高中物理 第十九章 原子核 2 放射性元素的衰变课堂导引素材 新人教版选修3-5（通用）

高中物理 第十九章 原子核 2 放射性元素的衰变课堂导引素材 新人教版选修3-5（通用）

‎2 放射性元素的衰变 ‎ 互动课堂 疏导引导 一、核反应方程 利用高能粒子轰击原子核，会发生核反应而产生新的原子.无论是核衰变还是核反应，质量数和电荷数都守恒.‎ 对α衰变和β衰变的实质的正确理解 ‎1.原子核放出α粒子或β粒子后，就变成了新的原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变.α粒子、β粒子及γ粒子都是从原子核里发射出来的，但不能认为原子核是由 这些粒子组成的，原子核是由质子和中子组成的.‎ ‎2.α衰变的实质是原子核中的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的，α衰变的方程.‎ ‎3.β衰变的实质是原子核内的一个中子变成一个质子和电子，放出高速电子流，β衰变的方程.‎ ‎4.在发生α、β衰变的过程中，由于新核处于不稳定状态，它要通过辐射光子而达到稳定的状态，因此γ射线总是伴随α、β衰变而产生.‎ 说明：①核反应过程一般都不是可逆的，所以核反应只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接.‎ ‎②核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒杜撰出生成物来写核反应方程.‎ ‎③核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化（质量亏损）而释放出核能.‎ ‎④当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射.‎ ‎5.确定衰变次数的方法 设放射性元素经过n次衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，则表示该核反应的方程为：‎ ‎.‎ 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：‎ ‎,.‎ 由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组.‎ 二、半衰期 ‎1.半衰期表示放射性元素衰变的快慢，放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫做这种元素的半衰期.公式,.‎ 式中N0、m0表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N、m表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变的时间，τ表示半衰期.‎ ‎2.不同的放射性元素，半衰期不同，甚至相差十分悬殊；衰变速度越快的元素，其半衰期越短.如氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天，而铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年.‎ ‎3.影响因素：半衰期由放射性元素的原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理状态（如压强、温度）或化学状态（如单质、化合物）无关，因为这些因素都不能改变原子核的结构.‎ ‎4.规律理解：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.‎ 活学巧用 ‎【例1】对天然放射现象，下列说法中正确的是（　　）‎ A.α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的 B.β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子 C.γ粒子是光子，所以γ射线有可能是由原子发光产生的 D.α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的 思路解析：α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出的，β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，然后释放出电子，γ衰变是伴随α衰变和β衰变而产生.所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的.‎ 答案：AD ‎【例2】 原子核发生β衰变时，此β粒子是（　　）‎ A.原子核外的最外层电子 B.原子核外的电子跃迁时放出的光子 C.原子核内存在着的电子 D.原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子 解析：因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的，原子核内并不含电子.但在一定条件下，一个中子可以转化成一个质子和一个负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用下式表示：, ‎ 由上式可看出β粒子（负电子）是原子核内的中子转化而来，正电子是由原子核内的质子转化而来.‎ 答案：D ‎【例3】 (钍)经过一系列α和β衰变，变成 (铅)，问经过了多少次α衰变？经过了多少次β衰变？‎ 思路解析：由α衰变和β衰变的规律分析.由于β衰变不影响质量数的变化，所以质量数的变化决定了α衰变的次数，由变为质量数减少了232-208=24，每一次α衰变质量数减少4，因此α衰变的次数为6次.6次α衰变，电荷数应减少6×2=12，而现在只减少了90-82=8，所以应有4次β衰变（每次β衰变增加一个电荷数）.‎ 答案：经过6次α衰变，4次β衰变.‎ ‎【例4】 关于放射性元素的半衰期，下列说法中正确的是（　　）‎ A.原子核全部衰变所需要的时间的一半 B.原子核有半数发生衰变所需要的时间 C.原子量减少一半所需要的时间 D.元素质量减半所需要的时间 思路解析：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，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同.放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核，原来元素的原子核的个数不断减少；当原子核的个数减半时，放射性元素的原子核的质量也减半.故选项B、D正确.‎ 答案：BD ‎【例5】下列有关半衰期的说法正确的是（　　）‎ A.放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快 B.放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短 C.把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度 D.降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度 思路解析：半衰期的长短仅由元素本身决定，与原子所处的物理状态和化学状态均无关.故仅A正确.‎ 答案： A