5.2放射性元素的衰变-2022-2023学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第三册）

选择性必修三学案 第五章 原子核 第2节放射性元素的衰变 一、新课标要求 1.了解衰变的概念，知道衰变时质量数和电荷数都守恒。知道衰变和衰变的规律及实质，并能熟练书写衰变方程。 2.知道半衰期及其统计意义，学会利用半衰期解决相关问题。 3.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。 4.了解放射性同位素及其应用，知道射线的危害和防护。 5.了解放射性同位素带来的辐射与安全问题。 二、科学素养要求 1.物理观念：知道衰变、半衰期及原子核衰变的规律，了解核反应及放射性同位素应用的基本观念和相关实验证据。 2.科学思维：理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法，掌握核反应方程的写法与放射性同位素的应用，培养分析、推理能力。 3.科学探究：通过学习科学家对放射性元素衰变的探究，学会观察和思考，提高科学探究的能力。 4.科学态度与责任：坚持实事求是的科学态度，体验科学家探索科学规律的艰辛，激发学习兴趣。 三、教材研习 要点一、原子核的衰变 原子核自发地放出粒子或粒子，由于核电荷数变了，它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①。原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。 要点二、半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期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。 【自主思考】 ①（1）原子核发生衰变时放出的粒子是电子，可知原子核内一定存在着电子，这种说法对吗？为什么？ （2）放射性元素能不能一次衰变同时产生射线和射线？射线又是怎样产生的？ ②某放射性元素的半衰期为4天，若有10个这样的原子核，经过4天后还剩5个，这种说法对吗？ 四、名师点睛 1.两种衰变 （1）衰变：原子核放出粒子的衰变。放出一个粒子，质量数减少4，电荷数减少2，的衰变方程：。 （2）衰变：原子核放出粒子的衰变。放出一个电子后，质量数不变，电荷数增加1，的衰变方程：。 2.半衰期的理解 （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无关。 （3）半衰期描述的是统计规律，不适用于少数原子核的衰变。 五、互动探究 探究点一、原子核的衰变 情境探究 如图为衰变、衰变示意图 （1）当原子核发生衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？ （2）当发生衰变时，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？ 探究归纳 1.衰变实质 （1）衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个粒子，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，反应方程为。 （2）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，即粒子放射出来，反应方程为。 2.衰变规律 原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数、质量数、动量、能量守恒。 3.衰变方程通式 （1）衰变：。 （2）衰变：。 4.确定原子核衰变次数的方法与技巧 （1）方法：设放射性元素经过次衰变和次衰变后，变成稳定的新元素，则衰变方程为：。根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程，，，联立解得，。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衰变的次数（这是因为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衰变的次数。 探究应用 【典例】一个核衰变为一个核的过程中，发生了次衰变和次衰变，则、的值分别为( ) A.8、6 B.6、8 C.4、8 D.8、4 【解题感悟】 衰变次数的判断技巧 （1）衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。 （2）每发生一次衰变质子数、中子数均减少2。 （3）每发生一次衰变中子数减少1，质子数增加1。 模型构建 两类衰变在磁场中的径迹模型 静止的原子核在磁场中发生衰变，其轨迹为两相切圆，衰变时两圆外切，衰变时两圆内切，根据和知，半径小的为新核，半径大的为粒子或粒子，其特点对比如表： 衰变 匀强磁场中轨迹 两圆外切，粒子半径大 衰变 匀强磁场中轨迹 两圆内切，粒子半径大 【迁移运用】 1. （铀核）衰变产生新核（钍核），钍核具有放射性，钍核衰变后产生新核（镤核），从衰变为，共经历了 A.2次衰变 B.2次衰变 C.1次衰变，1次衰变 D.2次衰变，1次衰变 2.正电子发射型计算机断层显像的基本原理是：将放射性同位素注入人体，参与人体的代谢过程。在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。根据原理，回答下列问题： （1）写出的衰变和正负电子湮灭的反应方程式。 ① 。 ②