19.2放射性元素的衰变-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义（人教版选修3-5）

19.2放射性元素的衰变 【基础知识梳理】 一、原子核的衰变 1．定义：原子核放出α粒子或β粒子，而转变为另一种新核的变化． 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，电荷数增加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． 【重点】 如图为α衰变、β衰变示意图． (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？ 答案　(1)α衰变时，质子数减少2，中子数减少2. (2)β衰变时，新核的核电荷数增加1.新核在元素周期表中的位置向后移动一位． 【总结】 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→Y＋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 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． 4．半衰期公式：N余＝，m余＝，其中τ为半衰期． 【重点】 如图为始祖鸟的化石，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年的诺贝尔奖．利用“碳－14计年法”可以估算出始祖鸟的年龄． (1)为什么能够运用半衰期来估算始祖鸟的年龄？ (2)若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变，这种说法是否正确，为什么？ 答案　(1)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．能够运用它来估算始祖鸟的年龄是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关． (2)这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变． 【总结】 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＝，m余＝ 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 【例题讲解】 一、单选题 1．关于放射性元素、衰变和半衰期，以下正确的是（　　） A．衰变成要经过8次α衰变和6次β衰变 B．放射性元素的半衰期不仅与核内部本身因素有关，还与质量有关 C．β射线的本质是高速电子流，是核外电子脱离原子核束缚形成的 D．一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，它的总质量仅剩下原来的四分之一 2．真空中一个静止的镭原子核经一次α衰变后变成一个新核Rn，衰变方程为→+，下列说法正确的是（　　） A．衰变后核的动量与α粒子的动量相同 B．衰变后核的质量与α粒子的质量之和等于衰变前镭核的质量 C．若镭元素的半衰期为τ，则经过τ的时间，8个核中有4个已经发生了衰变 D．若镭元素的半衰期为τ，是经过2τ的时间，2kg的的核中有1.5kg已经发生了衰变 3．科学家应用碳年代测定法测定植物或其他生物死亡的时间，地球上所有生物体内都含有少量的放射性碳，通过衰变产生和另一种粒子Y。则Y是（　　） A．电子 B．正电子 C．质子 D．中子 4．一个质量数为的原子核经过一系列衰变和衰变后成为质量数为的原子核，下列说法正确的是（　　） A．经过一次衰变，该原子核的电荷数减少4 B．经过一次衰变，该原子核中的一个质子转变为中子 C．这一过程共发生了次衰变 D．这一过程共发生了次衰变 5．三星堆遗址考古新发现被誉为“20世纪人类最伟大的考古发现之一”。考古学家利用放射性元素的半衰期可以确定文物的年代。碳元素能自发释放射线，衰变方程为，其半衰期约为5730年．则下列说法正确的是（　　） A．衰变的实质是碳原子失去核外电子 B．当数量是数量的3倍时，衰变所经历时间约为17190年 C．随着文物的出土，文物所在环境温度升高，衰变速度也会增大 D．静止的原子核在某匀强磁场中自发释放射线，和粒子作匀速圆