第5章第2節(jié)原子核衰變及半衰期課標要求1.知道放射現(xiàn)象的實質是原子核的衰變。(物理觀念)2.了解半衰期的概念,知道半衰期的統(tǒng)計意義,能利用半衰期進行簡單的計算。(物理觀念)3.知道兩種衰變的性質,能運用衰變規(guī)律寫出衰變方程。(物理觀念)4.了解放射性在生產和科學領域的應用和防護。(科學態(tài)度與責任)基礎落實·必備知識全過關重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學以致用·隨堂檢測全達標基礎落實·必備知識全過關一、原子核的衰變1.原子核的衰變:原子核因釋放出α、β這樣的射線(粒子流)而轉變成

的變化。

2.衰變類型:放出α粒子的衰變稱為

,放出β粒子的衰變稱為

,而γ射線是伴隨α射線或β射線產生的。

3.衰變方程(1)鈾核發(fā)生α衰變轉變成釷核:

。

(2)釷核發(fā)生β衰變轉變成鏷核:

。

新核

α衰變

β衰變

二、半衰期1.定義:放射性元素的原子核有

發(fā)生衰變需要的時間。

3.適用條件:不適用于少數(shù)原子核的衰變。半衰期描述的是大量原子核發(fā)生衰變的

,大量的原子核群體中,經(jīng)過一定的時間將有一定比例的原子核發(fā)生衰變。但對于一個特定的原子核,我們不知道它將何時發(fā)生衰變,只知道它發(fā)生衰變的概率。

半數(shù)

半衰期

統(tǒng)計規(guī)律

4.特點(1)不同元素的放射性半衰期一般

。

(2)元素半衰期的長短只由原子核

決定,一般與原子核所處的物理、化學狀態(tài)無關。無論放射性元素所處的溫度和壓強如何變化、是以單質還是化合物的形式存在,原子的結構都不會受到影響,它的半衰期不會改變。

不同

自身因素

三、放射性的應用1.利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點,可以通過測量其衰變程度來推斷時間。2.在某種元素里摻進一些該元素的放射性

,用儀器探測它放出的射線,可以查明這種元素的行蹤,具有這種用途的放射性

稱為示蹤原子。

3.利用γ射線的穿透本領可以測厚度等,還可以用于照射種子培育優(yōu)良品種等。同位素

同位素

四、放射性污染和防護放射性污染主要來自核爆炸、核泄漏和醫(yī)療照射。過量的放射線對人體和其他生物體有很強的殺傷作用。為避免放射線的危害,要盡量減少受輻射時間,采取必要的防范措施。想一想放射性元素衰變有一定的速率,鐳226變?yōu)檠?22的半衰期為1

620年。有人說:10克經(jīng)過1

620年有一半鐳226發(fā)生衰變,鐳226還有5克,再經(jīng)過1

620年另一半鐳也發(fā)生了衰變,鐳226就沒有了。這種說法對嗎?為什么?提示

不對,放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需時間叫作這種元素的半衰期,經(jīng)過第二個1

620年鐳226還有2.5克。易錯辨析

判一判(1)原子核發(fā)生衰變,變成了一種新的原子核。(

)(2)原子核衰變時質量是守恒的。(

)(3)β衰變時放出的電子就是核外電子。(

)(4)半衰期是放射性元素的大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律。(

)(5)對放射性元素加熱時,其半衰期縮短。(

)√×提示

原子核衰變時質量虧損。

×提示

β衰變時放出的電子不是核外電子,是中子放出一個電子變成質子。

√×提示

溫度不影響元素的半衰期。

即學即用

練一練1919年,盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質子。發(fā)現(xiàn)質子的核反應方A.8和17 B.7和17C.6和14

D.10和15A解析

根據(jù)核反應電荷數(shù)守恒2+7=1+x,核反應質量數(shù)守恒4+14=1+y,得x=8,y=17,故核反應方程為

,故A正確,B、C、D錯誤。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一原子核的衰變情境探究(1)當原子核發(fā)生α衰變時,原子核的質子數(shù)和中子數(shù)如何變化?為什么?(2)當發(fā)生β衰變時,新核的核電荷數(shù)相對原來的原子核變化了多少?新核在元素周期表中的位置怎樣變化?要點提示

(1)α衰變時,原子核內兩個質子和兩個中子結合成一個α粒子拋射出來,則核內的中子數(shù)和質子數(shù)都減少2個。(2)β衰變時,核內的一個中子變成一個質子留在核內,同時放出一個電子,則核電荷數(shù)增加1,新核在元素周期表中的位置后移一位。知識歸納1.對原子核衰變的理解

2.衰變方程的書寫(1)核反應過程一般是不可逆的,所以核反應只能用箭頭,不能用等號。(2)核反應的生成物一定要以實驗為基礎,不能憑空只依據(jù)兩個守恒而杜撰出不符合實際的生成物來書寫核反應方程。(3)核反應中遵循質量數(shù)守恒而不是質量守恒,核反應過程中反應前后的總質量一般會發(fā)生變化(質量虧損)而釋放出核能。(4)當放射性物質發(fā)生連續(xù)衰變時,原子核中有的發(fā)生α衰變,有的發(fā)生β衰變,同時伴隨著γ輻射。

質量數(shù)守恒,質量有虧損

應用體驗(1)一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β衰變?(3)寫出這一衰變過程的方程。

恒和電荷數(shù)守恒可得238=206+4x①92=82+2x-y②聯(lián)立①②解得x=8,y=6即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變。規(guī)律方法

確定衰變次數(shù)的方法

(3)根據(jù)電荷數(shù)和質量數(shù)守恒列方程A=A'+4nZ=Z'+2n-m針對訓練1關于放射性現(xiàn)象的下列說法正確的是(

)A.原子核發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了4B.原子核發(fā)生α衰變時,生成核與α粒子的總質量等于原來的原子核的質量C.原子核發(fā)生β衰變時,生成核的質量數(shù)比原來的原子核的質量數(shù)多1D.單質的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的D解析

α衰變時,電荷數(shù)少2,質量數(shù)少4,核子數(shù)少4,故中子數(shù)少2,故A錯誤;原子核發(fā)生α衰變時,要釋放能量,故質量要發(fā)生虧損,故B錯誤;原子核發(fā)生β衰變后電荷數(shù)增加1,質量數(shù)不變,故C錯誤;半衰期是對大量放射性元素的統(tǒng)計規(guī)律,由元素本身決定,與原子核所處環(huán)境、狀態(tài)無關,故D正確。探究二半衰期情境探究你知道考古學家根據(jù)什么推斷古化石的年代嗎?要點提示

只要測出古化石中碳14的含量就可以根據(jù)碳14的半衰期推斷古化石的年齡。知識歸納1.對半衰期的理解半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量。不同的放射性元素,半衰期不同,有的差別很大。2.半衰期公式,其中,T為半衰期,M、N是衰變前的質量和原子數(shù),m、n是衰變后尚未發(fā)生衰變的原子質量和原子數(shù)。3.適用條件半衰期是一個統(tǒng)計概念,是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結,對于一個特定的原子核,無法確定何時發(fā)生衰變,因此,半衰期只適用于大量的原子核的衰變。4.影響因素半衰期是放射性元素的一種性質,只與原子核本身的性質有關,其衰變的快慢是由原子核內部因素決定的,與其所處的化學狀態(tài)和外部條件無關,即一種放射性元素,不管它以單質存在還是以化合物的形式存在,或者對它加壓,或者提高它的溫度,都不能改變其半衰期。5.應用利用半衰期非常穩(wěn)定的特點,可以測算其衰變過程,推算時間等。畫龍點睛

(1)半衰期由核內部自身的因素決定,與原子所處的化學狀態(tài)和外部條件都無關。(2)半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律,適用于對大量原子核衰變的計算,對于個別少數(shù)原子核不適用。應用體驗典例2

醫(yī)學影像診斷設備PET/CT是診斷COVID-19的一種有效手段,其原理是借助于示蹤劑可以聚集到病變部位的特點來發(fā)現(xiàn)疾病。該方法常利B針對訓練2(2021廣東卷)科學家發(fā)現(xiàn)銀河系中存在大量的放射性同位素鋁26。鋁26的半衰期為72萬年,其衰變方程為

。下列說法正確的是(

)A.Y是氦核B.Y是質子C.再經(jīng)過72萬年,現(xiàn)有的鋁26衰變一半D.再經(jīng)過144萬年,現(xiàn)有的鋁26全部衰變C解析

根據(jù)電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒,衰變方程為

,Y是正電子,選項A、B錯誤;根據(jù)半衰期的定義,再經(jīng)過72萬年,現(xiàn)有的鋁26衰變一半,再經(jīng)過144萬年,現(xiàn)有的鋁26衰變后,剩有原來的四分之一,選項C正確,選項D錯誤。探究三放射性同位素及其應用情境探究人工放射性同位素的放射強度易于控制,它的半衰期比天然放射性物質短得多,因此在生產和科學領域得以廣泛的應用。(1)能用α射線來測量金屬板的厚度嗎?(2)γ射線照射食品延長保存期的原理是什么?要點提示

(1)不能。(2)用γ射線照射食品可以殺死使食物腐敗的細菌,抑制食品腐敗,延長保存期。知識歸納1.放射性同位素具有放射性的同位素,叫作放射性同位素。2.放射性同位素的應用(1)利用放射性同位素放出的射線①探傷:射線穿透金屬部件時,如果遇到砂眼、裂痕等傷痕,接收到的射線將與正常處不同,因此可利用放射性同位素放出射線探傷。②測厚:射線穿透某些物質的本領與物質的厚度、密度有關,因此可用射線來檢查某些產品的厚度,技術上可用作自動控制。③利用射線電離能力,可以使空氣電離,除去紡織車間的靜電,或制成報警器。④輻照:利用射線照射,可以殺死癌細胞,用以治病;用射線照射植物,引起植物變異,用以育種等。(2)作示蹤原子由于放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有相同的化學性質,如果在某種元素里摻進一些放射性同位素,那么元素無論走到哪里,它的放射性同位素也經(jīng)過同樣的過程。而放射性同位素不斷地放出射線,再用儀器探測這些射線,即可知道元素的行蹤,這種用途的放射性同位素叫作示蹤原子。3.人工放射性同位素的優(yōu)點(1)資源豐富,天然放射性元素不過40多種,但人工放射性同位素已達3000多種,目前每種元素都有了自己的放射性同位素。(2)和天然放射性物質相比,人工放射性同位素的放射強度容易控制,還可以制成各種所需的不同形狀,特別是,它的半衰期比天然放射性物質短得多,因此放射性廢料容易處理。由于這些優(yōu)點,所以在生產和科研中凡是用到射線時,用的都是人工放射性同位素,而不用天然放射性物質。應用體驗典例3

科研人員正在研制一種新型鎳銅電池,它采用半衰期長達100年的放射性同位素鎳

和銅作為電池的正負極,利用鎳63發(fā)生β衰變釋放電子給銅片,為負載提供電能。下面說法正確的是(

)C.提高溫度,增大壓強可以改變鎳63的半衰期D.經(jīng)過200年,該電池中的鎳將全部變成其他金屬B針對訓練3正電子發(fā)射計算機斷層顯像(PET)的基本原理是:將放射性同位素氧15注入人體,參與人體的代謝過程。氧15在人體內衰變放出正電子,與人體內負電子相遇而湮滅轉化為一對光子,被探測器探測到,經(jīng)計算機處理后產生清晰的圖像。根據(jù)PET原理,回答下列問題:(1)將放射性同位素氧15注入人體,氧15的主要用途是(

)A.利用它的射線 B.作為示蹤原子C.參與人體的代謝過程 D.有氧呼吸(2)寫出氧15的衰變和正負電子湮滅的方程式。B解析

(1)將放射性同位素氧15注入人體后,由于它能放出正電子,并能與人體內的負電子產生一對光子,從而被探測器探測到,所以它的用途是作為示蹤原子,B正確。學以致用·隨堂檢測全達標12345A1234512345AC12345解析

本題以人工放射性同位素為背景,意在考查核反應方程。根據(jù)核反應中質量數(shù)和電荷數(shù)守恒的規(guī)律可知,X的質量數(shù)為4+27-1=30,電荷數(shù)為2+13-0=15,Y的質量數(shù)為30,電荷數(shù)為15-1=14,則X的質量數(shù)和Y的質量數(shù)相等,X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)多1,選項A正確,選項B錯誤;X的電荷數(shù)比

的電荷數(shù)多15-13=2,選項C正確;X的質量數(shù)比

的質量數(shù)多30-27=3,選項D錯誤。123453.(多選)(2020全國Ⅰ卷)下列核反應方程中,X1、X2、X3、X4代表α粒子的有(

)BD12345123454.(2023遼寧沈陽高二期末)在勻強磁場中,一個原來靜止的原子核,由于衰變放