30 第5章 第2节 课时1 原子核的衰变 半衰期-【正禾一本通】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

第2节　放射性元素的衰变 课时1　原子核的衰变　半衰期 【课标解读】　1.知道什么是衰变，知道α衰变和β衰变，能运用衰变规律写出衰变方程。 2．知道半衰期的概念和半衰期的统计意义，能利用半衰期公式进行相关计算。 探究点一　原子核的衰变　　　　　　 如图为原子核发生α衰变和β衰变的示意图。 (1)当发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？质量数呢？ (2)当发生β衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？质量数呢？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：(1)发生α衰变时，质子数减少2，中子数减少2，质量数减少4。 (2)发生β衰变时，质子数增加1，中子数减少1，质量数不变。 1．原子核的衰变：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，的α衰变方程：―→＋。 (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，的β衰变方程：―→＋。 3．衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。 【基点辨析】 判断下列说法的正误 (1)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变。(×) (2)β衰变是原子核外电子的电离。(×) (3)γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。(√) (4)原子核发生α衰变时，原子核的质量数减少2。(×) 原子核两种衰变的对比 比较项目 α衰变 β衰变 衰变方程 →+ →+ 衰变实质 2个质子和2个中子结合成氦核2+2 → 1个中子转化为1个质子和1个电子→＋ 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 【典例1】 是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图所示，则下列说法正确的是(　　 ) A．图中a是208 B．Y和Z都是β衰变 C.X衰变放出的电子是中子转变为质子时产生的 D．X衰变中放出的射线电离能力最强 解析：选C。衰变成，核电荷数减少2，所以Y衰变为α衰变，放出α粒子，质量数少4，则a＝206，衰变成，质量数少4，核电荷数少2，所以Z衰变为α衰变，故A、B错误；衰变成，质量数不变，核电荷数增加1，所以发生的是β衰变，其放出的β射线电离能力比α射线的电离能力弱，其本质是原子核内的一个中子转化成一个质子，放出一个电子，故C正确，D错误。 【典例2】 放射性元素镎237()是用人工的方法发现的，镎237不稳定，它经过一系列α衰变、β衰变后变成铋209()，这些衰变是(　　 ) A．7次α衰变和4次β衰变 B．4次α衰变和4次β衰变 C．7次α衰变和5次β衰变 D．6次α衰变和4次β衰变 解析：选A。假设需经过x次α衰变，y次β衰变，则衰变方程为：―→+x＋y。根据电荷数和质量数守恒有93＝83＋2x－y，237＝209＋4x，联立解得x＝7，y＝4，故A正确，B、C、D错误。 [思维延伸] 本题也可利用α衰变和β衰变的特点确定衰变次数。思路如下： 因β衰变对原子核的质量数没有影响，所以α衰变的次数为x＝＝7。 每次α衰变会使质子数减少2，每次β衰变会使质子数增加1，所以β衰变的次数为y＝83－(93－2×7)＝4。 【针对训练1】 放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为―→+x＋y，其中(　　 ) A．x＝1，y＝3 B．x＝2，y＝3 C．x＝3，y＝1 D．x＝3，y＝2 解析：选D。由质量数守恒和电荷数守恒得232＝220＋4x，90＝86＋2x－y，解得x＝3，y＝2，故D正确。 探究点二　半衰期　　　　　　　　　　　 放射性同位素衰变的快慢有一定的规律。例如氡222经过α衰变成为钋218。如图所示，横坐标表示时间，纵坐标表示任意时刻氡的质量m与t＝0时的质量m0的比值。通过观察，你发现了什么规律？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：每过3.8 d就有一半的氡发生了衰变。 1．半衰期的定义：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 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，不适用于单个原子核的衰变。 4．应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以通过测量其衰变程度来推断时间。 【基点辨析】 1．判断下列说法的正误 (1)10个放射性原子核经过一个半衰期后，一定有5个发生衰变。(×) (2)对一个特定的原子核，我们无法确定它何时发生衰变。(√) (3)放射性元素以单质形式存在比以化合物形式存在衰变的快。(×) 2．放射性元素衰变有一定的速率。镭226衰变为氡222的半衰期为1 620年，有人说：20 g镭226经过1 620年有一半发生衰变，镭226还有10 g，再经过1 620年另一半镭226也发生了衰变，镭226就没有了。这种说法对吗？为什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：不对。经过第二个1 620年后镭226还剩5 g。 半衰期公式 N余＝N原，m余＝m0 ，式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 【典例3】 实现核能电池的小型化、安全可控化一直是人们的目标。现在有一种“氚电池”，它的体积比一元硬币还要小，就是利用了氚核β衰变产生的能量，有的心脏起搏器就是使用“氚电池”供电，使用寿命长达20年。氚核发生β衰变的过程中除了产生β粒子和新核外，还会放出质量数和电荷数为零的反中微子。氚核的半衰期为12.5年。下列说法正确的是(　　 ) A．氚核β衰变后放出的新核是 B．氚核衰变放出的β射线是贯穿本领最强的射线 C．经过12.5年后，反应后剩余物的质量变为初始质量的 D．环境的温度、压强发生变化时，氚核的半衰期会发生变化 解析：选A。衰变方程为―→+，所以氚核发生β衰变后放出的新核是，故A正确；氚核衰变放出的β射线的贯穿本领不是最强的，伴随产生的γ射线的贯穿本领才是最强的，故B错误；经过一个半衰期，是有一半氚核发生衰变，并不是剩余物的质量变为初始质量的，故C错误；放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度、压强无关，故D错误。 [误区警示]有关半衰期的两点提醒 (1)半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是样本质量减少一半的时间。 (2)经过n个半衰期，剩余放射性元素的原子核N剩＝N总。 【针对训练2】 (2022·山东高考)碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的(　　 ) A． B． C． D． 解析：选B。碘125的半衰期为60天，根据半衰期的定义，经过一个半衰期，剩余，经过180天即3个半衰期，剩余碘125的质量为刚植入时的××＝，B正确。 　　　　碳14测年法 碳14测年法也称为放射性碳定年法，是一种利用碳14的衰变程度来测定样品大概年代的方法。这一方法通常用于测定古生物化石的年代。碳14测年法的原理基于自然界中碳元素的三种同位素：稳定同位素碳12和碳13，以及放射性同位素碳14。 学科网（北京）股份有限公司 $$