高中同步學案優化設計GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHUASHEJI2.放射性元素的衰變第五章2021內容索引0102課前篇自主預習課堂篇探究學習學習目標1.了解衰變的概念,知道衰變時質量數和電荷數都守恒。(物理觀念)2.理解α衰變和β衰變的規律及實質,并能熟練書寫衰變方程。(科學思維)3.理解半衰期的概念,學會利用半衰期解決相關問題。(科學思維)4.知道核反應及其遵從的規律,會正確書寫核反應方程。(科學思維)5.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。(物理觀念)6.知道放射性同位素的常見應用。了解放射性同位素帶來的輻射與安全問題。(科學態度與責任)思維導圖課前篇自主預習必備知識一、原子核的衰變1.定義原子核自發地放出α粒子或β粒子,則核電荷數變了,變成另一種原子核,這種變化稱為原子核的衰變。2.衰變分類(1)α衰變:放出α粒子的衰變。(2)β衰變:放出β粒子的衰變。3.衰變方程

4.衰變規律(1)原子核衰變時電荷數和質量數都守恒。(2)當放射性物質連續衰變時,原子核中有的發生α衰變,有的發生β衰變,同時伴隨著γ射線輻射。二、半衰期1.定義放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間。2.決定因素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。不同的放射性元素,半衰期不同。三、核反應和放射性同位素的應用與防護1.核反應(1)定義:原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核或者發生狀態變化的過程,稱為核反應。(2)原子核的第一次人工轉變1919年盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核,產生了氧的一種同位素,同時產生一(3)遵循規律:質量數守恒、電荷數守恒。

2.放射性同位素(1)定義:有些同位素具有放射性,叫作放射性同位素。(2)種類:天然放射性同位素和人工放射性同位素。(3)應用與防護①應用射線應用射線可以測厚度、醫療方面的放射治療、照射種子培育優良品種、照射食品與蔬菜以延長保存期、保鮮等。②示蹤原子:有關生物大分子的結構及其功能的研究,要借助于示蹤原子。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。3.人工放射性同位素的優勢(1)種類多。天然放射性同位素不過40多種,而人工放射性同位素已達3000多種。(2)放射強度容易控制。(3)可制成各種所需的形狀。(4)半衰期短,廢料易處理。自我檢測1.正誤判斷,判斷結果為錯誤的小題請說明原因。(1)原子核在衰變時,它在元素周期表中的位置不變。(

)答案

×解析

原子核發生α衰變時,核中的兩個質子和兩個中子結合為α粒子釋放出來,原子核的電荷數減少2;發生β衰變時,核中的一個中子轉化為一個質子和一個電子,電子釋放出來,原子核的電荷數增加1,所以原子核發生衰變變為新核,在元素周期表中的位置變化。(2)發生β衰變是原子核中的電子發射到核外。(

)答案

×解析

原子核發生β衰變時,核中的一個中子轉化為一個質子和一個電子,電子從核中釋放出來。(3)半衰期是原子核有半數發生衰變需要的時間,經過兩個半衰期原子核就全部發生衰變。(

)答案

×解析

經過一個半衰期,未發生衰變的元素,將有一半衰變,所以經過兩個半衰期,有

的元素發生衰變。(4)通過化學反應也不能改變物質的放射性。(

)答案

√(5)原子核衰變、核反應過程中,電荷數、質量數、能量和動量都守恒。(

)答案

√(6)利用γ射線照射種子,可以培育出優良品種。(

)答案

√2.放射性在技術上有很多應用,不同的放射源可用于不同目的。下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射線。元素射線半衰期釙210α138天氡222β3.8天鍶90β28年鈾238α、β、γ4.5×109年某塑料公司生產聚乙烯薄膜,方法是讓厚的聚乙烯膜通過軋輥把聚乙烯膜軋薄,利用適當的放射線來測定通過軋輥后的薄膜厚度是否均勻。可利用的元素是(

)A.釙210 B.氡222C.鍶90 D.鈾238答案

C解析

要測定聚乙烯薄膜的厚度,則要求射線可以穿透薄膜,因此α射線不合適;另外,射線穿透作用還要受薄膜厚度影響,γ射線穿透作用最強,薄膜厚度不會影響γ射線穿透,所以只能選用β射線,而氡222半衰期太短,所以只有鍶90較合適。3.(2020四川成都模擬)1919年,盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發現了質子。發現質子的核反應方程為

則X的原子序數和質量數分別為(

)A.8和17 B.7和17C.6和14 D.10和15答案

A解析

根據核反應電荷數守恒2+7=1+x,核反應質量數守恒:4+14=1+y,得x=8,y=17,故核反應方程為

,故A正確,B、C、D錯誤。4.碳14是一種半衰期為5730年的放射性同位素。若考古工作者探測到某古木中碳14的含量為原來的,則該古樹死亡時間距今大約(

)A.22920年 B.11460年C.5730年 D.2865年答案

B課堂篇探究學習探究一原子核的衰變情境探究1.元素自發地放出射線后,原子核發生了變化,稱為原子核的衰變。放出α粒子稱為α衰變,放出β粒子稱為β衰變,研究表明,碳14只放出β射線,鈷60只放出β、γ射線,鐳226只放出α、γ射線。不同元素放出的射線相同嗎?要點提示

不同的放射性元素放出的射線是不同的。2.下圖為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?為什么?(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?要點提示

(1)當原子核發生α衰變時,原子核的質子數和中子數各減少2個。因為α粒子是原子核內2個質子和2個中子結合在一起發射出來的。(2)當原子核發生β衰變時,新核的核電荷數相對于原來增加了1個。新核在元素周期表中的位置向后移動了1個位次。知識歸納1.衰變規律原子核衰變時,電荷數和質量數都守恒。2.衰變方程與衰變實質(3)γ射線輻射:①α衰變或β衰變后產生的新核往往處于高能級,不穩定,要向低能級躍遷,放出γ光子。②γ射線是伴隨著α射線和β射線產生的,γ射線輻射并不能獨立發生,所以,只要有γ射線必有α衰變或β衰變發生。③γ射線不是帶電粒子,因此γ射線并不影響原子核的核電荷數,故γ射線不會改變元素在周期表中的位置。實例引導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)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

規律方法

確定衰變次數的方法

(3)根據電荷數和質量數守恒列方程A=A'+4nZ=Z'+2n-m溫馨提示

(1)核反應中遵循質量數守恒而不是質量守恒,核反應過程中反應前后的總質量一般會發生變化(質量虧損)而釋放出核能。(2)衰變方程用“→”表示,而不用“=”表示。(3)衰變方程表示的是原子核的變化,而不是原子的變化。(4)為了確定衰變次數,一般是由質量數的改變先確定α衰變的次數,這是因為β衰變的次數的多少對質量數沒有影響,然后再根據衰變規律確定β衰變的次數。(5)每發生一次α衰變原子核的質子數和中子數均少2,每發生一次β衰變原子核的中子數少1,質子數多1。變式訓練1(多選)下列說法正確的是(

)答案

BD解析

α衰變時核電荷數減2,質量數減4,β衰變時核電荷數加1,質量數不變;設發生了x次α衰變和y次β衰變,則根據質量數和電荷數守恒有:2x-y+86=88,4x+222=226,解得x=1,y=0,A錯誤;同理可判斷選項C錯誤,B、D正確。探究二半衰期情境探究1.知道考古學家據什么推斷古化石的年代嗎?要點提示

只要測出古化石中碳14的含量就可以根據碳14的半衰期推斷古化石的年齡。2.下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的比值。(1)每經過一個半衰期,氡的質量如何變化?(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?知識歸納1.對半衰期的理解半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量,同一放射性元素具有的衰變速率一定,不同元素半衰期不同,有的差別很大。2.公式式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子核數或質量,N余、m余表示衰變后尚未發生衰變的放射性元素的原子核數或質量,t表示衰變時間,T表示半衰期。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這一特點,可以測量其衰變過程、推斷時間等。特別提醒

(1)半衰期由核內部自身的因素決定,與原子所處的化學狀態和外部條件都無關。(2)半衰期是一個統計規律,適用于對大量原子核衰變的計算,對于個別少數原子核不適用。實例引導答案

B變式訓練2(2020山東模擬)已知鉍210的半衰期是5天,20g鉍210經過20天,剩余未衰變的鉍210的質量為(

)A.1.25g B.2.5gC.5g D.10g答案

A探究三核反應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,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?要點提示

(1)產生了新粒子。(2)質量數與電荷數都守恒。知識歸納1.原子核的人工轉變(1)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。(2)實質:用粒子轟擊原子核并不是粒子與原子核碰撞,將原子核打開,而是粒子打入原子核內部使原子核發生了轉變。(3)規律:反應前、后電荷數守恒、質量數守恒。2.三個重要原子核的人工轉變方程(1)1919年盧瑟福發現質子的核反應方程:閃光語錄原子核的人工轉變必須要有一定的裝置和條件,不會自發產生。

實例引導A.84、211、2、4 B.84、210、2、4C.84、207、1、1 D.83、207、1、1答案

B解析

由于該核反應方程式為α衰變的方程式,所以a為α粒子,則c=2,d=4。根據質量數守恒和電荷數守恒可得:b=d+206=4+206=210a=c+82=2+82=84,故B正確,A、C、D錯誤。變式訓練3(2020上海徐匯區二模)用α粒子轟擊鋁核的核反應方程是:Α

Al→n+X,n為中子。則X的核子數為(

)A.15 B.16 C.29 D.30答案

D解析

根據核反應過程中,質量數與電荷數守恒,α粒子的質量數為4,中子的質量數為1,可知X的質量數4+27-1=30,又因為質量數=核子數,故X的核子數為30,故D正確,A、B、C錯誤。探究四放射性同位素及其應用情境探究人工放射性同位素的放射強度易于控制,它的半衰期比天然放射性物質短得多,因此在生產和科學領域得到廣泛的應用。(1)能用α射線來測量金屬板的厚度嗎?(2)γ射線照射食品延長保存期的原理是什么?要點提示

(1)不能。(2)用γ射線照射食品可以殺死使食物腐敗的細菌,抑制蔬菜發芽,延長保存期。知識歸納1.放射性同位素具有放射性的同位素,叫作放射性同位素。有天然存在的和人工放射性同位素兩類。2.放射性同位素的應用(1)利用放射性同位素放出的射線①探傷:射線穿透金屬部件時,如果遇到砂眼、裂痕等傷痕,接收到的射線將與正常處不同,因此可利用放射性同位素放出射線探傷。②測厚:射線穿透某些物質的能力與物質的厚度、密度有關,因此可用射線來檢查某些產品的厚度,技術上可用作自動控制。③利用射線電離作用,可以使空氣電離,除去紡織車間的靜電,或制成報警器。輻照:利用射線照射,可以殺死癌細胞,用以治病;用射線照射植物,引起植物變異,用以育種等。(2)作示蹤原子由于放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有相同的化學性質,如果在某種元素里摻進一些放射性同位素,那么元素無論走到哪里,它的放射性同位素也經過同樣的過程。而放射性同位素不斷地放出射線,再用儀器探測這些射線,即可知道元素的行蹤,這種用途的放射性同位素叫作示蹤原子。3.人工放射性同位素的優點(1)天然放射性元素不過40多種,但人工放射性同位素已達3000多種,目前每種元素都有了自己的放射性同位素。(2)和天然放射性物質相比,人工放射性同位素的放射強度容易控制,還可以制成各種所需的不同形狀,特別是,它的半衰期比天然放射性物質短得多,因此放射性廢料容易處理。由于這些優點,所以在生產和科研中凡是用到射線時,用的都是人工放射性同位素,而不用天然放射性物質。實例引導C.提高溫度,增大壓強可以改變鎳63的半衰期D.經過200年該電池中的鎳將全部變成其他金屬答案

B變式訓練4正電子發射計算機斷層顯像(PET)的基本原理是:將放射性同位素氧15注入人體,參與人體的代謝過程。氧15在人體內衰變放出正電子,與人體內負電子相遇而湮滅轉化為一對光子,被探測器探測到,經計算機處理后產生清晰的圖像。根據PET原理,回答下列問題:(1)寫出氧15的衰變和正負電子湮滅的方程式;(2)將放射性同位素氧15注入人體,氧15的主要用途是(

)A.利用它的射線B.作為示蹤原子C.參與人體的代謝過程D.有氧呼吸(2)將放射性同位素氧15注入人體后,由于它能放出正電子,并能與人體內的負電子產生一對光子,從而被探測器探測到,所以它的用途是作為示蹤原子,B正確。隨堂檢測1.(多選)下列哪些應用是把放射性同位素作為示蹤原子的(

)A.利用鈷60治療腫瘤等疾病B.γ射線探傷C.利用含有放射性碘131的油,