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2　放射性元素的衰变
(分值：100分)
选择题1～12题，每小题7分，共84分。
对点题组练
题组一　天然放射性及射线的性质
1.(2023·广东卷)理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应C＋Y→O的影响。下列说法正确的是(　　)
Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强
Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强
Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强
Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强
2.(多选)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有(　　)
打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线、β射线
α射线和β射线的轨迹是抛物线
α射线和β射线的轨迹是圆弧
如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b
题组二　人工放射性同位素
3.(多选)关于人工放射性同位素，下列说法正确的是(　　)
人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的半衰期长很多
人工放射性同位素的放射强度容易控制
人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤
使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染
4.在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是(　　)
应该用α射线探测物体的厚度
应该用γ射线放射源制成“烟雾报警器”
放射育种是利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异
医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素
题组三　衰变
5.某放射性元素的原子核内有N个核子，其中有n个质子，该原子核发生2次α衰变和1次β衰变，变成1个新核，则(　　)
衰变前原子核有(N－n)个中子
衰变后新核有(n－4)个质子
衰变后新核的核子数为(N－3)
衰变后新核的中子数为(N－n－3)
6.U是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图所示，则下列说法正确的是(　　)
图中a是208
Y和Z都是β衰变
X衰变放出的电子是中子转变为质子时产生的
X衰变中放出的射线电离能力最强
题组四　半衰期
7.碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有(　　)
8.(2024·四川德阳市期末)日本福岛核电站废水中具有大量的放射性元素，其中Cs是主要成分，Cs经大约30年的时间有半数发生β衰变，同时生成新核X。则下列说法正确的是(　　)
发生β衰变时放出的β射线是电子流
Cs原子核衰变的本质是核外电子的跃迁
Cs衰变时，衰变产物中的X比Cs多一个中子
随着未衰变原子核数量的减少，Cs的半衰期也会变短
综合提升练
9.烟雾探测器使用了一种半衰期为432年的放射性元素镅(Am)来探测烟雾。当正常空气分子穿过探测器时，Am衰变所释放的射线会将它们电离，从而产生电流。一旦有烟雾进入探测腔内，烟雾中的微粒会吸附部分射线，导致电流减小，从而触发警报，则(　　)
Am原子核中有95个中子
Am衰变放出的是β射线
1 g的Am经864年将有0.75 g发生衰变
发生火灾时，烟雾探测器中的 Am因温度升高而半衰期变短
10.如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是(　　)
α射线和β射线的混合放射源
纯α射线放射源
纯γ射线放射源
α射线和γ射线的混合放射源
11.氡222检测是指使用采样泵或自由扩散方法将待测空气中的氡抽入或扩散进入测量室，通过直接测量所收集氡产生的子体产物或经静电吸附浓集后的子体产物的α放射性，推算出待测空气中氡的浓度的测量过程。已知质量为m0的氡222，经过时间t后剩余的氡222质量为m，其－t图像如图所示。从图中可以得到氡222的半衰期为(　　)
1.22 d 3.91 d
5.02 d 3.80 d
12.某校学生在进行社会综合实践活动时，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见下表)，并总结出它们的几种用途。
同位素 钋210 镅241 锶90 锝99 钴60 氡
放射线 α β β γ γ α
半衰期 138天 433天 28年 6小时 5年 3.8天
请你根据上表分析判断下面结论正确的是(　　)
塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的聚乙烯薄膜通过轧辊后变薄，利用α射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀
钴60的半衰期为5年，若取4个钴60原子核，经10年后就一定剩下1个原子核
把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期变短
用锝99可以作为示踪原子，用来诊断人体内的器官是否正常，方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的某些物质，当这些物质的一部分到达要检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否
培优加强练
13.(16分)天然放射性铀(U)发生衰变后产生钍(Th)和另一个原子核。
(1)(8分)请写出衰变方程；
(2)(8分)若衰变前铀(U)核的速度为v，衰变产生的钍(Th)核的速度为，且与铀核速度方向相同，试估算产生的另一种新核的速度。
2　放射性元素的衰变
1.D　[根据核反应方程满足质量数和电荷数守恒可知，Y是α粒子(He)，三种射线的穿透能力是γ射线最强，α射线最弱；三种射线的电离能力是α射线最强，γ射线最弱，故D正确。]
2.AC　[由于γ射线不带电，故不偏转，打在b点；由左手定则可知，粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧，A、C正确，B错误；由于α粒子的速度约是光速的，而β粒子的速度接近光速，所以在同样的复合场中不可能都做直线运动，D错误。]
3.BCD　[人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的短，故选项A错误；人工放射性同位素的放射强度容易控制，故选项B正确；人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤，故选项C正确；使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染，故选项D正确。]
4.C　[γ射线的贯穿能力最强，应该用γ射线探测物体的厚度，故A错误；因为α粒子的电离本领强，所以应该用α粒子放射源制成”烟雾报警器”，故B错误；γ射线的贯穿能力最强，从而使DNA发生变异，所以放射育种利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异，故C正确；如果放射性同位素的半衰期较短，则其废料易于处理，所以医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较短的放射性同位素，故D错误。]
5.A　[核子数等于质子数加中子数，所以衰变前原子核有(N－n)个中子，A正确；衰变后新核有n－(2×2－1)＝(n－3)个质子，B错误；衰变后新核的核子数为N－2×4＝N－8，C错误；衰变后新核的中子数为(N－n－5)，D错误。]
6.C　[Bi衰变成Tl，核电荷数少2，所以Y衰变为α衰变，放射出α粒子，质量数少4，则a＝206，Po衰变成Pb，质量数少4，核电荷数少2，所以Z衰变为α衰变，故A、B错误；Bi衰变成Po，质量数不变，核电荷数增加1，所以发生的是β衰变，其放出的β射线电离能力比α射线的电离能力弱，其本质是原子核内的一个中子转化成一个质子，放出一个电子，故C正确，D错误。]
7.C　[由半衰期公式m′＝m可知，m′＝m×＝m，故选项C正确。]
8.A　[β射线是高速电子流，故A正确；根据β衰变的本质可知，β衰变中生成的电子是原子核内部的一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外形成β射线，故B错误；根据质量数守恒和电荷数守恒可得铯的衰变方程为Cs→X＋e，Cs的中子数为82，X的中子数为81，所以衰变产物中的X比Cs少一个中子，故C错误；半衰期是由原子核本身的性质决定的，是统计学概念，与其他条件无关，不会随未衰变原子核数量的减少而变化，故D错误。]
9.C　[Am原子核中有95个质子，146个中子，故A错误；依题意，Am衰变所释放的射线会将空气分子电离，可知为α射线，故B错误；半衰期为432年，所以1 g的Am经864年(两个半衰期)将有0.75 g发生衰变，故C正确；发生火灾时，烟雾探测器中的Am不会因温度升高而半衰期变短，因为半衰期受原子核内部因素影响，与外界环境变化没有关系，故D错误。]
10.D　[在放射源和计数器之间加薄铝片L后，发现计数器的计数率大幅度减小，说明射线中含有穿透能力弱的粒子，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场B，计数器的计数率不变，说明剩下的射线不带电，即为γ射线，因此放射源x可能是α射线和γ射线的混合放射源，故A、B、C错误，D正确。]
11.D　[由题图可知0.8m0的氡222质量减少到0.4m0所用的时间Δt＝3.80 d，0.4m0的氡222质量减少到0.2m0所用的时间Δt＝3.80 d，即氡222的半衰期为3.80 d，故A、B、C错误，D正确。]
12.D　[因为α射线穿透能力弱，不适合测量薄膜的厚度，故A错误；钴60的半衰期为5年是指大量钴60原子核因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间，对少量原子核不适用，故B错误；半衰期由元素本身决定，与原子核所处环境，状态无关，故C错误；检查时，要在人体外探测到体内辐射出来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取锝99作为示踪原子，故D正确。]
13.(1)U→Th＋He　(2)v，方向与铀核速度方向相同
解析　(1)由原子核衰变时电荷数和质量数都守恒可得其衰变方程为：U→Th＋He。
(2)由(1)知新核为氦核，设氦核的速度为v′，一个核子的质量为m，则氦核的质量为4m、铀核的质量为238m、钍核的质量为234m
由动量守恒定律得238mv＝234m·＋4mv′
解得v′＝v，方向与铀核速度方向相同。2　放射性元素的衰变
学习目标　1.了解天然放射性，理解三种射线的性质。2.了解衰变的概念，掌握衰变遵从的规律。3.理解α衰变和β衰变的规律和实质，并能熟练书写衰变方程。4.理解半衰期的概念，学会利用半衰期解决相关问题。
知识点一　天然放射性及射线的性质
1896年，法国物理学家贝克勒尔首先发现了天然放射现象。
(1)贝克勒尔是根据什么发现的天然放射现象？
(2)贝克勒尔以后又是谁发现了两种更强的放射性元素？
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1.天然放射性
(1)1896年，法国物理学家________发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。
(2)物质发射________的性质称为放射性，具有________的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出________的现象，叫作天然放射现象。
(3)原子序数________或等于83的元素，都能自发地放出射线，原子序数________83的元素，有的也能放出射线。
2.射线的性质
(1)α射线其实就是α粒子(氦原子核)流。α粒子带________，速度只有光速的10%，穿透能力________，容易被物质吸收。一张薄薄的铝箔，或一层包裹底片的黑纸，甚至人体皮肤的角质层，都能将它挡住。
(2)β射线是带负电的________，它的速度很快，穿透力________，在空气中可以走几十米远，而碰到几毫米厚的铝片就不能穿过了。
(3)γ射线本质上是一种波长极短的________，波长约是X射线波长的1%，穿透力________，能穿过厚的混凝土和铅板。
3.α、β、γ三种射线的性质、特征比较
种 类 α射线 β射线 γ射线
组 成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)
速 率 0.1c 0.99c c
贯穿本领 最弱，用一张纸就能挡住 较强，几毫米厚的铝片就不能穿过 最强，能穿透几厘米的铅板
电离作用 很强 较弱 很弱
【思考】 如果α射线、β射线都是带电粒子流，按照图中标出的径迹判断，三种射线分别带什么电荷？
如果不用磁场而用电场判断它们带电的性质，两个电极怎样放置可以使三种射线大致沿图示的方向偏转？
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例1 如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中。下列说法正确的是(　　)
A.①表示γ射线，③表示α射线
B.②表示β射线，③表示α射线
C.④表示α射线，⑤表示γ射线
D.⑤表示β射线，⑥表示α射线
听课笔记__________________________________________________________
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相同初速度的三种射线在电场、磁场中偏转情况的比较
(1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转，如图甲所示。
(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示。
训练1 (多选)如图所示，R是一种放射性物质，它能放出α、β、γ三种射线，虚线框内有竖直方向的匀强电场，LL′是纸板，MM′是荧光屏，实验时发现在荧光屏上只有O、P两点处有亮斑。下列说法正确的是(　　)
A.电场方向竖直向下，到达O点的是γ射线
B.电场方向竖直向上，到达O点的是γ射线
C.电场方向竖直向上，到达P点的是β射线
D.电场方向竖直向下，到达P点的是α射线
知识点二　人工放射性同位素
1.定义
具有________的同位素。
2.类型
________放射性同位素和________放射性同位素。
3.人工放射性同位素具有________丰富，放射强度________，还可以制成各种所需的形状，半衰期________和放射性废料容易________等优点。
【思考】
1.放射性同位素放出的α射线有何作用？
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2.放射性同位素放出的γ射线有何作用？
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例2 关于放射性同位素的应用，下列说法正确的有(　　)
A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的
B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视
C.用γ射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种
D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害
听课笔记__________________________________________________________
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放射性同位素的主要作用
(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
(2)医学上——利用γ射线的高能量治疗癌症。
(3)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌、抑制蔬菜发芽、延长保存期等。
(4)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质。
训练2 (多选)下列关于放射性同位素的应用的一些说法中正确的是(　　)
A.利用放射线消除静电是利用射线的穿透作用
B.利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用
C.利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异
D.在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子
知识点三　衰　变
在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。
那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？
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1.定义
放射性元素是不稳定的，会自发地蜕变为另一种元素，同时放出________，我们称这种现象为放射性衰变。
2.衰变类型
(1)α衰变：放射性元素放出α粒子的衰变过程。放出一个α粒子后，核的质量数________，电荷数________，成为新核。
(2)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变过程。放出一个β粒子后，核的质量数________，电荷数________，成为新核。
3.衰变规律
原子核衰变前、后________和________均守恒。
4.原子核衰变的理解
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程 X→Y＋He X→　AZ＋1Y＋　e
衰变实质 2个质子和2个中子结合成氦核 2H＋2n→He 1个中子转化为1个质子和1个电子n→H＋e
典型方程 U→90Th＋He Th→ Pa＋　e
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
【思考】
1.如图为α衰变、β衰变示意图。
(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？
(2)当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？
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2.原子核发生β衰变是否为原子核中的电子发射到核外了呢？
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例3 (多选)放射性元素 U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成 Bi，而 Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成 b81Tl，X和 b81Tl最后都变成 Pb，衰变路径如图所示，则(　　)
A.a＝82，b＝211
B. Bi→X是α衰变， Bi→Tl是β衰变
C.aX→Pb是α衰变
D. b81Tl经过一次β衰变变成Pb
听课笔记____________________________________________________________
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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X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素
Y，则衰变方程为：X→Y＋nHe＋me　　　　
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。
训练3 原子核U经放射性衰变①变为原子核Th，继而经放射性衰变②变为原子核Pa，再经放射性衰变③变为原子核U，则放射性衰变①、②和③依次为(　　)
A.α衰变、β衰变和β衰变
B.β衰变、β衰变和α衰变
C.β衰变、α衰变和β衰变
D.α衰变、β衰变和α衰变
知识点四　半衰期
1.定义
放射性元素的原子核由于衰变而数目减少至原来________所需的时间。
2.半衰期描述的是________，不适用于单个原子核的衰变。
3.放射性元素衰变的半衰期是由____________的因素决定的，跟原子所处的化学状态和________(压力、温度等)没有关系。
4.对半衰期规律的理解
(1)衰变规律
N余＝N原，m余＝m原
式中N原、m原分别表示衰变前的原子核数和质量，N余、m余分别表示衰变后的尚未发生衰变的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。
(2)半衰期规律是对大量原子核衰变行为作出的统计结果，可以对大量原子核衰变行为进行预测，而单个特定原子核的衰变行为不可预测。
(3)放射性元素衰变的半衰期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(压力、温度等)没有关系。
【思考】
1.镭226衰变为氡222的半衰期为1 620年，有人说：20 g镭226经过1 620年有一半发生衰变，镭226还有10 g，再经过1 620年另一半镭226也发生了衰变，镭226就没有了。这种说法对吗？为什么？
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2.某种放射性元素的半衰期对少数原子核发生衰变有意义吗？
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例4 下列关于放射性元素半衰期的说法正确的是(　　)
A.半衰期越长对环境的影响时间越长
B.通过化学方法可以改变放射性元素的半衰期
C.通过物理方法可以改变放射性元素的半衰期
D.100个放射性元素原子核经过一个半衰期后剩余50个未衰变的原子核
训练4 一块铀矿石中含U的质量为m，铀衰变后生成铅Pb，U的半衰期为T。则下列说法中正确的是(　　)
A.一个U原子核中含有92个中子
B.加热该铀矿石能使铀核衰变速度变快
C.经过2T时间后该矿石中U的质量还剩
D.400个U原子核经半衰期T后还剩余200个
随堂对点自测
1.(天然放射性及射线的性质)放射性元素衰变时，通常会放出α、β、γ三种射线，这三种射线穿透本领的示意图如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.射线x可能为γ射线
B.射线x可以用来消除工业生产中的有害静电
C.射线y的速度约为光速的
D.射线z的本质为高速电子流
2.(人工放射性同位素)(多选)下列有关放射性同位素P的说法，正确的是(　　)
A.P与X互为同位素
B.P与其同位素有相同的化学性质
C.用P制成化合物后它的半衰期变长
D.P能释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响
3.(衰变)下列表示放射性元素碘131(I)β衰变的方程是(　　)
A.I→Sb＋He B.I→Xe＋e
C.I→I＋n D.I→Te＋H
4.(半衰期)(2024·奉新县第一中学期中)放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物的年代。宇宙射线中高能量中子碰撞空气中的氮原子后，就会形成很不稳定的C，它很容易发生β衰变，变成一个新核，其半衰期为5 730年，
(1)写出该衰变的核反应方程式；
(2)C的生成和衰变通常是平衡的，即生物活体中C的含量是不变的。当生物体死亡后，机体内C的含量将会不断减少。若测得一具古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5%，则这具遗骸距今约有多少年。
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2　放射性元素的衰变
知识点一
导学　提示　(1)贝克勒尔是根据铀和含铀的矿物质能使用密封完好的照相底片感光，发现了天然放射现象。
(2)后来玛丽·居里和她丈夫皮埃尔·居里发现了钋、镭两种放射性元素。
知识梳理
1.(1)贝克勒尔　(2)射线　放射性　射线　(3)大于　小于　
2.(1)正电　弱　(2)电子流　强　(3)电磁波　极强
[思考]
提示　放射性元素会放出三种射线
因为α粒子带正电、β粒子带负电、γ射线不带电。要想用电场出现如图中的偏转，所加极板带电正负如图所示，β粒子受电场力作用向正极偏转，说明β粒子带负电；α粒子受电场力作用向负极偏转，说明α粒子带正电，γ射线不偏转，说明γ射线不带电。
例1 C　[α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，γ射线在电场和磁场中一定不偏转，②⑤为γ射线；如题干左图所示的电场中，α射线向右偏，β射线向左偏，①为β射线，③为α射线；在如题干右图所示磁场中，由左手定则判断，α射线向左偏，β射线向右偏，即④为α射线，⑥为β射线，故选项C正确。]
训练1 BC　[α射线穿透能力最弱，所以穿不过LL′纸板，只有β、γ两种射线穿过纸板到达MM′荧光屏，其中γ射线不带电，不在电场中偏转，只有β射线偏转，所以到达O点的是γ射线，到达P点的是β射线，β射线带负电，在电场中向下偏转，说明受到向下的静电力，所以电场方向竖直向上，故B、C正确。]
知识点二
1.放射性　2.天然　人工　3.资源　容易控制　较短　处理
[思考]
1.提示　利用α射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电。
2.提示　(1)利用人工放射性同位素放出的γ射线的穿透能力探伤，检查金属部件是否存在砂眼、裂痕等；利用γ射线的穿透能力来确定钢板的厚度。
(2)利用γ射线诱变育种，癌症放疗。
例2 D　[利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离作用，使空气分子电离成为导体，将静电消除，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种，C错误；用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，D正确。]
训练2 BCD　[消除静电是利用射线的电离作用，A错误；探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异，B、C正确；研究农作物对肥料的吸收是利用其作示踪原子，D正确。]
知识点三
导学　提示　存在能让一种元素变成另一种元素的过程，这就是我们要讲的原子核的衰变过程以及后面要学习的原子核的人工转变。
类似于“点石成金”的事一直就在自然界中进行着，这就是伴随着天然放射现象发生的原子核“衰变”过程。
知识梳理
1.射线　2.(1)减少4　减少2　(2)不变　增加1　3.电荷数　质量数
[思考]
1.提示　(1)α衰变时，质子数减少2，中子数减少2。
(2)β衰变时，新核的核电荷数增加1。新核在元素周期表中的位置向后移动一位。
2.提示　不是，原子核中没有电子。
例3 CD　[Bi经过一次衰变变成X，质量数没有发生变化，为β衰变，即 Bi→X＋e，解得a＝84；Bi经过一次衰变变成Tl，核电荷数少2，为α衰变，即Bi→Tl＋He，解得b＝206，故A、B错误；结合A、B可知X→ Pb＋He，是α衰变；Tl→Pb＋　e，是β衰变，故C、D正确。]
训练3 A　[根据α、β衰变特点可知，U经过一次α衰变变为Th，Th经过1次β衰变变为Pa，Pa再经过一次β衰变变为U，故①、②和③依次为α衰变、β衰变和β衰变，故A正确。]
知识点四
1.一半　2.统计规律　3.核内部自身　外部条件
[思考]
1.提示　不对。放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期。经过第二个1 620年后镭226还剩5 g。
2.提示　没有意义。只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义，某一个原子核何时发生衰变，是未知的。
例4 A　[半衰期越长的放射性元素衰变的速度越慢，对环境的影响时间越长，A正确；半衰期是由放射性元素的核内部自身的因素决定，与所处的化学状态和外部物理环境无关，B、C错误；半衰期具有统计规律，对大量原子核适用，对少数原子核不适用，D错误。]
训练4 C　[一个U原子核中含有92个质子，中子数为238－92＝146个，故A错误；半衰期是由放射性元素本身决定的，与环境的温度无关，故B错误；总质量m，设衰变后U的质量为m1，经过2T剩余U为m1＝m＝m，故C正确；半衰期是对大量原子核的统计规律，对少数的原子核不适用，故D错误。]
随堂对点自测
1.B　[α射线的穿透本领最弱，γ射线的穿透本领最强，因此射线x应为α射线，射线y应为β射线，射线z应为γ射线；α射线的电离本领最强，可以用来消除有害静电，故A错误，B正确；β射线的本质为高速电子流，其速度可达光速的99%，即接近光速，故C错误；γ射线的穿透本领最强，射线z应为γ射线，γ射线的本质是高能光子，故D错误。]
2.BD　[同位素有相同的质子数，不同的质量数，故A错误；同位素有相同的化学性质，故B正确；半衰期与原子的物理、化学状态无关，故C错误；P为放射性同位素，可用作示踪原子，故D正确。]
3.B　[β衰变是原子核自发地释放一个β粒子(即电子)产生新核的过程，原子核衰变时质量数与电荷数都守恒，结合选项分析可知，B正确。]
4.(1)C→N＋e　(2)17 190
解析　(1)发生β衰变，释放电子，根据质量数守恒和电荷数守恒可知
C→N＋e。
(2)测得一具古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5%，即，经过了3个半衰期，故这具遗骸距今约有5 730×3＝17 190年。(共65张PPT)
2　放射性元素的衰变
第五章 原子核与基本粒子
1.了解天然放射性，理解三种射线的性质。2.了解衰变的概念，掌握衰变遵从的规律。3.理解α衰变和β衰变的规律和实质，并能熟练书写衰变方程。4.理解半衰期的概念，学会利用半衰期解决相关问题。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　人工放射性同位素
知识点一　天然放射性及射线的性质
知识点三　衰　变
知识点四　半衰期
知识点一　天然放射性及射线的性质
1896年，法国物理学家贝克勒尔首先发现了天然放射现象。
(1)贝克勒尔是根据什么发现的天然放射现象？
(2)贝克勒尔以后又是谁发现了两种更强的放射性元素？
提示　(1)贝克勒尔是根据铀和含铀的矿物质能使用密封完好的照相底片感光，发现了天然放射现象。
(2)后来玛丽·居里和她丈夫皮埃尔·居里发现了钋、镭两种放射性元素。
1.天然放射性
(1)1896年，法国物理学家____________发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。
(2)物质发射______的性质称为放射性，具有________的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出______的现象，叫作天然放射现象。
(3)原子序数______或等于83的元素，都能自发地放出射线，原子序数______83的元素，有的也能放出射线。
贝克勒尔
射线
放射性
射线
大于
小于
2.射线的性质
(1)α射线其实就是α粒子(氦原子核)流。α粒子带______，速度只有光速的10%，穿透能力____，容易被物质吸收。一张薄薄的铝箔，或一层包裹底片的黑纸，甚至人体皮肤的角质层，都能将它挡住。
(2)β射线是带负电的________，它的速度很快，穿透力____，在空气中可以走几十米远，而碰到几毫米厚的铝片就不能穿过了。
(3)γ射线本质上是一种波长极短的________，波长约是X射线波长的1%，穿透力______，能穿过厚的混凝土和铅板。
正电
弱
电子流
强
电磁波
极强
3.α、β、γ三种射线的性质、特征比较
种 类 α射线 β射线 γ射线
组 成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)
速 率 0.1c 0.99c c
贯穿本领 最弱，用一张纸就能挡住 较强，几毫米厚的铝片就不能穿过 最强，能穿透几厘米的铅板
电离作用 很强 较弱 很弱
【思考】 如果α射线、β射线都是带电粒子流，按照图中标出的径迹判断，三种射线分别带什么电荷？
如果不用磁场而用电场判断它们带电的性质，两个电极怎样放置可以使三种射线大致沿图示的方向偏转？
因为α粒子带正电、β粒子带负电、γ射线不带电。要想用电场出现如图中的偏转，所加极板带电正负如图所示，β粒子受电场力作用向正极偏转，说明β粒子带负电；α粒子受电场力作用向负极偏转，说明α粒子带正电，γ射线不偏转，说明γ射线不带电。
C
例1 如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中。下列说法正确的是(　　)
A.①表示γ射线，③表示α射线
B.②表示β射线，③表示α射线
C.④表示α射线，⑤表示γ射线
D.⑤表示β射线，⑥表示α射线
解析　α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，γ射线在电场和磁场中一定不偏转，②⑤为γ射线；如题干左图所示的电场中，α射线向右偏，β射线向左偏，①为β射线，③为α射线；在如题干右图所示磁场中，由左手定则判断，α射线向左偏，β射线向右偏，即④为α射线，⑥为β射线，故选项C正确。
相同初速度的三种射线在电场、磁场中偏转情况的比较
(1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转，如图甲所示。
(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示。
训练1 (多选)如图所示，R是一种放射性物质，它能放出α、β、γ三种射线，虚线框内有竖直方向的匀强电场，LL′是纸板，MM′是荧光屏，实验时发现在荧光屏上只有O、P两点处有亮斑。下列说法正确的是(　　)
BC
A.电场方向竖直向下，到达O点的是γ射线
B.电场方向竖直向上，到达O点的是γ射线
C.电场方向竖直向上，到达P点的是β射线
D.电场方向竖直向下，到达P点的是α射线
解析　α射线穿透能力最弱，所以穿不过LL′纸板，只有β、γ两种射线穿过纸板到达MM′荧光屏，其中γ射线不带电，不在电场中偏转，只有β射线偏转，所以到达O点的是γ射线，到达P点的是β射线，β射线带负电，在电场中向下偏转，说明受到向下的静电力，所以电场方向竖直向上，故B、C正确。
知识点二　人工放射性同位素
1.定义
具有________的同位素。
2.类型
______放射性同位素和______放射性同位素。
3.人工放射性同位素具有______丰富，放射强度__________，还可以制成各种所需的形状，半衰期______和放射性废料容易______等优点。
放射性
天然
人工
资源
容易控制
较短
处理
【思考】
1.放射性同位素放出的α射线有何作用？
提示　利用α射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电。
2.放射性同位素放出的γ射线有何作用？
提示　(1)利用人工放射性同位素放出的γ射线的穿透能力探伤，检查金属部件是否存在砂眼、裂痕等；利用γ射线的穿透能力来确定钢板的厚度。
(2)利用γ射线诱变育种，癌症放疗。
D
例2 关于放射性同位素的应用，下列说法正确的有(　　)
A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的
B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视
C.用γ射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种
D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害
解析　利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离作用，使空气分子电离成为导体，将静电消除，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种，C错误；用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，D正确。
放射性同位素的主要作用
(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
(2)医学上——利用γ射线的高能量治疗癌症。
(3)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌、抑制蔬菜发芽、延长保存期等。
(4)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质。
BCD
训练2 (多选)下列关于放射性同位素的应用的一些说法中正确的是( 　　)
A.利用放射线消除静电是利用射线的穿透作用
B.利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用
C.利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异
D.在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子
解析　消除静电是利用射线的电离作用，A错误；探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异，B、C正确；研究农作物对肥料的吸收是利用其作示踪原子，D正确。
知识点三　衰　变
在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。
那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？
提示　存在能让一种元素变成另一种元素的过程，这就是我们要讲的原子核的衰变过程以及后面要学习的原子核的人工转变。
类似于“点石成金”的事一直就在自然界中进行着，这就是伴随着天然放射现象发生的原子核“衰变”过程。
1.定义
放射性元素是不稳定的，会自发地蜕变为另一种元素，同时放出______，我们称这种现象为放射性衰变。
射线
2.衰变类型
(1)α衰变：放射性元素放出α粒子的衰变过程。放出一个α粒子后，核的质量数________，电荷数________，成为新核。
(2)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变过程。放出一个β粒子后，核的质量数______，电荷数________，成为新核。
3.衰变规律
原子核衰变前、后________和________均守恒。
减少4
减少2
不变
增加1
电荷数
质量数
4.原子核衰变的理解
【思考】
1.如图为α衰变、β衰变示意图。
(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？
(2)当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？
提示　(1)α衰变时，质子数减少2，中子数减少2。
(2)β衰变时，新核的核电荷数增加1。新核在元素周期表中的位置向后移动一位。
2.原子核发生β衰变是否为原子核中的电子发射到核外了呢？
提示　不是，原子核中没有电子。
CD
A
知识点四　半衰期
1.定义
放射性元素的原子核由于衰变而数目减少至原来______所需的时间。
2.半衰期描述的是__________，不适用于单个原子核的衰变。
3.放射性元素衰变的半衰期是由_______________的因素决定的，跟原子所处的化学状态和__________ (压力、温度等)没有关系。
一半
统计规律
核内部自身
外部条件
4.对半衰期规律的理解
【思考】
1.镭226衰变为氡222的半衰期为1 620年，有人说：20 g镭226经过1 620年有一半发生衰变，镭226还有10 g，再经过1 620年另一半镭226也发生了衰变，镭226就没有了。这种说法对吗？为什么？
提示　不对。放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期。经过第二个1 620年后镭226还剩5 g。
2.某种放射性元素的半衰期对少数原子核发生衰变有意义吗？
提示　没有意义。只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义，某一个原子核何时发生衰变，是未知的。
A
例4 下列关于放射性元素半衰期的说法正确的是(　　)
A.半衰期越长对环境的影响时间越长
B.通过化学方法可以改变放射性元素的半衰期
C.通过物理方法可以改变放射性元素的半衰期
D.100个放射性元素原子核经过一个半衰期后剩余50个未衰变的原子核
解析　半衰期越长的放射性元素衰变的速度越慢，对环境的影响时间越长，A正确；半衰期是由放射性元素的核内部自身的因素决定，与所处的化学状态和外部物理环境无关，B、C错误；半衰期具有统计规律，对大量原子核适用，对少数原子核不适用，D错误。
C
随堂对点自测
2
B
1.(天然放射性及射线的性质)放射性元素衰变时，通常会放出α、β、γ三种射线，这三种射线穿透本领的示意图如图所示，下列说法正确的是(　　)
解析　α射线的穿透本领最弱，γ射线的穿透本领最强，因此射线x应为α射线，射线y应为β射线，射线z应为γ射线；α射线的电离本领最强，可以用来消除有害静电，故A错误，B正确；β射线的本质为高速电子流，其速度可达光速的99%，即接近光速，故C错误；γ射线的穿透本领最强，射线z应为γ射线，γ射线的本质是高能光子，故D错误。
BD
解析　同位素有相同的质子数，不同的质量数，故A错误；同位素有相同的化学性质，故B正确；半衰期与原子的物理、化学状态无关，故C错误；P为放射性同位素，可用作示踪原子，故D正确。
B
解析　β衰变是原子核自发地释放一个β粒子(即电子)产生新核的过程，原子核衰变时质量数与电荷数都守恒，结合选项分析可知，B正确。
课后巩固训练
3
D
对点题组练
AC
2.(多选)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有(　　)
A.打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线、β射线
B.α射线和β射线的轨迹是抛物线
C.α射线和β射线的轨迹是圆弧
D.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b
BCD
题组二　人工放射性同位素
3.(多选)关于人工放射性同位素，下列说法正确的是(　 　)
A.人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的半衰期长很多
B.人工放射性同位素的放射强度容易控制
C.人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤
D.使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染
解析　人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的短，故选项A错误；人工放射性同位素的放射强度容易控制，故选项B正确；人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤，故选项C正确；使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染，故选项D正确。
C
4.在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是(　　)
A.应该用α射线探测物体的厚度
B.应该用γ射线放射源制成“烟雾报警器”
C.放射育种是利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异
D.医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素
解析　γ射线的贯穿能力最强，应该用γ射线探测物体的厚度，故A错误；因为α粒子的电离本领强，所以应该用α粒子放射源制成”烟雾报警器”，故B错误；γ射线的贯穿能力最强，从而使DNA发生变异，所以放射育种利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异，故C正确；如果放射性同位素的半衰期较短，则其废料易于处理，所以医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较短的放射性同位素，故D错误。
A
题组三　衰变
5.某放射性元素的原子核内有N个核子，其中有n个质子，该原子核发生2次α衰变和1次β衰变，变成1个新核，则(　　)
A.衰变前原子核有(N－n)个中子
B.衰变后新核有(n－4)个质子
C.衰变后新核的核子数为(N－3)
D.衰变后新核的中子数为(N－n－3)
解析　核子数等于质子数加中子数，所以衰变前原子核有(N－n)个中子，A正确；衰变后新核有n－(2×2－1)＝(n－3)个质子，B错误；衰变后新核的核子数为N－2×4＝N－8，C错误；衰变后新核的中子数为(N－n－5)，D错误。
C
A.图中a是208
B.Y和Z都是β衰变
C.X衰变放出的电子是中子转变为质子时产生的
D.X衰变中放出的射线电离能力最强
C
A
C
综合提升练
D
10.如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是(　　)
A.α射线和β射线的混合放射源
B.纯α射线放射源
C.纯γ射线放射源
D.α射线和γ射线的混合放射源
解析　在放射源和计数器之间加薄铝片L后，发现计数器的计数率大幅度减小，说明射线中含有穿透能力弱的粒子，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场B，计数器的计数率不变，说明剩下的射线不带电，即为γ射线，因此放射源x可能是α射线和γ射线的混合放射源，故A、B、C错误，D正确。
D
A.1.22 d B.3.91 d C.5.02 d D.3.80 d
解析　由题图可知0.8m0的氡222质量减少到0.4m0所用的时间Δt＝3.80 d，0.4m0的氡222质量减少到0.2m0所用的时间Δt＝3.80 d，即氡222的半衰期为3.80 d，故A、B、C错误，D正确。
D
12.某校学生在进行社会综合实践活动时，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见下表)，并总结出它们的几种用途。
同位素 钋210 镅241 锶90 锝99 钴60 氡
放射线 α β β γ γ α
半衰期 138天 433天 28年 6小时 5年 3.8天
请你根据上表分析判断下面结论正确的是(　　)
A.塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的聚乙烯薄膜通过轧辊后变薄，利用α射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀
B.钴60的半衰期为5年，若取4个钴60原子核，经10年后就一定剩下1个原子核
C.把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期变短
D.用锝99可以作为示踪原子，用来诊断人体内的器官是否正常，方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的某些物质，当这些物质的一部分到达要检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否
解析　因为α射线穿透能力弱，不适合测量薄膜的厚度，故A错误；钴60的半衰期为5年是指大量钴60原子核因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间，对少量原子核不适用，故B错误；半衰期由元素本身决定，与原子核所处环境，状态无关，故C错误；检查时，要在人体外探测到体内辐射出来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取锝99作为示踪原子，故D正确。
同位素 钋210 镅241 锶90 锝99 钴60 氡
放射线 α β β γ γ α
半衰期 138天 433天 28年 6小时 5年 3.8天

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