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(共56张PPT)
2　放射性元素的衰变
「定位·学习目标」
1.阅读教材,知道衰变、半衰期及原子核衰变的规律,了解核反应及放射性同位素的基本概念,形成物理观念。
2.通过学习科学家对放射性元素衰变的探究,理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法,掌握核反应方程的写法,培养科学思维和探究精神。
探究·必备知识
1.定义
原子核自发地放出 或 ,由于核电荷数变了,它在元素周期表中的位置就变了,变成另一种 。我们把这种变化称为原子核的衰变。
2.衰变分类
(1)α衰变:放出α粒子的衰变。
(2)β衰变:放出β粒子的衰变。
「探究新知」
知识点一　原子核的衰变
α粒子
β粒子
原子核
3.衰变过程
4.衰变规律
(1)原子核衰变时 和 都守恒。
(2)当放射性物质连续衰变时,原子核中有的发生α衰变,有的发生β衰变,同时伴随着 辐射。
电荷数
质量数
γ射线
1.定义
放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间。
2.决定因素
放射性元素衰变的快慢是由 决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。不同的放射性元素,半衰期不同。
「探究新知」
知识点二　半衰期
半数
核内部自身的因素
3.应用
利用半衰期非常稳定这一特点,可以测量其衰变程度、推断时间。
4.半衰期是大量原子核衰变的统计规律,只对大量原子核有意义,对少数原子核没有意义。
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)原子核发生α衰变时,核的质子数减少2,而质量数减少4。
(　 　)
(2)原子核发生β衰变时,原子核的质量不变。(　 　)
(3)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间,经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。(　 　)
「新知检测」
√
×
×
1.核反应
(1)定义:原子核在其他粒子的轰击下产生 或者发生状态变化的过程。
「探究新知」
知识点三　核反应
新原子核
2.特点:在核反应中, 守恒、 守恒。
卢瑟福
质量数
电荷数
1.放射性同位素:很多元素都存在一些具有 的同位素,它们被称为放射性同位素。
2.放射性同位素的主要作用
(1)工业部门使用射线测 ——利用γ射线的穿透特性。
(2)医学上——利用γ射线的 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。
「探究新知」
知识点四　放射性同位素及其应用
放射性
厚度
高能量
(4)作为示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的 性质,用放射性同位素代替非放射性的同位素后,可以探测出原子到达的位置。
3.辐射与安全:人类一直生活在放射性的环境中,过量的射线对人体组织 。要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。
化学
有破坏作用
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)衰变和原子核的人工转变均满足质量数守恒和电荷数守恒。
(　 　)
(2)医学上利用射线进行放射治疗时,要控制好放射的剂量。
(　 　)
「新知检测」
√
√
√
突破·关键能力
要点一　对原子核衰变的理解
「情境探究」
如图为α衰变、β衰变示意图。
探究:(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
答案:(1)发生一次α衰变,质子数减少2,中子数减少2。
(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
答案:(2)发生一次β衰变,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。
(3)两种衰变的实质以及γ射线的产生原因是怎样的
答案:(3)α衰变是原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子,并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,发生α衰变。
β衰变是原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内,同时放出一个电子,即β粒子。
γ射线是放射性原子核发生α衰变、β衰变产生的新核从高能级向低能级跃迁时发出的γ光子。
「要点归纳」
1.α衰变和β衰变的比较
2.α衰变和β衰变的变化
(1)发生一次α衰变,新核比原来的核质量数减少4,核电荷数减少2;新核在元素周期表中的位置向前移两位。
(2)发生一次β衰变,新核与原来的核质量数相等,核电荷数增加1;新核在元素周期表中的位置向后移一位。
3.α衰变和β衰变的唯一性
任何一种放射性元素只有一种放射性,不能同时既有α放射性又有β放射性,而γ射线伴随α衰变或β衰变产生。
4.确定原子核衰变次数的方法
(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。
「典例研习」
D
A.α衰变的本质是原子核内的一个中子转化为一个质子并向外辐射一个电子
B.铅核比钍核少14个中子
C.共经过4次α衰变和6次β衰变
D.共经过6次α衰变和4次β衰变
解析:α衰变的本质是原子核中两个质子和两个中子紧密结合成一个整体,从原子核中放出氦原子核,故A错误;铅核的中子数为208-82=126,钍核的中子数为232-90=142,可知铅核比钍核少16个中子,故B错误;设共经过x次α衰变和y次β衰变,根据质量数和电荷数守恒可得232=208+4x,90=82+2x-y,解得x=6,y=4,可知共经过6次α衰变和4次β衰变,故C错误,D正确。
规律方法
衰变次数的判断技巧
(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。
(2)每发生一次α衰变,电荷数减少2,质量数减少4。
(3)每发生一次β衰变,电荷数增加1,质量数不变。
要点二　对半衰期的理解与应用
「情境探究」
如图为氡衰变剩余质量与原有质量比值示意图。纵坐标表示的是任意时刻氡的质量m与t=0时的质量m0的比值。
探究:(1)每经过一个半衰期,氡原子核的质量变为原来的多少
(2)从图中可以看出,经过两个半衰期未衰变的原子核还有多少
(3)对于某个或选定的几个氡原子核能根据其半衰期预测衰变时间吗
答案:(3)不能,半衰期是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律,故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间。
「要点归纳」
1.对半衰期的理解
半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量,同一放射性元素具有的衰变速率一定,不同元素半衰期不同,有的差别很大。
3.适用条件:半衰期是一个统计概念,是对大量的原子核衰变规律的总结。对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的原子核。
4.应用
利用半衰期非常稳定这一特点,可以测量其衰变过程、推断时间等。
5.决定因素
半衰期由核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件都无关。
「典例研习」
D
误区警示
对半衰期理解的两个误区
(1)错误地认为半衰期就是一个放射性元素的原子核衰变到稳定核所经历的时间,其实半衰期是大量的原子核发生衰变时的统计规律。
(2)错误地认为放射性元素的半衰期就是元素质量减少为原来一半所需要的时间,该观点混淆了尚未发生衰变的放射性元素的质量与衰变后元素的质量的差别,其实衰变后的质量包括衰变后新元素的质量和尚未发生衰变的元素质量两部分。
要点三　对核反应的理解
「情境探究」
如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图。
探究:(1)充入氮气前荧光屏上看不到闪光,而充入氮气后荧光屏上看到了闪光,说明了什么问题
答案:(1)充入氮气后,产生了新粒子。
(2)原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律
答案:(2)质量数与电荷数都守恒,动量守恒。
(3)如何实现原子核的人工转变
答案:(3)人为地用α粒子、质子、中子或光子去轰击一些原子核,可以实现原子核的人工转变。
「要点归纳」
1.核反应与原子核人工转变
条件 用α粒子、质子、中子,甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变
实质 用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开,而是粒子打入原子核内部使核发生了转变
规律 质量数、电荷数守恒;动量守恒
2.人工转变核反应与衰变的比较
(1)不同点:原子核的人工转变是一种核反应,是其他粒子与原子核相碰撞的结果,需要一定的装置和条件才能发生,而衰变是原子核的自发变化,它不受物理和化学条件的影响。
(2)相同点:人工转变与衰变过程一样,在发生过程中质量数与电荷数都守恒,反应前后粒子总动量守恒。
3.衰变方程的书写
(1)核反应过程一般是不可逆的,所以核反应只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号。
(2)核反应的生成物一定要以实验事实为基础,不能只依据两个守恒规律而杜撰出不符合实际的生成物。
(3)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化。
「典例研习」
C
提升·核心素养
「核心归纳」
设有一个质量为M0的原子核,原来处于静止状态。当发生一次
α(或β)衰变后,释放的α(或β)粒子的质量为m,速度为v,产生的反冲核的质量为M,速度为V。
(1)动量守恒关系
0=mv+MV或mv=-MV。
α衰变和β衰变在磁场中的轨迹分析
(2)在磁场中径迹的特点
「典例研习」
(2)求大、小圆对应的周期之比以及半径之比。
答案:(2)18∶23　81∶2
检测·学习效果
1
2
3
4
C
A.镭的衰变为β衰变
B.镭在高温时衰变比在低温时衰变更快
C.X的质量数比其核电荷数大2
D.X能穿透1 cm厚的纸板
1
2
3
4
D
1
2
3
4
1
2
3
4
D
3.一质量为M的矿石中含有放射性元素钚,其中 钚238 的质量为m,已知钚的半衰期为88年,那么下列说法正确的是(　 　)
1
2
3
4
1
2
3
4
4.在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片,如图所示,已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是(　　)
A.原子核可能发生的是α衰变,也可能发生的是β衰变
B.径迹2可能是衰变后新核的径迹
C.若是α衰变,则圆1和2的径迹均是沿逆时针方向
D
1
2
3
4
点击进入 课时作业2　放射性元素的衰变
定位·学习目标
1.阅读教材,知道衰变、半衰期及原子核衰变的规律,了解核反应及放射性同位素的基本概念,形成物理观念。
2.通过学习科学家对放射性元素衰变的探究,理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法,掌握核反应方程的写法,培养科学思维和探究精神。
知识点一　原子核的衰变
探究新知
1.定义
原子核自发地放出 α粒子或 β粒子,由于核电荷数变了,它在元素周期表中的位置就变了,变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。
2.衰变分类
(1)α衰变:放出α粒子的衰变。
(2)β衰变:放出β粒子的衰变。
3.衰变过程
UThHe。
ThPae。
4.衰变规律
(1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
(2)当放射性物质连续衰变时,原子核中有的发生α衰变,有的发生β衰变,同时伴随着 γ射线辐射。
知识点二　半衰期
探究新知
1.定义
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
2.决定因素
放射性元素衰变的快慢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没有关系。不同的放射性元素,半衰期不同。
3.应用
利用半衰期非常稳定这一特点,可以测量其衰变程度、推断时间。
4.半衰期是大量原子核衰变的统计规律,只对大量原子核有意义,对少数原子核没有意义。
新知检测
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)原子核发生α衰变时,核的质子数减少2,而质量数减少4。(　√　)
(2)原子核发生β衰变时,原子核的质量不变。(　×　)
(3)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间,经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。(　×　)
知识点三　核反应
探究新知
1.核反应
(1)定义:原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程。
(2)原子核的人工转变:卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,产生了氧的一种同位素,同时产生一个质子。卢瑟福发现质子的核反应方程NHeOH。
2.特点:在核反应中,质量数守恒、电荷数守恒。
知识点四　放射性同位素及其应用
探究新知
1.放射性同位素:很多元素都存在一些具有放射性的同位素,它们被称为放射性同位素。
2.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)作为示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质,用放射性同位素代替非放射性的同位素后,可以探测出原子到达的位置。
3.辐射与安全:人类一直生活在放射性的环境中,过量的射线对人体组织有破坏作用。要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。
新知检测
[判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”]
(1)衰变和原子核的人工转变均满足质量数守恒和电荷数守恒。(　√　)
(2)医学上利用射线进行放射治疗时,要控制好放射的剂量。(　√　)
(3)发现质子、发现中子和发现放射性同位素P的核反应均属于原子核的人工转变。(　√　)
要点一　对原子核衰变的理解
情境探究
如图为α衰变、β衰变示意图。
探究:(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
(3)两种衰变的实质以及γ射线的产生原因是怎样的
答案:(1)发生一次α衰变,质子数减少2,中子数减少2。
(2)发生一次β衰变,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。
(3)α衰变是原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子,并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,产生α衰变。
β衰变是原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内,同时放出一个电子,即β粒子。
γ射线是放射性原子核发生α衰变、β衰变产生的新核从高能级向低能级跃迁时发出的γ光子。
要点归纳
1.α衰变和β衰变的比较
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变实质 原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子 原子核内的一个中子变成质子,同时放出一个电子
n+HHe nHe
方程通式 XYHe XYe
规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
2.α衰变和β衰变的变化
(1)发生一次α衰变,新核比原来的核质量数减少4,核电荷数减少2;新核在元素周期表中的位置向前移两位。
(2)发生一次β衰变,新核与原来的核质量数相等,核电荷数增加1;新核在元素周期表中的位置向后移一位。
3.α衰变和β衰变的唯一性
任何一种放射性元素只有一种放射性,不能同时既有α放射性又有β放射性,而γ射线伴随α衰变或β衰变产生。
4.确定原子核衰变次数的方法
(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XY+He+e。
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=A′+4n,Z=Z′+2n-m。
以上两式联立解得n=,m=+Z′-Z,
由此可见,确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。
(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。
典例研习
[例1] [原子核的衰变规律]Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变,变成 Pb(铅)。以下说法正确的是(　D　)
A.α衰变的本质是原子核内的一个中子转化为一个质子并向外辐射一个电子
B.铅核比钍核少14个中子
C.共经过4次α衰变和6次β衰变
D.共经过6次α衰变和4次β衰变
解析:α衰变的本质是原子核中两个质子和两个中子紧密结合成一个整体,从原子核中放出氦原子核,故A错误;铅核的中子数为208-82=126,钍核的中子数为232-90=142,可知铅核比钍核少16个中子,故B错误;设共经过x次α衰变和y次β衰变,根据质量数和电荷数守恒可得232=208+4x,90=82+2x-y,解得x=6,y=4,可知共经过6次α衰变和4次β衰变,故C错误,D正确。
衰变次数的判断技巧
(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。
(2)每发生一次α衰变,电荷数减少2,质量数减少4。
(3)每发生一次β衰变,电荷数增加1,质量数不变。
要点二　对半衰期的理解与应用
情境探究
如图为氡衰变剩余质量与原有质量比值示意图。纵坐标表示的是任意时刻氡的质量m与t=0时的质量m0的比值。
探究:(1)每经过一个半衰期,氡原子核的质量变为原来的多少
(2)从图中可以看出,经过两个半衰期未衰变的原子核还有多少
(3)对于某个或选定的几个氡原子核能根据其半衰期预测衰变时间吗
答案:(1)由示意图可看出,每经过一个半衰期,氡原子核的质量变为原来的。
(2)经过两个半衰期未衰变的原子核还有。
(3)不能,半衰期是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律,故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间。
要点归纳
1.对半衰期的理解
半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量,同一放射性元素具有的衰变速率一定,不同元素半衰期不同,有的差别很大。
2.半衰期公式:N余=N原(),m余=m0(),式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量,N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量,t表示衰变时间,τ表示半衰期。
3.适用条件:半衰期是一个统计概念,是对大量的原子核衰变规律的总结。对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的原子核。
4.应用
利用半衰期非常稳定这一特点,可以测量其衰变过程、推断时间等。
5.决定因素
半衰期由核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件都无关。
典例研习
[例2] [对半衰期的理解和应用] (2024·山东卷,1)2024年是中国航天大年,神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天,部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知Sr衰变为Y的半衰期约为29年Pu衰变为U的半衰期约87年。现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池,下列说法正确的是(　D　)
A.Sr衰变为Y时产生α粒子
B.Pu衰变为U时产生β粒子
C.50年后,剩余Sr数目大于Pu的数目
D.87年后,剩余的Sr数目小于Pu的数目
解析:根据质量数守恒和电荷数守恒可知Sr衰变为Y时产生电子,即β粒子Pu衰变为U时产生He,即α粒子,故A、B错误;根据题意可知Pu 的半衰期大于Sr的半衰期,现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池,经过相同的时间,Sr经过的半衰期次数多,所以剩余的Sr数目小于Pu的数目,故C错误,D正确。
对半衰期理解的两个误区
(1)错误地认为半衰期就是一个放射性元素的原子核衰变到稳定核所经历的时间,其实半衰期是大量的原子核发生衰变时的统计规律。
(2)错误地认为放射性元素的半衰期就是元素质量减少为原来一半所需要的时间,该观点混淆了尚未发生衰变的放射性元素的质量与衰变后元素的质量的差别,其实衰变后的质量包括衰变后新元素的质量和尚未发生衰变的元素质量两部分。
要点三　对核反应的理解
情境探究
如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图。
探究:(1)充入氮气前荧光屏上看不到闪光,而充入氮气后荧光屏上看到了闪光,说明了什么问题
(2)原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律
(3)如何实现原子核的人工转变
答案:(1)充入氮气后,产生了新粒子。
(2)质量数与电荷数都守恒,动量守恒。
(3)人为地用α粒子、质子、中子或光子去轰击一些原子核,可以实现原子核的人工转变。
要点归纳
1.核反应与原子核人工转变
条件 用α粒子、质子、中子,甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变
实质 用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开,而是粒子打入原子核内部使核发生了转变
规律 质量数、电荷数守恒;动量守恒
原子核 人工转 变的三 大发现 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程NHeOH。 (2)1932年查德威克发现中子的核反应方程BeHeCn。 (3)1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程: AlHePnPSie
2.人工转变核反应与衰变的比较
(1)不同点:原子核的人工转变是一种核反应,是其他粒子与原子核相碰撞的结果,需要一定的装置和条件才能发生,而衰变是原子核的自发变化,它不受物理和化学条件的影响。
(2)相同点:人工转变与衰变过程一样,在发生过程中质量数与电荷数都守恒,反应前后粒子总动量守恒。
3.衰变方程的书写
(1)核反应过程一般是不可逆的,所以核反应只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号。
(2)核反应的生成物一定要以实验事实为基础,不能只依据两个守恒规律而杜撰出不符合实际的生成物。
(3)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化。
典例研习
[例3] [核反应方程](2024·广东卷,2)我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”。其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素,科学家尝试使用核反应YAmX+n产生该元素。关于原子核Y和质量数A,下列选项正确的是(　C　)
A.Y为Fe,A=299 B.Y为Fe,A=301
C.Y为Cr,A=295 D.Y为Cr,A=297
解析:设Y的质子数为y,根据核反应方程质子数守恒,有y+95=119+0,可得y=24,结合选项可知Y为Cr;质量数守恒有54+243=A+2,可得A=295,C正确。
α衰变和β衰变在磁场中的轨迹分析
核心归纳
　设有一个质量为M0的原子核,原来处于静止状态。当发生一次α(或β)衰变后,释放的α(或β)粒子的质量为m,速度为v,产生的反冲核的质量为M,速度为V。
(1)动量守恒关系
0=mv+MV或mv=-MV。
(2)在磁场中径迹的特点
α衰变 β衰变
XYHe XYe
两圆外切, α粒子半径大 两圆内切, β粒子半径大
典例研习
[例题] 静止的重原子核 Bi在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中发生衰变后,产生的粒子的运动轨迹如图所示,已知轨迹2对应粒子的动量大小为p,电荷量的绝对值为q。
(1Bi发生的是α衰变还是β衰变 写出衰变方程(新核用X表示),并判断新核X沿哪个轨迹运动。
(2)求大、小圆对应的周期之比以及半径之比。
解析:(1)静止的 Bi在发生衰变的过程中动量守恒,新核X与 He或e的动量等大反向,且新核X的电荷量大于He或e的电荷量,
根据qvB=,又p=mv可得R=,
可见新核X的半径小于He或e的半径,新核X带正电,对应小圆2。由左手定则可知新核X沿逆时针方向运动,则He或e对应的大圆1也沿逆时针方向运动,由左手定则可知大圆1对应的粒子带正电,即是HeBi发生α衰变,衰变方程为BiXHe。
(2)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期公式为T=,
则有Tα∶TX=∶=18∶23,
轨迹2对应新核X的动量为p,带电量为q,则He的动量为p,带电量为,由R=,
则有Rα∶RX=qX∶qα=81∶2。
答案:(1)α衰变 BiXHe　轨迹2
(2)18∶23　81∶2
1.“夜光表”上的夜光材料一般有两种:一种是将镭和硫化锌混合,由于镭的辐射,硫化锌就会发光;一种是储光材料,白天吸收光能,晚上将光能释放出来。某夜光材料是镭和硫化锌混合物,镭的衰变方程为 RaRn+X。下列说法正确的是(　C　)
A.镭的衰变为β衰变
B.镭在高温时衰变比在低温时衰变更快
C.X的质量数比其核电荷数大2
D.X能穿透1 cm厚的纸板
解析:镭的衰变方程为RaRnHe,所以是α衰变,X是He,质量数比其电荷数大4-2=2,故A错误,C正确;镭的半衰期与温度无关,所以在高温时衰变与在低温时衰变一样快,故B错误;X为α粒子,穿透能力较弱,不能穿透1 cm厚的纸板,故D错误。
2.(2024·河北卷,1)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明,锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应,其中一种核反应方程为CH→Li+H+X,式中的X为(　D　)
An Be Ce DHe
解析:根据核反应前后质量数和电荷数守恒得A=12+1-7-2×1=4,Z=6+1-3-2×1=2,故式中的X为He。
3.一质量为M的矿石中含有放射性元素钚,其中 钚238 的质量为m,已知钚的半衰期为88年,那么下列说法正确的是(　D　)
A.经过176年后,这块矿石中基本不再含有钚
B.经过176年后,有 m的钚元素发生了衰变
C.经过88年后,该矿石的质量为m
D.经过264年后,钚元素的质量还剩 m
解析:由半衰期的公式m=m0()可知,经过176年后,也就是2个半衰期,还剩 m的原子核没有发生衰变,故A、B错误;经过88年后,矿石中钚238的质量变成m,故C错误;经过264年后,也就是3个半衰期,钚元素的质量还剩 m,故D正确。
4.在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片,如图所示,已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是(　D　)
A.原子核可能发生的是α衰变,也可能发生的是β衰变
B.径迹2可能是衰变后新核的径迹
C.若是α衰变,则圆1和2的径迹均是沿逆时针方向
D.若衰变方程为 UThHe,则r1∶r2=1∶45
解析:原子核衰变过程中系统动量守恒,由动量守恒定律有0=m1v1+m2v2,可知衰变生成的两粒子动量等大反向,两粒子速度方向相反,由左手定则知,若生成的粒子电性相反,则在磁场中的轨迹为内切圆;若电性相同,则在磁场中的轨迹为外切圆,所以发生的是α衰变,不是β衰变,故A错误。由于粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力有qvB=m,解得r=,因为两者动量大小相等,则电荷量大的半径小,由于新核的电荷量大于放出粒子的电荷量,则圆1应为衰变后新核的径迹,故B错误。若是α衰变,两粒子都带正电,由左手定则知两粒子都沿顺时针方向做圆周运动,故C错误。设半径为r1的圆为放出新核的运动轨迹,半径为r2的圆为粒子的运动轨迹,则===,故D正确。
课时作业
基础巩固练
考点一　原子核的衰变
1.下列核反应方程中,属于β衰变的是(　A　)
AThPae
BHHHen
CUThHe
DNHeOH
解析:β衰变会生成电子,而新原子核的质量数不变,电荷数增加1,由此分析可知,A项是β衰变,C项有α粒子产生,是α衰变,D项是发现质子的人工核反应方程,B项是核聚变反应,故A正确,B、C、D错误。
2.我国科研人员及合作者首次合成了新原子核Ac。该原子核存在一种衰变链,其中第1次由Ac衰变成原子核Fr,第2次由 Fr衰变成原子核At。下列说法正确的是(　A　)
A.两次均为α衰变
B.两次均为β衰变
C.第1次为α衰变,第2次为β衰变
D.第1次为β衰变,第2次为α衰变
解析:根据电荷数守恒和质量数守恒可知,第一次衰变为 AcFrHe,第二次衰变为 Fr→He,可知两次均为α衰变,故选A。
3.(2024·广西卷,4)近期,我国科研人员首次合成了新核素锇-160Os)和钨-156W)。若锇-160经过1次α衰变,钨-156经过1次β+衰变(放出一个正电子),则上述两新核素衰变后的新核有相同的(　C　)
A.电荷数 B.中子数 C.质量数 D.质子数
解析:锇-160经过1次α衰变后产生的新核素质量数为160-4=156,质子数为76-2=74;钨-156经过1次β+衰变后质量数为156,质子数为74-1=73。可知两新核素衰变后的新核有相同的质量数。
考点二　对半衰期的理解和应用
4.来自外太空的宇宙射线在进入地球大气层后,可能会与大气中的氮原子作用而产生中子。中子与氮14发生的核反应方程是NnC+
H,产生的C不够稳定,能自发地进行β衰变,其半衰期为5 730年。考古学家可利用 C的衰变规律推断出古木的年代,下列说法正确的是(　D　)
A.C发生β衰变的生成物是N
BC的半衰期随温度的降低而变长
C.β衰变辐射出的电子是碳原子核外电子跃迁产生的
D.若测得一古木样品的C含量为活体植物的,可知该古木距今约11 460年
解析:根据题意可知,衰变方程为CNe,即C发生β衰变的产物是N,故A错误;半衰期与外界环境无关,故B错误;β衰变辐射出的电子,是原子核内的中子转化为质子时放出的电子,故C错误;若测得一古木样品的C含量为活体植物的,即经过了2个半衰期,则该古木距今约为5 730×2年=11 460年,故D正确。
5.某放射性元素的衰变曲线如图,T为半衰期,下列说法正确的是(　A　)
A.k=3
B.k=4
C.若T=5天,那么200个该元素的原子核经kT后一定还剩下25个
D.根据图像可以知道,该元素的半衰期逐渐减小
解析:根据衰变公式有=()m0,解得k=3,A正确,B错误;半衰期是统计规律,少量原子核衰变时是随机的,不遵从统计规律,C错误;半衰期是描述原子核性质的物理量,取决于放射性元素的原子核自身,与原子数目、所处的物理环境、化学状态无关,因此该元素的半衰期不变,D错误。
6.一瓶无毒的放射性元素的水溶液,瓶内溶液每分钟衰变8×107次。现将这瓶溶液倒入水库,8天后在水库中取水样1.0 m3(可认为溶液已均匀分布),测得水样每分钟衰变20次。已知该放射性元素的半衰期是2天,则水库中水的体积大约为(　A　)
A.2.5×105 m3 B.5.0×105 m3
C.1.0×106 m3 D.4.0×106 m3
解析:因1 m3的水经过8天,即4个半衰期后测得水样每分钟衰变20次,可知8天前1 m3的水每分钟衰变次数为n==320(次),则水库中水的体积V= m3=2.5×105 m3,故A正确。
考点三　核反应方程
7.(2024·甘肃卷,1)2024年2月,我国科学家在兰州重离子加速器国家大科学装置上成功合成了新核素Os,核反应方程如下Cd+
NiOs+4X,该方程中X是(　B　)
A.质子 B.中子
C.电子 D.α粒子
解析:根据反应前后质量数和电荷数守恒得X是n,即中子,故B正确。
8.(2024·湖北卷,2)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一BnXY是该疗法中一种核反应的方程,其中X、Y代表两种不同的原子核,则(　B　)
A.a=7,b=1 B.a=7,b=2
C.a=6,b=1 D.a=6,b=2
解析:根据核反应方程式由质量数守恒和电荷数守恒可得10+1=a+4,
5+0=3+b,解得a=7,b=2,故选B。
综合提升练
9.关于放射性同位素的应用,下列说法正确的是(　D　)
A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而产生静电,因此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.用放射线照射作物种子能使其DNA发生突变,其结果一定是使其成为更优良的品种
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性,使空气分子电离成为导体,将静电导出,故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,故B错误;作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的,需要经过筛选才能培育出优良品种,故C错误;用γ射线治疗肿瘤要科学地严格控制剂量,故D正确。
10.在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核,它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆,两圆的直径之比为7∶1,如图所示,那么碳14的衰变方程为(　D　)
ACeB BCHeBe
CCHB DCeN
解析:碳14原子核在衰变的瞬间生成的粒子和反冲核动量守恒,原子核受到的洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律可得qvB=,解得r=。根据直径的比值关系可知,原子核的电荷之比为1∶7。又因为两核速度方向相反,根据两核在磁场中的轨迹是两个内切的圆,再结合左手定则可知,粒子与反冲核的电性一定相反,可知碳14原子核发生的是β衰变,根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒有 CeN,故A、B、C错误,D正确。
11.轧钢厂的热轧机上安装射线测厚仪,仪器探测到的γ射线强度与钢板的厚度有关。如图所示,某射线测厚仪采用放射性同位素铱192作为放射源,其化学符号是Ir,原子序数为77,放射源在进行β衰变产生新核X的同时会释放出γ射线,放射性元素铱192的半衰期为74天,下列说法正确的是(　B　)
A.上述衰变方程为IrXe
B.衰变放射出的β粒子来自原子核内一个中子转化为一个质子和
电子
C.若有4.0 g铱192,经过148天有1.0 g发生了衰变
D.若探测器测得的射线强度变弱,说明钢板厚度变小
解析:根据衰变过程满足质量数和电荷数守恒,可知衰变方程为IrXe,故A错误;β衰变放射出的β粒子来自原子核内一个中子转化为一个质子和电子,故B正确;铱192的半衰期为74天,若有4.0 g铱192,经过148天有3.0 g发生了衰变,故C错误;若探测器测得的射线强度变弱,说明钢板厚度变大,故D错误。
12.一静止的氡核Rn)发生α衰变时,放出一个速度为v0、质量为m的α粒子和一个质量为M的反冲核钋(Po),若氡核发生衰变时,释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能。
(1)写出此衰变方程;
(2)求出反冲核的速度大小(计算结果不得使用原子量表示)。
解析:(1)衰变方程为 RnPoHe。
(2)设钋核的反冲速度大小为v,由动量守恒定律有0=mv0-Mv,解得v=。
答案:(1RnPoHe　(2)

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