第20讲 放射性元素的衰变【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第三册）

第20讲 放射性元素的衰变 ( 目标导航 ) 课程标准 课标解读 1.了解放射性和原子核衰变。知道半衰期及其统计意义。 2.了 解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护。 1.知道什么是α衰变和β衰变，能运用衰变规律写出衰变方程。 2.知道半衰期的概念和半衰期的统计意义，能利用半衰期公式进行简单计算。 3.知道核反应及其遵循的规律。 4.知道什么是放射性同位素和人工转变的放射性同位素。 5.了解放射性在生产和科学领域的应用和防护。 ( 知识精讲 ) 知识点01 原子核的衰变　半衰期 （一）原子核的衰变 1．定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，而变成另一种原子核的变化。 2．衰变类型 (1)α衰变：原子核放出α粒子的衰变．进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2，U的α衰变方程：U→Th＋He。 (2)β衰变：原子核放出β粒子的衰变．进行β 衰变时，质量数不变，电荷数加1，Th的β衰变方程：Th→Pa＋e。 3．衰变规律：电荷数守恒，质量数守恒。 （二）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．特点：(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。 (2)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。 3．适用条件：半衰期描述的是统计规律，不适用于少数原子核的衰变。 【知识拓展】 1.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→　AZ＋1Y＋　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＋e 典型方程 U→Th＋He Th→Pa＋e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 2.对半衰期规律的理解 半衰期 定义 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 衰变规律 N余＝N原，m余＝m原式中N原、m原分别表示衰变前的原子核数和质量，N余、m余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，τ表示半衰期. 影响因素 由原子核内部因素决定，跟原子所处的外部条件、化学状态无关 半衰期规律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 【即学即练1】2021年4月底，我国“人造太阳”装置将完成改造升级，拟在该装置内实现1亿摄氏度“燃烧”100秒的目标。该实验中的可控热核反应的方程是H＋H→He＋X，其中海水中富含反应原料氘（H），而氚（H）在自然界中含量极微，但可以用某种粒子Y轰击锂核（Li）得到，核反应方程为Li＋Y→H＋He，下列说法正确的是（　　） A．粒子X为中子，粒子Y为质子 B．核反应方程Li＋Y→H＋He为α衰变 C．核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领和穿透能力 D．在H＋H→He＋X核反应中，反应前的总质量大于反应后的总质量 【答案】D 【分析】A．根据核反应方程遵循质量数电荷数守恒定律可知，粒子X为中子，粒子Y也为中子，所以A错误； B．核反应方程Li＋Y→H＋He为人工转变，所以B错误； C．核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领但是穿透能力较弱，所以C错误； D．在H＋H→He＋X核反应中，能释放大量的能量，根据质量方程ΔE=mc2可知，反应前的总质量大于反应后的总质量，所以D正确。 故选D。 【即学即练2】目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素。比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出、、射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是（　　） A．衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的 B．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个氡原子核 C．射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱 D．发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4 【答案】A 【分析】A．衰变所释放的电子来自原子核，是原子核中的中子转变为质子和电子所产生的，故A正确； B．半衰期具有统计意义，只对大量的原子核适用，故B错误； C．射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最弱，电离能力最强，故C错误； D．发生衰变时，电荷数减少2，质量数减少4，则中子数少2，故D错误。 故选A。 知识点02 核反应　放射性同位素及其应用 （一）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，核反应方程N＋He→O＋H. 3．遵循规律：质量数守