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第2节　原子核衰变及半衰期
(分值:100分)
选择题1~9题,每小题8分,共72分。
对点题组练
题组一　原子核的衰变
1.(2024·山东济南高二期末)有一种衰变叫EC衰变,EC衰变发生于核内中子数相对过少的放射性原子核。核内的一个质子H)可以俘获一个核外电子e)并发射出一个中微子而转变为一个中子n)。经过一次EC衰变后原子核的 (　　)
质量数不变,原子序数减少1
质量数增加1,原子序数不变
质量数不变,原子序数不变
质量数不变,原子序数增加1
2.(2024·江苏徐州市期中)一个质量数为X的原子核经过一系列α衰变和β衰变后成为质量数为Y的原子核,下列说法正确的是 (　　)
经过一次α衰变,该原子核的电荷数减少4
经过一次β衰变,该原子核中的一个质子转变为中子
这一过程共发生了次α衰变
这一过程共发生了(X-Y)次β衰变
3.(多选)(2024·宁夏石嘴山期末)天然放射性元素Th (钍)经过一系列α衰变和β衰变之后,变成Pb (铅)。下列判断中正确的是 (　　)
衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变
铅核比钍核少8个质子
β衰变所放出的电子来自原子核外
钍核比铅核多24个中子
题组二　衰变的快慢——半衰期
4.(2024·陕西西安高二期中)2023年2月7日,福岛渔业合作协会的工作人员对在福岛附近捕捞的鲈鱼进行了检测,结果表明该批次鲈鱼体内的铯137含量严重超标,决定从即日起暂停当地鲈鱼上市。到目前为止共发现了铯的34种同位素,其中铯137半衰期长达30年,衰变方程为CsBa+X,则下列说法正确的是 (　　)
铯137发生的是α衰变
铯137发生衰变的产物中X来自原子核的外部
铯137的半衰期不会受到阳光、温度、气候变化等自然环境因素的影响
铯137的半衰期为30年,则60年后当地鲈鱼体内不会再含有铯137
5.(2023·1月浙江选考,9)宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子,中子与大气中的氮14会产生以下核反应NnCH,产生的C能自发进行β衰变,其半衰期为5 730年,利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。下列说法正确的是 (　　)
C发生β衰变的产物是N
β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子
近年来由于地球的温室效应,引起C的半衰期发生微小变化
若测得一古木样品的C含量为活体植物的,则该古木距今约为11 460年
6.放射性元素氡Rn)经α衰变成为钋(Po),半衰期约为3.8天,但勘测表明,经过漫长的地质年代后,目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素Rn的矿石,其原因是 (　　)
目前地壳中的Rn主要来自其他放射性元素的衰变
在地球形成的初期,地壳中元素Rn的含量足够高
当衰变产物Po积累到一定量以后Po的增加会减慢Rn的衰变进程
Rn主要存在于地球深处的矿石中,温度和压力改变了它的半衰期
题组三　放射性的应用　放射性污染和防护
7.(多选)在医疗诊断中,常用能放射正电子的半衰期为20 min的同位素C作为示踪原子C是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击N获得,同时还产生另一个粒子。下列说法正确的是 (　　)
C发生衰变时会生成N和正电子
质子轰击N获得C的同时会产生He
2 g同位素C经过1 h还有0.5 g没有发生衰变
医疗诊断中选用C作为示踪原子,是因为它的半衰期比天然放射性物质短得多,放射性废料容易处理
综合提升练
8.自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的递次衰变,又称为放射系或衰变链。每个放射性衰变系都有一个半衰期很长的始祖核素,经过若干次连续衰变,直至生成一个稳定核素。已知U的衰变链如图所示。下列判断中正确的是 (　　)
图中的横坐标表示核电荷数,纵坐标表示质量数
U衰变最终生成的稳定核素为Pb
U衰变最终生成的稳定核素,共有两种不同的衰变路径
U衰变最终生成的稳定核素,共发生了7次α衰变,4次β衰变
9.花岗岩、大理石等装修材料中都不同程度地含有放射性元素,下列有关放射性的说法正确的是 (　　)
U衰变成Pb要经过8次α衰变和6次β衰变
氡的半衰期为3.8天,4个氡原子核经过7.6天后只剩下1个氡原子核
α射线与γ射线都是电磁波,α射线穿透本领远比γ射线弱
放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子被电离时产生的
10.(8分)恒星向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应,当温度达到108 K时,可以发生“氦燃烧”。
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程He+　　　　(4分)Be+γ。
(2Be是一种不稳定的粒子,其半衰期为2.6×10-16 s。一定质量的Be,经7.8×10-16s后所剩Be占开始时的　　　　(4分)。
培优加强练
11.(20分)(2024·北京海淀高二期末)活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素,体内碳14的比例与大气中的相同。植物枯死后,遗体内的碳14仍在衰变,不断减少,但是不能得到补充。因此,根据放射性强度减小的情况就可以推算植物死亡的时间。
(1)(10分)某建筑工地上发现地下有一棵死去的古树,测出该古树碳14的含量是现代植物的,求这棵古树距今多少年 已知碳14的半衰期为5 730年。
(2)(10分)如图所示,在范围足够大的垂直纸面向里的匀强磁场中,静止在S点的碳14核发生一次β衰变,产生的β粒子速度方向如图所示,且β粒子与氮核恰好在纸面内做匀速圆周运动。已知β粒子与氮核质量之比为1∶25 000,不计重力;
①写出衰变方程,求β粒子与氮核做圆周运动的半径之比,并作出两者的运动轨迹(作图需要显示半径大小的定性关系);
②求β粒子与氮核做圆周运动形成的等效电流之比,两者形成的电流方向相同还是相反
第2节　原子核衰变及半衰期
1.A　[由题意可知，EC衰变中少了一个质子，多了一个中子，则质量数不变，但是核电荷数少1，即原子序数减少1，选项A正确，B、C、D错误。]
2.C　[经过一次α衰变，该原子核的电荷数减少2，质量数减少4，A错误；经过一次β衰变，该原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，B错误；因为发生β衰变时，原子核的质量数保持不变，假设发生了n次α衰变，根据质量数守恒可得X＝4n＋Y，解得n＝，可知这一过程共发生了次α衰变，C正确；由于不清楚衰变前后的电荷数，故不能判断发生β衰变的次数，D错误。]
3.AB　[α衰变的次数x＝＝6，β衰变的次数82＋2x－90＝4，即衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变；钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子，β衰变所放出的电子来自原子核内，A、B正确，C、D错误。]
4.C　[根据质量数守恒，X的质量数为0，根据核电荷数守恒，X的电荷数为－1，则X为电子，铯137发生的是β衰变，故A错误；X来自铯137内的一个中子向一个质子转化时生成的，故B错误；半衰期是放射性元素本身的属性，铯137的半衰期不会受到阳光、温度、气候变化等自然环境因素的影响，故C正确；铯137的半衰期为30年，则60年后当地鲈鱼体内含有的铯137是原来的，故D错误。]
5.D　[根据衰变方程6C→7N＋　　0－1e知6C发生β衰变的产物是7N，A错误；β衰变辐射出的电子来自于碳原子核内的中子转化为质子时放出的电子，B错误；半衰期与外界环境无关，C错误；若测得一古木样品的6C含量为活体植物的，可知经过了2个半衰期，则该古木距今约为5 730×2年＝11 460年，D正确。]
6.A　[由于Rn的半衰期为3.8天，较短，故经过漫长的地质年代后，地壳中原有的Rn早已衰变完了，目前地壳中的Rn主要来自其他放射性元素的衰变，选项A正确，B错误；放射性元素的半衰期由原子核本身的因素决定，与外界环境等因素无关，选项C、D错误。]
7.BD　[由核电荷数守恒和质量数守恒可知C→B＋e，A错误；质子轰击N有H＋N→C＋He，B正确；由题可知C的半衰期为20 min，1 h是3个半衰期，经3个半衰期后剩余原来的，即0.25 g没有发生衰变，C错误；放射性物质的半衰期越短，衰变进行越快，放射性废料越容易处理，D正确。]
8.D　[U的核电荷数为92，质量数为235，中子数为143，结合衰变链图可知，图的横坐标表示核电荷数，而纵坐标表示中子数，故A错误；查图可知，最终生成的稳定核素的核电荷数为82，质量数为82＋125＝207，该核为Pb，故B错误；由图可知，衰变为Ac后，接下来可能发生α衰变生成Fr，亦可能发生β衰变生成Th，而衰变至Bi后亦存在两条衰变路径，所以92U衰变生成82Pb，共有四条不同的衰变路径，故C错误；由图结合前面C项的分析可知，无论沿任何一条路径，最终都是发生7次α衰变，4次β衰变，故D正确。]
9.A　[铀核(U)衰变成铅核(Pb)的过程中，设发生x次α衰变，y次β衰变，衰变方程为U→Pb＋xα＋yβ，根据质量数守恒和核电荷数守恒有238＝206＋4x，92＝82＋2x－y，解得x＝8，y＝6，即要经过8次α衰变和6次β衰变，故A正确；半衰期是对大量原子核的衰变的统计规律，对于单个原子核是不成立的，故B错误；α射线是氦核流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强，故C错误；β衰变时，原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故D错误。]
10.(1)He　(2)或12.5%　[(1)根据质量数和核电荷数守恒可知，核反应方程为He＋He→Be＋γ。
(2)Be的半衰期为2.6×10－16s，经过7.8×10－16s后，剩余的质量为m＝M＝M＝M，即所剩Be占开始时的。]
11.(1)28 650年　(2)①6C→7N＋　　0－1e　7∶1　见解析图
②25 000∶49　相同
解析　(1)由题意可知，该古树死去后已经经历了5个半衰期，则有5 730×5年＝28 650年
可知这棵古树距今28 650年。
(2)根据质量数和核电荷数守恒，可知衰变方程为
6C→7N＋　　0－1e
衰变过程动量守恒，则有p＝mβvβ＝mNvN
根据洛伦兹力提供向心力可得qvB＝m，可得
r＝＝∝
可知＝＝
轨迹如图所示。
(3)粒子在磁场中的运动周期为T＝＝
根据I＝＝∝
则有＝2×25 000＝
根据左手定则可知，两者形成的电流方向相同。第2节　原子核衰变及半衰期
学习目标　1.知道放射现象的实质是原子核的衰变。2.了解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义。3.知道两种衰变的实质，能运用衰变规律写出衰变方程。
知识点一　原子核的衰变
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？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.定义：原子核因释放出像α、β这样的射线(粒子流)而转变为________的变化称为原子核的衰变。
2.衰变类型
(1)α衰变：放出α粒子的衰变称为α衰变。例如： U→________＋Th。
(2)β衰变：放出β粒子的衰变称为β衰变。例如： Th→________＋Pa＋。
3.在原子核衰变过程中产生的新核，有些处于____________，这些不稳定的激发态会辐射出光子(γ射线)而变成稳定的状态。
【思考】 从一种放射性物质中只能放出一种射线吗？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
角度1　衰变规律的理解
例1 对天然放射现象，下列说法中正确的是(　　)
A.α射线穿透力最强
B.β粒子带负电，所以β粒子有可能是核外电子
C.γ射线是光子，所以γ射线有可能是原子发光产生的
D.β衰变的实质是原子核的一个中子转化成一个质子并放出一个电子
总结提升　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→Y＋eq \a\vs4\al(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＋eq \a\vs4\al(e)
典型方程 U→Th＋He Th→Pa＋eq \a\vs4\al(e)
衰变规律 核电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
角度2　衰变次数的判断
例2 (2024·陕西西安市期末)自然界中有的放射性元素半衰期很短，很难被发现，放射性元素镎237eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Np))就是用人工的方法发现的。镎237是不稳定的，它经过一系列α衰变、β衰变后变成铋209eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Bi))，这些衰变是(　　)
A.7次α衰变和4次β衰变
B.4次α衰变和4次β衰变
C.7次α衰变和5次β衰变
D.6次α衰变和4次β衰变
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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(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＋meq \a\vs4\al(e)
根据核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。
知识点二　衰变的快慢——半衰期
如图为始祖鸟的化石，美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的原理发明“碳－14计年法”，并因此荣获了1960年的诺贝尔奖。利用“碳－14计年法”可以估算出始祖鸟的年龄。
INCLUDEPICTURE"S310.TIF" INCLUDEPICTURE "S310.TIF" \* MERGEFORMAT
(1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟的年龄？
(2)若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变，这种说法是否正确，为什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.放射性元素的原子核有________发生衰变需要的时间称为半衰期。
2.元素半衰期的长短只由________________决定，一般与原子核所处的物理、化学状态无关。
3.半衰期描述的是________原子核发生衰变的统计规律，但对于____________的原子核，我们不知道它将何时发生衰变，只知道它发生衰变的概率。
【思考】 放射性元素衰变有一定的速率。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？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
角度1　半衰期的理解
例3 2021年3月，考古学家利用C技术测定了三星堆遗址四号“祭祀坑”距今约3 200年至3 000年，属于商代晚期。已知C的半衰期为8 267年，其衰变方程为C→N＋e，则下列判断正确的是(　　)
A.2 000个C经过8 267年会有1 000个发生衰变
B.升高温度可以加快C的衰变
C.增大压强可以加快C的衰变
D.β衰变的本质是核内一个中子转化为质子和电子
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
总结提升　半衰期的理解与应用
意义 表示放射性元素衰变的快慢
衰变规律 N余＝N原()，m＝M()式中N原、M分别表示衰变前的原子核数和质量，N余、m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，T表示半衰期
影响因素 由原子核自身因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关
注意事项 半衰期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
角度2　半衰期的应用
例4 (2024·江苏南京市期末)放射性同位素衰变的快慢有一定的规律。例如氡核Rn经α衰变变成钋核Po。如图所示，横坐标表示时间，纵坐标表示任意时刻氡的质量m与t＝0时的质量m0的比值。
(1)写出该核反应方程；
(2)求1 g氡经过15.2天后剩余的质量。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
知识点三　放射性的应用　放射性污染和防护
1.放射性的应用
(1)放射性元素半衰期的利用
对于任何含碳物质，只要测定剩余的放射性______的含量，就可推断其年代。
(2)作为示踪原子
如果在某种元素里掺进一些该元素的放射性同位素，用仪器探测它放出的________，就可查明这种元素的行踪。人们把具有这种用途的放射性同位素称为示踪原子。
(3)射线特性的利用
①培育新品种：利用γ射线照射种子，可使种子内的遗传物质发生变异，培育出新的优良品种。
②放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的________转换成电能。
③γ射线探伤：利用γ射线________能力强的特点，可探查金属内部有没有缺陷或裂纹。
2.放射性污染和防护
(1)放射性污染的主要来源
①____________；②核泄漏；③医疗照射。
(2)防止放射线伤害的措施
①使用的放射源必须装在铅制容器中。
②核工业废料要放在厚厚的重金属箱内，深埋于地下或深海。
③在放射源与人体之间加屏蔽物。
【思考】
“鲁棉一号”是山东棉花研究所的科技人员应用放射性同位素钴60放出的γ射线处理棉花杂交的后代培育成的。
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(1)放射性同位素可以怎样获得？
(2)人工放射性同位素的半衰期有什么特点？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例5 (多选)下列说法正确的是(　　)
A.给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好
B.输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置
C.天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是含量较少，经济上不划算
D.放射性元素被植物吸收，其放射性不会发生改变
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练 关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是(　　)
A.利用射线可以改变布料的性质，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射线的贯穿能力可以为金属探伤，也可以进行人体的透视
C.利用射线照射作物种子可使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种
D.利用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
随堂对点自测
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(衰变规律的理解与应用)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Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图所示，则(　　)
INCLUDEPICTURE"b207.TIF" INCLUDEPICTURE "b207.TIF" \* MERGEFORMAT
A.a＝82
B.Bi→eq \a\vs4\al(X)是β衰变
C.Bi→eq \a\vs4\al(Tl)是β衰变
D.Tl经过一次α衰变变成Pb
2.(原子核的衰变)新元素的合成是探究微观世界的方式之一，也是材料科学发现的必经之路。某科学家在研究某两个重核结合成“超重”元素的反应时，发现生成的“超重”元素的核X经过8次α衰变、6次β衰变后的产物为Y。则超重元素的核电荷数和质量数分别是(　　)
A.115，305 B.190，305
C.115，190 D.190，115
3.(放射性应用、污染与防护)(多选)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提取铀235以后的废料，其主要成分为铀238。贫铀炸弹有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染，人长期生活在该环境中会受到核辐射而易患上皮肤癌和白血病。下列结论正确的是(　　)
A.铀238的衰变方程式为U→He＋Th
B.U和U互为同位素
C.人患皮肤癌和白血病可能是因为核辐射导致了基因突变
D.贫铀炸弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
4.(半衰期的理解与应用)(2024·山东东营市期末)航天器上常用的核电池为“钚238”核热电池，其原理为：电池芯部的“钚238”衰变产生热量，通过“热电转换器”将热能转化为电能。已知“钚238”(Pu)衰变产生α粒子和新核X，质量为M的“钚238”经时间t0发生衰变的质量为M，则(　　)
A.产生的α射线有很强的穿透能力
B.X核内有143个中子
C.“钚238”的半衰期为
D.电池工作时内部处于高温，“钚238”的半衰期变短
第2节　原子核衰变及半衰期
知识点一
导学
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。
知识梳理
1.新核
2.(1)He　(2)e
3.激发态
[思考] 提示　不一定。一种元素一般只能发生一种衰变，但在一种放射性物质中，该种元素发生一种衰变(假设为α衰变)后产生的新元素如果仍具有放射性，则可能继续发生衰变，而衰变类型可能与第一次衰变不同，并且每种衰变都会伴有γ射线放出，从这个放射性物质发出的射线中可以同时包含α、β和γ三种射线。
例1 D　[天然放射现象中有三种射线，其中γ射线穿透力最强，α射线的电离能力最强，A错误；β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子并放出一个电子，释放出的电子就是β粒子，所以β粒子不可能是核外电子，B错误，D正确；在原子核发生衰变过程中，原子核释放出α粒子或β粒子后生成新的原子核，新原子核由高能级跃迁至低能级释放出γ射线，即γ射线是原子核跃迁发光产生的，不可能是原子发光产生的，C错误。]
例2 A　[假设需经过x次α衰变，y次β衰变，根据核电荷数和质量数守恒有93＝2x－y＋83，237＝4x＋209，解得x＝7，y＝4，故A正确，B、C、D错误。]
知识点二
导学
提示　(1)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。能够运用它来计算始祖鸟的年龄是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。
(2)这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变。
知识梳理
1.半数
2.原子核自身因素
3.大量　一个特定
[思考] 提示　不对。放射性元素的衰变是统计规律。若半衰期为T，则每经过T就会有一半的原子发生衰变，不管从何时开始测量，不管余下的未衰变的原子有多少，在一个半衰期T中，将会有半数的原子发生衰变。
例3 D　[半衰期是针对大量原子核的统计规律，对少量原子核的衰变不适用，故A错误；原子核的衰变快慢与其所处的物理、化学环境无关，是由其原子核自身因素而定，故B、C错误；β衰变的本质是核内一个中子转化为质子和电子，故D正确。]
例4 (1)Rn→Po＋He　(2) g
解析　(1)由质量数与核电荷数守恒可得核反应方程为
Rn→Po＋He。
(2)根据图像可知，氡核的半衰期T＝3.8天
根据衰变规律有
m＝M＝1× g＝ g。
知识点三
1.(1)C　(2)射线　(3)②能量　③穿透
2.(1)①核爆炸
[思考] 提示　(1)可以由天然放射性元素获得，也可以用人工方法获得。
(2)半衰期比较短。
例5 BD　[放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料。无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的，A错误；放射性同位素可作为示踪原子，是因为它不改变元素的化学性质，B正确；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素作示踪原子，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D正确。]
训练 D　[利用射线消除有害静电是利用射线的电离性，使空气分子电离，将静电中和，选项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，选项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，选项C错误；利用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，选项D正确。]
随堂对点自测
1.B　[Bi→X，质量数不变，说明发生的是β衰变，根据核电荷数守恒知a＝84，故A错误，B正确；eq \a\vs4\al(Bi)→Tl，核电荷数减2，说明发生的是α衰变，根据质量数守恒知b＝206，所以Tl→Pb，电荷数增加1，质量数不变，所以为β衰变，故C、D错误。]
2.A　[根据核电荷数守恒和质量数守恒有Z＝105＋8×2－6＝115，A＝273＋8×4＝305，故A正确。]
3.ABC　[铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，选项A正确；铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，选项B正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，选项C正确；贫铀炸弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，选项D错误。]
4.C　[α射线穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住，A错误；根据质量数守恒和核电荷数守恒可知X的质量数和核电荷数分别为A＝238－4＝234，Z＝94－2＝92，所以中子数为N＝A－Z＝142，B错误；设“钚238”的半衰期为T，由题意可得M＝M－M，解得T＝，故C正确；半衰期由原子核自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件均无关，所以电池工作时内部处于高温，“钚238”的半衰期不变，故D错误。](共62张PPT)
第2节　原子核衰变及半衰期
第5章 原子核与核能
1.知道放射现象的实质是原子核的衰变。2.了解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义。3.知道两种衰变的实质，能运用衰变规律写出衰变方程。
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　衰变的快慢——半衰期
知识点一　原子核的衰变
知识点三　放射性的应用　放射性污染和防护
知识点一　原子核的衰变
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。
新核
激发态
【思考】 从一种放射性物质中只能放出一种射线吗？
提示　不一定。一种元素一般只能发生一种衰变，但在一种放射性物质中，该种元素发生一种衰变(假设为α衰变)后产生的新元素如果仍具有放射性，则可能继续发生衰变，而衰变类型可能与第一次衰变不同，并且每种衰变都会伴有γ射线放出，从这个放射性物质发出的射线中可以同时包含α、β和γ三种射线。
D
角度1　衰变规律的理解
例1 对天然放射现象，下列说法中正确的是(　　)
A.α射线穿透力最强
B.β粒子带负电，所以β粒子有可能是核外电子
C.γ射线是光子，所以γ射线有可能是原子发光产生的
D.β衰变的实质是原子核的一个中子转化成一个质子并放出一个电子
解析　天然放射现象中有三种射线，其中γ射线穿透力最强，α射线的电离能力最强，A错误；β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子并放出一个电子，释放出的电子就是β粒子，所以β粒子不可能是核外电子，B错误，D正确；在原子核发生衰变过程中，原子核释放出α粒子或β粒子后生成新的原子核，新原子核由高能级跃迁至低能级释放出γ射线，即γ射线是原子核跃迁发光产生的，不可能是原子发光产生的，C错误。
总结提升　原子核衰变的理解
A
解析　假设需经过x次α衰变，y次β衰变，根据核电荷数和质量数守恒有93＝2x－y＋83，237＝4x＋209，解得x＝7，y＝4，故A正确，B、C、D错误。
知识点二　衰变的快慢——半衰期
如图为始祖鸟的化石，美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的原理发明“碳－14计年法”，并因此荣获了1960年的诺贝尔奖。利用“碳－14计年法”可以估算出始祖鸟的年龄。
(1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟的年龄？
(2)若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变，这种说法是否正确，为什么？
提示　(1)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。能够运用它来计算始祖鸟的年龄是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。
(2)这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变。
1.放射性元素的原子核有______发生衰变需要的时间称为半衰期。
2.元素半衰期的长短只由________________决定，一般与原子核所处的物理、化学状态无关。
3.半衰期描述的是______原子核发生衰变的统计规律，但对于__________的原子核，我们不知道它将何时发生衰变，只知道它发生衰变的概率。
原子核自身因素
一个特定
大量
半数
【思考】 放射性元素衰变有一定的速率。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。放射性元素的衰变是统计规律。若半衰期为T，则每经过T就会有一半的原子发生衰变，不管从何时开始测量，不管余下的未衰变的原子有多少，在一个半衰期T中，将会有半数的原子发生衰变。
D
解析　半衰期是针对大量原子核的统计规律，对少量原子核的衰变不适用，故A错误；原子核的衰变快慢与其所处的物理、化学环境无关，是由其原子核自身因素而定，故B、C错误；β衰变的本质是核内一个中子转化为质子和电子，故D正确。
总结提升　半衰期的理解与应用
角度2　半衰期的应用
知识点三　放射性的应用　放射性污染和防护
1.放射性的应用
(1)放射性元素半衰期的利用
对于任何含碳物质，只要测定剩余的放射性____的含量，就可推断其年代。
(2)作为示踪原子
如果在某种元素里掺进一些该元素的放射性同位素，用仪器探测它放出的______，就可查明这种元素的行踪。人们把具有这种用途的放射性同位素称为示踪原子。
射线
(3)射线特性的利用
①培育新品种：利用γ射线照射种子，可使种子内的遗传物质发生变异，培育出新的优良品种。
②放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的______转换成电能。
③γ射线探伤：利用γ射线______能力强的特点，可探查金属内部有没有缺陷或裂纹。
能量
穿透
2.放射性污染和防护
(1)放射性污染的主要来源
①________；②核泄漏；③医疗照射。
(2)防止放射线伤害的措施
①使用的放射源必须装在铅制容器中。
②核工业废料要放在厚厚的重金属箱内，深埋于地下或深海。
③在放射源与人体之间加屏蔽物。
核爆炸
【思考】
“鲁棉一号”是山东棉花研究所的科技人员应用放射性同位素钴60放出的γ射线处理棉花杂交的后代培育成的。
(1)放射性同位素可以怎样获得？
(2)人工放射性同位素的半衰期有什么特点？
提示　(1)可以由天然放射性元素获得，也可以用
人工方法获得。
(2)半衰期比较短。
BD
例5 (多选)下列说法正确的是(　　)
A.给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好
B.输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置
C.天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是含量较少，经济上不划算
D.放射性元素被植物吸收，其放射性不会发生改变
解析　放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料。无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的，A错误；放射性同位素可作为示踪原子，是因为它不改变元素的化学性质，B正确；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素作示踪原子，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D正确。
D
训练 关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是(　　)
A.利用射线可以改变布料的性质，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射线的贯穿能力可以为金属探伤，也可以进行人体的透视
C.利用射线照射作物种子可使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种
D.利用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　利用射线消除有害静电是利用射线的电离性，使空气分子电离，将静电中和，选项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，选项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，选项C错误；利用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，选项D正确。
随堂对点自测
2
B
A
ABC
3.(放射性应用、污染与防护)(多选)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提取铀235以后的废料，其主要成分为铀238。贫铀炸弹有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染，人长期生活在该环境中会受到核辐射而易患上皮肤癌和白血病。下列结论正确的是(　　 )
C
课后巩固训练
3
A
A.质量数不变，原子序数减少1 B.质量数增加1，原子序数不变
C.质量数不变，原子序数不变 D.质量数不变，原子序数增加1
对点题组练
解析　由题意可知，EC衰变中少了一个质子，多了一个中子，则质量数不变，但是核电荷数少1，即原子序数减少1，选项A正确，B、C、D错误。
C
2.(2024·江苏徐州市期中)一个质量数为X的原子核经过一系列α衰变和β衰变后成为质量数为Y的原子核，下列说法正确的是(　　)
AB
A.衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变
B.铅核比钍核少8个质子
C.β衰变所放出的电子来自原子核外
D.钍核比铅核多24个中子
C
A.铯137发生的是α衰变
B.铯137发生衰变的产物中X来自原子核的外部
C.铯137的半衰期不会受到阳光、温度、气候变化等自然环境因素的影响
D.铯137的半衰期为30年，则60年后当地鲈鱼体内不会再含有铯137
D
A
BD
题组三　放射性的应用　放射性污染和防护
D
综合提升练
A
9.花岗岩、大理石等装修材料中都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性的说法正确的是(　　)
10.恒星向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”。
培优加强练
11.(2024·北京海淀高二期末)活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内碳14的比例与大气中的相同。植物枯死后，遗体内的碳14仍在衰变，不断减少，但是不能得到补充。因此，根据放射性强度减小的情况就可以推算植物死亡的时间。
①写出衰变方程，求β粒子与氮核做圆周运动的半径之比，并作出两者的运动轨迹(作图需要显示半径大小的定性关系)；
②求β粒子与氮核做圆周运动形成的等效电流之比，两者形成的电流方向相同还是相反？
解析　(1)由题意可知，该古树死去后已经经历了5个
半衰期，则有5 730×5年＝28 650年
可知这棵古树距今28 650年。
(2)根据质量数和核电荷数守恒，可知衰变方程为

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