5.2 放射性元素的衰变-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第三册）

5.2放射性元素的衰变 基础导学 要点一、 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。 要点二、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：质量数守恒，电荷数守恒． （二）放射性同位素及其应用 1．放射性同位素：具有放射性的同位素． 2．应用： (1)射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度． (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，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置． （三）辐射与安全 1．人类一直生活在放射性的环境中． 2．过量的射线对人体组织有破坏作用．在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染． 要点突破 突破一：衰变 半衰期 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 突破二：核反应　放射性同位素及其应用 条件 用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变. 实质 用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变 规律 (1)质量数、电荷数守恒；(2)动量守恒 原子核人工转变的三大发现 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程： N＋He→O＋H (2)1932年查德威克发现中子的核反应方程： Be＋He→C＋n (3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程： Al＋He→P＋n；P→Si＋e. 核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向 2．确定原子核衰变次数的方法与技巧 (1)方法：设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为： X→Y＋nHe＋me 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＝，m＝＋Z′－Z 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。 典例精析 题型一：原子核的衰变 例一．2021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 变式迁移1：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