第二節放射性元素的衰變學習目標知識脈絡1.知道三種射線的本質和特點．(重點)2.理解原子核的衰變及核反應規律．(難點)3.知道半衰期的概念，會應用半衰期解決有關問題．(重點)原子核的衰變eq\o([先填空])1．放射性物體放出的射線常見的有三種：α射線、β射線、γ射線，其實質分別是高速α粒子流、高速電子流、頻率很高的電磁波．2．三種射線的特點(1)α射線：速度可達光速的eq\f(1,10)，電離作用強，貫穿本領很小．(2)β射線：速度可達光速的99%，電離作用較弱，貫穿本領較強．(3)γ射線：是頻率很高的電磁波，波長很短，電離作用最小，貫穿本領最強．3．原子核的衰變(1)衰變定義：一種元素經放射過程，變成另一種元素的現象，稱為原子核的衰變．(2)衰變分類①α衰變：放出α粒子的衰變．②β衰變：放出β粒子的衰變．(3)衰變方程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e(4)衰變規律①原子核衰變時電荷數和質量數都守恒．②任何一種放射性元素只有一種放射性，不能同時既有α放射性又有β放射性，而γ射線伴隨α衰變或β衰變產生．4．γ射線的產生：放射性的原子核在發生α衰變或者β衰變后，產生的新核往往處于高能級，它要向低能級躍遷，并輻射γ光子，故γ射線是伴隨α射線或β射線產生的．eq\o([再判斷])1．三種射線都是從原子外層電子激發出來的．(×)2．放射性物質不可能同時放出α、β和γ三種射線．(×)3．原子核發生α衰變時，核的質子數減少2，而質量數減少4.(√)4．原子核發生β衰變時，原子核的質量不變．(×)5．原子核發生衰變時，質量數和電荷數都守恒．(√)eq\o([后思考])發生β衰變時，新核的電荷數變化多少？新核在元素周期表中的位置怎樣變化？【提示】根據β衰變方程eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e知道，新核核電荷數增加了1個，原子序數增加1個，故在元素周期表上向后移了1位．1．α、β、γ三種射線的性質、特征的比較種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e－e0質量4mpmp＝×10－27kgeq\f(mp,1840)靜止質量為零速度c貫穿本領最弱用一張紙就能擋住較強穿透幾毫米的鋁板最強穿透幾厘米的鉛板電離作用很強較弱很弱2.在電場、磁場中偏轉情況的比較(1)不論在電場還是磁場中，γ射線總是做勻速直線運動，不發生偏轉．(2)在勻強電場中，α和β粒子沿相反方向做類平拋運動，且在同樣的條件下，β粒子的偏移最大．如圖4-2-1所示．圖4-2-1(3)在勻強磁場中，在同樣的條件下，α和β粒子沿相反方向做勻速圓周運動，且在同樣條件下，β粒子的軌道半徑最小，偏轉最大．如圖4-2-2所示．圖4-2-23．衰變實質α衰變：原子核內兩個質子和兩個中子結合成一個α粒子，2eq\o\al(1,0)n＋2eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)Heβ衰變：原子核內的一個中子變成質子，同時放出一個電子，eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e4．衰變方程通式(1)α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He(2)β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e5．確定原子核衰變次數的方法與技巧(1)方法：設放射性元素eq\o\al(A,Z)X經過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y，則衰變方程為：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e根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＝eq\f(A－A′,4)，m＝eq\f(A－A′,2)＋Z′－Z.由此可見，確定衰變次數可歸結為解一個二元一次方程組．(2)技巧：為了確定衰變次數，一般先由質量數的改變確定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)，然后根據衰變規律確定β衰變的次數．1．天然放射性物質的放射線包括三種成分，下列說法正確的是()A．一張厚的黑紙能擋住α射線，但不能擋住β射線和γ射線B．某原子核在放出γ射線后會變成另一種元素的原子核C．三種射線中對氣體電離作用最強的是α射線D．β粒子是電子，但不是原來繞核旋轉的核外電子E．γ射線是波長很長的光子【解析】由三種射線的本質和特點可知，α射線穿透本領最弱，一張黑紙都能擋住，而擋不住β射線和γ射線，故A正確；γ射線是一種波長很短的光子，不會使原核變成新核．三種射線中α射線電離作用最強，故C正確，E錯誤；β粒子是電子，來源于原子核，故D正確．【答案】ACD2．原子序數大于或等于83的所有元素，都能自發地放出射線．這些射線共有三種：α射線、β射線和γ射線．下列說法中正確的是()A．原子核每放出一個α粒子，原子序數減少2B．原子核每放出一個α粒子，原子序數增加4C．原子核每放出一個β粒子，原子序數減少1D．原子核每放出一個β粒子，原子序數增加1E．原子核放出γ射線時，原子序數不變【解析】發生一次α衰變，核電荷數減少2，質量數減少4，原子序數減少2；發生一次β衰變，核電荷數、原子序數增加1，γ射線是光子．【答案】ADE3．如圖4-2-3所示，放射性元素鐳釋放出α、β、γ三種射線，分別進入勻強電場和勻強磁場中，其中________是α射線，________是β射線，________是γ射線．圖4-2-3【解析】由放射現象中α射線帶正電，β射線帶負電，γ射線不帶電，結合在電場與磁場中的偏轉可知②⑤是γ射線，③④是α射線．【答案】③④①⑥②⑤\o\al(238,92)U核經一系列的衰變后變為eq\o\al(206,82)Pb核，問：(1)一共經過幾次α衰變和幾次β衰變？(2)eq\o\al(206,82)Pb與eq\o\al(238,92)U相比，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．【解析】(1)設eq\o\al(238,92)U衰變為eq\o\al(206,82)Pb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＋4x ①92＝82＋2x－y ②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)由于每發生一次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，而質子數增加1，故eq\o\al(206,82)Pb較eq\o\al(238,92)U質子數少10，中子數少22.(3)衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋8eq\o\al(4,2)He＋6eq\o\al(0,－1)e【答案】(1)8次α衰變和6次β衰變(2)1022(3)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋8eq\o\al(4,2)He＋6eq\o\al(0,－1)e衰變次數的判斷方法1．衰變過程遵循質量數守恒和電荷數守恒．2．每發生一次α衰變質子數、中子數均減少2.3．每發生一次β衰變中子數減少1，質子數增加1.半衰期eq\o([先填空])1．定義：原子核數目因衰變減少到原來的一半所經過的時間，叫做半衰期．記為T1/2.2．衰變規律m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,T1/2))(其中m0為衰變前的質量，m為t時間后剩余的放射性元素的質量)．3．放射性元素的平均存活時間稱為平均壽命．eq\o([再判斷])1．半衰期的大小反映了放射性元素衰變的快慢．(√)2．放射性元素衰變的速率，與原子所處的物理狀態和化學狀態有關．(×)3．半衰期是大量原子核發生衰變的統計規律，少數原子核不符合這一規律．(√)eq\o([后思考])有10個鐳226原子核，經過一個半衰期有5個發生衰變，這樣理解對嗎？【提示】不對.10個原子核，數目太少，它們何時衰變是不可預測的，因為衰變規律是大量原子核的統計規律．1．意義：半衰期表示放射性元素衰變的快慢．2．決定因素：半衰期的長短由原子核自身因素決定，與原子核所處的物理、化學狀態以及周圍環境、溫度無關．3．適用條件：半衰期是一個統計概念，是對大量的原子核衰變規律的總結，對于一個特定的原子核，無法確定其何時發生衰變，半衰期只適用于大量的原子核．5．14C發生放射性衰變成為14N，半衰期約5700年．已知植物存活期間，其體內14C與12C的比例不變；生命活動結束后，14C的比例持續減少．現通過測量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現代植物所制樣品的二分之一．下列說法正確的是()A．該古木的年代距今約5700年B.12C、13C、14C具有相同的中子數C．12C、13C、14C具有相同的質子數D.14C衰變為14N的過程中放出β射線E．增加樣品測量環境的壓強將加速14C的衰變【解析】古木樣品中14C的比例是現代植物所制樣品的二分之一，根據半衰期的定義知該古木的年代距今約5700年，選項A正確．同位素具有相同的質子數，不同的中子數，選項B錯誤，C正確.14C的衰變方程為eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e，所以此衰變過程放出β射線，選項D正確．放射性元素的半衰期與核內部自身因素有關，與原子所處的化學狀態和外部條件無關，選項E錯誤．【答案】ACD6．若元素A的半衰期為4天，元素B的半衰期為5天，則相同質量的A和B，經過20天后，剩下的質量之比mA∶mB為________．【解析】元素A的半衰期為4天，經過20天后剩余原來的eq\b\lc\(\r