第5章 2.放射性元素的衰变-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案word（教科版2019）

2．放射性元素的衰变 [核心素养定位]　1.了解天然放射现象。2.了解三种射线的本质和特征，会利用带电粒子在电场或磁场中的偏转判断射线的电性及种类。3.了解放射性同位素。4.理解衰变的概念，知道放射现象的实质就是原子核的衰变，知道两种衰变的实质，会利用衰变规律写出衰变方程。5.理解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义及决定因素，能利用半衰期进行简单的计算。 一　天然放射性 1．物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素。放射性元素自发地发出射线的现象叫作天然放射现象。 2．原子序数大于或等于83的元素，都能自发地放出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线。 二　射线的性质 1．α射线是α粒子(氦原子核)流。α粒子带正电，速度只有光速的10%，穿透能力弱，容易被物质吸收。一张薄薄的铝箔，或一层包裹底片的黑纸，甚至人体皮肤的角质层，都能将它挡住。 2．β射线是带负电的电子流，它的速度很快，穿透力强，在空气中可以走几十米远，而碰到几毫米厚的铝片就不能穿过了。 3．γ射线本质上是一种波长极短的电磁波，波长约是X射线波长的1%，穿透力极强，能穿过厚的混凝土和铅板。 三　人工放射性同位素 1．有些同位素具有放射性，称为放射性同位素。通过核反应生成的放射性元素叫人工放射性同位素。 2．与天然放射性物质相比，①人工放射性同位素的放射强度容易控制，②半衰期短得多。 四　衰变 1．定义：放射性元素是不稳定的，会自发地蜕变为另一种元素，同时放出射线，我们称这种现象为放射性衰变。 在衰变过程中，有些放射性元素放出α射线，有的放出β射线，有些还伴随着α或β射线而放出γ射线。 2．规律：原子核衰变前、后电荷数和质量数均守恒。 3．α衰变 (1)定义：放出α粒子的衰变叫作α衰变。 (2)规律：在α衰变过程中，原子核的质量数减少4，电荷数减少2。U的α衰变方程为U→Th＋He。 (3)实质：原子核中的2个中子和2个质子结合起来形成α粒子，并被释放出来。 4．β衰变 (1)定义：放出β粒子的衰变叫作β衰变。 (2)规律：在β衰变过程中，原子核的质量数不变，电荷数增加1。Th的β衰变方程为Th→Pa＋e。 (3)实质：核内的中子转化成一个质子和一个电子，电子发射到核外，就是β粒子。 五　半衰期 1．定义：放射性元素的原子核由于衰变而数目减少至原来一半所需的时间，叫作这种元素的半衰期。 2．特点 (1)放射性元素的半衰期是统计规律。 (2)放射性元素衰变的半衰期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)不同的放射性元素的半衰期不同。 1．判一判 (1)天然放射现象说明原子核是可以再分的。(　　) (2)α射线、β射线、γ射线都属于电磁波。(　　) (3)α粒子其实是高速氦原子核，它具有较高的穿透能力。(　　) (4)温度越高，放射性元素发出的射线越强。(　　) (5)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变产生的，放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，产生的新核处于较高能级，它向低能级跃迁时，能量以γ光子的形式辐射出来。(　　) (6)原子核放出一个γ光子不会改变它的质量数和电荷数。(　　) (7)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。(　　) (8)对放射性元素加热时，其半衰期缩短。(　　) (9)人工放射性同位素比天然放射性元素半衰期长。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√　(7)×　(8)×　(9)× 2．想一想 (1)怎样利用电场、磁场判断三种射线的带电性质？ 提示：让三种射线垂直通过匀强电场，则γ射线不偏转，说明它不带电；α射线偏转方向和电场方向相同，说明它带正电；β射线偏转方向和电场方向相反，说明它带负电。让三种射线垂直通过匀强磁场，则γ射线不偏转，说明它不带电；对α射线和β射线，可根据它们在磁场中的偏转方向和左手定则确定它们的带电性质。 (2)在α衰变中生成的新核相对于原来的核在元素周期表中的位置应当前移还是后移？ 提示：α衰变后生成的新核电荷数减少，在元素周期表中位置前移。 (3)β衰变过程原子核释放出电子，那么原子核内是否含有电子？ 提示：原子核内不存在电子。β衰变过程核内的一个中子转变成一个质子和一个电子，电子被释放出来即为β粒子。 (4)10个铀238经过一个半衰期就剩5个了吗？ 提示：不一定。半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不适用。 探究　天然放射性　射线的性质 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：如图甲是一块铜铀云母矿石，1896年，贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能使黑纸包裹的照相底片感光，这说明了什么？ 提示：说明铀能发出看不见的射线，这种射线能穿透黑纸使照相底片感光。 活动2：实验发现，原子序数大于83的元素都能自发地发出射线。如图乙，铅盒中的放射性物质发出的射线在磁场中分裂成三束，请问α、β、γ射线各有什么性质？ 提示：根据三种射线在磁场中的偏转情况可知：α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。 活动3：经研究发现，α射线就是氦原子核形成的α粒子流，β射线是接近光速的电子流，γ射线是波长小于10－10 m的电磁波。根据图丙所示的实验，三种射线的穿透能力有什么特点？ 提示：α射线穿透能力最弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强。 活动4：实验发现，元素是否发出射线与它是以单质还是化合物的形式存在无关，并且射线的强度不受温度、外界压强的影响。这说明了什么？ 提示：由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，这说明射线与核外电子无关，即射线来自原子核。这说明原子核内部是有结构的。 1．放射性的特点及研究意义 实验发现，如果一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质的形式存在，还是以化合物的形式存在，都具有放射性。放射性的强度不受温度、外界压强的影响。由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，这就说明射线与这些电子无关，也就是说，射线来自原子核。这说明原子核内部是有结构的。 2．α、β、γ三种射线的比较 种类 α射线 β射线 γ射线 组成 高速α粒子流(氦原子核) 高速电子流 光子流(高频电磁波) 电荷量 2e －e 0 速率 可达0.1c 可达0.99c c 穿透 能力 较弱，用一张纸就能挡住 较强，很容易穿透黑纸，不能穿透几毫米厚的铝片 最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土 电离 作用 很强 较弱 很弱 在电磁场中 偏转 偏转方向与α射线相反 不偏转 3.三种射线在电磁场中的运动 (1)垂直进入匀强电场中，γ射线不发生偏转，做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，如图甲所示。 　 (2)垂直进入匀强磁场中，γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，如图乙所示。 4．威耳逊云室是一种常用的射线探测装置，射线的电离作用越强，在云室中的径迹越清晰。 5．放射性同位素及其应用 (1)放射性同位素的分类 ①天然放射性同位素。 ②人工放射性同位素。 (2)人工放射性同位素的优势 ①放射强度容易控制。 ②半衰期短，废料易处理。 (3)放射性同位素的主要应用 ①利用它的射线 a．利用γ射线的穿透本领，可用γ射线探伤、测厚等。 b．利用α射线的电离作用，可消除有害静电。 c．利用γ射线对生物组织的物理和化学作用，可用来使种子发生变异，培育良种，灭菌消毒。 d．利用放射线的能量，在医疗上，常用以抑制甚至杀死病变组织；还可以轰击原子核，诱发核反应。 ②作示踪原子 a．在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求。 b．在工业上，检查输油管道上的漏油位置。 c．在生物医疗上，可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围。 d．近年来，有关生物大分子的结构及其功能的研究，几乎都要借助于示踪原子。 例1　天然放射现象通常会放出三种射线，即α射线、β射线、γ射线，关于这三种射线，以下说法正确的是(　　) A．云室中α射线径迹直而清晰，这是因为α射线具有较强的穿透能力 B．β射线是高速质子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝片 C．γ射线是能量很高的电磁波，在电场和磁场中都不偏转，难以用云室观察γ射线的径迹 D．用β射线照射带正电的验电器，则验电器的张角会变大 (1)三种射线的本质分别是什么？ 提示：α射线是氦原子核形成的α粒子流，β射线是高速电子流，γ射线是能量很高的电磁波。 (2)三种射线的电离本领、穿透能力分别是什么样的？ 提示：α粒子的电离作用较强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。β射线的电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，不能穿透几毫米厚的铝片。γ射线的电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。 [规范解答]　由于α粒子的电离本领大，在云室中α射线的径迹直而清晰，故A错误；β射线是高速电子流，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，不能穿透几毫米厚的铝片，故B错误；γ射线是能量很高的电磁波，因其不带电，所以在电场和磁场中都不偏转，且γ射线的电离本领很小，所以难以用云室观察γ射线的径迹，故C正确；β射线是高速电子流，用β射线照射带正电的验电器，电子与验电器中的正电荷先中和后累积，则验电器的张角会先变小后增大，故D错误。 [答案]　C 　三种射线的比较方法 (1)知道三种射线带电的性质，α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电。α射线、β射线是实物粒子流，而γ射线是光子流，属电磁波的一种。 (2)在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹来判断α和β射线，由于γ射线不带电，故运动轨迹一般为直线。 (3)α射线穿透能力较弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离作用相反。 [变式训练1]　如图所示，X为未知放射源，它向右方放出射线，p为一张厚度为0.5 mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是真空区域，内有较强磁场，q为荧光屏，h是观察装置。实验时，若将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，再将铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源X可能为(　　) A．α射线和β射线的混合放射源 B．α射线和γ射线的混合放射源 C．β射线和γ射线的混合放射源 D．α射线、β射线和γ射线的混合放射源 答案　B 解析　将强磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，说明磁场对穿过p的射线粒子没有影响，可知射到屏上的是不带电的γ射线；α射线穿透能力弱，无法穿透一张纸，β射线穿透能力较强，能穿透薄铝箔而不能穿透几毫米厚的铝片，γ射线穿透能力最强，能穿透几厘米厚的铅板，根据题意可知此放射源应是α射线和γ射线的混合放射源，故B正确。 探究　衰变　半衰期 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：在放射性现象中，一种元素蜕变为另一种元素的根本在于什么发生变化？ 提示：原子核电荷数发生变化，即原子核内的质子数发生变化。 活动2：甲、乙两图所示的原子核的这种变化称为衰变。观察两图并查阅原子序数，在衰变过程中什么物理量守恒？ 提示：铀238核的质量数为238，查表知其电荷数为92，α粒子的质量数为4，电荷数为2，产生的钍234核的质量数为234，查表知其电荷数为90；比较衰变前后的情况可知，α衰变前后电荷数和质量数守恒。对图乙的衰变做类似分析，注意到电子的质量远小于核子的质量，质量数可以看成0，也可得到相同结论。 活动3：用符号表示对应的原子核或粒子，用“→”表示原子核变化的方向，甲、乙两图所示的衰变应该如何用方程表示？ 提示：根据活动2可得：U―→Th＋He，Th―→Pa＋e。 活动4：2个质子和2个中子能十分紧密地结合在一起，在一定条件下会作为一个整体从较大的原子核中穿越出来，这就是α衰变。原子核里没有电子，推测β衰变中的电子来自哪里？ 提示：β衰变时质量数不变，即核子数不变，而新核的电荷数增加1，即质子数增加1，由此分析可知，应该是核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子被发射出来，这就是β衰变。 活动5：放射现象中的γ射线经常伴随α衰变和β衰变产生。查阅资料可知，原子核的能量与原子的能量一样，也存在能级，同样是能级越低越稳定。参阅玻尔的氢原子结构理论，猜想一下γ射线的来源？ 提示：原子核发生α衰变、β衰变时，蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于较高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的形式辐射出来，形成γ射线。 活动6：放射性同位素衰变的快慢有一定的规律，不同的放射性元素衰变快慢不同。如图丙是碘131的质量与初始质量之比随时间变化的图像，由图像可以总结出什么规律？ 提示：由图丙可知，经过8.07天，碘核剩余；再经过8.07天，剩余；经过第3个8.07天，剩余。由此可知，每经过8.07天，就有一半的碘核发生了衰变。可以用公式表示：＝。 1．原子核的衰变 (1)衰变类型 α衰变：X→Y＋He； β衰变：X→Y＋e。 (2)衰变规律：原子核衰变前、后电荷数和质量数均守恒。 (3)衰变的实质 ①α衰变：在一定条件下，原子核中的两个中子和两个质子会结合起来形成α粒子，并被释放出来，此时原子核就发生了α衰变。 ②β衰变：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，使核电荷数增加1。但β衰变不改变原子核的质量数。其转化方程是：n→H＋e。 ③γ射线的产生：原子核的能量与原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，同样是能级越低越稳定。放射性元素的原子核在发生α衰变、β衰变时，除了发射的粒子带走的能量外，产生的新核常常处于较高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的形式辐射出来。 当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。 2．半衰期 (1)半衰期的理解 放射性同位素衰变的快慢有一定的规律。半衰期被用来表示放射性元素衰变的快慢。放射性元素的原子核由于衰变而数目减少至原来一半所需的时间，叫作这种元素的半衰期。不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。 (2)半衰期的适用对象 衰变是微观世界里原子核的行为，而微观世界规律的特征之一在于“单个的微观事件是不可预测的”，例如对于一个特定的碘原子，我们只知道它发生衰变的概率，而不知道它将何时发生衰变。一个特定的碘核可能在下1 s就衰变，也可能在10 min之内衰变，也可能在200万年之后再衰变。然而可以对大量原子核的行为作出统计预测。例如，对于大量碘核，可以准确地预言在1 s后、10 min后，或200万年后，各会剩下百分之几没有衰变。放射性元素的半衰期，描述的就是这样的统计规律。 (3)半衰期的影响因素 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。例如，一种放射性元素，不管它是以单质的形式存在，还是与其他元素形成化合物，或者对它施加压力、提高温度，都不能改变它的半衰期。这是因为压力、温度或与其他元素的化合等，都不会影响原子核的结构。 例2　(多选)天然放射性元素Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成Pb(铅)。下列论断中正确的是(　　) A．衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变 B．铅核比钍核少8个质子 C．β衰变所放出的电子来自原子核外轨道 D．钍核比铅核多24个中子 (1)衰变后新核质量数减少是什么原因导致的？ 提示：α衰变引起的，β衰变不引起质量数的变化。 (2)如何确定β衰变次数？ 提示：α衰变次数x＝＝6，结合电荷数的变化情况再判断β衰变次数。 [规范解答]　由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为x＝＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数y应满足：2x－y＝90－82＝8，得y＝2x－8＝4，A正确；钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子，B正确，D错误；β衰变所放出的电子来自原子核内，C错误。 [答案]　AB 1．衰变次数的判断方法和技巧 (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。 (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)，然后根据电荷数变化确定β衰变的次数(α衰变一次减少2个质子，β衰变一次增加1个质子)。 2．半衰期公式：N＝N0，m＝m0，式中N0、m0表示衰变前的放射性元素的粒子数目和质量，N、m表示衰变后的尚未发生衰变的放射性元素的粒子数目和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 说明：放射性元素的衰变规律还可以表示为：N＝N0e－λt，m＝m0e－λt，式中的λ称为衰变常数，表示一个原子核在单位时间内发生衰变的概率。 由数学知识可知，描述衰变规律的两种方式是等效的，可以证明，λ＝。 [变式训练2－1]　某原子研究实验室发生放射性同位素泄漏事故。已知该元素的半衰期为3天，总放射量为人体最大允许量的8倍，则研究人员至少需等待几天后才能进入该实验室(　　) A．3天 B．6天 C．9天 D．24天 答案　C 解析　设放射性同位素的总量为N，则人体最大允许量为，半衰期为T＝3天，由半衰期公式可知N余＝N，故当N余＝时，可得＝3，故有t＝3T＝9天，即研究人员至少需等待9天后才能进入该实验室，C正确。 　碘131(I)治疗是临床上常用的一种治疗甲亢的方法，它是通过含有β射线的碘被甲状腺吸收，来破坏甲状腺组织，使甲状腺合成和分泌甲状腺激素水平减少来达到治愈甲亢的目的。已知碘131发生β衰变的半衰期为8天，则以下说法正确的是(　　) A．碘131的衰变方程为I→Xe＋e B．Xe核比I核多一个中子 C．32 g碘131样品，经16天后大约有8 g样品发生了β衰变 D．升高温度可能会缩短碘131的半衰期 答案　A 解析　原子核β衰变过程中放出电子，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，碘131的衰变方程为I→Xe＋e，故A正确；Xe核比I核少一个中子，故B错误；32 g碘131样品，经16天，即经过2个半衰期，由半衰期公式可知m余＝m＝8 g，即大约有8 g样品未发生衰变，衰变的质量为24 g，故C错误；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，因此升高温度不会影响原子核的半衰期，故D错误。 1．(天然放射现象)(多选)下列说法正确的是(　　) A．贝克勒尔最早发现天然放射现象 B．只有原子序数大于83的元素才能自发地发出射线 C．γ射线是一种电磁波，可见光也是电磁波，所以能看到γ射线 D．具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素 答案　AD 解析　原子序数小于或等于83的元素有一些也具有放射性，B错误；γ射线不可见，C错误；故选A、D。 2．(天然放射现象的意义)发现天然放射现象的意义在于使人类认识到(　　) A．原子具有一定的结构 B．原子核具有复杂的结构 C．原子核中含有质子 D．原子核中含有质子和中子 答案　B 解析　发现天然放射现象，使人类认识到原子核具有复杂的结构，A、C、D错误，B正确。 3．(衰变、半衰期)(多选)关于原子核的衰变和半衰期，下列说法正确的是(　　) A．α衰变是原子核释放出氦原子核，故衰变前的原子核内存在氦原子核 B．半衰期是指原子核总质量减半所需时间 C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制 D．γ射线经常伴随α射线和β射线产生 答案　CD 解析　在一定条件下，2个中子和2个质子会结合起来形成α粒子，从较大的原子核中释放出来，这就是α衰变的原理，衰变前的原子核内没有氦原子核，A错误；半衰期是指原子核数衰变一半所需的时间，B错误；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，不可人为控制，C正确；α衰变和β衰变产生的新核处于较高能级，向低能级跃迁会产生γ射线，所以γ射线经常是伴随着α射线和β射线产生的，D正确。 4．(原子核的衰变)原子核X经过一次α衰变成为原子核Y，原子核Y再经一次β衰变成为原子核Z，则下列说法中正确的是(　　) A．核X的中子数比核Z的中子数多2 B．核X的质子数比核Z的质子数多5 C．核Z的质子数比核X的质子数少1 D．原子核X的中性原子的核外电子数比原子核Y的中性原子的核外电子数少1 答案　C 解析　根据衰变规律，发生一次α衰变减少两个质子和两个中子，发生一次β衰变减少一个中子而增加一个质子。中性原子的核外电子数等于质子数。故A、B、D错误，C正确。 5．(三种射线)(多选)在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会放射出α、β、γ射线，这些射线会导致某些疾病。根据有关放射性知识可知，下列说法中符合实际情况的是(　　) A．α射线的电离本领最强，穿透能力最弱 B．γ射线的运动速度最快，电离本领最弱 C．金属铀有放射性，二氧化铀没有放射性 D．β射线是原子核外电子电离形成的电子流 答案　AB 解析　三种射线中的α射线电离本领最强，穿透能力最弱，γ射线运动速度最快，电离本领最弱，故A、B正确；放射性与元素的化学状态无关，故C错误；β射线是原子核内发射出来的电子流，故D错误。 6．(半衰期)磷32是磷的一种放射性同位素，在农业研究中常用作示踪原子。将含磷31的材料置于反应堆中辐射，反应产生的磷32会混于稳定的磷31中。如果将该材料取出，研究发现磷31和磷32的含量相等，28天后磷32的含量占磷元素总量的20%，则磷32的半衰期为(　　) A．28天 B．14天 C．7天 D．3.5天 答案　B 解析　根据题意，设开始磷31和磷32的质量均为m，衰变后磷32的质量为m′，根据题意有＝20%，解得m′＝m，根据半衰期定义有m′＝m·，其中t＝28天，联立可得τ＝14天，即磷32的半衰期为14天，故B正确。 7．(衰变、半衰期)核电池又叫“放射性同位素电池”，它是通过半导体换能器将同位素在衰变过程中放出的射线转变为电能而制造成的。核电池已成功地用作航天器的电源、心脏起搏器电源和一些特殊军事用途。已知“嫦娥四号”上有一块备用的核燃料电池，核燃料为Pu，其半衰期为88年，Pu的衰变方程为Pu→X＋Y，下列说法正确的是(　　) A．Pu核比X核多4个中子 B．该元素衰变的速度随所处环境的压强和温度的变化而发生变化 C．8个Pu原子核经过352年一定还剩1个 D．该衰变的类型为α衰变，其实质是原子核内部两个质子和两个中子结合成一个α粒子从原子核中放射出来 答案　D 解析　衰变过程质量数守恒和电荷数守恒，则94＝m＋2，238＝234＋n，可知m＝92，n＝4，故Pu的中子数为238－94＝144，X的中子数为234－92＝142，Pu核比X核多2个中子，A错误；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，而与原子所处的化学状态和外部条件没有关系，B错误；衰变规律是统计规律，只适用于大量原子核，对少数原子核不适用，不能由半衰期推算少数原子核发生衰变的时间，C错误；由A项分析知，Y为He，即该衰变的类型为α衰变，α粒子从原子核中射出，D正确。 8．(原子核的衰变)自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态。某些原子核的衰变情况如图所示(N表示中子数，Z表示质子数)，则下列说法正确的是(　　) A．由Ra到Ac的衰变是α衰变 B．已知Ra的半衰期是T，则10 gRa原子核经过2T时间后还剩2.5 g物质 C．从Th到Pb共发生5次α衰变和2次β衰变 D．图中原子核发生的α衰变和β衰变分别只能产生α射线和β射线 答案　C 解析　根据质量数守恒和电荷数守恒可得，由Ra到Ac的衰变方程为Ra→Ac＋e，即为β衰变，故A错误；Ra的半衰期是T，则10 gRa原子核经过2T时间后还剩2.5 g的Ra，但剩余的物质中还有衰变新产生的核，所以剩余物质的质量大于2.5 g，故B错误；设从Th到Pb发生x次α衰变，y次β衰变，根据质量数守恒可得228－4x＝208，由电荷数守恒可得90＋y－2x＝82，联立可得x＝5，y＝2，即共发生5次α衰变和2次β衰变，故C正确；图中原子核发生α衰变和β衰变时，往往伴随γ射线产生，故D错误。 9．(综合)(多选)正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素O注入人体，O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像。则根据PET原理判断下列表述正确的是(　　) A. O在人体内的衰变方程是O―→N＋e B．正、负电子湮灭方程是e＋e―→2γ C．在PET中，O主要用途是作为示踪原子 D．在PET中，O主要用途是参与人体的新陈代谢 答案　ABC 解析　由题意知，A、B正确；显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化成的γ光子，因此O主要用途是作为示踪原子，故C正确，D错误。 10．(衰变、半衰期)在某种有生命的动物体内，每克动物活体大约有500亿个碳14原子，其中每小时有600个碳14发生β衰变。在某次考古中发现了该种动物的遗骸，取该遗骸样本2 g，利用粒子计数器测量出该遗骸样本中每小时碳14的衰变个数为300个，已知碳14的半衰期为5730年，则下列说法正确的是(　　) A．碳14衰变方程为C→e＋N B．碳14发生β衰变产生的电子来源于核外电子 C．该遗骸距今大约5730年 D．伴随碳14衰变释放的γ光子是处于高能级的碳14核向低能级跃迁时产生的 答案　A 解析　碳14发生β衰变产生电子，根据电荷数守恒和质量数守恒，衰变方程为C→e＋N，故A正确；碳14发生β衰变是由原子核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，电子来源于原子核内部，故B错误；由题意可知，每克活体内每小时有600个碳14发生β衰变，而每克遗骸中每小时有150个碳14发生β衰变，衰变的原子数为原来的，可估测经历了两个半衰期，距今约t＝2T＝11460年，故C错误；衰变过程释放的γ光子是由于衰变产生的新核N由高能级向低能级跃迁时产生的，故D错误。 11．(三种射线)α、β和γ射线穿透物质的能力是不同的，为把辐射强度减到一半，所需铝板的厚度分别为0.0005 cm、0.05 cm和8 cm。工业部门可以使用射线来测厚度。如图所示，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱。因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对钢板的厚度进行自动控制。如果钢板的厚度需要控制为5 cm，请推测测厚仪使用的射线是(　　) A．α射线 B．β射线 C．γ射线 D．可见光 答案　C 解析　钢和铝都是金属，根据题意可知，为把α射线、β射线、γ射线的辐射强度减到一半，所需钢板的厚度分别约为远小于1毫米、略小于1毫米、几厘米，所以为了能够准确测量5 cm厚钢板的厚度，探测射线应该用γ射线，故A、B、D错误，C正确。 12．(三种射线)(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，下图中正确表示射线偏转情况的是(　　) 答案　AD 解析　已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知A、B、C、D四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径r＝，代入数据，得α粒子与β粒子的轨道半径之比为＝··≈××≈，由此可见，A正确，B错误。带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，平行电场线方向位移为y，则有x＝v0t，y＝·t2，消去t可得y＝，对某一确定的x值，α、β粒子平行电场线偏转的距离之比为＝··≈××≈，由此可见，C错误，D正确。 13．(综合)(多选)“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲间接证明了中微子的存在。一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，且俘获电子的速度可忽略不计，衰变为子核并放出中微子，下列说法正确的是(　　) A．母核的质量数等于子核的质量数 B．母核的电荷数大于子核的电荷数 C．子核的动量与中微子的动量相同 D．子核的动能大于中微子的动能 答案　AB 解析　原子核衰变时电荷数守恒，质量数守恒，母核俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，所以子核的电荷数比母核小1，质量数不变，A、B正确；子核的动量与中微子的动量大小相等，方向相反，C错误；由Ek＝知，动量大小相等的两粒子，质量大的动能小，因子核的质量比中微子大，所以子核的动能比中微子小，D错误。 14.(综合)(多选)云室能显示射线的径迹，把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性。天然放射性元素A的原子核静止放在匀强磁场中发生衰变，放射出粒子B并变成新原子核C，放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示。下列说法正确的是(　　) A．原子核衰变后，粒子B和新原子核C在磁场中运动方向相同 B．放射性元素A原子核发生的是α衰变 C．磁场方向一定垂直纸面向外 D．新原子核C在匀强磁场中运动的轨迹半径为R2 答案　BD 解析　衰变中满足动量守恒，因初动量为零，故衰变后粒子B和新原子核C动量大小相等，在放射性元素A原子核原来静止的位置两者的速度方向相反，A错误；由题图知两轨迹为外切圆，在两轨迹切点位置粒子B和新原子核C所受的洛伦兹力方向相反，故粒子B与新原子核C的电性相同，均带正电，故发生的是α衰变，B正确；由洛伦兹力提供向心力有qvB＝m，解得r＝，α粒子电荷量较小，轨道半径较大，应为R1，新原子核C在匀强磁场中运动的轨迹半径较小，应为R2，D正确；若磁场方向垂直纸面向里，则新原子核及α粒子均沿逆时针方向运动，若磁场方向垂直纸面向外，则新原子核及α粒子均沿顺时针方向运动，都能符合题意，C错误。 [名师点拨]　两类衰变后粒子在磁场中的运动径迹 静止核在磁场中发生衰变，其轨迹为两相切圆，α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切，根据动量守恒定律m1v1＝m2v2和r＝知，半径小的为新核的运动轨迹，半径大的为α粒子或β粒子的运动轨迹，其特点对比如下表。 α衰变 X→Y＋He 两圆外切，α粒子的运动轨迹半径大 β衰变 X→Y＋e 两圆内切，β粒子的运动轨迹半径大 15．(放射性同位素的应用)为了临床测定病人血液的体积，可根据磷酸盐在血液中被红血球吸收这一事实，向病人体内输入适量含有P作示踪原子的血液。先将含有P的血液4 cm3分为两等份，其中一份留作标准样品，20 min后测量出其放射性强度为10800 s－1；另一份则通过静脉注射进入病人体内，经20 min后，放射性血液分布于全身，再从病人体内抽出血液样品2 cm3，测出其放射性强度为5 s－1，则病人的血液体积大约为多少？ 答案　4320 cm3 解析　由于标准样品与输入体内的P的总量是相等的，因此两者的放射性强度与P原子核的总数均是相等的。设病人血液总体积为V，应有×V＝10800 s－1，解得V＝4320 cm3。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$