第五章 第2节 放射性元素的衰变-【高考领航】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册同步核心辅导与测评教师用书（人教版）

第2节　放射性元素的衰变 核心素养要求 核心素养呈现 1.知道放射现象的实质是原子核的衰变． 2.知道两种衰变的基本性质，掌握原子核的衰变规律． 3.会用半衰期描述衰变的快慢，知道半衰期的统计意义．会利用半衰期解决相关问题． 4.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素． 5.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程． 6.了解放射性在生产和科学领域的应用．知道射线的危害及防护. 　原子核的衰变 1．定义 原子核放出α粒子或β粒子，则核电荷数变了，变成另一种原子核，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 HeTh＋U→ ePa＋Th→ 4．衰变规律 (1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒． (2)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． 1．当原子核发生a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.a衰变时，质子数减少2，中子数减少2. 2．β衰变时，电荷数增加1.新核在元素周期表中的位置向后移动一位． 　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． 1．把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变．(×) 2．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才应用．(√) 3．氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天后只剩下一个氡原子核．(×) 　核反应 1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程． 2．原子核的人工转变 1919年卢瑟福用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：H. O＋He→N＋ 遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒． 　放射性同位素及其应用 1．放射性同位素的定义：具有放射性的同位素． 2．放射性同位素的应用与防护 (1)射线测厚仪：利用γ射线的穿透本领可以测厚度． (2)放射治疗 (3)培优、保鲜 (4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换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水源、空气、用具等的污染． 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．(√) 　 [思维深化] 1．衰变实质 α衰变：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.2He H→n＋2 β衰变：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粒子放射出来． e H＋n→ 2．衰变规律 原子核发生衰变时，遵循三个守恒定律 (1)衰变前后的电荷数守恒． (2)质量数守恒． (3)动量守恒． 3．衰变方程通式 (1)α衰变：He Y＋X→ (2)β衰变：e Y＋X→ 4．确定原子核衰变次数的方法与技巧 (1)方法：设放射性元素Y，则衰变方程为 X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素 e He＋mY＋nX→ 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＝＋Z′－Z. ，m＝ 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． 　Pb核，问： U核经一系列的衰变后变为 (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)U相比，质子数和中子数各少了多少？ Pb与 (3)综合写出这一衰变过程的方程． 解析：(1)设Pb经过x次α衰变和y次β衰变．由质量数守恒和电荷数守恒可得 U衰变为 238＝206＋4x　　① 92＝82＋2x－y　　② 联立①②解得x＝8，y＝6 即一共经过8次α衰变和6次β衰变． (2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，故U质子数少10，中子数少22. Pb较 (3)衰变方程为e. He＋6Pb＋8