的质量非常接近于质子的质量，中子是原子核的组成部分．3．原子核的组成(1)原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成的．(2)原子核中的三个数字①核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数．②电荷数(Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数．③质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子的质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质量数．(3)原子核表示符号二、三种射线的特性[问题设计]1.图1如图1所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有垂直于纸面向外的匀强磁场．其放出的射线在磁场的作用下分成a、b、c三束．a、b、c三条射线哪个是α射线、哪个是β射线、哪个是γ射线？答案由左手定则知a带负电，应为β射线；c带正电，应为α射线；b不偏转，说明不带电，应为γ射线．2．如图2所示P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束．则a、b、c三束中哪个是α射线、哪个是β射线、哪个是γ射线？图2答案a带负电，应为β射线；c带正电，应为α射线；b不带电，应为γ射线．[要点提炼]三种射线及其特征种类α射线β射线γ射线组成①高速氦核流②高速电子流③光子流(高频电磁波)带电量④2e ⑤－e ⑥0质量⑦4m pm p＝1.67×10－27 kgm p1 840静止质量为零速度0.1c 0.99c ⑧c在电场或磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转1．原子核放出α粒子或β粒子后，变为另一种原子核，这种现象称为原子核的衰变．2．α衰变：A Z X→A－4Z－2Y＋42He原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.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，这就是放射性元素发生的α衰变现象．3．β衰变：A Z X→__A Z＋1Y＋0－1e原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1.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.4．衰变规律：衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．5．γ射线是在发生α或β衰变过程中伴随而生的，且γ粒子是不带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的核电荷数，故γ射线不会改变元素在周期表中的位置．6．确定衰变次数的方法设放射性元素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，则衰变方程为A ZX→A′Z′Y ＋n 42He ＋m0－1e.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A ＝A′＋4n ，Z ＝Z′＋2n －m . 四、半衰期1．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，不同的放射性元素，半衰期不同． 2．对于衰变及半衰期的理解要注意以下两点：(1)对于同一种元素，其半衰期是一定的，无论是加温、加压，或是处于单质、化合物状态均不影响元素的半衰期，但不同元素的半衰期不同，有的差别很大．(2)半衰期是一种统计规律．对于大量的原子核发生衰变才具有实际意义，而对于少量的原子核发生衰变，该统计规律不再适用． 3．半衰期公式N ＝N 0(12)t T 1/2，m ＝m 0(12)t T 1/2.一、三种射线的性质图3例1 图3中P 为放在匀强电场中的天然放射源，其发射的射线在电场的作用下分成a 、b 、c 三束，以下判断正确的是( )A ．a 为α射线、b 为β射线B ．a 为β射线、b 为γ射线C ．b 为γ射线、c 为α射线D ．b 为α射线、c 为γ射线解析 由题图可知电场线方向向右，α射线带正电所受电场力方向与电场线方向一致，故α射线向右偏转，即c 为α射线．β射线带负电所受电场力方向与电场线方向相反，故β射线向左偏转，即a 为β射线．γ射线不带电不发生偏转，即b 为γ射线．故选项B 、C 正确． 答案 BC 二、原子核的组成例2 已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226.试问： (1)镭核中有几个质子？几个中子？ (2)镭核所带电荷量是多少？(3)若镭原子呈现中性，它核外有几个电子？(4)22888Ra 是镭的一种同位素，让22688Ra 和22888Ra 以相同速度垂直射入磁感应强度为B 的匀强磁场中，它们运动的轨迹半径之比是多少？解析 因为原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的，原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和．由此可得：(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N 等于原子核的质量数A 与质子数Z 之差，即N ＝A －Z ＝226－88＝138. (2)镭核所带电荷量Q ＝Ze ＝88×1.6×10－19 C≈1.41×10－17 C.(3)镭原子呈中性，则核外电子数等于质子数，故核外电子数为88.(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有Bqv ＝m v 2r，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故r 226r 228＝226228＝113114. 答案 (1)88 138 (2)1.41×10－17C (3)88(4)113∶114 三、对衰变的理解例3 23892U 核经一系列的衰变后变为206 82Pb 核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)20682Pb 与238 92U 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．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 ① 92＝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衰变中子数减少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答案 (1)8次α衰变和6次β衰变 (2)10 22 (3)23892U→20682Pb ＋842He ＋60－1e四、对半衰期的理解及有关计算例4 放射性元素的原子核在发生α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随________辐射．已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为τ1和τ2，经过t＝τ1·τ2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比m A：m B＝________. 解析放射性元素的原子核在发生α衰变或β衰变生成新原子核时，往往以γ光子的形式释放能量，即伴随γ辐射；根据半衰期的定义，A、B两种放射性元素经过t＝τ1·τ2时间后剩下的质量相等，则m A2τ2＝m B2τ1，故m A：m B＝2τ2：2τ1.答案γ2τ2：2τ11．(2014·福建·30(1))如图4所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是________(填选项前的字母)．图4A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线答案 C解析 根据三种射线的偏转轨迹可知①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线．选项C 正确．2．(单选)原子核发生β衰变时，此β粒子是( ) A ．原子核外的最外层电子B ．原子核外的电子跃迁时放出的光子C ．原子核内存在着电子D ．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子 答案 D解析 因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的，原子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成一个质子和一个负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用下式表示：10n→11H ＋0－1e ，11H→10n ＋01e.由上式可看出β粒子(负电子)是由原子核内的中子转化而来，正电子是由原子核内的质子转化而来．3．(双选)2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故．在泄露的污染物中含有131I 和137Cs 两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I 和137Cs 衰变过程，它们分别是________和________(填入正确选项前的字母)． A ．X 1→137 56Ba ＋10n B ．X 2→131 54Xe ＋0－1e C ．X 3→137 56Ba ＋0－1e D ．X 4→131 54Xe ＋11p 答案 BC解析 由质量数守恒和电荷数守恒可得B 、C 正确．4．某放射性元素原为8 g ，经6天时间已有6 g 发生了衰变，此后它再衰变1 g ，还需几天？ 答案 3天解析 8 g 放射性元素已衰变了6 g ，还有2 g 没有衰变，现在要求在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就可得出结论． 由半衰期公式m ＝m 0(12)t T 1/2得8－6＝8×(12)tT 1/2tT 1/2＝2 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T 1/2＝t2＝3天，即半衰期是3天．而余下的2 g衰变1 g需1个半衰期T1/2＝3天．所以此后它再衰变1 g，还需3天．[概念规律题组]1．(单选)原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，以下说法中正确的是( )A．原子核中有质子、中子，还有α粒子B．原子核中有质子、中子，还有β粒子C．原子核中有质子、中子，还有γ粒子D．原子核中只有质子和中子答案 D解析在放射性元素的原子核中，2个质子和2个中子结合得较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α粒子的来源．说到底它仍是由质子和中子组成的，不能据此认为它是原子核的组成部分．原子核里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是β粒子．原子核发生衰变后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ粒子的形式辐射出来，形成γ射线．故原子核里也没有γ粒子．2．(单选)关于天然放射现象，下列说法中不正确的是( )A．具有天然放射性的原子核由于不稳定放出射线B．放射线是从原子核内释放出的看不见的射线C．放射线中有带负电的粒子，表示原子核内有负电荷D．放射线中带正电的粒子实质是氦原子核答案 C解析放射性元素的原子核由于放出某种射线而变成新核，A正确；放射性元素放出的三种射线都是看不见的，要用科学的方法去探测，B正确；放射线中带负电的粒子是电子，它是由原子核内中子转化成质子时从原子核中放射出来的，原子核中并没有负电荷，C错误；放射线中带正电的粒子是α粒子，根据α粒子的性质可知D正确．3．(单选)放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图1所示，其中( )图1A．C为氦原子核组成的粒子流B．B为比X射线波长更长的光子流C．B为比X射线波长更短的光子流D．A为高速电子组成的电子流答案 C解析根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A射线向电场线方向偏转，应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；B射线在电场中不偏转，所以是γ射线；C射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是β射线．4．(单选)关于放射性元素发生衰变放射的三种射线，下列说法中正确的是( ) A．三种射线一定同时产生B．三种射线的速度都等于光速C．γ射线是处于激发态的原子核发射的D．原子核衰变不能同时放射α射线和γ射线答案 C5．(单选)下列关于放射性元素的半衰期的几种说法中正确的是( )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，可以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无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用D．氡的半衰期是3.8天，若有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解析放射性元素的半衰期与其是单质还是化合物无关，与其所处的物理、化学状态无关，只取决于原子核的内部因素，故A、B错；半衰期是一个统计规律，对于少量的原子核不适用，故C对，D错．6．(单选)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要的时间越短，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，元素的半衰期也变短C．把放射性元素放在密闭的容器中，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，均可减缓衰变的速度答案 A解析元素的半衰期是由原子核内部的因素决定的，与处于单质状态还是化合物状态无关，与外部物理条件也无关．7．(单选)新发现的一种放射性元素X，它的氧化物X2O半衰期为8天，X2O与F2能发生如下反应：2X 2O ＋2F 2===4XF ＋O 2，XF 的半衰期为( ) A ．2天 B ．4天 C ．8天 D ．16天 答案 C解析 根据半衰期由原子核内部因素决定，而跟其所处的物理状态和化学状态无关，所以X 2O 、XF 、X 的半衰期相同，均为8天．正确选项为C. [方法技巧题组]8．(单选)氪90(9036Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(9040Zr)，这些衰变是( )A ．1次α衰变，6次β衰变B ．4次β衰变C ．2次α衰变D ．2次α衰变，2次β衰变 答案 B解析 解法一 推理计算法根据衰变规律，β衰变不影响核的质量数，发生一次β衰变，核电荷数增加1；发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2.9036Kr 衰变为9040Zr ，质量数不变，故未发生α衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次β衰变． 解法二 列方程求解设9036Kr 衰变为9040Zr ，经过了x 次α衰变，y 次β衰变，则有9036Kr→9040Zr ＋x 42He ＋y0－1e由质量数守恒得90＝90＋4x 由电荷数守恒得36＝40＋2x －y解得x ＝0，y ＝4，即只经过了4次β衰变， 选项B 正确．9．(单选)“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆．重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239(23994Pu)，这种钚239可由铀239(23992U)经过n 次β衰变而产生，则n 为( ) A ．2 B ．239 C ．145 D ．92 答案 A解析 β衰变规律是质量数不变，质子数增加1.23994Pu 比23992U 质子数增加2，所以发生2次β衰变，A 对．10．(单选)14C 测年法是利用14C 衰变规律对古生物进行年代测定的方法．若以横坐标t 表示时间，纵坐标m 表示任意时刻14C 的质量，m 0为t ＝0时14C 的质量．下面四幅图中能正确反映14C 衰变规律的是( )答案 C解析 由公式m ＝m 0(12)t T 1/2可知14C 的衰变图象应为C.11．(单选)原子核23892U 经放射性衰变①变为原子核23490Th ，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 答案 A 解析238 92U ――→① 234 90Th ，质量数减少4，核电荷数减少2，说明①为α衰变.23490Th ――→②234 91Pa ，质量数不变，质子数增加1，说明②为β衰变，中子转化成质子.23491Pa ――→③ 23492U ，质量数不变，质子数增加1，说明③为β衰变，中子转化成质子．12．放射性同位素2411Na 的样品经过6小时后还剩下18没有衰变，求它的半衰期．答案 2 h解析 每经1个半衰期放射性物质的质量都减半，则经过n 个半衰期剩余的质量为m ＝m 0(12)n .设6小时经过的半衰期个数为n ，则(12)n ＝18，所以n ＝3.则2411Na 的半衰期为T ＝t n＝2 h.13．如图2所示是利用放射线自动控制铝板厚度的装置，假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是 3 mm 厚的铝板，那么是三种射线中的________射线对控制厚度起主要作用．当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M 、N 两个轧辊间的距离调________一些．图2答案 β 大解析 α射线不能穿过3 mm 厚的铝板，γ射线又很容易穿过3 mm 厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响，而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化．应是β射线对控制厚度起主要作用．若超过标准值，说明铝板太薄了，应该将两个轧辊间的距离调大一些． [创新应用题组] 14．(单选)静止在匀强图3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3所示(图中半径没有按比例画)，则下列说法不正确的是( )A ．α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反B ．原来放射性元素的核电荷数是90C ．反冲核的核电荷数是88D ．α粒子和反冲核的速度之比为1∶88 答案 D解析 粒子之间相互作用的过程遵循动量守恒定律，由于原来的原子核是静止的，初动量为零，则末动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，所以A 正确．由于释放的α粒子和反冲核在垂直于磁场的平面内，且在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，所以由牛顿第二定律得qvB ＝m v 2R ，得R ＝mv qB.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 －2e.因p 1＝p 2，R 1R 2＝441.故联立解得Q ＝90.它们的速度大小与质量成反比，因质量关系未知，故不能求α粒子和反冲核的速度之比．所以B 、C 正确，D 错误．。

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.。

4.3 放射性同位素课堂互动三点剖析一、同位素及放射性同位素具有相同的质子数但中子数不同的原子互为同位素.1934年，约里奥·居里和伊丽芙·居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时意外发现了放射性同位素P 3015.其衰变方程为γ++−→−e Si P 0130143015. 二、放射性同位素的主要应用（1）利用它的射线①利用γ射线的贯穿本领，可用γ射线探伤等.②利用α射线的电离作用很强,可消除有害静电.③利用γ射线对生物组织的物理和化学作用，可用来使种子发生变异、培育良种、灭菌灭害.④利用放射线的能量，还可轰击原子核，诱发核反应.⑤在医疗上，常用以控制病变组织的扩大.（2）作示踪原子由于放射性同位素跟同种元素的其他同位素相比，具有相同的质子数，核外电子数也相同，因此一种元素的各种同位素都有相同的化学性质，如果在某种元素里掺入一些放射性同位素，那么该元素无论经历什么变化，它的放射性同位素也经过同样的变化过程，而放射线同位素不断地放出射线，再用仪器探测这些射线，即可知道元素的行踪，这种用途的放射性元素叫示踪原子，放射性元素作示踪原子的应用也很多.①在农业生产中，探测农作物在不同季节对元素的需求.②在工业上，检查输油管道上的漏油位置.③在生物医疗上，可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围. 各个击破【例1】 关于放射性同位素，以下说法正确的是（ ）A.放射性同位素与放射性元素一样，都有一定的半衰期，衰变规律一样B.放射性同位素衰变可生成另一种新元素C.放射性同位素只能是天然衰变时产生，不能用人工方法制得D.以上说法均不对解析：放射性同位素也具有放射性，半衰期也不受物理和化学因素的影响，衰变后生成新的原子核，选项A 、B 正确.答案：AB【例2】 放射性同位素被用作示踪原子,主要是因为（ ）A.放射性同位素不改变其化学性质B.放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多C.半衰期与元素所处的物理、化学状态无关D.放射性同位素容易制造解析：放射性同位素用作示踪原子，主要是用放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性废料容易处理，因此选项A 、B 、C 正确，选项D 不正确. 答案：ABC类题演练近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州各地引进了十多台γ刀，治疗患者5 000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器，令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”.据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好.问：γ刀治疗脑肿瘤主要是利用（）A.γ射线具有很强的贯穿本领B.γ射线具有很强的电离作用C.γ射线具有很高的能量D.γ射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地解析：γ射线是一种波长很短的电磁波，具有较高的能量，它的贯穿本领很强，甚至可以穿透几厘米的铅板，但它的电离作用很小.γ刀治疗肿瘤时，通常是同时用多束γ射线，使它们穿透脑颅和健康区域在病灶处会聚，利用γ射线的高能杀死肿瘤细胞，如图所示.综上所述，本题正确选项为AC.答案：AC。

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=。

第一节 走进原子核 第二节 放射性元素的衰变一、放射性的发现二、原子核的组成 1．质子的发现2．中子的发现3．原子核的组成原子核由____和____组成,质子和中子统称为____． 4．原子核的符号预习交流1卢瑟福发现质子是原子核的组成部分和汤姆孙发现电子是原子的组成部分的科学思想有何共同点？ 三、放射线的本质预习交流2若在射线经过的空间施加电场（方向与射线的出射方向垂直），射线能分成三束吗？ 四、原子核的衰变1．原子核的衰变：原子核放出α粒子或β粒子，由于________变了，变成了另一种原子核． 2．预习交流3发生β衰变时，新核的核电荷数变化多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？ 五、半衰期1．定义：放射性元素的原子核数目因衰变减少到原来的____所经过的时间． 2．公式:m ＝m 0(错误!）12t T m 0表示放射性元素衰变前的质量，m 为经过时间t 后剩余的放射性元素的质量．3．影响因素：放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定,与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）____．预习交流4有10个镭226原子核，经过一个半衰期有5个发生衰变,这样理解对吗？答案：一、射线 原子核 物体 放射性 二、1．质子 原子核 2．中子 中子 原子核 3．质子 中子 核子4．质子数 中子数 质子数预习交流1：答案：汤姆生通过阴极射线，确定阴极射线的电性和电荷量，猜测电子来源于原子，通过换用不同的材料作阴极得到相同的阴极射线，证明了电子是原子的组成部分；卢瑟福通过α粒子轰击氮原子核得到质子,并确定了质子的电性和电荷量，猜测质子来源于原子核,通过用α粒子轰击不同原子的原子核都得到相同的质子，证明了质子是原子核的组成部分．卢瑟福和汤姆生都经历了“实验事实→猜想（预言）→实验验证”的过程．三、很弱很强氦核流很强很弱电子流较弱较强预习交流2：答案:能分成三束,三种射线的带电情况各不相同，它们在电场中的受力情况不同，故可分成三束．四、1．核电荷数2．α粒子电荷数质量数β粒子同时产生预习交流3：答案：根据β衰变方程错误!Th→错误!Pa＋错误!e知道，新核核电荷数增加1,原子序数增加1,故在元素周期表上向后移了1位．五、1．一半3．无关预习交流4:答案：不对．10个原子核，数目太少，它们何时衰变是不可预测的，因为衰变规律是大量原子核的统计规律．一、原子核的组成1．质子是怎么发现的?它具有怎样的电荷和质量性质?2．中子是怎么发现的？它有什么特点？3．原子核的组成是怎样的？已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226．试问:(1）镭核中有几个质子？几个中子?(2）镭核所带的电荷量是多少？(3)呈中性的镭原子,核外有几个电子？原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数称为原子核的质量数．因此,质量数就是核子的个数，是一个纯数字，它与质量是不同的．如质子和中子的质量数相同均为1，但它们的质量不同，中子的质量比质子的质量约大一千八百分之一．二、三种射线的比较1．射线电性是怎样确定的？2．三种射线的本质及特性是什么?（双选）将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况正确的是（)．（1）知道三种射线带电的性质,α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α、β是实物粒子，而γ射线是光子流,属电磁波的一种．（2）在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断α和β射线偏转方向，由于γ射线不带电,故运动轨迹仍为直线．(3）α粒子穿透能力较弱，β粒子穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离作用相反．三、衰变的实质及其次数计算1．在α衰变中，原子核的质量数、核电荷数有什么变化规律?2．在β衰变中，新核的质量数与原来核的质量数有什么关系？相对于原来的核在周期表中的位置,新核在元素周期表中的位置是前移了还是后退了，要移几位？错误!U核经一系列的衰变后变为错误!Pb核，问：(1）一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2）错误!Pb与错误!U相比，质子数和中子数各少多少？（3）写出这一衰变过程的方程．（1）衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．（2）每发生一次α衰变质子数、中子数圴减少2．（3)每发生一次β衰变中子数减少1,质子数增加1．四、理解放射性元素的半衰期1．某种元素的半衰期为T，则该元素的原子核经过一个半衰期后，有一半该元素的原子核发生了衰变，再经过一个半衰期另一半也发生了衰变,由此可以得出该元素的寿命是2T．试分析以上说法是否正确？半衰期的公式及其意义是什么？2．试用半衰期的规律判断经过一个半衰期后，一块质量为4 kg的铋210的质量是否变为原来的一半?影响半衰期的因素是什么？目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是（）．A．氡的半衰期为3。

4.2 核衰变与核反应方程学案【学习目标】(1)知道天然放射现象的原因是核的衰变(2)知道三种射线的本质，以及如何运用磁场和电场来区分它们．(3)知道α衰变和β衰变．(4)会书写核反应方程(5)知道半衰期的概念，会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义．【学习重点】核反应方程【知识要点】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→23490Th+42He（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（5）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。

理解γ射线的本质，不能单独发生。

2、半衰期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，这是一个统计规律说明：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。

【问题探究】问题1：原子核既然是由质子和中子组成，那为什么还会从原子核里发射出a粒子和β粒子？解答：实际上，发射出来的a粒子和β粒子仍是原子核的质子和中子结合或转化而成的。

4。

2 核衰变与核反应方程课堂互动三点剖析一、三种射线二、核反应方程利用高能粒子轰击原子核，会发生核反应而产生新的原子。

无论是核衰变还是核反应，质量数守恒和电荷数都守恒。

对α衰变和β衰变的实质的正确理解（1)原子核放出α粒子或β粒子后，就变成了新的原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变.α粒子、β粒子及γ粒子都是从原子核里发射出来的,但不能认为原子核是由这些粒子组成的，原子核是由质子和中子组成的.（2）α衰变的实质是原子核中的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的，α衰变的方程He Y X A Z AZ 4242+−→−--、实质He n H 42101122−→−+。

（3）β衰变的实质是原子核内的一个中子变成一个质子和电子，放出高速电子流,β衰变的方程e Y X A Z A Z 011-++−→−、实质.011110++−→−-e H n （4）在发生α、β衰变的过程中,由于新核处于不稳定状态，它要通过辐射光子而达到稳定的状态，因此γ射线总是伴随α、β衰变而产生. 三、半衰期（1)半衰期表示放射性元素衰变的快慢,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.公式N=2121)21(,)21(00T t T tm m N =。

式中N 0、m 0表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N 、m 表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t 表示衰变的时间，21T 表示半衰期.（2）不同的放射性元素，半衰期不同，甚至相差十分悬殊；衰变速度越快的元素，其半衰期越短。

如氡222衰变为钋218的半衰期为3。

8天，而铀238衰变为钍234的半衰期长达4。

5×109年。

（3)影响因素：半衰期由放射性元素的原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理状态（如压强、温度）或化学状态（如单质、化合物）无关，因为这些因素都不能改变原子核的结构. （4）规律理解:半衰期是一个统计规律,只对大量原子核适用，对于少数个别的原子核，其衰变毫无规律，何时衰变、何时衰变一半,都是不可预知的。