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5.2　第2课时　衰变与半衰期
思考并回答问题。
思考1:氡222衰变成钋218的半衰期为3.8天,说明如果有6个氡222原子核,经过3.8天一定只剩3个,另外3个衰变成了钋218。这种说法对吗

思考2:在用作示踪原子时,应该用半衰期较长的还是半衰期较短的放射性元素


正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)原子核衰变时电荷数守恒,质量数不守恒。 (　　)
(2)放射性元素经过两个完整的半衰期后,将完全衰变殆尽。 (　　)
(3)改变压力、温度或浓度,将改变放射性元素的半衰期。 (　　)
(4)α衰变中,新生成的核比原来的核质量数减少4,电荷数减少2。 (　　)
【合作探究·提素养】
任务1　原子核的衰变
相传晋朝初年,南昌人许逊被朝廷任命为旌阳县令,他看到很多老百姓的租税交不了,非常同情他们,用点石成金的法术,免去百姓的租税。这就是成语“点石成金”的故事,不过“点石成金”在现实中是不存在的。阅读课本中的相关内容,回答下列问题。
1.有没有让一种物质自发变成另外一种物质的方法呢


2.自然界的衰变有哪几种 衰变遵循怎样的规律


3.β衰变中的电子来自哪里

4.γ射线是如何产生的


1.原子核的衰变
(1)原子核放出α或β粒子,由于①　　变了,它在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②　　。
(2)原子核发生衰变时,③　　数和④　　数都守恒。
2.衰变类型
(1)原子核放出⑤　　变成新核的衰变叫作α衰变。
(2)原子核放出⑥　　变成新核的衰变叫作β衰变。
(3)γ射线通常伴随⑦　　射线和⑧　　射线而产生。
探究衰变次数求法
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,如何计算发生α衰变和β衰变的次数n和m


应用1　衰变方程的书写与种类判断
完成下列核衰变方程,并在横线上注明属于哪类衰变。
(1ThPa+(　　)　　。
(2UTh+(　　)　　。
应用2　衰变后粒子在磁场中的轨迹分析
一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中,由于发生了衰变而在磁场中形成如图所示的两个圆形轨迹,两圆半径之比为1∶16,下列判断正确的是 (　　)
A.反冲核在小圆上顺时针运动
B.该原子核发生了α衰变
C.原来静止的核,其原子序数为16
D.让放射性原子核和反冲核均在磁场中做圆周运动,二者周期不同
归纳总结 　　静止原子核在匀强磁场中自发衰变,如果产生的新核和放出的粒子的速度方向与磁场方向垂直,则它们的运动轨迹为两相切圆,α衰变时两圆外切,β衰变时两圆内切,根据动量守恒定律有m1v1=m2v2,又r=,则半径小的为新核,半径大的为α粒子或β粒子,其特点对比如下表: α衰变XYHe在匀强磁场中的轨迹: 两圆外切,α粒子半径大β衰变XYe在匀强磁场中的轨迹: 两圆内切,β粒子半径大
任务2　怎样描述放射性元素衰变的快慢
　　始祖鸟的化石如图所示,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年的诺贝尔化学奖。利用“碳-14计年法”可以估算出始祖鸟的年龄。为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟的年龄
1.描述放射性元素衰变的快慢的物理量是什么 它是怎么定义的


2.半衰期的适用条件是怎样的


3.如何计算未衰变原子核的个数或质量


半衰期
1.定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的⑨　　叫作这种元素的半衰期。
2.意义:半衰期表示放射性元素⑩　　。半衰期描述的对象是　　的原子核,是一个统计规律。
3.决定因素:元素的半衰期反映的是原子核内部的性质,与原子所处的　　和　　无关。
应用1　对半衰期的理解
下列有关半衰期的说法正确的是 (　　)
A.放射性元素的半衰期越短,表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短,衰变越快
B.放射性元素的样品不断衰变,随着剩下未衰变的原子核的减少,元素的半衰期也变短
C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素的衰变速度
D.降低温度或增大压强,让该元素与其他物质形成化合物,均可减小衰变速度
应用2　与半衰期有关的计算
放射性元素123I会衰变为稳定的123Te,半衰期约为13 h,可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻123I与123Te的原子数量之比为4∶1,则26 h后123I与123Te的质量之比约为 (　　)
A.1∶2 B.1∶4 C.1∶8 D.1∶16
(1)放射性元素123I衰变为稳定的123Te放出了何种粒子
(2)怎样计算未衰变的原子数

【随堂检测·精评价】
1.(任务1)下列说法正确的是 (　　)
A.β衰变放出的电子来自组成原子核的电子
B.β衰变放出的电子来自原子核外的电子
C.α衰变说明原子核中含有α粒子
D.γ射线总是伴随其他衰变发生,它的本质是电磁波
2.(任务1)某原子核的衰变过程如下:XYP,则 (　　)
A.X的中子数比P的中子数少2
B.X的质量数比P的质量数多3
C.X的质子数比P的质子数少1
D.X的质子数比P的质子数多1
3.(任务1)“嫦娥五号”月壤样品研究取得了最新成果,科研人员利用铀-铅(U-Pb)定年法,对样品中的富铀玄武岩矿物进行分析,证实了月球最“年轻”玄武岩年龄为20.30±0.04亿年。该定年法中的一个衰变链为U经一系列α、β衰变后形成稳定的Pb,此过程中衰变方程为UPb+He+e,则x、y分别为 (　　)
A.6,4 B.5,8 C.8,6 D.8,10
4.(任务2)核污染水含高达64种放射性元素,其中氚H)衰变过程中产生的电离辐射可损害DNA,是致癌的高危因素之一,其半衰期为12.5年,衰变方程为HHee+γ,下列说法正确的是 (　　)
A.衰变方程中x=2,y=3
B.秋冬气温逐渐变低时,氚的衰变速度会变慢
C.污染水排入大海经过稀释,氚的半衰期将减小
D.经过25年,氚将全部衰变结束
答案与解析
自主预习·悟新知
思考1:不对。半衰期是对大量原子核整体衰变做出的“统计预测”,对少量的、单个的原子核来说它的半衰期毫无意义。
思考2:半衰期较短的。因为放射线对人体有害,一旦研究完毕,就希望放射性同位素放出的射线量大大减少。
判断　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.原子核的衰变,可以使一种物质自发变成另外一种物质。原子序数大于或等于83的元素和原子序数小于83的某些元素,都能自发地放出α或β粒子,由于核电荷数变了,其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.原子核放出α粒子变成新核的衰变叫作α衰变;原子核放出β粒子变成新核的衰变叫作β衰变。无论是何种衰变,从衰变方程可以看出,原子核发生衰变时,必须遵循两个守恒,即电荷数守恒和质量数守恒。
3.β衰变中的电子来自核内,核内的中子可以转变成一个质子和一个电子。
4.原子核的能量也是量子化的,也存在着不连续的能级,并且能级越低越稳定。具有放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时,蕴藏在核内的能量会释放出来,使衰变产生的新原子核处于高能级,这时它要向较低能级跃迁,释放的能量就以γ光子的形式辐射,因此γ射线总是伴随着α射线、β射线产生。
知识生成　①核电荷数　②衰变　③电荷　④质量　⑤α粒子　⑥β粒子(电子)　⑦α　⑧β
应用探究
活动　表示该核反应的方程为XY+He+e
根据电荷数守恒和质量数守恒,可得A=A'+4n,Z=Z'+2n-m
解得n=,m=Z'+-Z。
例1　(1e　β衰变　(2He　α衰变
例2　D　【解析】α衰变为两个轨迹圆外切,β衰变为两个轨迹圆内切,由轨迹图可知,该衰变为β衰变,根据动量守恒定律可知反冲原子核的动量大小与电子动量大小相等,根据r=,可知反冲原子核的轨迹半径较小,反冲原子核带正电,做逆时针运动;依据半径比例为1∶16,可知原来静止原子核的原子序数为15;放射性原子核与反冲核比荷不同,根据T=,可知二者周期不同,D项正确。
任务2
问题引领
1.半衰期是用来表示放射性元素衰变快慢的物理量。所谓半衰期,是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
2.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,无法确定何时发生衰变,但可以确定各个时刻发生衰变的概率,即某时衰变的可能性,因此,半衰期只适用于大量的原子核。
3.根据半衰期的定义,有N=N0n,式中N0是开始的原子核个数,N是剩下未衰变的原子核个数,n=是半衰期个数(τ为半衰期)。用质量表示为m=m0n,式中m0是开始的原子核的质量,m是剩余未衰变的原子核的质量。
知识生成　⑨时间　⑩衰变的快慢　大量　化学状态　外部条件
应用探究
例3　A
例4　B　【解析】根据题述,123I与123Te原子数量之比为4∶1,则26 h(两个半衰期)后,4份123I原子有3份衰变成了123Te 原子,剩余的123I原子与123Te原子数量之比为1∶4,因为123I原子与123Te原子质量几乎相同,所以26 h(两个半衰期)后,123I原子与123Te原子的质量之比为1∶4,B项正确。
随堂检测·精评价
1.D　【解析】原子核发生β衰变过程中放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的电子,A、B两项错误;α射线是放射性元素的原子核在发生衰变时,两个中子和两个质子结合在一起从原子核中释放出来的,C项错误;γ射线总是伴随其他衰变发生,它的本质是电磁波,D项正确。
2.D　【解析】设X的质量数为m,质子数为n,P的质量数为x,质子数为y,则有m=x+4,n=-1+2+y,所以X的质量数比P的质量数多4,X的质子数比P的质子数多1,B、C两项错误,D项正确;根据质子数和中子数之和为质量数,以及X的质量数比P的质量数多4,X的质子数比P的质子数多1,可知X的中子数比P的中子数多3,A项错误。
3.C　【解析】由质量数守恒和电荷数守恒有238-206=4x,92-82=2x-y,解得x=8,y=6,C项正确。
4.A　【解析】由电荷数与质量数守恒可得3=y+0,1=x+(-1),解得x=2,y=3,A项正确;半衰期由原子核内部因素决定,与原子核所处的物理环境和化学状态无关,B、C两项错误;半衰期是原子核半数发生衰变所需的时间,经过25年,即两个半衰期,剩余氚为原来的四分之一,氚并没有完全衰变完,D项错误。5.2　第1课时　天然放射现象、射线的性质与人工放射性同位素
学习目标
第1课时
1.通过任务1及其活动,知道天然放射现象,了解天然放射现象是开启原子世界的一把钥匙。(物理观念)
2.通过任务2及其活动,知道三种射线及其本质,能借助磁场对三种射线进行辨别。(科学思维、科学探究)
3.通过任务3及其活动,知道放射性同位素,知道放射性同位素在生产和科学领域的应用,注意放射性的污染及危害。(物理观念、科学态度与责任)
第2课时
1.通过任务1及其活动,知道原子核的衰变,掌握两种衰变的基本性质及规律。(物理观念、科学思维)
2.通过任务2及其活动,知道半衰期及其决定因素,能从统计学的角度理解半衰期相关公式的适用条件。(物理观念、科学思维)
【自主预习·悟新知】
思考并回答问题。
思考:92号元素铀的一种原子核的质量数是235,它的核子数、质子数和中子数分别是多少 它与质量数是238的铀是什么关系


正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。 (　　)
(2)α射线是高速运动的氦核形成的,其速度接近光速。 (　　)
(3)γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱。 (　　)
【合作探究·提素养】
任务1　天然放射性
　　1896年的一个阴天,法国物理学家贝克勒尔把用黑纸包好的感光底片与铀盐一起锁进了抽屉,当他再次打开抽屉时,发现底片被铀盐感光了。
1.是太阳光激发铀盐发出荧光,还是铀盐自身发出射线使底片感光


2.什么是天然放射现象


3.为什么有的装饰建材会有放射性 是否可以用物理方法或化学方法消除其放射性


天然放射现象
1.物质发出射线的性质称为①　　。元素这种自发地②　　的现象叫作天然放射现象。具有放射性的元素称为放射性元素。
2.放射性不是少数几种元素才有的。研究发现,原子序数大于或等于③　　的元素,都能自发地发出射线;原子序数小于④　　的元素,有的也具有放射性。
应用　天然放射现象的发现的意义
天然放射现象的发现揭示了 (　　)
A.原子不可再分
B.原子的核式结构
C.原子核还可再分
D.原子核由质子和中子组成
天然放射现象中的射线来自哪里

任务2　射线的性质
把放射源放入由铅做成的容器中,射线只能从容器的小孔射出,成为一束细细的射线。在射线经过的空间施加磁场,发现射线轨迹如图所示。
1.射线轨迹为什么会这样


2.通过什么知识判断三种粒子分别带什么电


3.如果三种粒子是α射线、β射线、γ射线,通过什么知识可判断三种粒子是哪种射线


4.为什么说β射线的电子来自原子核内部


射线的性质
1.元素具有放射性是由⑤　　本身的因素决定的。
2.三种射线都是高速运动的粒子,能量很高,都来自⑥　　内部,这也使我们认识到原子核蕴藏巨大的能量,原子核内也有其复杂的结构。
3.⑦　　射线带正电,⑧　　射线带负电,⑨　　射线不带电。
填表:完成对三种射线的比
种类 α射线 β 射线 γ射线
组成
带电荷量
质量 4mp(mp=1.67×10-27 kg) 静止质量为零
速度 0.1c 0.99c c
在电磁场中 偏转 与α射线反向偏转 不偏转
贯穿本领 最弱,用纸能挡住 较强,能穿透几毫米厚的铝板 最强,能穿透几厘米厚的铅板
电离作用
能否使胶片感光
应用　射线在场中的偏转分析
(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,则下列说法正确的有 (　　)
A.打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和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.若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
任务3　人工放射性同位素
　　科学家发现闪电能够引发大气核反应,并产生放射性同位素。某次闪电产生的高能γ射线把14N 原子核里的一个中子移除出去,从而产生不稳定的同位素13N。
1.写出上述情境中的核反应方程。

2.什么是放射性同位素 它可以分成哪两类


3.放射性同位素有哪些应用呢 请举例。


4.人类一直生活在放射性的环境中,所以放射性对人体无害。这种说法对吗

1.人工放射性同位素
(1)放射性同位素:有些同位素具有放射性,叫作放射性同位素。放射性同位素有天然和人造两种,它们的⑩　　相同。
(2)人工放射性同位素的发现:发现磷同位素的核反应方程HeAl　　,发现者:约里奥—居里夫妇。
(3)人工放射性同位素的优点:放射强度容易控制;形状容易控制;半衰期短,废料容易处理。
2.放射性同位素的应用
(1)利用射线来测量金属的　　,实行生产的自动控制。
(2)利用射线破坏　　细胞。
(3)射线照射种子会使种子的遗传基因发生　　,从而培育优良品种,还可以延长食物的保存期。
(4)放射性元素与其同位素具有相同的化学性质,放射性元素还可以做“　　”,用于生物研究。
3.辐射与安全
过量的射线对人体组织有　　作用,因此,在使用放射性同位素时,必须严格遵守　　,同时要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。
讨论辐射警示标志的含义
辐射警示标志是一个由中间一个小圆,外面三瓣扇形构成的图案,如图所示。你认为这样一个图案能代表什么含义

应用　放射性的应用
(原创)放射性同位素在工农业生产、医疗和现代科技中有广泛的应用,关于下列各图的说法错误的是 (　　)
A.图1中检查金属内部缺陷,金属板空洞处导致射线透射增强
B.图2金属板厚度越厚,探测器接收到的辐射强度越弱
C.图3为医院的放射治疗,它利用的是α射线
D.图4辐射培育“鲁棉一号”是利用射线的生物效应
【随堂检测·精评价】
1.(任务1)下列现象与原子核内部变化有关的是 (　　)
A.α粒子散射现象 B.天然放射现象
C.光电效应 D.原子发光现象
2.(任务2)α、β、γ三种射线穿透能力的示意图如图1所示,工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图如图2所示,图2中的检查可以利用的射线是 (　　)
A.α射线 B.β射线
C.γ射线 D.三种射线都可以
3.(任务2)(多选)关于放射性同位素的一些应用,下列说法正确的是 (　　)
A.利用放射性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的
答案与解析
自主预习·悟新知
思考:质量数是235的铀,核子数、质子数和中子数分别是235、92和143;它与质量数是238的铀是同位素。
判断　(1)×　(2)×　(3)√
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.感光底片被黑纸包裹,不是太阳光激发铀盐发出荧光,而是铀元素自身能产生辐射,发出射线使底片感光。
2.物质发出射线的性质称为放射性,放射性元素自发地发出射线的现象叫作天然放射现象。
3.装饰建材中含有放射性物质时就会发出射线,从而具有放射性。由于放射性是原子核本身的性质,因此不能用物理方法或化学方法消除其放射性。
知识生成　①放射性　②发出射线　③83　④83
应用探究
例1　C　
任务2
问题引领
1.射线在磁场中发生偏转,是因为其受到力的作用。这个力是洛伦兹力,说明其中的两束射线是带电粒子。
2. 根据左手定则,可知轨迹1所对应的粒子带正电,轨迹2所对应的粒子带负电,轨迹3所对应的粒子不带电。
3.由左手定则可知,1射线向左偏转,带正电,这种射线是α射线;2射线向右偏转,带负电,这种射线是β射线;3射线不偏转,是γ射线。
4.由于元素的化学性质取决于原子的核外电子,而放射性与化学性质无关,因此,β射线与核外电子无关,只能来自原子核内部。
知识生成　⑤原子核　⑥原子核　⑦α　⑧β　⑨γ
应用探究
活动　
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)
带电荷量 2e -e 0
质量 4mp(mp=1.67×10-27 kg) 静止质量为零
速度 0.1c 0.99c c
在电磁场中 偏转 与α射线反向偏转 不偏转
贯穿本领 最弱,用纸能挡住 较强,能穿透几毫米厚的铝板 最强,能穿透几厘米厚的铅板
电离作用 很强 较弱 很弱
能否使胶 片感光　 能 能 能
例2　AC　【解析】由左手定则可知A项正确;带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力始终与粒子的运动方向垂直,所以α射线和β射线的轨迹是圆弧,不是抛物线,B项错误,C项正确;α射线和β射线的速度不同,所以不可能同时不偏转,D项错误。
任务3
问题引领
1.γNnN。
2.有些同位素具有放射性,叫作放射性同位素,它可以分为天然和人工两类。
3.①射线测厚仪,工业部门可以使用放射性同位素发出的射线来测厚度;
②放射治疗,在医疗方面,患了癌症的病人可以接受钴60的放射治疗;
③培优和保鲜,利用γ射线照射种子,会使种子的遗传基因发生变异,经过筛选,可以培育出新品种,用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌,抑制蔬菜发芽,延长保存期;
④示踪原子,用放射性同位素来制成各种化合物,这种化合物的原子跟通常的化合物一样参与所有化学反应,但却带有“放射性标记”,可以用仪器探测出来。这种原子就是示踪原子。
4.不对。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、工作场所的污染,要防止射线过多地、长时间地照射人体。
知识生成　⑩化学性质　Pn　厚度　癌　变异　示踪原子　破坏　操作规程
应用探究
活动　中间一个小圆可以代表原子核。三个向外的扇形可以代表三种射线。
例3　C　
随堂检测·精评价
1.B　【解析】α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核,并没有涉及核内部的变化,A项不符合题意;天然放射现象是原子核内部发生变化,自发地放射出α粒子或电子,从而发生α衰变或β衰变的现象,B项符合题意;光电效应的原理是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出,因此光电效应没有涉及原子核的变化,C项不符合题意;原子发光是原子的核外电子跃迁形成的,也没有涉及原子核的变化,D项不符合题意。
2.C　【解析】α、β、γ三种射线中,α射线电离能力最强,γ射线穿透能力最强,因此可以用γ射线来检查金属内部的伤痕,只有C项符合题意。
3.BCD　

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