第5章 第2节 原子核衰变及半衰期-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019）

第2节　原子核衰变及半衰期 【核心素养目标】 物理观念 知道放射性、原子核衰变、半衰期的概念。 科学思维 能推算原子核的半衰期，知道半衰期的统计意义。 科学探究 能够探究放射线的本质。 科学态度与责任 了解放射性技术在生活，科研领域的应用，培养对发展科学技术的热爱。 一、原子核的衰变 1．定义 原子核因释放出像α、β这样的射线(粒子流)，而转变成新核的变化称为原子核的衰变。 2．衰变分类 (1)α衰变：放出α粒子的衰变。 (2)β衰变：放出β粒子的衰变。 3．衰变方程 U→Th＋He，Th→Pa＋e＋。 4．衰变规律 (1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。 (2)任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有α放射性又有β放射性，而γ射线伴随α衰变或β衰变产生。 二、衰变的快慢——半衰期 1．定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫作半衰期。 2．公式：m＝M。m为该元素剩余的质量，M为该元素原来的质量，t为经过的时间，T为半衰期。 3．影响因素：元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，一般与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关。 4．适用条件：半衰期描述的是大量原子核的统计规律，即在大量原子核群体中，经过一定时间将有一定比例的原子核发生衰变。 三、放射性的应用与防护 1．应用：放射性在工业、农业、医疗卫生和科学研究等许多领域已得到广泛的应用。 (1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性； (2)农业应用——γ射线使种子内的遗传基因发生变异，培育出新的优良品种； (3)医疗上——作为示踪原子，探查内脏器官是否病变； (4)科研——制作放射性同位素电池，可作为人造卫星、宇宙飞船、海洋工程设施等的电源。 2．污染和防护：过量的放射线会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。放射性污染主要来自核爆炸、核泄漏和医疗照射。为了避免放射线的伤害，人们要尽量减少受辐射的时间，同时采用必要的防护措施。 学生用书第82页 1．判断正误 (1)原子核的衰变有α衰变、β衰变和γ衰变的三种形式。(　×　) (2)β射线中的电子是从原子核中释放出来的。(　√　) (3)在衰变过程中，核电荷数、质量数守恒。(　√　) (4)半衰期的长短与外界因素无关。(　√　) (5)氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天后只剩下一个氡原子核。(　×　) (6)利用放射线性同位素放出的γ射线可以给金属探伤。(　√　) (7)同一种元素的同位素化学性质完全相同。(　√　) 2．链接实景 对于一些年代非常久远的化石，利用“碳14计年法”可以估算出化石的“年龄”。 (1)为什么能够运用半衰期来计算化石的“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？ 提示：　(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。能够运用它来计算化石的“年龄”是因为半衰期与原子所处的化学状态及外部条件无关。 (2)这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量放射性原子核衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变。 知识点一　原子核的衰变规律与衰变方程 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？ 提示：　(1)α衰变的实质是2个质子和2个中子结合在一起从原子核中被抛射出来，所以新核的核电荷数比原来的原子核减少2，质量数减少4。 (2)β衰变时，核内的一个中子变成一个质子留在核内，同时放出一个电子，所以新核的质量数不变，核电荷数比原来的原子核增加1，因此原子序数增加1，新核在元素周期表中向原子序数增加的方向移动1位。 1．衰变规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒。 2．衰变实质 (1)α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子2n＋2H→He； (2)β衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子n→H＋e。 3．衰变方程通式 (1)α衰变：X→Y＋He。 (2)β衰变：X→Y＋e。 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。 学生用书第83页 居室装修中经常用到的