人教版高中物理选修3-5教案：19.2+放射性元素的衰变+

5.2放射性元素的衰变〖教材分析〗本节课也是非常抽象的，而且理解和记忆的成分很多。

因此前半节课应该引导学生进行讨论，加深对相关内容的理解。

后半节课的知识主要是陈述式，可以运用提问式教学，培养学生概括和寻找信息的能力。

对于衰变方程的理解则通过练习来加强训练即可。

〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道放射性元素的衰变原理，理解并掌握放射性应用的原理，并能运用与实际生活。

科学思维∶通过理解ɑ衰变和β衰变，会计算原子核的半衰期。

科学探究：核反应方程的书写，应当尊重实验事实，不能仅仅依靠守恒定律主观臆造。

能面对真实情境，从不同角度提出并准确表述可探究的物理问题，作出科学假设。

科学态度与责任∶知道辐射的危害与防止，养成良好的科学操作习惯，培养学生的安全意识和忧患意识。

〖教学重难点〗教学重点：衰变的规律和方程，半衰期的概念，核反应的概念。

教学难点：衰变的规律和方程。

〖教学准备〗多媒体课件等。

〖教学过程〗一、新课引入在古代无论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。

当然，这些炼金术的愿望都破灭了。

那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？（动图播放点石成金）二、新课教学（一）天然放射现象 1.原子核的衰变所谓衰变是指一种原子核放出某些粒子变为另一种原子核的过程。

根据放出粒子的不同，可以把衰变分为放出ɑ粒子的ɑ衰变，和放出β粒子的β衰变这里说的ɑ粒子是由两个质子和两个中子构成，其实就是氦He 42核。

而β粒子更简单，就是一个电子e 01-。

1.ɑ衰变U 23892（铀核）具有放射性，让他放出一个ɑ粒子后，质子数会减少二，核子数会减少四，电荷数就变成了90，质量数就变成了234，这样U 23892就变成了h T 23490（钍核）。

He h T U 422349023892+→由于ɑ衰变必然是电荷数减少二，质量数减少四，因此都可以用这个数字来表示He Y X 424M 2Z MZ+→--。

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.。

2放射性元素的衰变[学习目标] 1.知道放射性现象的实质是原子核的衰变.2知道两种衰变的规律，能熟练的运用衰变规律写出其核的衰变方程.3.了解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义，能利用半衰期描述衰变的速度，并能进行简单的计算．一、原子核的衰变[导学探究](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)原子核衰变过程中符合哪些规律？发生α衰变时，原子核的电荷数和质量数发生了怎样的变化？答案原子核的衰变符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位置向前移Y＋42He.动两位，核反应方程为：A Z X→A－4Z－2(3)发生β衰变的原子核的电荷数和质量数发生了怎样的变化？β衰变时的核电荷数为什么会增加？释放的电子从哪里来的？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位置向后移动一位，核反应方程为：A Z X→A Z＋1Y＋0-1e.原子核内虽然没有电子，但核内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并从核内释放出来，就形成了β衰变，从而新核少了一个中子，但增加了一个质子，核电荷数增加，并辐射出来一个电子．[知识梳理]三种衰变及衰变规律(1)α衰变：A Z X→A－4Y＋42He(新核的质量数减少4，电荷数减少2.)Z－2实质：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被释放出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．(2)β衰变：A Z X →A Z ＋1Y ＋0-1e(新核的质量数不变，电荷数增加1.)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，使电荷数增加1，β衰变不改变(填“改变”或“不改变”)原子核的质量数，其转化方程为：10n →11H ＋0-1e. (3)衰变规律：衰变过程遵循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电荷数，故γ射线不会改变元素在周期表中的位置．[即学即用] 原子核238 92U 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234 91Pa ，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 ――→①23490Th ，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变；234 90Th ――→②234 91Pa ，质子数加1，说明②为β衰变；234 91Pa ――→③234 92U ，质子数加1，说明③为β衰变．故选A. 二、对半衰期的理解[导学探究] (1)什么是半衰期？对于某个或选定的几个原子核能根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量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律，故无法预测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，若有100个这样的原子核，经过4天后还剩50个，这种说法对吗？答案 半衰期是大量放射性元素的原子核衰变时所遵循的统计规律，不能用于少量的原子核发生衰变的情况，因此，经过4天后，100个原子核有多少发生衰变是不能确定的，所以这种说法不对．(3)放射性元素的半衰期由什么决定？能否通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因素决定．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)无关；不能通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，也不能通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半数发生衰变所需的时间．不同的放射性元素，半衰期不同．(2)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 余＝N 原(12)tτ，m 余＝m 原(12)t τ，其中τ为半衰期．[即学即用] 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．一、衰变方程及衰变次数的计算例1238 92U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)206 82Pb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．U衰变为206 82Pb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解析(1)设23892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)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206 82Pb较238 92U质子数少10，中子数少22.(3)衰变方程为238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e.答案(1)86(2)10个22个(3)238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e总结提升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．确定原子核衰变次数的方法与技巧：(1)方法1：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 Z X ―→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 .由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组．(2)方法2：先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数是多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．针对训练1 (多选)天然放射性元素232 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成20882Pa(铅)．下列说法中正确的是()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个中子 答案 AB解析 由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为：x ＝232－2084＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数应满足：2x－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个中子，铅核比钍核少8个质子．由于物质的衰变与元素的化学状态无关，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、对半衰期的理解及有关计算例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伤，它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是222 86Rn →218 84Po ＋________.已知22286Rn的半衰期约为3.8天，则约经过________天，16 g 的222 86Rn 衰变后还剩1 g.解析 根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可推得该反应的另一种生成物为42He.根据m 余＝m 原⎝⎛⎭⎫12tτ得tτ＝4，代入τ＝3.8天，解得t ＝3.8×4天＝15.2天． 答案 42He 15.2针对训练2 (多选)14C 发生放射性衰变成为14N ，半衰期约5 700年．已知植物存活期间，其体内14N 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5 700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 答案 AC解析 剩余的14C 占12，表明经过了一个半衰期，A 正确；12C 、13C 、14C 的质子数相同，质量数不同，中子数不同，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．(多选)关于原子核的衰变和半衰期，下列说法正确的是( ) 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半数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位置向右移动2位D ．发生β衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向右移动1位 答案 BD2．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 答案 A解析 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自身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关，故A 正确，B 、C 、D 错误．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的含量大约还有( ) A.m 4 B.m8 C.m 16 D.m 32答案 C解析 根据半衰期公式m 余＝m 原⎝⎛⎭⎫12tτ，将题目中的数据代入可得C 正确，A 、B 、D 错误． 4．碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天．(1)碘131核的衰变方程：131 53I →______________(衰变后的元素用X 表示)． (2)大量碘131原子经过________天75%的碘131核发生了衰变．解析 (1)根据衰变过程电荷数守恒与质量数守恒可得衰变方程：131 53I →131 54X ＋0-1e ；(3)每经1个半衰期，有半数原子核发生衰变，经2个半衰期将剩余14，即有75%核的原子发生衰变，故经过的时间为16天．答案 (1) 131 54X ＋0 -1e (2)16一、选择题(1～8为单选题，9～10为多选题)1．关于放射性元素的α衰变和β衰变，下列说法中正确的是()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，原子序数增加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，原子序数增加1答案D解析发生一次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，核电荷数增加1，原子序数增加1.2．关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A．原子核全部衰变所需要的时间的一半B．原子核有半数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解析原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期，它与原子核全部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．发生不同的衰变，其质量数减少规律不同，原子核衰变时，原来的放射性元素原子核的个数不断减少，那么放射性元素的原子核的质量也不断减少，故上述选项只有B正确．3．放射性元素氡(222 86Rn)经α衰变成为钋(218 84Po)，半衰期约为3.8天，但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素222 86Rn的矿石，其原因是()A．目前地壳中的222 86Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B．在地球形成的初期，地壳中元素222 86Rn的含量足够高C．当衰变产物218 84Po积累到一定量以后，218 84Po的增加会减慢222 86Rn的衰变进程D.222 86Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期答案 A解析 元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关，C 、D 错；即使元素氡的含量足够高，经过漫长的地质年代，地壳中也几乎没有氡了，一定是来自于其他放射性元素的衰变，故A 对，B 错．4．人们在海水中发现了放射性元素钚(239 94Pu). 239 94Pu 可由铀239(239 92U)经过n 次β衰变而产生，则n 为( )A ．2B ．239C ．145D ．92 答案 A解析 β衰变规律是质量数不变，质子数增加1，239 94Pu 比239 92U 质子数增加2，所以发生2次β衰变，A 正确．5．最近几年，科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展.1996年，科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核A Z X 经过6次α衰变后的产物是253100Fm.由此可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是( ) A ．124、259 B ．124、265 C ．112、265 D ．112、277答案 D解析 题中的核A Z X 经过6次α衰变后成为253100Fm ，注意到253100Fm 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232 90Th →22086Rn ＋x α＋y β，其中( )A ．x ＝1，y ＝3B ．x ＝2，y ＝3C ．x ＝3，y ＝1D ．x ＝3，y ＝2答案 D解析 根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 ，90＝86＋2x －y ，解得x ＝3，y ＝2.故答案为D.7．放射性同位素2411Na 的样品经过6小时还剩下18没有衰变，它的半衰期是( )A ．2小时B ．1.5小时C ．1.17小时D ．0.75小时答案 A解析 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14，再经一个半衰期这14又会衰变一半，只剩18，所以题中所给的6小时为三个半衰期的时间，因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型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(6328Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能．下面有关该电池的说法正确的是( )A ．镍63的衰变方程是6328Ni ―→6327Cu ＋0－1e B ．镍63的衰变方程是6328Ni ―→6429Cu ＋0－1e C ．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解析 镍63的衰变方程为6328Ni ―→6329Cu ＋0－1e ，选项A 、B 错误．电流方向为正电荷定向移动方向，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原来的核的化学性质相同C ．放射性元素衰变的快慢跟它所处的物理、化学状态无关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解析 由放射性元素的衰变实质可知，不可能同时发生α衰变和β衰变，故A 错；衰变后变为新元素，化学性质不同，故B 错；衰变快慢与物理，化学状态无关，C 对；正电子质量数为0，故D 对．10．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生了衰变，得到两条如图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，则下列说法正确的是( )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解析 从轨迹可以看出两粒子的运动方向不同，但开始运动的瞬间受力方向相同，说明电流方向相同，即发生了β衰变，在磁场中受力向上，由左手定则可以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 余＝m 原⎝⎛⎭⎫12tτ得8－6＝8×⎝⎛⎭⎫12t τt τ＝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τ＝t 2＝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τ＝3天．12．放射性同位素14 6C 被考古学家称为“碳钟”，它可用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成很不稳定的14 6C ，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年．试写出此核反应方程．(2)若测得一古生物遗骸中的14 6C 含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？答案 (1)14 7N ＋10n →14 6C ＋11H14 6C →14 7N ＋0 -1e (2)17 190年解析 (1)核反应方程为14 7N ＋10n →14 6C ＋11H ，14 6C →147N ＋0－1e ； (2)活体中的14 6C 含量不变，生物死亡后，遗骸中的14 6C 按衰变规律变化，设活体中14 6C 的含量为N 原，遗骸中的14 6C 含量为N 余，由半衰期的定义得：N 余＝N 原(12)t τ，即0.125＝(12)tτ， 所以t τ＝3，τ＝5 730年，则t ＝17 190年．。

2 放射性元素的衰变-人教版高中物理选择性必修第三册（2019版）教案一、知识目标1.了解放射性元素的发现历史以及基本概念。

2.掌握放射性元素的三种衰变方式：α衰变、β衰变、γ衰变。

3.理解放射性元素的半衰期及其应用。

二、能力目标1.能够根据原子核衰变方式解释放射性元素的衰变。

2.能够计算放射性元素的衰变速率。

3.能够解释放射性元素衰变规律及其在实际应用中的意义。

三、教学重难点1.教学重点：放射性元素的衰变模式及其计算方法。

2.教学难点：放射性元素衰变规律及其应用。

四、教学内容及教学步骤1. 放射性元素的基本概念1.1 活动度的定义放射性元素有放射线的特性，放射线的强度可以通过活动度表示，活动度单位为贝可（Bq）。

1.2 单位换算活动度的单位还可以用居里（Ci），1 Ci=3.7×10^10 Bq。

2. 放射性元素的衰变模式及计算方法2.1 α衰变α粒子是由2个质子和2个中子组成的重粒子，α衰变是放射性元素放出α粒子的过程。

α放射线在物质中的透射性比β、γ线低得多。

2.2 β衰变β衰变是指放射性元素放出β粒子的过程，β粒子带一个负电荷。

β衰变可以分为β-衰变和β+衰变两种类型。

2.3 γ衰变γ衰变是放射性元素放出γ光线的过程，γ光线是一种高能电磁辐射。

计算方法：放射性元素衰变和衰变速率的计算：N=N0e^(-λt)，λ=A（单位时间内放射性核数的变化）/N，A=λN3. 放射性元素的半衰期及应用3.1 半衰期的定义半衰期指放射性元素衰变至原核数的一半所需要的时间。

3.2 半衰期的计算T1/2=ln2/λ 3.3 半衰期的应用半衰期广泛应用于放射性元素的选择、安全及治疗等各方面。

五、教学方法1.讲授和演示相结合的方法。

2.以问题为导向的探究式学习方法。

3.课堂讨论和小组合作的教学方法。

4.讲解和实例演练相结合的教学方法。

六、课后作业1.看视频：了解放射性元素对人体的危害。

2.计算不同放射性元素的半衰期并解释其规律。

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=。

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)。

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，掌握原子核的衰变规律．(重点)3.会用半衰期描述衰变的快慢，知道半衰期的统计意义．会利用半衰期解决相关问题．(重点、难点)一、原子核的衰变1．定义原子核放出α粒子或β粒子，则核电荷数变了，变成另一种原子核，这种变化称为原子核的衰变．2．衰变分类(1)α衰变：放出α粒子的衰变．(2)β衰变：放出β粒子的衰变．3．衰变过程23892U→234 90Th＋42He23490Th→234 91Pa＋0－1e4．衰变规律(1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．(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，而γ射线伴随α衰变或β衰变产生．二、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．2．决定因素放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．不同的放射性元素，半衰期不同．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．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)原子核发生α衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4.(√)(2)原子核发生β衰变时，原子核的质量不变．(×)(3)原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒．(√)(4)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律．(√)(5)对放射性元素加热时，其半衰期缩短．(×)2．(多选)原子核238 92U经放射性衰变①变为原子核234 90Th，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234 92U.下列选项正确的是() A．①是α衰变B．②是β衰变C．③是β衰变D．③是γ衰变[解析]238 92U ①—→23490Th，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变.234 90Th ②—→23491Pa，质子数加1，质量数不变，说明②为β衰变，中子转化成质子.234 91Pa ③—→23492 U，质子数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子．[答案]ABC3．(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700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5 700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[解析]古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年，选项A正确；同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B错误；14C的衰变方程为14 6C→14 7N＋0－1e，所以此衰变过程放出β射线，选项C正确；放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误．[答案]AC1．α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，产生α衰变.210n＋211H→42He β衰变：原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来．10n→11H＋0－1e2．衰变规律原子核发生衰变时，遵循三个守恒定律(1)衰变前后的电荷数守恒．(2)质量数守恒．(3)动量守恒．3．衰变方程通式(1)α衰变：A Z X→A－4Z－2Y＋42He(2)β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e4．确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)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：AZX→A′Z′Y＋n42He＋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.以上两式联立解得：n＝A－A′4，m＝A－A′2＋Z′－Z.由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组．(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．【例1】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)206 82Pb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238 92U衰变为206 82Pb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)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238 92U质子数少10，中子数少22.(3)衰变方程为238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e.[答案](1)8次α衰变和6次β衰变(2)1022(3)238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e衰变次数的判断方法(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、中子数均减少2.(3)每发生一次β衰变，中子数减少1，质子数增加1.1．(多选)原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线．这些射线共有三种：α射线、β射线和γ射线．下列说法中正确的是() A．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少2B．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加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，原子序数增加1[解析] 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、原子序数增加1.[答案] AD12．半衰期公式：N 余＝N 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m 余＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ式中N 原、m 0表示衰变前的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．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，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核．【例2】 碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天．(1)碘131核的衰变方程：131 53I →______(衰变后的元素用X 表示)．(2)经过________天75%的碘131核发生了衰变．[解析] (1)131 53I →131 54X ＋ 0－1e(2)75%的碘发生了衰变，即25%的未衰变．即mm0＝25%＝14＝⎝⎛⎭⎪⎫122共经历了两个半衰期即16天．[答案](1)131 53I→131 54X＋ 0－1e(2)16有关半衰期的两点提醒(1)半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是样本质量减少一半的时间．(2)经过n个半衰期，剩余原子核N剩＝12n N总．2．新发现的一种放射性元素X，它的氧化物X2O的半衰期为8天，X2O与F发生化学反应2X2O＋2F2===4XF＋O2之后，XF的半衰期为() A．2天B．4天C．8天D．16天[解析]放射性元素的衰变快慢由原子核内部的自身因素决定，与原子的化学状态无关，故半衰期仍为8天，A、B、D错，C对．[答案] C课堂小结知识脉络1.原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．2．α衰变：238 92U→234 90Th＋42He.3．β衰变：234 90Th→234 91Pb＋0－1e.4．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.1．一个放射性原子核，发生一次β衰变，则它的()A．质子数减少一个，中子数不变B．质子数增加一个，中子数不变C．质子数增加一个，中子数减少一个D．质子数减少一个，中子数增加一个[解析]β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，故中子减少一个而质子增加一个．故A、B、D错，C对．[答案] C2．(多选)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衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子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[解析]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，故A错误；B正确；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而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．[答案]BD3．有一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(6328Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能．下面有关该电池的说法正确的是()A．镍63的衰变方程是6328Ni→6329Cu＋0－1eB．镍63的衰变方程是6328Ni→6327Cu＋01eC．外接负载时镍63的电势比铜片低D．该电池内电流方向是从镍片到铜片[解析]镍63的衰变方程为6328Ni→0－1e＋6329Cu，选项A对，B错；电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，选项C、D均错误．[答案] A4．一块氡222放在天平的左盘时，需要天平的右盘加444 g砝码，天平才能处于平衡，氡222发生α衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为()A．222 g B．8 gC．2 g D．4 g[解析]原有氡222共444 g，经过一个半衰期后有222 g氡发生衰变，其衰变方程为22286Rn→218 84Po＋42He，但是衰变后生成的钋218还在左盘，也就是说，经过一个半衰期只有4 g的α粒子从左盘放射出去，因此欲使天平再次平衡，右盘中只需取出4 g砝码．故A、B、C错误，D正确．[答案] D11。

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。

放射性元素的衰变编制：张阳审核：孙强[教学目标]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，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守恒．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，质量数减少4，电荷数减少2，238 92U的α衰变方程：238 92U→234 90Th＋42He.(2)β衰变：原子核放出β粒子的衰变，进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1，234 90Th的β衰变方程：234 90Th→234 91Pa＋0－1e3．衰变规律：电荷数守恒，质量数守恒．【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238 92U经放射性衰变①变为原子核234 90Th，继而经放射性衰变②变为原子核234 91Pa，再经放射性衰变③变为原子核234 92U。

放射性衰变①②③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2】静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核放出一个α粒子，其速度方向与磁场方向垂直。

测得α粒子与反冲核轨道半径之比为30∶1，如图所示，则( ) A．α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反 B．反冲核的原子序数为62C．原放射性元素的原子序数是62 D．反冲核与α粒子的速率之比为1∶62【例3】238 92U核经一系列的衰变后变为206 82Pb核，问：(1)一共经过次α衰变和次β衰变？(2)206 82Pb与238 92U相比，质子数少了个，中子数少了个？(3)综合写出这一衰变过程的方程．。

二、半衰期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．放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．3．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，半衰期只适用于大量的原子核．【例4】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[典例5] 放射性同位素14C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。