第四章

第二節(jié)放射性元素的衰變學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知道三種射線(xiàn)的特征，知道衰變的概念.2.知道α、β衰變的實(shí)質(zhì)，知道γ射線(xiàn)是怎樣產(chǎn)生的，會(huì)寫(xiě)α、β衰變方程.3.知道什么是半衰期，會(huì)利用半衰期解決相關(guān)問(wèn)題.內(nèi)容索引知識(shí)探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測(cè)知識(shí)探究一、原子核的衰變1.怎樣用電場(chǎng)或磁場(chǎng)判斷α、β、γ射線(xiàn)粒子的帶電性質(zhì)？導(dǎo)學(xué)探究答案

讓三種射線(xiàn)通過(guò)勻強(qiáng)電場(chǎng)，則γ射線(xiàn)不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明γ射線(xiàn)不帶電.α射線(xiàn)偏轉(zhuǎn)方向和電場(chǎng)方向相同，帶正電，β射線(xiàn)偏轉(zhuǎn)方向和電場(chǎng)方向相反，帶負(fù)電.或者讓三種射線(xiàn)通過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則γ射線(xiàn)不偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明γ射線(xiàn)不帶電，α射線(xiàn)和β射線(xiàn)可根據(jù)偏轉(zhuǎn)方向和左手定則確定帶電性質(zhì).答案2.如圖1為α衰變、β衰變示意圖.(1)當(dāng)原子核發(fā)生α衰變時(shí)，原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)如何變化？答案

α衰變時(shí)，質(zhì)子數(shù)減少2，中子數(shù)減少2.圖1(2)當(dāng)發(fā)生β衰變時(shí)，新核的核電荷數(shù)相對(duì)原來(lái)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？答案

β衰變時(shí)，核電荷數(shù)增加1.新核在元素周期表中的位置向后移動(dòng)一位.答案知識(shí)梳理原子核的衰變1.對(duì)三種射線(xiàn)的認(rèn)識(shí)種類(lèi)α射線(xiàn)β射線(xiàn)γ射線(xiàn)組成高速

流高速

流

流(高頻電磁波)帶電荷量2e－e0速率0.1c0.99c__氦核電子光子c貫穿本領(lǐng)最

，用一張紙就能擋住較強(qiáng)，能穿透幾毫米厚的_____

最

，能穿透幾厘米厚的_____

電離作用很___

較強(qiáng)很___

2.定義：原子核放出

或

，變成另一種原子核的過(guò)程.鋁板弱強(qiáng)鉛板強(qiáng)弱α粒子β粒子3.衰變類(lèi)型(1)α衰變：放射性元素放出α粒子的衰變過(guò)程.放出一個(gè)α粒子后，核的質(zhì)量數(shù)

，電荷數(shù)

，成為新核.(2)β衰變：放射性元素放出β粒子的衰變過(guò)程.放出一個(gè)β粒子后，核的質(zhì)量數(shù)

，電荷數(shù)

.4.衰變規(guī)律：原子核衰變時(shí)

和

都守恒.5.衰變的實(shí)質(zhì)(1)α衰變的實(shí)質(zhì)：2個(gè)

和2個(gè)

結(jié)合在一起形成α粒子.(2)β衰變的實(shí)質(zhì)：核內(nèi)的一個(gè)

轉(zhuǎn)化為了一個(gè)

和一個(gè)

.(3)γ射線(xiàn)經(jīng)常是伴隨α衰變和β衰變產(chǎn)生的.減少4減少2不變?cè)黾?電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)中子質(zhì)子中子電子質(zhì)子即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)α射線(xiàn)實(shí)際上就是氦原子核，α射線(xiàn)具有較強(qiáng)的穿透能力.(

)(2)β射線(xiàn)是高速電子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板.(

)(3)γ射線(xiàn)是能量很高的電磁波，電離作用很強(qiáng).(

)(4)原子核在衰變時(shí)，它在元素周期表中的位置不變.(

)(5)發(fā)生β衰變是原子核中的電子發(fā)射到核外.(

)×√×××二、半衰期(1)什么是半衰期？對(duì)于某個(gè)或選定的幾個(gè)原子核能根據(jù)該種元素的半衰期預(yù)測(cè)它的衰變時(shí)間嗎？導(dǎo)學(xué)探究答案

半衰期是一個(gè)時(shí)間，是某種放射性元素的大量原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時(shí)間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，故無(wú)法預(yù)測(cè)單個(gè)原子核或幾個(gè)特定原子核的衰變時(shí)間.答案(2)某放射性元素的半衰期為4天，若有10個(gè)這樣的原子核，經(jīng)過(guò)4天后還剩5個(gè)，這種說(shuō)法對(duì)嗎？答案

半衰期是大量放射性元素的原子核衰變時(shí)所遵循的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，不能用于少量的原子核發(fā)生衰變的情況，因此，經(jīng)過(guò)4天后，10個(gè)原子核有多少發(fā)生衰變是不能確定的，所以這種說(shuō)法不對(duì).答案半衰期1.定義：放射性元素的原子核因衰變減少到原來(lái)的

所經(jīng)過(guò)的時(shí)間.2.特點(diǎn)(1)不同的放射性元素，半衰期

，甚至差別非常大.(2)放射性元素衰變的快慢是由

決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件

.知識(shí)梳理一半不同核內(nèi)部自身因素?zé)o關(guān)3.適用條件：半衰期描述的是

，不適用于單個(gè)原子核的衰變.4.半衰期公式：N＝

，m＝

，其中T1/2為半衰期.統(tǒng)計(jì)規(guī)律即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)同種放射性元素，在化合物中的半衰期比在單質(zhì)中長(zhǎng).(

)(2)把放射性元素放在低溫處，可以減緩放射性元素的衰變.(

)(3)放射性元素的半衰期與元素所處的物理和化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)，它是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只對(duì)大量的原子核才適用.(

)(4)氡的半衰期是3.8天，若有4個(gè)氡原子核，則經(jīng)過(guò)7.6天后只剩下一個(gè)氡原子核.(

)×√××題型探究一、三種射線(xiàn)1.三種射線(xiàn)的實(shí)質(zhì)α射線(xiàn)：高速氦核流，帶2e的正電荷；β射線(xiàn)：高速電子流，帶e的負(fù)電荷；γ射線(xiàn)：光子流(高頻電磁波)，不帶電.2.三種射線(xiàn)在電場(chǎng)中和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)(1)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，γ射線(xiàn)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，α粒子和β粒子沿相反方向做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，在同樣的條件下，β粒子的偏移大，如圖2所示.圖2(2)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，γ射線(xiàn)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，仍做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，α粒子和β粒子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且在同樣條件下，β粒子的軌道半徑小，如圖3所示.圖3選項(xiàng)5磁場(chǎng)方向到達(dá)O點(diǎn)的射線(xiàn)到達(dá)P點(diǎn)的射線(xiàn)A豎直向上βαB豎直向下αβC垂直紙面向里γβD垂直紙面向外γα例1

如圖4所示，R是一種放射性物質(zhì)，虛線(xiàn)框內(nèi)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，LL′是厚紙板，MM′是熒光屏，實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在熒光屏的O、P兩點(diǎn)處有亮斑，由此可知磁場(chǎng)的方向、到達(dá)O點(diǎn)的射線(xiàn)種類(lèi)、到達(dá)P點(diǎn)的射線(xiàn)種類(lèi)應(yīng)屬于下表中的解析答案√圖4解析

R放射出來(lái)的射線(xiàn)共有α、β、γ三種，其中α、β射線(xiàn)垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)將受到洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn)，γ射線(xiàn)不偏轉(zhuǎn)，故打在O點(diǎn)的應(yīng)為γ射線(xiàn)；由于α射線(xiàn)貫穿本領(lǐng)弱，不能射穿厚紙板，故到達(dá)P點(diǎn)的應(yīng)是β射線(xiàn)；依據(jù)β射線(xiàn)的偏轉(zhuǎn)方向及左手定則可知磁場(chǎng)方向垂直紙面向里.例2

(多選)將α、β、γ三種射線(xiàn)分別射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，圖中表示射線(xiàn)偏轉(zhuǎn)情況正確的是解析答案√√解析已知α粒子帶正電，β粒子帶負(fù)電，γ射線(xiàn)不帶電，根據(jù)正、負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受洛倫茲力方向和正、負(fù)電荷在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力方向可知，A、B、C、D四幅圖中α、β粒子的偏轉(zhuǎn)方向都是正確的，但偏轉(zhuǎn)的程度需進(jìn)一步判斷.帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其半徑r＝

，將數(shù)據(jù)代入，則α粒子與β粒子的半徑之比A對(duì)，B錯(cuò)；帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，設(shè)初速度為v0，垂直電場(chǎng)線(xiàn)方向位移為x，沿電場(chǎng)線(xiàn)方向位移為y，則有C錯(cuò)，D對(duì).對(duì)某一確定的x值，α、β粒子沿電場(chǎng)線(xiàn)偏轉(zhuǎn)距離之比三種射線(xiàn)的鑒別1.α射線(xiàn)帶正電、β射線(xiàn)帶負(fù)電、γ射線(xiàn)不帶電.α射線(xiàn)、β射線(xiàn)是實(shí)物粒子，而γ射線(xiàn)是光子流，屬于電磁波的一種.2.α射線(xiàn)、β射線(xiàn)都可以在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，但偏轉(zhuǎn)方向不同，γ射線(xiàn)則不發(fā)生偏轉(zhuǎn).3.α射線(xiàn)穿透能力弱，β射線(xiàn)穿透能力較強(qiáng)，γ射線(xiàn)穿透能力最強(qiáng)，而電離本領(lǐng)相反.歸納總結(jié)二、原子核的衰變規(guī)律和衰變方程1.衰變種類(lèi)、實(shí)質(zhì)與方程實(shí)質(zhì)：原子核中，2個(gè)中子和2個(gè)質(zhì)子結(jié)合得比較牢固，有時(shí)會(huì)作為一個(gè)整體從較大的原子核中被釋放出來(lái)，這就是放射性元素發(fā)生的α衰變現(xiàn)象.實(shí)質(zhì)：原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子且放出一個(gè)電子即β粒子，使電荷數(shù)增加1，β衰變不改變?cè)雍说馁|(zhì)量數(shù)，其轉(zhuǎn)化方程為：2.確定原子核衰變次數(shù)的方法與技巧(1)方法：設(shè)放射性元素

經(jīng)過(guò)n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素

，則衰變方程為：根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.由此可見(jiàn)，確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個(gè)二元一次方程組.(2)技巧：為了確定衰變次數(shù)，一般先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)(這是因?yàn)棣滤プ兊拇螖?shù)多少對(duì)質(zhì)量數(shù)沒(méi)有影響)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù).例3(1)一共經(jīng)過(guò)幾次α衰變和幾次β衰變？解析答案答案

8

6解析

設(shè)

衰變?yōu)?/p>

經(jīng)過(guò)x次α衰變和y次β衰變，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得238＝206＋4x ①92＝82＋2x－y ②聯(lián)立①②解得x＝8，y＝6.即一共經(jīng)過(guò)8次α衰變和6次β衰變.解析答案解析

由于每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2，每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)少1，而質(zhì)子數(shù)增加1，故

較

質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22.答案

10

22(3)綜合寫(xiě)出這一衰變過(guò)程的方程.解析答案

針對(duì)訓(xùn)練1原子核

經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍?/p>

，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍?/p>

，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍?放射性衰變①、②和③依次為

A.α衰變、β衰變和β衰變

B.β衰變、α衰變和β衰變C.β衰變、β衰變和α衰變

D.α衰變、β衰變和α衰變解析答案√衰變方程的書(shū)寫(xiě)：衰變方程用“―→”，而不用“＝”表示，因?yàn)樗プ兎匠瘫硎镜氖窃雍说淖兓皇窃拥淖兓?技巧點(diǎn)撥三、對(duì)半衰期的理解及有關(guān)計(jì)算例4放射性同位素14C被考古學(xué)家稱(chēng)為“碳鐘”，它可以用來(lái)判定古生物體的年代，此項(xiàng)研究獲得1960年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).(1)宇宙射線(xiàn)中高能量的中子碰到空氣中的氮原子后，會(huì)形成不穩(wěn)定的

，它很容易發(fā)生衰變，放出β射線(xiàn)變成一個(gè)新核，其半衰期為5730年，試寫(xiě)出14C的衰變方程.解析答案(2)若測(cè)得一古生物遺骸中的

含量只有活體中的25%，則此遺骸距今約有多少年？解析答案答案

11460年針對(duì)訓(xùn)練2氡222是一種天然放射性氣體，被吸入后，會(huì)對(duì)人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷，它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一.其衰變方程是

____.已知

的半衰期約為3.8天，則約經(jīng)過(guò)____天，16g的

衰變后還剩1g.解析答案15.2解析根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可推得該反應(yīng)的另一種生成物為

.根據(jù)m余＝m原

得＝4，代入T1/2＝3.8天，解得t＝3.8×4天＝15.2天.達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.下列說(shuō)法正確的是

A.α射線(xiàn)是由高速運(yùn)動(dòng)的氦核組成的，其運(yùn)行速度接近光速B.β射線(xiàn)能穿透幾毫米厚的鉛板C.γ射線(xiàn)的穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱D.β射線(xiàn)的粒子和電子是兩種不同的粒子√答案123452.(多選)以下關(guān)于天然放射現(xiàn)象，敘述正確的是

A.若使某放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將變短B.β衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的C.α射線(xiàn)是原子核衰變產(chǎn)生的，它有很強(qiáng)的電離作用D.γ射線(xiàn)是原子核產(chǎn)生的，它是能量很大的光子流√12345√解析答案解析半衰期與元素的物理狀態(tài)無(wú)關(guān)，若使某放射性物質(zhì)的溫度升高，半衰期不變，故A錯(cuò)誤；β衰變所釋放的電子是從原子核內(nèi)釋放出的電子，故B錯(cuò)誤；α射線(xiàn)是原子核衰變產(chǎn)生的，是氦的原子核，它有很強(qiáng)的電離作用，穿透能力很弱，選項(xiàng)C正確；γ射線(xiàn)是原子核發(fā)生α或β衰變時(shí)產(chǎn)生的，它是能量很大的光子流，選項(xiàng)D正確.123453.下列有關(guān)半衰期的說(shuō)法正確的是

A.放射性元素的半衰期越短，表明有半數(shù)原子核發(fā)生衰變所需的時(shí)間越

短，衰變速度越快B.放射性元素的樣品不斷衰變，隨著剩下未衰變的原子核的減少，元素

半衰期也變長(zhǎng)C.把放射性元素放在密封的容器中，可以減慢放射性元素的衰變速度D.降低溫度或增大壓強(qiáng)，讓該元素與其他物質(zhì)形成化合物，均可減小衰

變速度√答案解析12345解析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間，它反映了放射性元素衰變速度的快慢，半衰期越短，則衰變?cè)娇?；某種元素的半衰期長(zhǎng)短由其自身因素決定，與它所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤.123454.某原子核A先進(jìn)行一次β衰變變成原子核B，再進(jìn)行一次α衰變變成原子核C，則

A.核C的質(zhì)子數(shù)比核A的質(zhì)子數(shù)少2B.核A的質(zhì)量數(shù)減核C的質(zhì)量數(shù)等于3C.核A的中子數(shù)減核C的中子