第15.1节 天然放射现象 原子核的衰变-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第三册）

第十五章 原子核 15.1 天然放射现象 原子核的衰变 🧭目标导航 知识要点 难易度 1. 放射性 2. α射线、β射线和γ射线的性质、比较 3. α、β衰变方程 4. 核反应方程的质量数守恒、电荷守恒 5. 半衰期 ★ ★★★ ★★★ ★★ ★★★ 📚知识精讲 一、天然放射现象 放射性 1. 天然放射现象：物质自发放出射线的现象。 2. 放射性：物质发射射线的性质。 放射性元素：具有放射性元素。 原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发放出射线；原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。 3. 最早发现天然放射现象的科学家是贝可勒尔。 二、三种射线 1. 把放射源铀、钋或镭放入用铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。 2. 在射线经过的空间施加磁场。 ①射线分裂成三束，如图（1）； ②两束在磁场中向不同的方向偏转，这说明它们是带电粒子流；且电性相反。 ③另一束在磁场中不偏转，说明它不带电。 图（1） 图（2） 这三种射线分别叫作α射线、β射线和γ射线。 射线与核外电子无关，它来自原子核。说明原子核内部是有结构的。 3. 天然放射现象中的三种射线的比较，穿透能力如图（2）： 粒子 特性 α射线 （正电） 贯穿本领小（空气中射程只有几厘米），一张薄铝箔或一张薄纸就能将它挡住，电离本领强，容易使空气电离。速度为c/10 β射线 (负电) 高速电子流，贯穿本领大（能穿透几毫米的铝板）电离作用较弱，速度为9c/10，接近光速。 γ射线 高能光子（中性） 波长很短的电磁波，贯穿本领最大（能穿透几厘米的铅板），电离作用最小。 4. 电离：射线使原子中的电子脱离核的束缚成为自由电子的过程。 例1. 关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　） A.天然放射现象表明原子内部有一定结构 B.升高温度可以改变原子核衰变的半衰期 C.β射线是原子核外的电子形成的电子流 D.三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离作用最小 三、原子核的衰变 1. 定义：原子核自发地放出 α粒子或 β粒子而转变为新核的现象。 2. 衰变的种类：α衰变、β衰变 原子核一般用表示，其含义如下。描述原子变化的表达式称核反应方程。 α衰变方程： β衰变方程： 上述描述核反应过程的公式称核反应方程，一般不可逆，所以用箭头表示，而不是等号。 3. 衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。 注意：质量数守恒并非质量守恒，因为有能量的释放，会出现质量亏损。 4. 发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。 γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的，不会单独产生。 放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。 但一次衰变只能是α衰变或β衰变，不可能同时进行α衰变和β衰变。 5. 在磁场中的轨迹： α衰变：发生衰变的原子核原来静止，由于无外力作用，动量守恒，新核与放出的粒子速度方向相反，新核和α粒子都带正电荷，则它们所受的洛伦兹力方向相反，则轨道应是外切圆，又因为r＝，半径大的应该是电荷量小的α粒子的运动轨迹。 β衰变：新核和β衰粒子所带电性相反，则它们所受的洛伦兹力方向相同，它们的轨道应是内切圆，同理，半径大的应该是电荷量小的电子的运动轨迹。 例2. 一个放射性原子核发生一次β衰变，它的（ ） （A）质子数减少一个，中子数不变 （B）质子数增加一个，中子数不变 （C）质子数减少一个，中子数增加一个 （D）质子数增加一个，中子数减少一个 例3. 下列核反应方程中，属于α衰变的是（ ） （A） （B） （C） （D） 四、放射性元素的半衰期 若放射性元素原来的质量为m0、原子数为N0；剩余的质量m，剩余的原子数为N，半衰期为𝝉，半衰期个数为n，经过时间t，则： 未衰变核数的计算关系：；未衰变核的质量的计算关系： ⑴元素的半衰期由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关。 不同元素半衰期不同。 ⑵半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。 例4. 若放射性同位素Na的样品经过6小时只剩下没有发生衰变，它的半衰期是多少？ 🚀考点题型 考点01 α射线、β射线和γ射线的性质和比较 例5.为保证生产安全，大型钢铁部件内部不允许有砂眼、裂纹等伤痕存在。如图所示是利用射线检测钢柱内部是否存在砂眼或裂纹情况的示意图，若钢柱的直径为20 cm，则下列说法正确的是(　　) A．射线源放出的射线应该是β射线 B．射线源放出的射线应该是α射线 C．射线源放出的射线应该是γ射线 D