4．2原子核的衰變[學習目標]1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射現象.2.知道三種射線的特征.3.知道衰變及兩種衰變的規律，能熟練寫出衰變方程.4.會用半衰期描述衰變的速度，知道半衰期的統計意義．一、天然放射現象和三種射線`[導學研究]1.1896年法國物理學家貝可勒爾發現了放射性元素自覺地發出射線的現象，即天然放射現象．能否全部的元素都擁有放射性？放射性物質發出的射線有哪些種類？答案原子序數大于或等于83的元素，都能自覺地發出射線，原子序數小于83的元素，有的也能放出射線．放射性物質發出的射線有三種：α射線、β射線、γ射線．2．如何用電場或磁場判斷三種射線粒子的帶電性質？答案讓三種射線經過勻強電場，γ射線不偏轉，說明γ射線不帶電．α射線偏轉方向和電場方向相同，帶正電，β射線偏轉方向和電場方向相反，帶負電．也許讓三種射線經過勻強磁場，γ射線不偏轉，說明γ射線不帶電，α射線和β射線可依據偏轉方向和左手定章確立帶電性質．[知識梳理]1．天然放射現象1896年，法國物理學家貝可勒爾發現鈾及其化合物能放出一種不一樣于X射線的新射線．(1)定義：物理學中把物質能自覺地放出射線的現象叫做天然放射現象．(2)放射性：物質放出射線的性質．(3)放射性元素：擁有放射性的元素．2．對三種射線的認識種類α射線β射線γ射線構成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電2e－e0荷量速率0.1c0.99cc貫穿本事

最弱，用一張紙就能擋住

較強，能穿透幾毫米厚的鋁板

最強，能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土電離很強

較強

很弱作用[即學即用]判斷以下說法的正誤．(1)1896年，法國的瑪麗·居里第一發現了天然放射現象．(×)(2)原子序數大于83的元素都是放射性元素．(√)(3)原子序數小于83的元素都不可以放出射線．(×)(4)α射線實質上就是氦原子核，α射線擁有較強的穿透能力．(×)(5)β射線是高速電子流，很簡單穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板．(√)(6)γ射線是能量很高的電磁波，電離作用很強．(×)二、原子核的衰變[導學研究]如圖1為α衰變、β衰變表示圖．圖11．當原子核發生α衰變時，原子核的質子數和中子數如何變化？答案發生α衰變時，質子數減少2，中子數減少2.2．當發生β衰變時，新核的核電荷數相對本來的原子核變化了多少？新核在元素周期表中的地點如何變化？答案發生β衰變時，核電荷數增添1.新核在元素周期表中的地點向后挪動一位．[知識梳理]原子核的衰變1．定義：原子核因為放出某種粒子而轉變為新核的變化，叫做原子核的衰變．2．衰變種類(1)α衰變：放射性元素放出

α粒子的衰變過程．放出一個

α粒子后，核的質量數減少

4，電荷數減少

2，成為新核．AA－44ZX→Z－2Y＋2He(2)β衰變：放射性元素放出β粒子的衰變過程．放出一個β粒子后，核的質量數不變，電荷數增添1.AA0ZX→Z＋1Y＋-1e3．衰變規律：原子核衰變時電荷數和質量數都守恒．4．衰變的實質(1)α衰變的實質：2此中子和2個質子聯合在一起形成α粒子．(2)β衰變的實質：核內的中子轉變為了一個電子和一個質子．(3)γ射線常常是陪伴著α衰變和β衰變產生的．[即學即用]判斷以下說法的正誤．(1)原子核在衰變時，它在元素周期表中的地點不變．(×)(2)發生β衰變是原子核中的電子發射到核外．(×)(3)γ射線常常是陪伴著α射線和β射線產生的．(√)三、放射性元素的半衰期[導學研究]1.什么是半衰期？關于某個或選定的幾個原子核能依據該種元素的半衰期展望它的衰變時間嗎？答案半衰期是一個時間，是某種放射性元素的大批原子核有多數發生衰變所用的時間的統計規律，故沒法展望單個原子核或幾個特定原子核的衰變時間．2．某放射性元素的半衰期為

4天，如有

10個這樣的原子核，經過

4天后還剩

5個，這類說法對嗎？答案半衰期是大批放射性元素的原子核衰變時所依照的統計規律，不可以用于少許的原子核發生衰變的狀況，所以，經過4天后，10個原子核有多少發生衰變是不可以確立的，所以這類說法不對．[知識梳理]半衰期1．定義：放射性元素每經過一段時間，就有一半的核發生衰變，這段時間叫做放射性元素的半衰期．2．特色(1)不一樣的放射性元素，半衰期不一樣，甚至差異特別大．(2)放射性元素衰變的快慢是由其原子核自己決定的，跟原子所處的化學狀態和外面條件沒關．3．合用條件：半衰期描述的是統計規律，不合用于單個原子核的衰變．4．半衰期公式：N余＝N原(1)Tt，m余＝m原(1)Tt，此中T為半衰期．225．半衰期的應用：利用半衰期特別穩固這一特色，可以經過丈量其衰變程度來推測時間．[即學即用]判斷以下說法的正誤．(1)同種放射性元素，在化合物中的半衰期比在單質中長．(×)(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狀態沒關，它是一個統計規律，只對大批的原子核才合用．(√)(4)氡的半衰期是3.8天，如有4個氡原子核，則經過7.6天后只剩下一個氡原子核．(×)一、天然放射現象和三種射線1．三種射線的實質α射線：高速氦核流，帶電荷量為2e的正電荷；β射線：高速電子流，帶電荷量為e的負電荷；γ射線：光子流(高頻電磁波)，不帶電．2．三種射線在電場中和磁場中的偏轉(1)在勻強電場中，γ射線不發生偏轉，做勻速直線運動，α粒子和β粒子沿相反方向做類平拋運動，在相同的條件下，β粒子的偏移大，如圖2所示．圖2(2)在勻強磁場中，γ射線不發生偏轉，仍做勻速直線運動，α粒子和β粒子沿相反方向做勻速圓周運動，且在相同條件下，β粒子的軌道半徑小，如圖3所示．圖

33．元素的放射性(1)一種元素的放射性與是單質還是化合物沒關，這就說明射線跟原子核外電子沒關．(2)射線來自于原子核說明原子核內部是有結構的．例1如圖4所示，R是一種放射性物質，虛線框內是勻強磁場，LL′是厚紙板，

MM′是熒光屏，實驗時，發此刻熒光屏的

O、P兩點處有亮斑，由此可知磁場的方向、到達

O點的射線種類、到達

P點的射線種類應屬于下表中的

(

)圖4選項磁場方向到達O點的射線到達P點的射線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答案C分析R放射出來的射線共有α、β、γ三種，此中α、β射線垂直于磁場方向進入磁場所區時將遇到洛倫茲力作用而偏轉，γ射線不偏轉，故打在O點的應為γ射線；因為α射線貫穿本領弱，不可以射穿厚紙板，故到達P點的應是β射線；依照β射線的偏轉方向及左手定章可知磁場方向垂直紙面向里．例2(多項選擇)將α、β、γ三種射線分別射入勻強磁場和勻強電場，圖中表示射線偏轉狀況正確的是()答案AD分析已知α粒子帶正電，β粒子帶負電，γ射線不帶電，依據正、負電荷在磁場中運動受洛倫茲力方向和正、負電荷在電場中受電場力方向可知，A、B、C、D四幅圖中α、β粒子的偏轉方向都是正確的，但偏轉的程度需進一步判斷．帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，其半徑

mvr＝Bq，將數據代入，則α粒子與β粒子的半徑之比rαmαvαqβ4×0.1c1，＝··＝1×≈371rβmβvβqα0.99c21836對，B錯；帶電粒子垂直進入勻強電場，設初速度為v0，垂直電場線方向位移為x，沿電場線方向位移為y，則有1qE2x＝v0t，y＝2mt，qEx2消去t可得y＝2.2mv0對某一確立的x值，α、β粒子沿電場線偏轉距離之比1yα2218360.99c21qαmβvβ2≈，＝··2＝××0.1cyβqβmαvα1437.5錯，D對．三種射線的鑒別：(1)α射線帶正電、β射線帶負電、γ射線不帶電．α射線、β射線是實物粒子，而γ射線是光子流，屬于電磁波的一種．(2)α射線、β射線都可以在電場或磁場中偏轉，但偏轉方向不一樣，γ射線則不發生偏轉．(3)α射線穿透能力弱，β射線穿透能力較強，γ射線穿透能力最強，而電離本事相反．二、原子核的衰變規律和衰變方程確立原子核衰變次數的方法與技巧A經過n次α衰變和m次β衰變后，變為穩固的新元素A′Y，則衰變(1)方法：設放射性元素ZXZ′方程為：AA′40ZX―→Z′Y＋n2He＋m－1e依據電荷數守恒和質量數守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.以上兩式聯立解得：n＝A－A′，m＝A－A′＋Z′－Z.42因而可知，確立衰變次數可歸納為解一個二元一次方程組．(2)技巧：為了確立衰變次數，一般先由質量數的改變確立α衰變的次數(這是因為β衰變的次數多少對質量數沒有影響)，而后依據衰變規律確立β衰變的次數．例323820692U核經一系列的衰變后變為82Pb核，問：(1)一共經過幾次α衰變和幾次β衰變？23882Pb與92U對比，質子數和中子數各少了多少？(3)綜合寫出這一衰變過程的方程．答案(1)86(2)102223820640(3)92U―→82Pb＋82He＋6－1e分析238206(1)設92U衰變為82Pb經過x次α衰變和y次β衰變，由質量數守恒和電荷數守恒可得238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②聯立①②解得x＝8，y＝6.即一共經過8次α衰變和6次β衰變．(2)因為每發生一次α衰變質子數和中子數均減少2，每發生一次β衰變中子數減少1，而質子數增添1，故20682Pb與23892U對比，質子數少10，中子數少22.(3)衰變方程為2382064092U―→82Pb＋82He＋6－1e.針對訓練1238234原子核92U經放射性衰變①變為原子核90Th，既而經放射性衰變②變為原子核23491Pa，再經放射性衰變③變為原子核23492U.放射性衰變①、②和③挨次為()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衰變答案A分析依據衰變反響前后的質量數守恒和電荷數守恒的特色，23823492U核與90Th核對比較可知，衰變①的另一產物4①為α衰變，選項234234③的另為2He，所以衰變B、C錯誤；91Pa核與92U核對比較可知，衰變0一產物為－1e，所以衰變③為β衰變，選項A正確，D錯誤．衰變方程的書寫：衰變方程用“―→”，而不用“＝”表示，因為衰變方程表示的是原子核的變化，而不是原子的變化．三、對半衰期的理解及有關計算例4放射性同位素C被考古學家稱為“碳鐘”，它可以用來判斷古生物體的年月，此項研究獲取1960年諾貝爾化學獎．14(1)宇宙射線中高能量的中子碰到空氣中的氮原子后，會形成不穩固的6C，它很簡單發生衰變，放出β射線變為一個新核，其半衰期為5730年，試寫出146C的衰變方程．(2)若測得一古生物遺骸中的146C含量只有活體中的25%，則此遺骸距今約有多少年？答案(1)0(2)11460年146C―→－1e＋147N分析(1)14140146C的β衰變方程為：6C―→－1e＋7N.14(2)6C的半衰期T＝5730年．生物死亡后，遺骸中的1414146C按其半衰期變化，設活體中6C的含量為N0，遺骸中的6C含量為N，則N＝(1)TtN0，21tt即0.25N0＝5730N0，故＝2，t＝11460年．()25730針對訓練2氡222是一種天然放射性氣體，被吸入后，會對人的呼吸系統造成輻射損害，它是世界衛生組織宣告的主要環境致癌物質之一．其衰變方程是22286Rn―→21884Po＋________.已知22286Rn的半衰期約為3.8天，則約經過________天，16g的22286Rn衰變后還剩1g.答案415.22He分析依據核反響過程中電荷數守恒和質量數守恒可推得該反響的另一種生成物為24He.依據m余＝m原(1)Tt得t＝4，代入T＝3.8天，解得t＝3.8×4天＝15.2天．2T(1)半衰期由核內部自己的要素決定，與原子所處的化學狀態和外面條件都沒關．(2)半衰期是一個統計規律，合用于大批原子核衰變的計算，關于個別少量原子核不合用．1．(多項選擇)以下關于天然放射現象，表達正確的選項是()．若使某放射性物質的溫度高升，其半衰期將變短．β衰變所開釋的電子是原子核外的電子電離形成的C．α射線是原子核衰變產生的，它有很強的電離作用D．γ射線是原子核產生的，它是能量很大的光子流答案CD2．以下有關半衰期的說法正確的選項是()．放射性元素的半衰期越短，表示有多數原子核發生衰變所需的時間越短，衰變速度越快．放射性元素的樣品不停衰變，跟著剩下未衰變的原子核的減少，元素半衰期也變長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，讓該元素與其余物質形成化合物，均可減小衰變速度答案A分析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核多數發生衰變所需的時間，它反響了放射性元素衰變速度的快慢，半衰期越短，則衰變越快；某種元素的半衰期長短由其自己要素決定，與它所處的物理、化學狀態沒關，故A正確，B、C、D錯誤．3．(多項選擇)14C發生放射性衰變為為14N，半衰期約5700年．已知植物存活時期，其體內14C與12C的比率不變；生命活動結束后，14C的比率連續減小．現經過丈量得知，某古木樣品中14C的比率正好是現代植物所制樣品的二分之一．以下說法正確的選項是()A．該古木的年月距今約5700年121314B．C、C、C擁有相同的中子數C．14C衰變為14N的過程中放出β射線D．增添樣品丈量環境的壓強將加快14C的衰變答案AC分析因古木樣品中14C的比率正好是現代植物所制樣品的二分之一，則可知經過的時間為一個半衰期，即該古木的年月距今約為

5700

年，選項

A正確；12C、13C、14C

擁有相同的質子數，因為質量數不一樣，故中子數不一樣，選項

B錯誤；依據核反響方程可知，

14C衰變為

14N的過程中放出電子，即發出

β射線，選項

C正確；外界環境不影響放射性元素的半衰期，選項

D

錯誤．一、選擇題(1～5題為單項選擇題，6～9題為多項選擇題)1．關于原子核的衰變和半衰期，以下說法正確的選項是()A．半衰期是指原子核的質量減少一半所需要的時間B．半衰期是指原子核有多數發生衰變所需要的時間C．發生α衰變時產生的新原子核在周期表中的地點向后挪動2位D．發生β衰變時產生的新原子核在周期表中的地點向前挪動1位答案B2．在天然放射性物質周邊擱置一帶電體，帶電體所帶的電荷很快消逝的根根源因是()A．γ射線的貫穿作用B．α射線的電離作用C．β射線的貫穿作用D．β射線的中和作用答案B分析因為α粒子電離作用較強，能使空氣分子電離，電離產生的電荷與帶電體的電荷中和，使帶電體所帶的電荷很快消逝．3．放射性元素放出的射線，在電場中分成A、B、C三束，如圖1所示，此中()圖1A．C為氦原子核構成的粒子流B．B為比X射線波長更長的光子流C．B為比X射線波長更短的光子流D．A為高速電子構成的電子流答案C分析依據射線在電場中的偏轉狀況，可以判斷，A射線向電場線方向偏轉，應為帶正電的粒子構成的射線，所以是α射線；B射線在電場中不偏轉，所以是γ射線；C射線在電場中遇到與電場方向相反的作用力，應為帶負電的粒子，所以是β射線．C項正確．4．放射性同位素釷232經α、β衰變會生成氡，其衰變方程為23290Th―→22086Rn＋xα＋yβ，此中()A．x＝1，y＝3B．x＝2，y＝3C．x＝3，y＝1D．x＝3，y＝2答案D232＝220＋4x，分析依據衰變方程左右兩邊的質量數和電荷數守恒可列方程解得x＝3，90＝86＋2x－y，y＝2.應選D.5．釷23490Th擁有放射性，它能放出一個新的粒子而變為鏷23491Pa，同時陪伴有γ射線產生，其方程為234234，釷的半衰期為24天．則以下說法中正確的選項是()90Th→91Pa＋XA．X為質子B．X是釷核中的一此中子轉變為一個質子時產生的C．γ射線是釷原子核放出的D．1g釷23490Th經過120天后還剩0.2g釷答案B分析依據電荷數和質量數守恒知釷核衰變過程中放出了一個電子，即X為電子，故A錯誤；依據β衰變的實質知B正確；γ射線是鏷原子核放出的，故C錯誤；釷的半衰期為24天，123415＝0.03125g，故D錯誤．g釷90Th經過120天后，還剩1g×(2)6．如圖2所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質，放射線從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強磁場，則以下說法中正確的選項是()圖2A．打在圖中a、b、c三點的挨次是α射線、γ射線和β射線B．α射線和β射線的軌跡是拋物線C．α射線和β射線的軌跡是圓弧D．假如在鉛盒和熒光屏間再加一個豎直向下的場強合適的勻強電場，可能使屏上的亮斑只剩下

b答案分析

AC由左手定章可知粒子向右射出，在題圖所示勻強磁場中

α粒子遇到的洛倫茲力方向向上，β粒子遇到的洛倫茲力方向向下，軌跡都是圓弧．因為

α粒子的速度是光速的

110，而β粒子速度湊近光速，所以在相同的混雜場中不行能都做直線運動，本題應選7．由原子核的衰變規律可知()A．放射性元素一次衰變就同時產生α射線和β射線B．放射性元素發生β衰變，產生的新核的化學性質與本來的核的化學性質相同C．放射性元素衰變的快慢跟它所處的物理、化學狀態沒關D．放射性元素發生正電子衰變時，產生的新核質量數不變，電荷數減少

1

A、C.答案

CD分析

由放射性元素的衰變實質可知，不行能同時發生

α衰變和β衰變，故

A錯；衰變后變為新元素，化學性質不一樣，故B錯；衰變快慢與所處的物理、化學狀態沒關，C對；正電子電荷數為1，質量數為0，故D對．8．某原子核的衰變過程βα)A――→B――→C，以下說法正確的選項是(A．核C比核A的質子數少1B．核C比核A的質量數少5C．原子核為A的中性原子的電子數比原子核為B的中性原子的電子數多2D．核C比核B的中子數少2答案AD分析由衰變方程可寫出關系式xβxαx－4、D項正確．yA――→y＋1B――→y－1C可得A圖39．在勻強磁場中，一個本來靜止的原子核發生了衰變，獲取兩條如圖3所示的徑跡，圖中箭頭表示衰變后粒子的運動方向．不計放出的光子的能量，則以下說法正確的選項是()A．發生的是β衰變，b為β粒子的徑跡B．發生的是α衰變，b為α粒子的徑跡C．磁場方向垂直于紙面向外D．磁場方向垂直于紙面向里答案AD二、非選擇題10．天然放射性鈾(23892U)發生衰變后產生釷(23490Th)和另一種新核．(1)請寫出衰變方程；238v，衰變產生的釷234v，且與鈾核速度方向相(2)若衰變前鈾(92U)核的速度為(9