【物理】2020届一轮复习人教版天然放射现象半衰期学案

【物理】2020届一轮复习人教版天然放射现象半衰期学案

天然放射现象 半衰期 一、原子模型 ‎1.汤姆生模型（枣糕模型）‎ 汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构。‎ ‎2.卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）‎ α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转。这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。‎ 卢瑟福由α粒子散射实验提出：在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运动。‎ 由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m。‎ 原子核的大小：原子半径数量级为10－10m, 原子核大小数量级为10－14m ‎3.玻尔模型（见原子的能级跃迁）‎ 二、天然放射现象 ‎ ‎1、天然放射现象：某些元素能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。这些元素称为放射性元素。天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。‎ ‎2、射线的种类和性质 ‎（1）α射线—高速的α粒子流，α粒子是氦原子核，速度约为光速1/10，贯穿能力最弱，电离能力最强。‎ ‎（2）β射线—高速的电子流，β粒子是速度接近光速的负电子，贯穿能力稍强，电离能力稍弱。‎ ‎（3）γ射线—能量很高的电磁波，γ粒子是波长极短的光子, 贯穿能力最强,电离能力最弱。3.三种射线的来源： ‎ ‎3、三种射线的来源：‎ α粒子是核内两个质子和两个中子抱成团一起射出。‎ β粒子是原子核内的中子转化成质子时放出的。‎ γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。‎ ‎4、三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：‎ β α O α γ β γ ‎⑶‎ ‎⑵‎ ‎⑴‎ B E E B 如⑴、⑵图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。⑶图中γ肯定打在O点；如果α也打在O点，则β必打在O点下方；如果β也打在O点，则α必打在O点下方。‎ ‎5、三种射线的性质和实质比较 带电量 质量数 符号 电离性 穿透性 实 质 来 源 α射线 ‎+2e ‎4‎ ‎ （p）‎ 很强 很小 ‎（一张普通纸）‎ 高速的氦核流 v≈0.1c 两个中子和两个质子结合成团从原子核中放出 β射线 ‎-e ‎0‎ 弱 很强 ‎（几毫米铝板）‎ 高速的电子流v≈c 原子核中的中子转换成质子时从原子核中放出 γ射线 ‎0‎ ‎0‎ γ 很小 更强 ‎（几厘米铅板）‎ 波长极短的电磁波 原子核受激发产生的 ‎6、探测射线的方法 ‎⑴威耳逊云室 在云室看到的只是成串的小液滴，它描述的是射线粒子运动的径迹，而不是射线本身．‎ α粒子的质量比较大，在气体中飞行不易改变方向，并且电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗．β粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少，所以它在云室中的径迹比较细，且常常发生弯曲．γ粒子的电离本领更小，一般看不到它的径迹．‎ ‎⑵气泡室 ‎⑶盖革— 弥勒计数器 盖革管的原理是某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生的电子在电场中被加速，能量越来越大，电子跟管中的气体分子碰撞时，又使气体分子电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子．这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，在外电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来．‎ ‎①G－M计数器放大倍数很大，非常灵敏，用它来检测放射性是很方便的．‎ ‎②G－M计数器只能用来计数，而不能区分射线的种类．‎ ‎③G－M计数器不适合于极快速的计数．‎ ‎④G－M计数器较适合于对β、γ粒子进行计数．‎ 另外，还有如闪烁计数器、乳胶照相、火花室和半导体探测器等探测器装置 三、天然衰变中核的变化规律 ‎1、衰变规律 在核的天然衰变中，衰变方程式遵守的规律是质量数守恒和电荷数守恒。‎ ‎（1）a衰变：随着a衰变，新核在元素周期表中位置向前移2位，即质量数-4,电荷数-2‎ ‎ ‎ ‎（2）衰变：随着衰变，新核在元素周期表中位置向后移1位，即质量数不变,电荷数+1‎ ‎ 。‎ ‎（3）衰变：γ射线是由于原子核在发生α衰变和β衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随α射线和β射线而产生。‎ ‎2、半衰期 ‎（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。‎ ‎（2）意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。半衰期短的元素衰变得快，放射性较强。（3）特征：半衰期只与元素本身有关,与所处的物理、化学状态及周围环境、温度等都无关。‎ ‎（4）两种错误认识：‎ 第一种错误认识是：N0（大量）个放射性元素的核，经过一个半衰期T，衰变了一半，再经过一个半衰期T，全部衰变完。‎ 第二种错误认识是：若有4个放射性元素的核，经过一个半衰期T，将衰变2个。‎ 事实上，N0（大量）个某种放射性元素的核，经过时间t后剩下的这种核的个数为 ‎ ‎ 而对于少量的核（如4个），是无法确定其衰变所需要的时间的。这实质上就是“半衰期反映了核衰变过程的统计快慢程度”的含义。‎ ‎12. C．（10分）（模块3-5试题）‎ ‎（1）美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用铜和半衰期长达100年的放射性同位素镍63（）两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生一次b 衰变变成铜（Cu），同时释放电子给铜片，把镍63和铜片做电池两极．则镍63的衰变方程是 ，铜片是该电池的 （选填“正极”或“负极”）．‎ 答：，负极2．据调查每年有280万人直接或者间接死于装修污染，装修污染已经被列为“危害群众最大的五种环境污染”之一。目前，在居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装修材料，都不同程度地含有放射性元素，比如，含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是： ( B )‎ A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡核，经过7.6天就只剩下一个氡原子核了 B．β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化为质子和电子所产生的 C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强 D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4‎ ‎3A．1911年卢瑟福依据a粒子散射实验中a粒子发生了___________（选填“大”或“小”）角度散射现象，提出了原子的核式结构模型。若用动能为1 MeV的a粒子轰击金箔，其速度约为_____________m/s。（质子和中子的质量均为1.67´10－27 kg，1 MeV＝106eV）‎ 答：大，6.9´106，解析：卢瑟福在α粒子散射实验中发现了大多数α粒子没有大的偏转，少数发生了较大的偏转，卢瑟福抓住了这个现象进行分析，提出了原子的核式结构模型；‎ ‎1MeV=1×106×1.6×10-19= mv2，解得v=6.9×106m/s 。‎ 乙 甲 ‎4．如图甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线？ ( C )‎ A. α射线 B. β射线 C. γ射线 D. 三种射线都可以 ‎33、⑴（6分）[物理─选修3－5] ‎ 天然放射性元素经过 次α衰变和 次β衰变，最后变成铅的同位素 ．（填入铅的三种同位素、、中的一种）‎ 答：8 4 ‎ ‎0‎ ‎1.0‎ ‎10‎ ‎20‎ ‎30‎ ‎40‎ ‎50‎ ‎60‎ ‎0.0‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ m/mg t/day ‎12.C⑶（选修模块3—5）约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素衰变成的同时放出另一种粒子，这种粒子是　　　　　　　．是的同位素，被广泛应用于生物示踪技术．1 mg 随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的经多少天的衰变后还剩0.25 mg?‎ 答：正电子；t＝56天（54～58）‎ 解析：由核反应过程中电荷数和质量数守恒可写出核反应方程：，可知这种粒子是正电子。由图象可知的半衰期为14天，4mg的衰变后还剩0.25mg，经历了4个半衰期，所以为56天。‎ ‎15．一个氡核衰变成钋核并放出一个粒子，其半衰期为3.8天。1g氡经过7.6天衰变掉氡的质量以及衰变成的过程放出的粒子是 （ B ）‎ A．0.25g，a粒子 ‎ B．0.75g，a粒子 C．0.25g，β粒子 ‎ D．0.75g，β粒子 ‎【解析】经过了两个半衰期，1g的氡剩下了0.25g，衰变了0.75g，根据核反应方程的规律，在反应前后的质量数和荷电荷数不变，可得出是a粒子，所以B正确。‎ ‎19、⑴模块3－5试题 ‎（4分）某考古队发现一古生物骸骨．考古专家根据骸骨中的含量推断出了该生物死亡的年代．已知此骸骨中的含量为活着的生物体中的1/4，的半衰期为5730年．该生物死亡时距今约 年．‎ 答：⑴1.1×104 （11460或1.0×104～1.2×104均可）‎ ‎【解析】：该核剩下1/4，说明正好经过两个半衰期时间，故该生物死亡时距今约2×5730年=11460年。‎ ‎2B．放射性元素的原子核在a衰变或b 衰变生成新原子核时，往往会同时伴随着___________辐射。已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，t＝T1·T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比mAmB＝_________。‎ 答：g， 2T2:2T1，‎ 解析：放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，往往以γ光子的形式释放能量，即伴随γ辐射；根据半衰期的定义，经过t＝T1·T2时间后剩下的放射性元素的质量相同，则 ，故mA：mB＝2T2 : 2T1 ‎ ‎12--2．（8分）一静止的质量为M的铀核（）发生α衰变转变成钍核（Th），放出的α粒子速度为v0、质量为m．假设铀核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钍核的动能．‎ ‎（1）写出衰变方程；‎ ‎（2）求出衰变过程中释放的核能。‎ 解：（1）　　　　 （3分）‎ ‎（2）设钍核的反冲速度大小为v，由动量守恒定律，得：‎ ‎　　　0＝mv0－(M－m)v （1分）‎ ‎ （1分）‎ ‎ 　　（1分）‎ ‎　　　　　　　　　　（2分）‎ ‎12－3．（2）镭（Ra）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知能自发地放出α粒子而变成新核Rn，已知的质量为M1=3.7533×10－25kg，新核Rn的质量为M2=3.6867×10－25kg，α粒子的质量 为m=6.6466×10－27kg，现有一个静止的核发生α衰变，衰变后α粒子的速度为3.68×105m/s。则：（计算结果保留两位有效数字）‎ ‎①写出该核反应的方程式。‎ ‎②此反应过程中放出的能量是多少？‎ ‎③反应后新核Rn的速度是多大？‎ 解：(2) ① (3分)‎ ‎② （2分）‎ ‎③ （2分）‎ ‎ m/s (1分)‎