浙江專版2019年高中物理第十九章原子核第2節(jié)放射性元素的衰變講義含解析新人教版選修3 .doc

放射性元素的衰變?cè)雍说乃プ兲叫轮A(chǔ)練1衰變定義原子核放出粒子或粒子，由于核電荷數(shù)變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。2衰變的類型一種是衰變，另一種是衰變，而射線是伴隨衰變或衰變產(chǎn)生的。3衰變方程衰變：UThHe；衰變：ThPae。4衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒。辨是非(對(duì)的劃“”，錯(cuò)的劃“”)1原子核發(fā)生衰變時(shí)放出一個(gè)電子，說(shuō)明原子核內(nèi)有電子。() 2原子核發(fā)生衰變時(shí)，新核的質(zhì)量數(shù)減少4。()釋疑難對(duì)點(diǎn)練1衰變和衰變的實(shí)質(zhì)及規(guī)律(1)衰變的實(shí)質(zhì)：在放射性元素的原子核中，2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合得比較緊密，在一定條件下會(huì)作為一個(gè)整體從較大的原子核中拋射出來(lái)，這就是放射性元素發(fā)生的衰變，其反應(yīng)式為2H2nHe。(2)衰變的實(shí)質(zhì)：原子核里雖然沒(méi)有電子，但是核內(nèi)的中子可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子，產(chǎn)生的電子從核內(nèi)發(fā)射出來(lái)，這就是衰變，其反應(yīng)式為 nHe。(3)射線是伴隨衰變或衰變產(chǎn)生的，射線不改變?cè)雍说碾姾蓴?shù)和質(zhì)量數(shù)。其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變時(shí)，產(chǎn)生的某些新核由于具有過(guò)多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。(4)原子核衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)守恒，但并非質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過(guò)程前、后質(zhì)量發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)而釋放出核能，質(zhì)量與能量相聯(lián)系。(5)在發(fā)生衰變時(shí)，釋放的電子具有很大的能量，一定來(lái)自于原子核，它是由中子和質(zhì)子的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的，這表明質(zhì)子(或中子)也是變化的。2衰變次數(shù)的計(jì)算方法設(shè)放射性元素X經(jīng)過(guò)n次衰變和m次衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，則衰變方程為：XYnHeme。根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程：AA4n，ZZ2nm。以上兩式聯(lián)立解得：n，mZZ。試身手1原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能自發(fā)地放出射線。這些射線共有三種：射線、射線和射線。下列說(shuō)法中正確的是()A原子核每放出一個(gè)粒子，原子序數(shù)減少4B原子核每放出一個(gè)粒子，原子序數(shù)增加4C原子核每放出一個(gè)粒子，原子序數(shù)減少1D原子核每放出一個(gè)粒子，原子序數(shù)增加1解析：選D發(fā)生一次衰變，核電荷數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4，原子序數(shù)減少2；發(fā)生一次衰變，核電荷數(shù)、原子序數(shù)增加1。故D正確。半衰期探新知基礎(chǔ)練1半衰期定義大量放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。2決定因素放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒(méi)有關(guān)系。不同的放射性元素，半衰期不同。3應(yīng)用利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點(diǎn)，可以測(cè)量其衰變程度、推斷時(shí)間。辨是非(對(duì)的劃“”，錯(cuò)的劃“”)1溫度升高，放射性元素的半衰期會(huì)減小。()2氡的半衰期為3.8天，若取4 g氡原子核，經(jīng)7.6天后只剩下1 g氡原子核。()釋疑難對(duì)點(diǎn)練1對(duì)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半衰期公式N余N原()t/T，m余m0()t/T。式中N原、m0表示衰變前的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，T表示半衰期。3適用條件半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，是對(duì)大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對(duì)于一個(gè)特定的原子核，無(wú)法確定何時(shí)發(fā)生衰變，但可以確定各個(gè)時(shí)刻發(fā)生衰變的概率，即某時(shí)衰變的可能性，因此，半衰期只適用于大量的原子核。試身手2關(guān)于半衰期，下面各種說(shuō)法中正確的是()A所有放射性元素都有一定的半衰期，半衰期的長(zhǎng)短與元素的質(zhì)量有關(guān)B半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間C一塊純凈的放射性元素的礦石，經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期以后，它的總質(zhì)量?jī)H剩下一半D放射性元素在高溫和高壓的情況下，半衰期要變短，但它與其他物質(zhì)化合后，半衰期要變長(zhǎng)解析：選B半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間，是表明放射性元素原子衰變快慢的物理量，與元素的質(zhì)量、物理、化學(xué)狀態(tài)，均無(wú)關(guān)，因?yàn)樗プ儺a(chǎn)物大部分仍留在礦石中，所以礦石總質(zhì)量沒(méi)有太大的改變，故正確答案為B。對(duì)衰變和衰變的實(shí)質(zhì)的正確理解典例1U核經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)镻b核，問(wèn)：(1)一共經(jīng)過(guò)幾次衰變或幾次衰變？(2)寫出這一衰變過(guò)程的方程。思路點(diǎn)撥由題可知開(kāi)始原子核為U，最終的原子核為Pb，根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可求得衰變次數(shù)從而寫出衰變方程。解析(1)設(shè)U衰變?yōu)镻b經(jīng)過(guò)x次衰變和y次衰變。由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可得2382064x92822xy聯(lián)立解得x8，y6即一共經(jīng)過(guò)8次衰變和6次衰變。(2)核反應(yīng)方程為：UPb8He6e。答案(1)86(2)UPb8He6e(1)寫衰變方程的基本原則是質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，依據(jù)這兩個(gè)原則列方程就可確定衰變和衰變的次數(shù)。(2)計(jì)算衰變前后核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的差值，除了可根據(jù)衰變的實(shí)質(zhì)分析外，也可根據(jù)質(zhì)量數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。典例2“朝核危機(jī)”引起全球矚目，其焦點(diǎn)就是朝鮮核電站采用輕水堆還是重水堆。重水堆核電站在發(fā)電的同時(shí)，可以生產(chǎn)出可供研制核武器的钚239(Pu)，這種钚239可由鈾239(U)經(jīng)過(guò)n次衰變而產(chǎn)生，則n為()A2B239C145D92解析選A衰變的規(guī)律是質(zhì)量數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)增加1。Pu比U質(zhì)子數(shù)增加2，所以發(fā)生2次衰變，A對(duì)。對(duì)半衰期的理解和計(jì)算典例3碘131核不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生衰變，其半衰期為8天。(1)碘131核的衰變方程：I_(衰變后的元素用X表示)。(2)經(jīng)過(guò)_天75%的碘131核發(fā)生了衰變。思路點(diǎn)撥(1)寫衰變方程的依據(jù)是質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。(2)mm0，m指衰變后剩余的質(zhì)量，而不是已衰變的質(zhì)量。解析(1)IXe(2)75%的碘發(fā)生了衰變，即25%的未衰變。即25%2，共經(jīng)歷了兩個(gè)半衰期即16天。答案(1)IXe(2)16典例414C是碳的一種半衰期為5 730年的放射性同位素，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)了曹操墓，若考古工作者探測(cè)到其棺木中14C的含量約為原來(lái)的，則該古木死亡的時(shí)間距今大約為()A22 900年B11 400年C5 700年 D1 900年解析選D假設(shè)古木死亡時(shí)14C的質(zhì)量為m0，現(xiàn)在的質(zhì)量為m，從古木死亡到現(xiàn)在所含14C經(jīng)過(guò)了n個(gè)半衰期，由題意可知：()n，所以n，即古木死亡的時(shí)間距今約為5 730年1 900年，D正確。課堂對(duì)點(diǎn)鞏固1一個(gè)原子核發(fā)生衰變時(shí)，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A總質(zhì)量數(shù)保持不變B核子數(shù)保持不變C變化前后質(zhì)子數(shù)保持不變 D總能量保持不變解析：選C衰變過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒，又質(zhì)量數(shù)等于核子數(shù)，故衰變過(guò)程中核子數(shù)不變，A、B正確；發(fā)生衰變時(shí)，質(zhì)子數(shù)增加，C錯(cuò)誤；根據(jù)能量守恒定律知D正確。 2某放射性元素經(jīng)過(guò)11.4天有的原子核發(fā)生了衰變，該元素的半衰期為()A11.4天 B7.6天C5.7天 D3.8天解析：選D半衰期是指有半數(shù)原子核發(fā)生衰變的時(shí)間，根據(jù)，3，因?yàn)閠11.4天，所以T天3.8天。D正確。3(多選)三個(gè)原子核X、Y、Z，X核放出一個(gè)正電子后變?yōu)閅核，Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核并放出一個(gè)氦核(He)，則下面說(shuō)法正確的是()AX核比Z核多一個(gè)質(zhì)子BX核比Z核少一個(gè)中子CX核的質(zhì)量數(shù)比Z核質(zhì)量數(shù)多3個(gè)DX核與Z核的總電荷數(shù)是Y核電荷數(shù)的2倍解析：選CD設(shè)原子核X的質(zhì)量數(shù)為x，電荷數(shù)為y，依題意寫出核反應(yīng)方程XYe，YHZHe。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可得原子核Y的質(zhì)量數(shù)為x，電荷數(shù)為y1，原子核Z的質(zhì)量數(shù)為x3，電荷數(shù)為y2。X核的質(zhì)子數(shù)(y)比Z核的質(zhì)子數(shù)(y2)多2個(gè)，選項(xiàng)A錯(cuò)；X核的中子數(shù)(xy)比Z核的中子數(shù)(xy1)多1個(gè)，選項(xiàng)B錯(cuò)；X核的質(zhì)量數(shù)(x)比Z核的質(zhì)量數(shù)(x3)多3個(gè)，選項(xiàng)C對(duì)；X核與Z核的總電荷數(shù)(2y2)是Y核的電荷數(shù)(y1)的2倍，選項(xiàng)D對(duì)。4放射性元素氡(Rn)經(jīng)衰變成為釙(Po)，半衰期約為3.8天；但勘測(cè)表明，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代后，目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素Rn的礦石，其原因是()A目前地殼中的Rn主要來(lái)自于其他放射性元素的衰變B在地球形成的初期，地殼中元素Rn的含量足夠高C當(dāng)衰變產(chǎn)物Po積累到一定量以后，Po的增加會(huì)減慢Rn的衰變進(jìn)程D.Rn主要存在于地球深處的礦石中，溫度和壓力改變了它的半衰期解析：選A地殼中Rn主要來(lái)自其他放射性元素的衰變，才會(huì)在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代后繼續(xù)存在，則A正確，B錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期與外界環(huán)境等因素?zé)o關(guān)，則C、D錯(cuò)誤。課堂小結(jié) 課時(shí)跟蹤檢測(cè)十四一、單項(xiàng)選擇題1衰變中放出的電子來(lái)自()A組成原子核的電子B核內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子C核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子D原子核外軌道中的電子解析：選C組成原子核的核子只有中子及質(zhì)子，沒(méi)有電子，故A錯(cuò)；B項(xiàng)違背了電荷數(shù)守恒，故B錯(cuò)；衰變是原子核的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)釋放電子，而與核外電子無(wú)關(guān)，D錯(cuò)，C對(duì)。2在存放放射性元素時(shí)，若把放射性元素置于大量水中；密封于鉛盒中；與輕核元素結(jié)合成化合物。則()A措施可減緩放射性元素衰變B措施可減緩放射性元素衰變C措施可減緩放射性元素衰變D上述措施均無(wú)法減緩放射性元素衰變解析：選D放射性元素的衰變快慢由其原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，與外界因素?zé)o關(guān)，所以A、B、C錯(cuò)誤，D正確。3原子核U經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍薚h，繼而經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍薖a，再經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍薝。放射性衰變、和依次為()A衰變、衰變、衰變B衰變、衰變、衰變C衰變、衰變、衰變D衰變、衰變、衰變解析：選AUTh，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，說(shuō)明為衰變；ThPa，PaU，質(zhì)子數(shù)分別加1，質(zhì)量數(shù)不變，說(shuō)明為衰變。A正確。4科研人員正在研制一種新型鎳銅長(zhǎng)效電池，它是采用半衰期長(zhǎng)達(dá)100年的放射性同位素鎳63(Ni)和銅兩種金屬作為長(zhǎng)壽命電池的材料，利用鎳63發(fā)生衰變時(shí)釋放電子給銅片，把鎳63和銅片作電池兩極，外接負(fù)載為負(fù)載提供電能。下面有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是()A鎳63的衰變方程是NieCuB鎳63的衰變方程是NieCuC外接負(fù)載時(shí)鎳63的電勢(shì)比銅片高D該電池內(nèi)電流方向是從鎳63到銅片解析：選CNi的衰變方程為NieCu，選項(xiàng)A、B錯(cuò)；電流方向?yàn)檎姾啥ㄏ蛞苿?dòng)方向，在電池內(nèi)部電流從銅片到鎳63，鎳63電勢(shì)高，選項(xiàng)C對(duì)，D錯(cuò)。514C測(cè)年法是利用14C衰變規(guī)律對(duì)古生物進(jìn)行年代測(cè)定的方法。若以橫坐標(biāo)t表示時(shí)間，縱坐標(biāo)m表示任意時(shí)刻14C的質(zhì)量，m0為t0時(shí)14C的質(zhì)量。下面選項(xiàng)圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是()解析：選C由公式mm0及數(shù)學(xué)知識(shí)，可知能正確反映14C的衰變規(guī)律的應(yīng)為C。6將半衰期為5天的質(zhì)量為64 g的鉍分成四份分別投入：(1)開(kāi)口容器中；(2)100 atm的密封容器中；(3)100 的沸水中；(4)與別的元素形成化合物。經(jīng)10天后，四種情況下剩下的鉍的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4。則()Am1m2m3m44 gBm1m2m34 g，m4<4 gCm1>m2>m3>m4，m14 gDm14 g，其余無(wú)法知道解析：選A放射性元素的半衰期是一定的，與放射性元素所處的物理環(huán)境和化學(xué)環(huán)境無(wú)關(guān)，故四種情況下鉍剩余的質(zhì)量相等，又剩余的鉍的質(zhì)量為16g4 g，所以A正確。二、多項(xiàng)選擇題7(海南高考)原子核Th具有天然放射性，它經(jīng)過(guò)若干次衰變和衰變后會(huì)變成新的原子核。下列原子核中，有三種是Th衰變過(guò)程中可以產(chǎn)生的，它們是()A.PbB.PbC.PoD.RaE.Ra解析：選ACD發(fā)生衰變時(shí)放出He，發(fā)生衰變時(shí)放出電子e，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒有，每發(fā)生一次衰變質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，每發(fā)生一次衰變質(zhì)量數(shù)不變化，電荷數(shù)增加1，由質(zhì)量數(shù)的變化可確定衰變的次數(shù)(必須是整數(shù))，進(jìn)而可知衰變的次數(shù)。逐一判斷可知A、C、D符合要求。8對(duì)天然放射現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是()A粒子帶正電，所以射線一定是從原子核中射出的B粒子帶負(fù)電，所以射線有可能是核外電子C射線是光子流，所以射線有可能是原子發(fā)光產(chǎn)生的D射線、射線、射線都是從原子核內(nèi)部釋放出來(lái)的解析：選AD衰變的實(shí)質(zhì)是原子核中的兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合在一起形成一個(gè)氦核發(fā)射出來(lái)的，衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，然后釋放出電子，射線伴隨衰變和衰變的產(chǎn)生而產(chǎn)生。所以這三種射線都是從原子核內(nèi)部釋放出來(lái)的。A、D正確。9.92U衰變成82Pb的過(guò)程中()A經(jīng)歷了8次衰變和6次衰變B鉛核比鈾核中子數(shù)少22個(gè)C鉛核比鈾核質(zhì)子數(shù)少32個(gè)D衰變中有6個(gè)中子變成質(zhì)子解析：選ABD衰變過(guò)程中，每次衰變放出一個(gè)粒子，核電荷數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4，而每次衰變一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子并釋放出一個(gè)電子，核電荷數(shù)增1，質(zhì)量數(shù)不變。從鈾核與鉛核的質(zhì)量數(shù)變化，可知經(jīng)歷了8次衰變，8次衰變后新核的核電荷數(shù)應(yīng)為76，比鉛核的核電荷數(shù)少6，要經(jīng)過(guò)6次衰變才能成為鉛核，A、D選項(xiàng)正確；原子核由質(zhì)子、中子組成，鈾核中中子數(shù)為 23892146，鉛核中中子數(shù)為20682124，相差22，B選項(xiàng)正確；鈾核質(zhì)子數(shù)為92，鉛核質(zhì)子數(shù)為82，相差10，C選項(xiàng)錯(cuò)誤。三、非選擇題10.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)原來(lái)靜止的原子核，由于放出一個(gè)粒子，結(jié)果得到一張兩個(gè)相切圓的徑跡照片(如圖所示)，今測(cè)得兩個(gè)相切圓半徑之比r1r2441。求：(1)這個(gè)原子核原來(lái)所含的質(zhì)子數(shù)是多少？(2)圖中哪一個(gè)圓是粒子的徑跡？(說(shuō)明理由)解析：(1)設(shè)衰變后粒子的電荷量為q12e，新生核的電荷量為q2，它們的質(zhì)量分別為m1和m2，衰變后的速度分別為v1和v2，則原來(lái)原子核的電荷量qq1q2，根據(jù)軌道半徑公式有：，又由于衰變過(guò)程中遵循動(dòng)量守恒定律，則m1v1m2v2以上三式聯(lián)立解得q90e。即這個(gè)原子核原來(lái)所含的質(zhì)子數(shù)為90。(2)由于動(dòng)量大小相等，因此軌道半徑與粒子的電荷量成反比。所以圓軌道1是粒子的徑跡，圓軌道2是新生核的徑跡，兩者電性相同，運(yùn)動(dòng)方向相反。答案：(1)90(2)圓軌道1理由見(jiàn)解析11放射性同位素14C被考古學(xué)家稱為“碳鐘”，它可以用來(lái)判定古生物體的年代，此項(xiàng)研究獲得1960年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。(1)宇宙射線中高能量的中子碰到空氣中的氮原子后，會(huì)形成很不穩(wěn)定的C，它很容易發(fā)生衰變，放出射線變成一個(gè)新核，其半衰期為5 730年。試寫出6C衰變的核反應(yīng)方程。(2)若測(cè)得一古生物遺骸中的C含量只有活體中的12.5%，則此遺骸距今約有多少年？解析：(1)C衰變的核反應(yīng)方程：CNe。(2)活體中的C含量不變，生物死亡后，遺骸中的C按其半衰期變化，設(shè)活體中C的含量為N0，遺骸中的C含量為N，由半衰期的定義得：NN0，即0.125c。所以3，T5 730年，t17 190年。答案：(1)CNe(2)17 190年