問(wèn)題1：什么是衰變？如何表示衰變過(guò)程？答：天然放射現(xiàn)象中由于放射性元素的原子核放出某種粒子而轉(zhuǎn)變成新核的過(guò)程叫做原子核的衰變（radioactivedecay）。放出α粒子的衰變過(guò)程稱為α衰變；放出β粒子的衰變過(guò)程稱為β衰變。大量事實(shí)表明，原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。α衰變和β衰變過(guò)程可以用衰變方程表示：對(duì)于β衰變需要做以下說(shuō)明：①原子核的β衰變其實(shí)不只一種，有的β衰變還會(huì)放出反電子（），但高中階段主要研究放出電子的這一種。②根據(jù)守恒定律及實(shí)驗(yàn)事實(shí)，β衰變中還伴隨著中微子（）

或者反中微子（）的產(chǎn)生，由于中微子的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是0，所以高中階段寫衰變方程時(shí)一般都不寫出。問(wèn)題2：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，為什么衰變時(shí)會(huì)放出α粒子和β粒子？答：α衰變的實(shí)質(zhì)是原子核中2個(gè)中子和2個(gè)質(zhì)子能十分緊密地結(jié)合在一起，在一定條件下作為一個(gè)整體從原子核中穿越出來(lái)。2個(gè)中子和2個(gè)質(zhì)子就構(gòu)成了氦的原子核，也就是α粒子。β衰變的實(shí)質(zhì)在于核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變成了一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，其反應(yīng)方程是問(wèn)題3：為什么α衰變和β衰變中經(jīng)常伴隨著γ射線的產(chǎn)生？答：原子核的能量與原子的能量一樣，也只能取一系列不連續(xù)的值，因此原子核也存在著能級(jí)。發(fā)生α衰變或β衰變時(shí)原子核放出的粒子具有一定的速度，根據(jù)動(dòng)量守恒定律產(chǎn)生的新核會(huì)在反沖作用下獲得一定的能量，這些能量使新核往往處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)。大量處于激發(fā)態(tài)的新核向低能激發(fā)態(tài)躍遷的過(guò)程中輻射出的大量光子就形成了γ射線，所以γ射線經(jīng)常是伴隨α射線和β射線產(chǎn)生的。問(wèn)題4：如何推理得出放射性元素的原子核衰變到較為穩(wěn)定的原子核經(jīng)歷了怎樣的衰變過(guò)程？答：放射性元素的原子核發(fā)生α衰變或β衰變時(shí)產(chǎn)生的新核往往也具有放射性，是不穩(wěn)定的，這些新核會(huì)繼續(xù)衰變直到產(chǎn)生的新核達(dá)到較為穩(wěn)定的狀態(tài)為止，比如放射性同位素經(jīng)多次α、β衰變后變成。接下來(lái)我們就以衰變成的過(guò)程為例，看看如何推理原子核的衰變過(guò)程經(jīng)過(guò)了多少次α衰變、多少次β衰變：由于β粒子就是電子，電子的質(zhì)量數(shù)為0，所以β衰變不會(huì)引起質(zhì)量數(shù)的變化，所以上述衰變過(guò)程中原子核質(zhì)量數(shù)的變化一定是α衰變引起的，每一次α衰變，原子核的質(zhì)量數(shù)會(huì)減少4。衰變成的過(guò)程中質(zhì)量數(shù)減少了12，所以這一過(guò)程中經(jīng)過(guò)了3次α衰變。每一次α衰變，原子核的電荷數(shù)會(huì)減少2，3次α衰變電荷數(shù)減少6；每一次β衰變?cè)雍说碾姾蓴?shù)增加1。衰變成的過(guò)程中電荷數(shù)減少了4，所以這一過(guò)程一定還發(fā)生了2次β衰變。所以衰變成經(jīng)過(guò)了3次α衰變、2次β衰變。問(wèn)題5：如果將放射性元素的原子核置于磁場(chǎng)中，如何利用帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)判斷原子核經(jīng)歷了怎樣的衰變過(guò)程？答：放射性元素的原子核發(fā)生衰變的過(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。如果將放射性元素的原子核置于磁場(chǎng)中，假設(shè)開始時(shí)原子核靜止，則原子核衰變后放出的粒子和新核在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡有如圖所示的兩種，利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律對(duì)軌跡進(jìn)行分析可以判斷原子核到底經(jīng)歷了怎樣的衰變過(guò)程，推理過(guò)程如下。原子核發(fā)生了α衰變產(chǎn)生的新核和放出的α粒子都帶正電，原子核發(fā)生β衰變產(chǎn)生的新核帶正電、放出的β粒子帶負(fù)電。根據(jù)衰變過(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律可知，原子核發(fā)生衰變時(shí)放出粒子和產(chǎn)生的新核動(dòng)量大小相同、方向相反，也就是產(chǎn)生的新核和放出的粒子速度方向一定相反。圖甲中兩個(gè)圓的軌跡是外切圓，說(shuō)明衰變瞬間產(chǎn)生的新核和放出的粒子在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力反向。速度方向相反，磁場(chǎng)方向相同，洛倫茲力方向相反，說(shuō)明新核與放出的粒子帶同種電荷，所以圖甲所示的軌跡說(shuō)明原子核發(fā)生了α衰變。帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)滿足：由于新核與α粒子的動(dòng)量大小相等，所以兩者做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與所帶電荷量成反比，所以圖甲中紅色的大圓代表α粒子的軌跡，藍(lán)色的小圓代表新核的軌跡。同理對(duì)圖乙進(jìn)行推理可得兩個(gè)圓是內(nèi)切圓說(shuō)明原子核發(fā)生了β衰變，紅色的大圓代表β粒子的軌跡，藍(lán)色的小圓代表新核的軌跡。問(wèn)題6：放射性元素的衰變具有怎樣的規(guī)律？答：放射性物質(zhì)發(fā)生衰變時(shí)，對(duì)于單個(gè)原子核而言，它發(fā)生衰變的時(shí)刻是不確定的。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大量原子核的衰變遵循統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律：在某段時(shí)間?t內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)?N與當(dāng)時(shí)存在的原子核數(shù)N成正比，即：其中N0為t=0時(shí)原子核的數(shù)目，λ稱為衰變常數(shù)。這一規(guī)律是盧瑟福和化學(xué)家索迪在1902—1903年左右發(fā)現(xiàn)的。上述表達(dá)式用圖像表示如圖所示。該圖像與電磁感應(yīng)現(xiàn)象中導(dǎo)體棒在水平導(dǎo)軌上初速度為v0、只在安培力作用下做減速運(yùn)動(dòng)的v-t圖像具有相同的形狀。請(qǐng)你試一試能否從運(yùn)動(dòng)與相互作用的角度推理導(dǎo)體棒的速度隨時(shí)間變化的關(guān)系呢？問(wèn)題7：什么是半衰期？如何利用半衰期推演物質(zhì)的年代？答：半衰期這一概念也是盧瑟福最先提出的。我們把放射性元素的原子核衰變一半所用的時(shí)間稱為半衰期，可以用符號(hào)T1/2表示。每種放射性元素都有確定的半衰期，半衰期與放射性元素處于何種物態(tài)、是單質(zhì)還是化合物都沒(méi)有關(guān)系。根據(jù)上一