2024年人教版高中物理选择性必修第三册第五章原子核第2节放射性元素的衰变.docxVIP

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2.放射性元素的衰变

素养

目标

1.了解原子核的衰变,知道半衰期及其统计意义,知道放射性同位素及其应用,知道射线的危害及防护。 (物理观念)

2.根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。 (科学思维)

教材梳理——形成观念

一原子核的衰变

定义

原子核自发地放出α粒子或β粒子,而变成另一种原子核的变化

衰变

类型

α衰变

原子核放出α粒子的衰变,进行α衰变时,质量数减少4,电荷数减少2。

例:92238U→90

β衰变

原子核放出β粒子的衰变,进行β衰变时,质量数不变,电荷数加1。

例:90234Th→91

衰变规律

电荷数守恒,质量数守恒。

思考与判断

1.铀238核发生一次α衰变时,生成的新核与原来的原子核相比,核子数减少了4个。()

2.β射线是原子核外的电子形成的电子流。()

提示:1正确,2错误。铀238核发生一次α衰变时,生成的新核与原来的原子核相比,质量数减少4,电荷数减少2,即质子数减少2,核子数减少了4个。β衰变的实质在于原子核内的中子转化为一个质子时放出一个电子。

二半衰期

定义

放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间

决定

因素

放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。不同的放射性元素,半衰期不同

适用

条件

半衰期描述的是统计规律,不适用于少数原子核的衰变

思考与判断

1.升高温度可以改变原子核衰变的半衰期。()

2.已知碘131的半衰期约为8天,20个碘131原子核经过8天只剩10个。()

提示:1、2错误。放射性元素衰变的快慢与外界条件无关。半衰期是大量原子核衰变的概率统计结果,对少数或单个特定的原子核无意义,对于一个特定的原子核我们无法判定其何时发生衰变。

三核反应

定义

原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或发生状态变化的过程

原子核的人工转变

卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,核反应方程为:714N+24He

四放射性同位素及其应用

放射性同位素

很多元素存在一些具有放射性的同位素

放射性同位素的应用

(1)射线测厚仪。

(2)放射治疗。

(3)辐射育种、食品保鲜。

(4)示踪原子

辐射与安全

人类一直生活在放射性的环境中,过量的射线对人体组织有破坏作用,要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染

合作探究——提升素养

一原子核的衰变

【情境探究】

如图为α衰变、β衰变示意图。

[交流讨论]

(1)在α衰变和β衰变中,分别从原子核中释放出了α粒子和β粒子,难道原子核内存在着这两种粒子?

(2)新核在元素周期表中的位置怎样变化?

(3)原子核的能量变化是连续的还是不连续的?γ射线是如何产生的?

提示:(1)α衰变中,是原子核内2个质子和2个中子在一定条件下,结合成α粒子,并被释放出来。β衰变中,核内的中子转化成一个质子和一个电子,其转化方程是?01n→1

(2)α衰变中,新核原子序数减少2,在元素周期表中的位置往前移两位,而β衰变中,新核原子序数加1,在元素周期表中的位置往后移动一位。

(3)原子核的能量跟原子的能量一样,其变化是不连续的,也只能取一系列不连续的数值,因此,也存在着能级,同样是能级越低越稳定。放射性原子核在发生α衰变和β衰变时产生的新核处于高能级,在向低能级跃迁的过程中,放出不同频率的γ光子,形成γ射线。γ射线的本质是极高频率的电磁波,经常伴随着α射线和β射线而产生。

【核心归纳】

1.衰变方程:

(1)α衰变:ZAX→Z

(2)β衰变:ZAX→Z

2.衰变规律

原子核发生衰变时,衰变前后的电荷数和质量数都守恒。

3.衰变本质

(1)α衰变:2个质子和2个中子结合成氦核211H+20

(2)β衰变:1个中子转化为1个质子和1个电子?01n→1

4.γ辐射

γ射线通常是伴随α射线和β射线产生的。

【典题例析】

【典例1】某原子核A先进行一次β衰变变成原子核B,再进行一次α衰变变成原子核C,下列说法正确的是()

A.核C的质子数比核A的质子数少2

B.核A的质量数减核C的质量数等于3

C.核A的中子数减核C的中子数等于3

D.核A的中子数减核C的中子数等于5

【解析】选C。?ZAA→Z+1AB+-1

[规律方法]

1.衰变方程的书写:衰变方程用“→”,而不用“=”表示,因为衰变方程表示的是原子核的变化,而不是原子的变化。

2.衰变次数的判断技巧

(1)方法:设放射性元素?ZAX经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新元素?ZAY,则衰变方程为:Z

根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程:A=A+4n,Z=Z+2n-m。

(2)技巧:为了确定衰变次数,一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响),然后根据衰变规律确定β衰变的次数。

【变式