第5章 2 放射性元素的衰变(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

2　放射性元素的衰变

[学业要求]

1．知道放射现象的实质是原子核的衰变。

2．了解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义，能利用半衰期进行简单的计算。

3．知道两种衰变的性质，能运用衰变规律写出衰变方程。

4．知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。

5．了解放射性在生产和科学领域的应用。

6．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。

一、原子核的衰变

阅读教材，并回答：

1．原子核放出α粒子和β粒子后会发生什么变化？

答案：变成另一种原子核。

2．原子核衰变过程中符合哪些规律？

答案：电荷数和质量数都守恒。

3．发生α衰变时，新原子核的电荷数和质量数发生了怎样的变化？

答案：电荷数减小2，质量数减小4。

4．原子核里没有电子，β衰变释放的电子从哪里来的？

答案：中子转化来的。

[概念·规律]

1．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称为原子核的__衰变__。原子核衰变时__电荷数__和__质量数__都守恒。

2．α衰变、β衰变的比较

3．γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变和β衰变产生的。其实质是放射性原子核在发生α衰变、β衰变的过程中，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射线的本质是辐射能量，不能单独发生。

二、半衰期

1．半衰期：放射性元素的原子核有__半数__发生衰变所需的时间，半衰期由原子核__内部自身__的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件__无关__。

2．根据半衰期的概念，可总结出公式：

N余＝N原，m余＝m原。式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示__半衰期__。

三、核反应

1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生__新原子核__或者发生状态变化的过程。

2．原子核的人工转变：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，核反应方程N＋He→__O＋H__。

3．遵循规律：__质量数__守恒，电荷数守恒。

四、放射性同位素及其应用

1．放射性同位素：具有__放射性__的同位素。

2．人工放射性同位素的发现

(1)1934年，__约里奥－居里夫妇__发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷P。

(2)发现磷同位素的方程He＋Al→__P＋n__。

3．放射性同位素的应用与防护

(1)应用射线：可以测厚度、医疗方面的__放射治疗__、照射种子培育优良品种等。

(2)示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，要借助于__示踪原子__。

(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。

4．人工放射性同位素的优势

(1)天然放射性同位素不过40多种，人工放射性同位素已达3 000多种。

(2)放射性强度容易控制。

(3)半衰期短、废料易处理。

1．下列说法正确的是(　　)

A．发生β衰变是原子核中的电子发射到核外

B．半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子核就全部发生衰变

C．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒

D．现在用到射线时，既可以用人工放射性同位素，也可以用天然放射性物质

答案　C

2．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用Co放射源进行了实验验证。次年李、杨两人为此获得诺贝尔物理学奖。Co的衰变方程是Co→Ni＋e＋νe。其中νe是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零。Co的核外电子数为__27__，在上述衰变方程中，衰变产物Ni的质量数是__60__，核电荷数是__28__。

探究点一　原子核的衰变规律与衰变方程

1．衰变种类、实质与方程

(1)α衰变：X→Y＋He

实质：原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中被释放出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象。

如U→Th＋He。

(2)β衰变：X→Y＋e

实质：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使电荷数增加1，β衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为n→H＋e。

如Th→Pa＋e。

(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变产生的。

2．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。

　(2021·全国甲卷)如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为(　　)