原子物理-衰变规律

什么是原子核衰变原子核衰变是指原子核内部发生变化，通过放射出射线或释放粒子的方式转变为另一种原子核的过程。

在原子核衰变中，可能发生的变化包括α衰变、β衰变和伽马射线的放射。

这些衰变过程是由不稳定的原子核中发生的，以达到更加稳定的状态。

一、α衰变α衰变是原子核中放出α粒子的过程。

在α衰变中，原子核释放出两个质子和两个中子组成的α粒子。

α粒子是带有正电荷的核子，相当于一个氦原子核。

例如，铀-238（U-238）发生α衰变后，衰变成钍-234（Th-234），其中U-238原子核释放出一个α粒子。

二、β衰变β衰变是指原子核中的中子或质子转变为一个电子或正电子的过程。

1. β-衰变：在β-衰变中，一个中子转变为一个电子，同时释放出一个质子。

这个电子以高速离开原子核，进入外部空间。

这个电子被称为β-粒子。

例如，碳-14（C-14）发生β-衰变后，变为氮-14（N-14），其中一个中子转变为了一个质子，并释放出一个β-粒子。

2. β+衰变：在β+衰变中，一个质子转化为一个正电子，同时释放出一个中子。

这个正电子称为β+粒子。

例如，锝-99（Tc-99）发生β+衰变后，衰变成了钌-99（Ru-99），其中一个质子转变为了一个中子，并释放出一个β+粒子。

三、伽马射线伽马射线是一种高能量的电磁辐射。

当一个核发生α或β衰变后，通常会释放伽马射线，以平衡核内的能量。

伽马射线没有电荷和质量，可以穿透物质，并且对人体有一定的辐射危害。

例如，铯-137（Cs-137）发生β-衰变后，衰变产物碱土金-137（Ba-137）会释放出伽马射线。

原子核衰变是一种自发的过程，不能通过外界条件干预或加速。

衰变速率可以用半衰期来衡量，即衰变物质的一半数量所需的时间。

每种放射性核素都有其特定的半衰期。

原子核衰变在许多领域都具有重要的应用，包括核能产生、放射治疗和碳测年等。

人们对原子核衰变的研究使得我们对原子核的结构和性质有了更深入的了解，并为核物理学和天体物理学的发展提供了重要的基础。

原子物理一、基本知识1、汤姆生发现了电子，使人们认识到原子内部具有复杂的结构。

汤姆生还提出了原子结构的“枣糕”模型。

2、α粒子散射现象绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进或只发生很小的偏转，但仍有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到l80°。

原子的核式结构：原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。

带负电的电子在核外空间绕着核旋转。

原子核带的正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是中性的。

电子绕核旋转所需的向心力就是核对它的库仑引力。

原子的半径大约是10-10m，原子核的直径大约是10-15m～10-14m。

3、玻尔的原子理论为了解决卢瑟福的原子核式结构学说与经典电磁理论发生的矛盾，主要表现在解释原子的稳定性和氢原子的线状光谱中。

玻尔提出了以下的三点假设，即玻尔理论。

(1)原子只能处在一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做加速运动，但不向外辐射能量。

原子的这种状态叫定态。

(2)原子从一种定态(设能量为E1)跃迁到另一种定态(设能量为E2)时，要辐射(或吸收)一定频率的光子。

光子的能量为hυ=E1-E2。

(3)原子不同的能量状态跟电子不同的绕核运动轨道相对应。

原子的能量是不连续的，电子的可能轨道分布也是不连续的。

氢原子的能级公式和轨道公式：r n=n2r1，。

其中r1=0.53×10-10m，为基态轨道半径；E1=-13.6ev，为基态能级的能量，n为量子数，n＝1，2，3……其中E的值是取电子距核无穷远处为电势能零点而计算出来的。

原子各定态的能量值叫原子的能级，原子的最低能量状态称为基态，对应电子在离核最近的轨道上运动；较高的能量状态称为激发态，对应电子在离核较远的轨道上运动。

(4)玻尔理论对氢原子光谱的解释。

玻尔的能级跃迁假设说明，原子无论是吸收还是辐射能量都不是任意的，必须等于原子能级发生跃迁时的两个能级间的能量差，因而吸收或辐射的能量会以一定频率的光子表现出米，即光子能量E＝hυ＝ΔE为一系列定值。

19.2 反射性元素的衰变【重点知识】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 ＋42He3．β衰变：234 90Th→234 91Pa ＋ 0－1e4．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。

【基本知识】一、原子核的衰变1．定义原子核放出 或 ，则核电荷数变了，变成另一种 ，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．衰变方程23892U→23490Th ＋ 23490Th→234 91Pa ＋ 。

4．衰变规律(1)原子核衰变时 和 都守恒。

(2)当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。

这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β和γ三种射线。

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。

2．决定因素放射性元素衰变的快慢是由 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 。

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。

【课堂例题】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、(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的比例持续减小。

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的衰变例3、 (多选)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。

放射性元素衰变类型、本质及其规律
定义：
原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化，叫做原子核的衰变；
衰变类型：
放射性元素放射出a、β、γ三种射线，放出a射线的衰变称为a衰变，放出β
射线的称为β衰变。

衰变规律：
a衰变：新核的质量数比原来的质量数减少4，电荷数减少2，因此新核在元素周期表中的位置要向前移两位。

β衰变：β射线为β粒子，即为电子，电子的质量远小于新核的质量，可以认为电子质量为零，所以发生β衰变后，质量数不变，质子数加1，新核是周;
期表中向右移一格的那个元素的原子。

γ射线:是波长很短的电磁波，为一种光子，其电荷量和质量均可以看做为零，所以原子放出γ射线后，不会变成其他核。

衰变本质：
原子核内的两个质子和中子作为一个整体，结合比较紧密，有时候会作为一个整体从原子核内抛射出来，形成a射线，即a衰变；核内的中子可以转化为质子和电子，释放出电子形成β射线，即是β衰变。

放射性元素发生a、β衰变时，产生的新核往往处于激发状态，这时它要向低能量状态跃迁，辐射出光子，产生γ射线。

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3.自然衰变中原子核的变化规律在核的天然衰变中，核变化的最基本的规律是质量数守恒和电荷数守恒。

① α衰变：随着α衰变，新原子核在周期表中的位置向前移动2位，即②β衰变:随着β衰变，新核在元素周期表中位置向后移1位，即③ γ衰变：对于γ，衰变和变化的不是原子核的类型，而是原子核的能量状态。

但总的来说，γ衰变总是伴随着α衰变或β衰变。

4.放射性元素放射的射线有三种:α射线、γ射线、β射线，这三种射线可以用磁场和电场加以区别，如图1所示。

图15.半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间称为半衰期。

不同的放射性元素的半衰期是不同的，但对于确定的放射性元素，其半衰期是确定的。

它由原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关。

二、实例分析[[例1]]关于天然放射现象，以下叙述正确的是()a、如果放射性物质的温度升高，它的半衰期就会降低b.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的c、在α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强d.铀核(23892U）衰变为铅芯（20682pb)的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变[[分析]]半衰期由放射性元素原子核的内部因素决定，与元素的化学状态、温度、压力等因素无关；β衰变释放的电子是当原子核中的中子转化为质子时产生的。

1.0n11h+0-1e，b对;根据三种射线的物理性质，c对;23892U有92个质子和146206个中子82pb的质子数为82，中子数为124，因而铅核比铀核少10个质子，22个中子。

一次α衰变质量数减少4，故α衰变的次数为x==8次。

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y应满足2x-y+82=92，y=2x-10=6次。

故本题正确答案为b、c.[评论]（1）检查这个问题α衰变β衰变规律以及质量数、质子数和中子数之间的关系。

原子核衰变时电荷数和质量数都守恒原子核放出α粒子或β粒子后,就变成新的原子核.这种变化称为原子核的衰变.
衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒.
质量数守恒（注意不是质量守恒）；电荷数守恒；动量守恒；能量守恒.
题目
分析原子核发生衰变时质量数与核电荷数守恒．由此解答即可．解答解：原子核发生衰变时，无论能量然后变化，但电荷数和质量数守恒．
故答案为：电荷数，质量数
点评该题考查对衰变的理解，属于对基础知识的考查，牢记该知识点的内容即可．
已知的衰变的种类主要有以下三种：
1、阿尔法衰变，它是某种元素的一个原子核通过放射出一个阿尔法粒子，变成另外一种元素的原子核的衰变。

2、贝塔衰变，它的特点是原子核的原子序数改变而质量数不变。

它主要分为三种类型：贝塔加衰变、贝塔加衰变和轨道电子俘获；
3、伽马衰变，它是伴随着阿尔法衰变或贝塔衰变而产生的。

备注：原子核的放射性衰变还包括原子核的自发裂变、质子放射性等许多形式。

只有质量大的原子核才会有显著的原子核的自发裂变。

高三物理核衰变知识点归纳核衰变是高中物理中一个重要的知识点，也是学习核物理的基础。

核衰变涉及到一系列的变化，包括放射性衰变和核反应。

本文将对高三物理核衰变相关的知识点进行归纳，方便同学们理解和记忆。

一、核衰变的基本概念核衰变是指原子核自发地改变核内的粒子组成，通过释放辐射或产生其它粒子的过程。

核衰变可以分为放射性衰变和核反应两种形式。

1.1 放射性衰变放射性衰变是指原子核自发地发生变化，释放出一定能量的过程。

放射性同位素会自发地发生核衰变，放射出α粒子、β粒子或γ射线。

不同类型的衰变具有不同的特点。

1.2 核反应核反应是指两个或多个核粒子发生碰撞或聚变，从而形成新的核粒子的过程。

核反应通常涉及到高速粒子的加速和撞击，因此需要一定的能量。

二、放射性衰变放射性衰变是核物理中的重要概念，包括α衰变、β衰变和γ衰变三种形式。

2.1 α衰变α衰变是指原子核中放出一个氦核（即α粒子）的过程。

α衰变会导致原子序数减2、质量数减4。

α粒子在空气中的传播距离较短，因此对人体的辐射伤害较小。

2.2 β衰变β衰变是指原子核中发生中子转变为质子或质子转变为中子，同时释放出一个β粒子（包括正电子和电子）的过程。

β衰变可以分为β-衰变和β+衰变，分别对应电子和正电子的释放。

2.3 γ衰变γ衰变是指在核衰变中，原子核从高能态跃迁到低能态，释放出γ射线的过程。

γ射线是电磁波，具有很强的穿透能力，对人体的辐射伤害较大。

三、核反应核反应是原子核之间的相互作用，包括聚变和裂变两种形式。

3.1 聚变聚变是指两个或多个轻核相互碰撞、结合成为一个更重的核的过程。

聚变在太阳和恒星中是主要的能量来源，但在地球上实现聚变仍然面临很多技术挑战。

3.2 裂变裂变是指重核在受到中子轰击时发生的核反应，产生两个或多个中子及伴随释放大量能量的过程。

核裂变在核燃料的利用和核武器的制造中发挥着重要作用。

四、应用与展望核衰变和核反应在科学研究、医学、能源等领域具有重要的应用价值。

第2讲原子核一、原子核的组成、放射性元素的衰变1．天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。

天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。

2．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。

3．原子核的衰变(1)衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化。

(2)分类α衰变：A Z X―→A－4Z－2Y＋42He，如：238 92U―→234 90Th＋42He；β衰变：A Z X―→A Z＋1Y＋0－1e，如：234 90Th―→234 91Pa＋0－1e。

(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。

半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。

4．放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。

(2)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。

(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。

思考辨析1．原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数。

(√)2．β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。

(√)3．半衰期可以通过人工进行控制。

(×)4．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？提示：不对，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。

核反应方程：质量数守恒、电荷数守恒，但不是总质量守恒。

1．核力和核能(1)核力：原子核内部，邻近核子间所特有的相互作用力。

(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2。

(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。

2．裂变反应和聚变反应(1)重核裂变①定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。

第31讲原子物理知识图谱原子物理知识精讲一．波粒二象性1．光电效应（1）光电效应实验在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。

光通过小窗照到阴极K 上，在光的作用下，电子从电极K逸出，并受电场加速而形成电流，这种电流称为光电流。

（2）光电效应规律任何一种金属都对应一个极限（截止）频率，入射光频率必须大于极限频率才会产生光电效应。

（3）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大。

（4）当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变，光电流的强度与入射光的强度成正比。

（5）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。

（6）爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0，W0表示金属的逸出功，若νc表示金属的极限频率，则W0＝hνc。

为了解释光电效应的所有实验结果，1905年爱因斯坦推广了普朗克关于能量子的概念，提出了光子说，光子说能够很好地解释光电效应。

把光子的概念应用于光电效应时，爱因斯坦认为一个光子的能量是传递给金属中的单个电子的。

电子吸收一个光子后，把能量的一部分用来挣脱金属对它的束缚，余下的一部分就变成电子离开金属表面后的动能E。

k（7）康普顿效应光子与石墨中的电子发生碰撞后，成分中出现波长变长的光子的现象。

康普顿因此获得1927年的诺贝尔物理学奖。

康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量，入射光和电子的作用可以看成弹性碰撞，则当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞过程中动量守恒，能量守恒，碰后光子可能沿1方向运动，并且波长变长。

康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。

光电效应应用于电子吸收光子的问题，而康普顿效应讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题。

3．用图象表示光电效应的规律（1）k E v -图象根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0，光电子的最大初动能E k 是入射光频率ν的一次函数，图象如图所示，其横轴截距为金属的极限频率νc ，纵轴截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量h 。