PAGEPAGE10第2節放射性元素的衰變課標解讀課標要求素養要求1.了解衰變的概念，知道衰變時質量數和電荷數都守恒。知道α衰變和β衰變的規律及實質，并能熟練書寫衰變方程。2.知道半衰期及其統計意義，學會利用半衰期解決相關問題。3.知道核反應及其遵從的規律，會正確書寫核反應方程。4.了解放射性同位素及其應用，知道射線的危害和防護。5.了解放射性同位素帶來的輻射與安全問題。1.物理觀念：知道衰變、半衰期及原子核衰變的規律，了解核反應及放射性同位素應用的基本觀念和相關實驗證據。2.科學思維：理解原子核的衰變規律及半衰期的計算方法，掌握核反應方程的寫法與放射性同位素的應用，培養分析、推理能力。3.科學探究：通過學習科學家對放射性元素衰變的探究，學會觀察和思考，提高科學探究的能力。4.科學態度與責任：堅持實事求是的科學態度，體驗科學家探索科學規律的艱辛，激發學習興趣。自主學習·必備知識教材研習教材原句要點一原子核的衰變原子核自發地放出α粒子或β粒子，由于核電荷數變了，它在元素周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。我們把這種變化稱為原子核的衰變①。原子核衰變時電荷數和質量數都守恒。要點二半衰期放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間，叫作這種元素的半衰期②。放射性元素衰變的快慢是由核內部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態和外部條件沒有關系。自主思考①（1）原子核發生β衰變時放出的β粒子是電子，可知原子核內一定存在著電子，這種說法對嗎？為什么？（2）放射性元素能不能一次衰變同時產生α射線和β射線？γ射線又是怎樣產生的？答案：（1）提示不對。原子核內并不含電子，但在一定條件下，一個中子可以轉化成一個質子和一個電子，β粒子（電子）是由原子核內的中子轉化而來。（2）提示一次衰變只能是α衰變或β衰變，不能同時發生α衰變和β衰變。放射性元素的原子核在發生α衰變、β衰變時產生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，并放出γ光子。②某放射性元素的半衰期為4天，若有10個這樣的原子核，經過4天后還剩5個，這種說法對嗎？答案：提示半衰期是放射性元素的大量原子核衰變時所遵循的統計規律，不能用于少量的原子核發生衰變的情況，因此，經過4天后，10個原子核有多少發生衰變是不能確定的，所以這種說法不對。名師點睛1.兩種衰變（1）α衰變：原子核放出α粒子的衰變。放出一個α粒子，質量數減少4，電荷數減少2，?92238U的α（2）β衰變：原子核放出β粒子的衰變。放出一個電子后，質量數不變，電荷數增加1，?90234Th的β2.半衰期的理解（1）不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差別非常大。（2）放射性元素衰變的快慢是由核內部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態和外部條件無關。（3）半衰期描述的是統計規律，不適用于少數原子核的衰變。互動探究·關鍵能力探究點一原子核的衰變情境探究如圖為α衰變、β衰變示意圖（1）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？（2）當發生β衰變時，新核的核電荷數相對原來的原子核變化了多少？新核在元素周期表中的位置怎樣變化？答案：（1）提示發生一次α衰變，質子數減少2，中子數減少2。（2）提示發生一次β衰變，核電荷數增加1。新核在元素周期表中的位置向后移動一位。探究歸納1.衰變實質（1）α衰變：原子核內兩個質子和兩個中子結合成一個α粒子，并在一定條件下作為一個整體從較大的原子核中拋射出來，反應方程為20（2）β衰變：原子核內的一個中子變成一個質子留在原子核內，同時放出一個電子，即β粒子放射出來，反應方程為?02.衰變規律原子核發生衰變時，衰變前后的電荷數、質量數、動量、能量守恒。3.衰變方程通式（1）α衰變：?Z（2）β衰變：?Z4.確定原子核衰變次數的方法與技巧（1）方法：設放射性元素?ZAX經過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩定的新元素?Z'A'Y，則衰變方程為：?Z（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。探究應用例（2021四川瀘縣一中月考）一個?92238U核衰變為一個?82206Pb核的過程中，發生了m次α衰變和n次A.8、6B.6、8C.4、8D.8、4答案：A解析：在α衰變的過程中，每發生一次α衰變電荷數少2，質量數少4，在β衰變的過程中，每發生一次β衰變，電荷數多1，有2m-n=10，4m=32解得m=8，n=6，故A項正確。解題感悟衰變次數的判斷技巧（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。遷移應用1.（2021陜西西安一中高三調研）?92238U（鈾核）衰變產生新核?90234Th（釷核），釷核具有放射性，釷核衰變后產生新核A.2次α衰變B.2次β衰變C.1次α衰變，1次β衰變D.2次β衰變，1次α衰變答案：C解析：原子核每發生一次α衰變質子數減少2，質量數減少4；原子核每發生一次β衰變，質子數加1，質量數不變。由?92238U衰變為?91234探究點二半衰期的理解及有關計算情境探究如圖為氡衰變剩余質量與原有質量比值示意圖。縱坐標表示的是任意時刻氡的質量m與t=0時的質量m0（1）每經過一個半衰期，氡原子核的質量變為原來的多少？（2）從圖中可以看出，經過兩個半衰期未衰變的原子核還有多少？（3）對于某個或選定的幾個氡原子核能根據它的半衰期預測它的衰變時間嗎？答案：（1）提示由示意圖可看出，每經過一個半衰期，氡原子核的質量變為原來的12（2）提示經過兩個半衰期未衰變的原子核還有14（3）提示半衰期是某種放射性元素的大量原子核有半數發生衰變所用的時間的統計規律，故無法預測單個原子核或幾個特定原子核的衰變時間。探究歸納1.半衰期的物理意義：表示放射性元素衰變的快慢。2.半衰期公式：N余?=N原?(12)tτ，m余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。4.應用：利用半衰期非常穩定的特點，可以測算其衰變過程，推算時間等。探究應用例（2021北京西城第四十三中學高三期中）地球的年齡到底有多大，科學家利用天然放射性元素的衰變規律，通過對目前發現最古老的巖石中鈾和鉛含量來推算。測得該巖石中現含有的鈾是巖石形成初期時（巖石形成初期時不含鉛）的一半，鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對含量隨時間變化規律如圖所示，圖中N為鈾238的原子數，N0A.鈾238的半衰期為90億年B.地球的年齡大致為90億年C.被測定的巖石樣品在90億年時，鈾、鉛原子數之比約為1:3D.根據鈾半衰期可知，20個鈾原子核經過一個半衰期后就剩下10個鈾原子核答案：C解析：由于測定出該巖石中含有的鈾是巖石形成初期時的一半，由圖像可知對應的時間是45億年，即地球年齡大約為45億年，鈾238的半衰期為45億年，故A、B兩項錯誤；由圖像知，90億年對應的NN0=14，設鉛原子的數目為N'，則NN+N'解題感悟半衰期理解的兩個誤區（1）錯誤地認為半衰期就是一個放射性元素的原子核衰變到穩定核所經歷的時間，其實半衰期是大量的原子核發生衰變時的統計規律。（2）錯誤地認為放射性元素的半衰期就是元素質量減少為原來一半所需要的時間，該觀點混淆了尚未發生衰變的放射性元素的質量與衰變后元素的質量的差別，其實衰變后的質量包括衰變后新元素的質量和尚未發生衰變的元素質量兩部分。遷移應用1.新發現的一種放射性元素X，它的氧化物X2O的半衰期為8天，X2O與F發生化學反應A.2天B.4天C.8天D.16天答案：C解析：放射性元素的衰變快慢由原子核內部的自身因素決定，與原子的化學狀態無關。2.（2021陜西安康高三聯考）已知?1530P的半衰期為T=2.5?min，則32?g的?1530P經過時間A.2.5minB.C.7.5minD.答案：D解析：根據m剩=m原(探究點三核反應及核反應方程情境探究如圖所示為α粒子轟擊氮原子核示意圖。（1）充入氮氣前熒光屏上看不到閃光，而充入氮氣后熒光屏上看到了閃光，說明了什么問題？（2）原子核的人工轉變與原子核的衰變有什么相同規律？（3）如何實現原子核的人工轉變？答案：（1）提示充入氮氣后，產生了新粒子。（2）提示質量數與電荷數都守恒，動量守恒。（3）提示人為地用α粒子、質子、中子或光子去轟擊一些原子核，可以實現原子核的轉變。探究歸納核反應的理解內容說明核反應的條件用α粒子、質子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發生轉變核反應的規律質量數守恒，電荷數守恒原子核人工轉變的三大發現1919年盧瑟福發現質子，核反應方程為?1932年查德威克發現中子，核反應方程為?1934年約里奧·居里夫婦發現放射性同位素，核反應方程為?1327人工轉變與衰變的比較相同點人工轉變與衰變過程一樣，在發生過程中質量數與電荷數都守恒不同點人工轉變是其他粒子與原子核相碰撞的結果，需要一定的裝置和條件才能發生；而衰變是原子核的自發變化，它不受物理、化學條件的影響探究應用例（2021江西玉山樟村中學高三月考）盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發現質子的核反應方程?24He+?m14N→A.O、7、17、1B.C、8、17、1C.O、6、16、1D.C、7、17、2答案：A解析：氮原子核，則m=7；發現質子，說明s=1，由質量數與電荷數守恒得n=14+4-1=17，p=2+7-1=8，則X是氧，則盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發現質子的核反應方程是?2解題感悟寫核反應方程時應注意的三點（1）核反應過程一般都是不可逆的，核反應方程不能用等號連接，只能用單向箭頭表示反應方向。（2）核反應方程應以實驗事實為基礎，不能憑空杜撰。（3）核反應方程遵守質量數守恒而不是質量守恒，核反應過程中，一般會發生質量的變化。遷移應用1.中國科學院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素?78（1）用質子轟擊鈹靶?4（2）用快中子轟擊汞?80①生成?78②生成?78（3）生成的?78202Pt發生兩次β寫出上述核反應方程式。（5）號元素為B，79號元素為Au，80號元素為Hg）答案：根據質量數守恒和電荷數守恒，算出新核的電荷數和質量數，然后寫出核反應方程（1）?（2）①?②?（3）??探究點四放射性同位素的應用情境探究如圖所示，是利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置，假如放射源能放射出α、β、γ三種射線。（1）根據設計，該生產線壓制的是3?mm（2）當探測接收器單位時間內接收的放射性粒子的個數超過標準值時，將如何調整兩個軋輥間的距離？答案：（1）提示α射線不能穿過3?mm厚的鋁板，γ射線又很容易穿過3?mm厚的鋁板，基本不受鋁板厚度的影響，而β射線剛好能穿透幾毫米厚的鋁板，因此厚度的微小變化會使穿過鋁板的β射線的強度發生較明顯變化，所以是（2）提示若超過標準值，說明鋁板太薄了，應將兩個軋輥間的距離調節得大些。探究歸納1.放射性同位素的分類（1）天然放射性同位素。（2）人工放射性同位素。2.放射性同位素的主要應用（1）利用它的射線：①射線測厚儀：利用γ射線的穿透特性。②放射治療：利用γ射線的高能量治療癌癥。③培優、保鮮：利用γ射線使種子的遺傳基因發生變異，培育新的品種；照射食品殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發芽，延長保存期。（2）作為示蹤原子：把放射性同位素原子通過物理或化學反應的方式摻到其他物質中，然后用探測儀進行追蹤，確定其位置。3.輻射與安全：人類一直生活在放射性的環境中，過量的射線對人體組織有破壞作用。要防止放射性物質對水源、空氣、用具等的污染。探究應用例（多選）關于放射性同位素的應用，下列說法中正確的是()A.放射線改變了布料的性質使其不再因摩擦而生電，因此達到了消除有害靜電的目的B.利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷C.用放射線照射農作物種子能使其DNA發生變異，其結果一定是成為更優秀的品種D.用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的傷害答案：B;D解析：利用放射線消除有害靜電是利用α射線的電離性，使空氣分子電離，將靜電泄出，A項錯誤；利用γ射線的穿透性可以為金屬探傷，γ射線對人體細胞傷害太大，在用于治療腫瘤時要嚴格控制劑量，B、D兩項正確；DNA變異并不一定都是有益的C項錯誤。解題感悟放射性同位素的應用技巧（1）用射線來測量厚度，一般不選取α射線是因