高中物理原子核放射性衰变教师用书教科版

学习资料汇编第3节放射性的应用、危害与防护(对应学生用书页码P38)一、放射性的应用放射性的应用主要表现在以下三个方面：一是利用射线的电离作用、穿透能力等特征，二是作为示踪原子，三是利用衰变特性考古。

1．射线特性的应用(1)α射线：利用α射线带电、能量大，电离作用强的特性可制成静电消除器等。

(2)β射线：由于β射线可穿过薄物或经薄物反射的特性来测量薄物的厚度或密度。

(3)γ射线：由于γ射线穿透能力极强，可以利用γ射线探伤，也可以用于生物变异，在医学上可以用于肿瘤的治疗等。

另外还可以利用射线勘探矿藏等。

2．作为示踪原子在某种元素里掺进一些该元素的放射性同位素，同位素和该元素经历过程相同。

用仪器探测出放射性同位素放出的射线，就可查明这种元素的行踪。

3．衰变特性应用应用14 6C的放射性判断遗物的年代。

二、放射性的危害和防护1．危害来源(1)地壳表面的天然放射元素。

(2)宇宙射线。

(3)人工放射。

2．防护措施(1)距离防护；(2)时间防护；(3)屏蔽防护；(4)仪器监测。

1．判断：(1)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。

( )(2)α射线的穿透本领最弱，电离作用很强。

( )(3)放射性同位素只能是天然衰变产生的，不能用人工方法合成。

( )答案：(1)×(2)√(3)×2．思考：衰变和原子核的人工转变有什么不同？提示：衰变是放射性元素自发的现象，原子核的人工转变是能够人工控制的核反应。

其核反应方程的书写也有区别。

(对应学生用书页码P38)1.(1)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期很短，废料容易处理。

2．放射出的射线的利用(1)利用γ射线的贯穿本领，利用钴60放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫γ射线探伤，利用γ射线可以检查30 cm厚的钢铁部件，利用放射线的贯穿本领，可用来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度等，从而自动控制生产过程。

学习资料汇编第2节放射性__衰变(对应学生用书页码P34)一、天然放射现象的发现1．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀和含铀矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。

物质放出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素。

2．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)、镭(Ra)。

二、三种射线的本质1．α射线实际上就是氦原子核，速度可达到光速的110，其电离能力强，穿透能力较差。

在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。

2．β射线是高速电子流，它的速度更大，可达光速的99%，它的穿透能力较强，电离能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。

3．γ射线呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。

三、原子核的衰变1．放射性元素的原子核放出某种粒子后变成新原子核的变化叫衰变。

2．能放出α粒子的衰变叫α衰变，产生的新核，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动两位，其衰变规律是A Z X―→A－4Z－2Y＋42He。

3．能放出β粒子的衰变叫β衰变，产生的新核，质量数不变，电荷数加1，新核在元素周期表中的位置向后移动一位，其衰变规律A Z X―→A Z＋1Y＋__0－1e。

4．γ射线是伴随α衰变、β衰变同时产生的。

β衰变是原子核中的中子转化成一个电子，同时还生成一个质子留在核内，使核电荷数增加1。

四、半衰期1．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间，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。

3．跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。

4．半衰期是大量原子核衰变的统计规律。

衰变公式：N ＝N 0(12)tτ，τ为半衰期，反映放射性元素衰变的快慢。

1．判断：(1)放射性元素发生α衰变时，新核的化学性质不变。

2.放射性衰变学习目标知识脉络1.知道什么是放射性及放射性元素．(重点)2．知道三种射线的本质和特性．(重点、难点)3．知道原子核的衰变和衰变规律．(重点)4．知道什么是半衰期．(重点)天然放射性和衰变][先填空1．天然放射现象的发现天然放射现象：物质能自发地放出(1)射线的现象．放射性：物质放出(2)射线的性质，叫做放射性．放射性元素：具有(3)的元素，叫做放射性元素．放射性1896(4)年，天然放射现象的发现：贝克勒尔发现了天然放射现象．法国物理学家2．三种射线如图3­2­1所示，让放射线通过强磁场，在磁场的作用下，放射线能分成3束，这表正电种射线，且它们电性不同．带3明有α的射线向右的射线向左偏转，为负电射线；带偏转，为β射线；不发生偏转的射线不带电，为γ射线．图3­2­13．放射性衰变(1)定义：放射性元素自发地蜕变为另一种元素，同时放出射线，这种现象叫做放射性衰变．粒子的衰β，放出衰变α粒子的衰变为α衰变形式：常见的衰变有两种，放出(2)射线产生的．β射线或α是伴随射线γ，而衰变β变为 (3)衰变规律 .Y A-4Z-2＋He 42X→A Z 衰变：①α .Y A Z +1＋e 0－1X→A Z 衰变：②β ．守恒在衰变过程中，电荷数和质量数都 [再判断] 1．放射性元素的放射性都是自发的现象．(√) 2．α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速．(×) 3．原子核发生α衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4.(√) 4．原子核发生β衰变时，原子核的质量不变．(×) 5．原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒．(√) [后思考] 发生β衰变时，新核的电荷数变化多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？个，1知道，新核核电荷数增加了e 0－1＋Pa 234 91Th→234 90衰变方程β根据 【提示】原子序数增加1个，故在元素周期表上向后移了1位．1．α、β、γ射线性质、特征比较 射线种类组成 速度 贯穿本领 电离作用 α射线 He 42粒子是氦原子核α c 110约 很小，一张薄纸就能挡住很强 β射线 e 0－1粒子是高速电子流β 接近c 很大，能穿过几毫米厚的铝板较弱 γ射线 波长很短的电磁波 等于c 最大，能穿过几厘米厚的铅板 很小 (1)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图3­2­2所示．图3­2­2(2)在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图所示．3．衰变 (1)衰变实质 He 42H→12＋n 102粒子α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α e 0－1＋H 1n→10衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子β (2)衰变方程通式 He 42＋Y A-4Z-2X→A Z 衰变：①α e 0－1＋Y A Z ＋1X→A Z 衰变：②β (3)确定原子核衰变次数的方法与技巧A′Z′衰变后，变成稳定的新元素β次m 衰变和α次n 经过X A Z 方法：设放射性元素①Y ，则衰变方程为： A Z e 0－1m ＋He 42n ＋Y A′Z′X→ 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m ..Z －′Z ＋A －A′2＝m ，A －A′4＝n 以上两式联立解得： 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．1．天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是 ( ) A ．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线 B ．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核 C ．三种射线中γ射线的穿适能力最强 D ．β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子 E ．γ射线是波长很长的光子【解析】 由三种射线的本质和特点可知，α射线穿透本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A 正确；γ射线是一种波长很短的光子，不会使原核变成新核，三种射线中γ射线的穿透能力最强，故C 正确，B 、E 错误；β粒子是电子，来源于原子核，故D 正确． 【答案】 ACD2．如图3­2­3所示，放射性元素镭释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，其中________是α射线，________是β射线，________是γ射线.【导学号：11010037】图3­2­3【解析】 由放射现象中α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线，③④是α射线． 【答案】 ③④、①⑥、②⑤3．一置于铅盒中的放射源发射出的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场．进入电场后，射线变为a 、b 两束，射线a 沿原来方向行进，射线b 发生了偏转，如图3­2­4所示，则图中的射线a 为________射线，射线b 为________射线．图3­2­4【解析】 在三种射线中，α射线带正电，穿透能力最弱，γ射线不带电，穿透能力最强，β射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，a 射线应为γ射线，b射线应为β射线． 【答案】 γ β变为原子核②，继而经放射性衰变Th 234 90变为原子核①经放射性衰变U 238 92．原子核4) (下列选项正确的是U.234 92变为原子核③，再经放射性衰变Pa 234 91 A ．①是α衰变 B ．②是β衰变 C ．③是β衰变 D ．③是γ衰变 E ．③是α衰变234 91,Th②234 90 .衰变α为①，说明2，电荷数少4，质量数少Th 234 90,U①238 92 【解析】，质子U 238 92,Pa③234 91.衰变，中子转化成质子β为②，质量数不变，说明1，质子数加Pa 数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子． 【答案】 ABC 5．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2 B ．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4 C ．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1E．原子核放出γ射线时，原子序数不变【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，γ射线是光子．【答案】ADEU238核经一系列的衰变后变为6.9282Pb核，问：206【导学号：11010038】(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？92U相比，质子数和中子数各少了多少？82Pb与238(2)206(3)综合写出这一衰变过程的方程．82Pb经过x次α衰变和y次β衰变．由质量数守恒和 92U衰变为206【解析】(1)设238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衰变中子数减少82Pb较23892U质子数少10，中子数少22.1，而质子数增加1，故20682Pb＋842He＋6 0－1e92U→206(3)衰变方程为238【答案】(1)8次α衰变和6次β衰变(2)10 2292U→20682Pb＋842He＋60－1e(3)2381．三种射线的比较方法(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，属于电磁波的一种．(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，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线．(3)α射线穿透能力较弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强．2．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.半 衰 期[先填空] 1．定义发生衰变所需的时间．半数放射性元素的原子核有 2．决定因素处的化学状态和外部的因素决定的，跟原子所核内部自身放射性元素衰变的快慢是由．不同条件没有关系．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． [再判断] 1．半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢．(√) 2．半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律．(√) 3．对放射性元素加热时，其半衰期缩短．(×) [后思考] 放射性元素衰变有一定的速率．镭226衰变为氡222的半衰期为1 620年，有人说：10 g 镭226经过1 620年有一半发生衰变，镭226还有5 g ，再经过1 620年另一半镭226也发生了衰变，镭226就没有了．这种说法对吗？为什么？【提示】 不对．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫作这种元素的半衰期．经过第二个1 620年后镭226还剩2.5 g.1．对半衰期的理解：半衰期表示放射性元素衰变的快慢． 表示衰变前的原子数和质量，0m 、原N 式中t τ⎝ ⎛⎭⎪⎫120m ＝余m ，tτ⎝ ⎛⎭⎪⎫12原N ＝余N ．半衰期公式：2表示半衰期．τ表示衰变时间，t 表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，余m 、余N 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．C 14年．已知植物存活期间，其体内5 700，半衰期约N 14发生放射性衰变成为C 14．7的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品C 14的比例不变；生命活动结束后，C 12与)(植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是的比例正好是现代C 14中A ．该古木的年代距今约5 700年 具有相同的中子数C 14、C 13、C 12 B. 具有相同的质子数C 14、C 13、C 12．C 射线β的过程中放出N 14衰变为C 14 D. 的衰变C 14．增加样品测量环境的压强将加速E 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C 14古木样品中 【解析】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，不同的中子射β，所以此衰变过程放出e 0－1＋N 14 7C→14 6的衰变方程为C 14.正确C 错误，B 数，选项线，选项D 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E 错误． 【答案】 ACD8．若元素A 的半衰期为4天，元素B 的半衰期为5天，则相同质量的A 和B ，经过20．________为Bm ∶A m 天后，剩下的质量之比 的半衰期为B ，元素5⎝ ⎛⎭⎪⎫12天后剩余原来的20天，经过4的半衰期为A 元素 【解析】1∶2.＝B m ∶A m ，剩下的质量之比4⎝ ⎛⎭⎪⎫12天后剩余原来的20天，经过5 【答案】 1∶29．碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰变期为8天． ．)表示X 衰变后的元素用I→________(131 53核的衰变方程：131碘(1) (2)经过________天75%的碘131核发生了衰变． e 0－1＋X 131 54I→131 53(1) 【解析】 (2)75%的碘发生了衰变，即25%的未衰变．2⎝ ⎛⎭⎪⎫12＝14＝25%＝m m0即 共经历了两个半衰期即16天． (2)16 e 0－1＋X 131 54I→131 53(1) 【答案】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．总．N 12n ＝剩N个半衰期，剩余核n 经过(2)。

2 放射性衰变一、天然放射现象和三种射线1．对天然放射现象的认识(1)1896年，法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性．(2)物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象叫做天然放射现象．(3)原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线．2．对三种射线的认识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？提示：能分成三束，三种射线的带电情况各不相同，它们在电场中受力情况不同，故可偏转为三束．二、衰变1．定义原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的过程．2．衰变类型(1)α衰变：放射性元素放出α粒子的衰变过程．放出一个α粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2，成为新核．(2)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变过程．放出一个β粒子后，核的质量数不变，电荷数增加1.3．衰变规律原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．4．衰变的实质(1)α衰变的实质：2个中子和2个质子结合在一起形成α粒子．(2)β衰变的实质：核内的中子转化为了一个电子和一个质子．(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变产生的．有人说：“γ射线是电磁波，对人类有害，手机、微波炉等用电器都能产生电磁波，因而不能使用！”这种说法对吗？提示：不对，手机和微波炉等确实能产生电磁波，γ射线也是电磁波，但两者在能量上有较大的区别，手机等放出的电磁波属于微波X围，波长与γ射线相比较大，频率较小，因而穿透本领及电离本领都很弱，对人体危害很小．但γ射线频率很大，能量很高，因而使用不当时，对人体危害较大．三、半衰期1．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间，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．半衰期是大量原子核衰变的统计规律．4．衰变定律：N＝N0e－λt，λ称为衰变常数，反映放射性元素衰变的快慢．半衰期就是原子核衰变了一半的时间，所以两个原子核经过一个半衰期后就会有一个核发生了衰变，而另一个核完好并不发生衰变，对不对，为什么？提示：不对，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．考点一对三种射线的分析与判断①如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响.也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关.原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构.②β射线的电子是从原子核中放出来的，并不是从原子核外的电子中放出来的.【例1】 在暗室的真空装置中做如下实验：在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线的射线源，从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图所示．在与射线源距离为H 高处，水平放置两X 叠放着的、涂药面向下的印相纸(比一般纸厚且涂有感光材料的纸)，经射线照射一段时间后把两X 印相纸显影．(1)上面的印相纸有几个暗斑？各是什么射线的痕迹？(2)下面的印相纸显出三个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比．(3)若在此空间再加上垂直于纸面向里的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？(已知：m α＝4 u ，m β＝11 840u ，v α＝c 10，v β≈c )据三种射线的穿透能力―→判断印相纸上的暗斑数据射线的偏转方向―→判断射线的种类α、β射线不偏转――→说明两种射线受到的电场力、洛伦兹力相等―→可列式求出B α/B β 【解析】 (1)两个暗斑，分别是β、γ射线的痕迹，因这两种射线穿透性强．(2)由H ＝vt ，s ＝12at 2，a ＝qE m ，所以s αs β＝5184.(3)要使射线不偏转，qBv ＝qE ，所以B αB β＝v βv α＝10 1.【答案】 (1)两个，β、γ射线 (2)5184 (3)101 总结提能 判断三种射线性质的方法 (1)射线的电性：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，它是波长很短的电磁波．(2)射线的偏转：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)射线的穿透能力：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．放射性元素衰变时放出三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是( B )A ．α射线，β射线，γ射线B ．γ射线，β射线，α射线C ．γ射线，α射线，β射线D ．β射线，α射线，γ射线解析：由三种射线的性质可以知道，α射线的贯穿本领最弱，而γ射线的贯穿本领最强．考点二 原子核衰变及其规律1．α衰变和β衰变的实质(1)α衰变的实质：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较紧密，在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是α衰变现象．即210n ＋211H→42He(2)β衰变的实质：β衰变是原子核中的中子放出一个电子，即β粒子放射出来，同时还生成一个质子留在核内，使核电荷数增加1，即10n→11H ＋0－1e2．衰变次数的计算方法(1)计算依据：确定衰变次数的依据是两个守恒规律，即质量数守恒和核电荷数守恒．(2)计算方法：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 ，则表示该核反应的方程为AZ 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 .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．【例2】 放射性元素钚核244 94Pu 经过多少次α、β衰变后将变成铅核20882Pb?可由衰变规律写出通用的衰变方程，即：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 X ―→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e.然后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 .【解析】 设此过程中发生了x 次α衰变、y 次β衰变，则衰变方程可以写成24494Pu→x 42He ＋y 0－1e ＋20882Pb.根据衰变中的电荷数守恒与质量数守恒建立下面方程：⎩⎪⎨⎪⎧ 244＝4x ＋208，94＝2x －y ＋82.解得：x ＝9，y ＝6.故此过程经历了9次α衰变与6次β衰变．【答案】 9次α衰变，6次β衰变总结提能 确定衰变次数，往往由质量数的改变先确定α衰变的次数，因为β衰变对质量数无影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数，这种做法比较简捷．由原子核的衰变规律可知( C )A ．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线B ．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变C ．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制D ．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1解析：一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线；原子核发生衰变后，新核的核电荷数发生了变化，故新核(新的物质)的化学性质应发生改变；发生正电子衰变，新核质量数不变，核电荷数减少1.考点三 放射性元素的半衰期及其应用1．半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射元素具有的衰变速率一定，不同元素半衰期不同，有的差别很大．2．半衰期公式：N 余＝N 原(12)t /τ，m 余＝m 0(12)t /τ.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．【例3】 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，并测得每分钟衰变10次．水库的存水量为多少？从每分钟衰变次数与质量成正比出发，运用半衰期公式m 余＝m 0，求水库的存水量．【解析】 设放射性同位素原有质量为m 0,10天后的剩余质量为m ，水库的存水量为Q (m 3)，由每分钟衰变次数与其质量成正比可得：10Q 8×107＝m m 0， 由半衰期公式得：m ＝m 0，由以上两式联立代入数据得10Q8×107＝， 解得水库存水量为Q ＝2.5×105 m 3.【答案】 2.5×105 m 3总结提能 正确理解半衰期的概念，原子核有半数发生衰变所需要的时间为半衰期，并不是余下的一半再经过一个半衰期就衰变结束，事实是再经过一个半衰期减少了一半的一半．(多选)重元素的放射性衰变共有四个系列，分别是U238系列(从238 92U 开始到稳定的208 82Pb 为止)、Th232系列、U235系列以及Np237系列(从237 93Np 开始到稳定的209 83Bi 为止)，其中，前三个系列都已在自然界找到，而第四个系列在自然界一直没有被发现，只是在人工制造出Np237后才发现的，下面的说法正确的是( ABC )A ．Np237系列中所有放射性元素的质量数都等于(4n ＋1)，n 为正整数B ．从237 93Np 到209 83Bi ，共发生7次α衰变和4次β衰变C ．可能Np237系列中的所有放射性元素的半衰期相对于地球年龄都比较短D ．天然的Np237系列中的放射性元素在地球上从来就没有出现过解析：由α衰变规律M Z A→M －4Z －2B ＋42He 、β衰变规律M Z C→M Z ＋1D ＋0－1e 可知每发生一次α衰变，原子核的质量数减少4，而发生β衰变时质量数不变，Np237的质量数237＝4×59＋1，所以每一次衰变后的质量数都等于4n ＋1(n 等于正整数)，A 项正确；根据原子核衰变时质量数和电荷数守恒，从237 93Np 到209 83Bi 质量数减少237－209＝28＝4×7，即发生7次α衰变，电荷数减少93－83＝10，考虑7次α衰变带走电荷数为2×7＝14，所以发生了4次β衰变，B 项正确；Np237这个系列在自然界一直没有被发现，可能是这个系列中的所有放射性元素的半衰期相对于地球年龄都比较短，C项正确，D项错误．重难疑点辨析大自然的时钟——碳14测年法由于宇宙射线的作用，大气中二氧化碳除了含有稳定的碳12，还含有放射性的碳14，并且碳的这两种同位素含量之比几乎保持不变．活的植物通过光合作用吸收到体内的既有碳12，也有碳14，它们体内碳12与碳14的含量保持着与大气中一样的比例．植物死后，光合作用停止了，碳14由于β衰变含量逐渐减少．已知碳14的半衰期是5 730年，如果现在有一个从远古居民遗址中挖掘出来的木片，它的碳14的含量只是活体的二分之一，那么这个木片大约是多少年前的植物？这座远古居民遗址大约是多少年前的？1．分析讨论植物死后，碳14由于β衰变含量逐渐减少，与活体的植物含量出现差别．根据从遗址中挖掘出来的木片中剩余的碳14含量，可推出它死后已经过了多少个半衰期，从而得出它的生长年代．题目中所给木片的碳14含量只是活体的一半，说明经过了一个半衰期的时间，即5 730年，所以此植物的生长年代大约是在5 730年前．2．结论因为木片中碳14的含量是活体的二分之一，说明它已经死了一个半衰期的时间，已知碳14的半衰期是5 730年，所以这个木片和这座远古居民遗址大约是五千七百多年前的．3．方法点击(1)由于大气中14C的含量为一定值，古生物失去活性后与大气的交换结束.14C随衰变逐渐减少，因此可依据衰变规律确定年代．(2)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．(3)注意区分两个质量，已发生衰变的质量：m1－，未发生衰变的质量：m.【典例】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．(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14 6C 的衰变方程．(2)若测得一古生物遗骸中的14 6C 含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？【解析】 (1)14 6C 的β衰变方程为14 6C→0－1e ＋14 7N.(2)14 6C 的半衰期τ＝5 730年．生物死亡后，遗骸中的14 6C 按其半衰期变化，设活体中的14 6C 的含量为N 0，遗骸中的14 6C 含量为N ，则N ＝N 0， 即0.25N 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12，故t 5 730＝2，t ＝11 460年． 【答案】 (1)14 6C→0－1e ＋14 7N (2)11 460年类似的方法也可确定地质年代，如地球的年龄等，只不过要利用半衰期接近地球年龄的更长半衰期的元素，如铀238等．1．14C 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．如图所示四幅图中能正确反映14C 衰变规律的是( C )解析：14C 衰变过程中每经过一个半衰期，质量减少为原来的一半，故其质量减少得越来越慢，故选项C 正确．2．有甲、乙两种放射性元素，它们的半衰期分别是τ甲＝15天，τ乙＝30天，开始时二者质量相等，经过60天后，这两种元素的质量之比为( B )A ．12 B ．1 4 C ．18 D ．116解析：60天是甲半衰期的4倍，是乙半衰期的2倍，则M 甲＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫124＝116M ，M 乙＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫122＝14M ， 故M 甲M 乙＝14，B 正确．3．(多选)2011年3月11日，日本当地时间14时46分，日本东北部海域发生里氏9.0级地震并引发海啸，造成重大人员伤亡和财产损失．地震震中位于宫城县以东太平洋海域，震源深度20公里．东京有强烈震感．地震引发的海啸影响到太平洋沿岸的大部分地区．地震造成日本福岛第一核电站1～4号机组发生核泄漏事故．这次核泄漏事故再次引起人们对核能利用过程中的安全、核废料与环境问题的重视．几十年来人们已向巴伦支海海域倾倒了不少核废料，核废料对海洋环境有严重的污染作用．其原因有( ABC )A ．铀、钚等核废料有放射性B ．铀、钚等核废料的半衰期很长C ．铀、钚等重金属有毒性D ．铀、钚等核废料会造成爆炸4．(多选)下列说法正确的是( BC )A.226 88Ra 衰变为22286Rn 要经过1次α衰变和1次β衰变B.238 92U 衰变为234 91Pa 要经过1次α衰变和1次β衰变C.232 90Th 衰变为208 82Pb 要经过6次α衰变和4次β衰变D.238 92U 衰变为222 86Rn 要经过4次α衰变和4次β衰变解析：由衰变规律可知，A 中只经过1次α衰变，D 中只经过4次α衰变和2次β衰变．5．放射性元素232 90Th 经过6次α衰变和4次β衰变成了稳定元素208 82Pb.解析：由232 90Th 变为208 82Pb ，先由质量数的变化确定α衰变的次数，再根据α衰变相应电荷数的改变确定β衰变的次数．本题主要考查对衰变规律的应用和计算能力．方法1：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．因为每进行一次α衰变，质量数减4，所以α衰变的次数为x ＝232－2084次＝6次．再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判断β衰变的次数.6次α衰变，核电荷数应减少2×6＝12个，而每进行一次β衰变，核电荷数增加1，所以β衰变的次数为y ＝[12－(90－82)]次＝4次．方法2：设经过x 次α衰变、y 次β衰变．根据质量数和电荷数守恒得232＝208＋4x,90＝82＋2x－y，两式联立得x＝6，y＝4.。

年班星期第 2
节
课题放射性衰变
教
学
目标知识目标
1、知道什么是原子核衰变。

2、能记住两种衰变的规律，并能熟练写出衰变方
程。

3、知道半衰期的统计意义。

能力目标
能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程
式。

情感目标
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。

教学重点两种衰变规律的应用
教学难点对衰变本质的认识
教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。

教具多媒体第 1课时
教学设计教学内容教学过程。