第5章 第2节 放射性元素的衰变 （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（人教版2019）

第2节　放射性元素的衰变 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)知道放射性同位素及其应用，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 了解放射性技术在生活、科技领域的应用，培养对发展科学技术的热爱。 一、原子核的衰变 1．定义：原子核自发地放出 α粒子或_β粒子，变成另一种原子核的变化。 2．α衰变 (1)定义：放出α粒子的衰变过程。 (2)衰变方程：U―→Th＋He。 3．β衰变 (1)定义：放出β粒子的衰变过程。 (2)衰变方程：Th―→Pa＋e。 (3)衰变的实质：原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，转化方程为：n―→H＋e。 4．衰变规律：电荷数守恒，质量数守恒。 5．γ射线的产生：放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，向低能级跃迁时放出γ光子。 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．决定因素 不同的放射性元素，半衰期不同。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。 三、核反应　放射性同位素及其应用 1．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发生状态变化的过程。 (2)遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒。 2．放射性同位素及其应用 (1)定义：具有放射性的同位素。 (2)应用 ①用γ射线探测钢板的厚度。 ②在医疗方面，用钴60进行放射治疗。 ③利用γ射线照射种子，培育新品种；用γ射线照射食品，可以杀菌保鲜。 ④作为示踪原子，用于农业施肥及甲状腺疾病的诊断。 3．辐射与安全 人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用，要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。 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。(×) 3．人工放射性同位素放射的γ射线照射食品可以延长保存期，其原理是什么？ 提示：杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。 新知学习(一)|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