第5章 第2节 原子核衰变及半衰期 （word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

第2节　原子核衰变及半衰期 核心 素养 导学 物理观念 (1)了解原子核的衰变。 (2)知道半衰期及其统计规律。 (3)知道放射性的应用，知道射线的危害及防护。 科学思维 根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。 科学探究 利用14C的半衰期估算植物的年龄。 科学态度与责任 了解放射技术在生活、科技领域的应用，培养对科学技术的热爱。 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、原子核的衰变　衰变的快慢——半衰期 1．原子核的衰变：原子核因释放出像α、β这样的射线(粒子流)而转变为新核的变化。 2．衰变类型：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变称为α衰变，放出β粒子的衰变称为β衰变，而γ射线是伴随α射线或β射线产生的。 3．衰变方程 α衰变：U―→He＋Th； β衰变：Th―→e＋Pa＋。 式中，为反中微子，不带电，静止质量几乎为0。 4．衰变规律：电荷数守恒、质量数守恒。 5．衰变的快慢——半衰期 (1)放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间称为半衰期。 (2)元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度等无关。 (3)设某放射性元素的半衰期为T，原来的质量为M，经过时间t，该元素的剩余质量m＝M()。 二、放射性的应用　放射性污染和防护 1．放射性的应用 (1)利用14C可以推断年代。 (2)放射性同位素可以作为示踪原子。 (3)γ射线照射种子能培育优良品种，γ射线还可以用作射线探伤。 (4)制作放射性同位素电池。 2．放射性污染的主要来源 (1)核爆炸；(2)核泄漏；(3)医疗照射。 3．为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施 (1)密封防护；(2)距离防护；(3)时间防护；(4)屏蔽防护。 1.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？为什么？ 提示：α衰变时，原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子抛射出来，则核内的中子数和质子数都减少2个。 (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：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。则核电荷数增加1，新核在元素周期表中的位置后移一位。 2.活的动植物从空气中吸收一定比例的碳14，碳14是有放射性的，半衰期是5 730年。动植物死后，不能再吸收空气中的碳14，于是动植物体中的碳14将由于衰变而逐渐减少。用碳14测年法直接测量被鉴定样品中碳14的含量来断定文物样品的年代，误差仅为数十年，测量精度非常高。 请对以下说法作出判断： (1)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。(×) (2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律。(√) (3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短。(×) 新知学习(一)|对原子核衰变的理解和应用 [重点释解] 1．衰变种类 (1)α衰变：放出α粒子的衰变，如U―→Th＋He。 (2)β衰变：放出β粒子的衰变，如Th―→Pa＋e。 2．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。 3．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，并在一定条件下作为一个整体从原子核中抛射出来，产生α衰变。2n＋2H―→He。 (2)β衰变：原子核内的一个中子转化成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子。n―→H＋e。 4．衰变方程通式 (1)α衰变：X―→Y＋He。 (2)β衰变：X―→Y＋e。 5．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。 [典例体验] [典例]　U核经一系列的衰变后变为 Pb。 (1)一共经过几次α衰变、几次β衰变？ (2) Pb与 U相比，质子数和中子数各少多少？ (3)请写出这一衰变过程的转化方程。 [解析]　(1)设 U衰变为 Pb经过x次α衰变和y次β衰变。由质量数守恒和电荷数守恒，可得 238＝206＋4x ,92＝82＋2x－y 解得x＝8，y＝6 即一共经过8次α衰变和6次β衰变。 (2)Pb比 U的质子数少92－82＝10 中子数少(238－92)－(206－82)＝22。 (3)核反应方程为：U―→Pb＋8He＋6e。 [答案]　(1)8次α衰变　6次β衰变　(