5.2 放射性元素的衰变-【无畏物理】2024-2025学年高二物理同步学案（人教版2019选择性必修三）

高中物理 选择性必修三 第五章 原子核 5.2 放射性元素的衰变 原子核的衰变 知识点一 1．定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。 2．衰变分类 (1)α衰变：放出α粒子的衰变。X→Y＋He。 (2)β衰变：放出β粒子的衰变。X→Y＋e。 3．衰变规律： (1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。 (2)任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有α放射性又有β放射性，而γ射线伴随α衰变或β衰变产生。 说明：原子核衰变时质量数守恒，但不是质量守恒，有质量减少(也叫质量亏损)。 4．衰变实质 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较大的原子核中抛射出来，产生α衰变。转化方程为2n＋2H→He。 β衰变：原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来。 转化方程为n→H＋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 (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。 半衰期 知识点二 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。 (1)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。不同的放射性元素，半衰期不同。 (2)应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度来推断时间。 说明：半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义。 1．对半衰期的理解：半衰期表示放射性元素衰变的快慢。 2．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余表示衰变后的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。 3．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核。 核反应方程 知识点三 1．核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。 2．特点：在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒。 3．原子核人工转变的三大发现： ①1919年卢瑟福发现质子的核反应：N＋He→O＋H。 ②1932年查德威克发现中子的核反应：Be＋He→C＋n。 ③1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：Al＋He→P＋n；P→Si＋e。 4．人工转变核反应与衰变的比较 ①不同点：原子核的人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理和化学条件的影响。 ②相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒。 放射性同位素的应用与安全 知识点三 1． 放射性同位素：很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素。 2． 人工放射性同位素的优点： ①放射强度容易控制。 ②可以制成各种所需的形状。 ③半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理。因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素。 3．放射性同位素的应用： (1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性； (2)医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。 (3)农业应用——利用γ射线使种子基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等； (4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。 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。 对原子核衰变的理解 考点一 【例1.1】(多选)下列说法中正确的是(　BD　) A．β衰变放出的电子来自组成原子核的电子 B．β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子 C．α衰变说明原子核中含有α粒子 D．γ射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波 [解析：原子核发生β衰变中放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的电子，故A错误；B正确；α射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时两个中子和两个质子结合在一起而从原子核中释放出来，C错误；γ射线总是伴随着其他衰变发生，它的本质是电磁波，故D正确。] 【例1.2】(多选)原子核U经放射性衰变①变为原子核Th，继而经放射性衰变②变为原子核Pa，再经放射性衰变③变为原子核U。下列选项正确的是(　ABC　) A．①是α衰变　　　 B．②是β衰变 C．③是β衰变 D．③是γ衰变 [解析：U Th，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变，A正确；ThPa，质子数加1，质量数不变，说明②为β衰变，中子转化成质子，B正确；PaU，质子数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子，C正确，D错误。] 【练习1.1】(多选)一个原子核发生衰变时，下列说法中正确的是(　ABD　) A．总质量数保持不变 B．核子数保持不变 C．变化前后质子数保持不变 D．总动量保持不变 [解析：衰变过程中质量数守恒，又质量数等于核子数，故衰变过程中核子数不变，A、B正确；发生β衰变时，质子数增加中子数减少，C错误；由动量守恒的条件知D正确。] 【练习1.2】(多选)原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线。这些射线共有三种：α射线、β射线和γ射线。下列说法中正确的是(　AD　) A．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少2 B．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4 C．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1 D．原子核每放出一个β粒子，原子序数增加1 [解析：发生一次α衰变，核电荷数减少2，质量数减少4，原子序数减少2；发生一次β衰变，核电荷数、原子序数增加1，故A、D正确。] 【练习1.3】第118号元素的原子核先放出3个相同的粒子x，再连续经过3次α衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，则上述过程中的粒子x是(　A　) A．中子　　　　　 B．质子 C．电子 D．α粒子 [解析：发生3次α衰变，质量数减少12，核电荷数减少了6，可见，先放出的三个粒子的电荷数是0，A正确。] 【练习1.4】(多选)元素X是Y的同位素，分别进行下列衰变过程：XPQ，YRS。则下列说法正确的是(　AC　) A．Q与S是同位素 B．X与R原子序数相同 C．R比S的中子数多2 D．R的质子数少于上述任何元素 [解析：上述变化过程为：XP，YRS，由此可知，Q与S为同位素，R比S多两个中子，比X多一个质子，故A、C正确，B、D错误。] 半衰期的理解与应用 考点二 【例2.1】新发现的一种放射性元素X，它的氧化物X2O的半衰期为8天，X2O与F发生化学反应2X2O＋2F2===4XF＋O2之后，XF的半衰期为(　C　) A．2天　 B．4天 C．8天 D．16天 [解析：放射性元素的衰变快慢由原子核内部的自身因素决定，与原子的化学状态无关，故半衰期仍为8天，A、B、D错误，C正确。] 【练习2.1】(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年。已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是(　AC　) A．该古木的年代距今约5 700年 B．12C、13C、14C具有相同的中子数 C．14C衰变为14N的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变 [解析：古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年，选项A正确；同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B错误；14C的衰变方程为C→N＋e，所以此衰变过程放出β射线，选项C正确；放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误。] 【练习2.2】(多选)在下列关于近代物理知识的说法中，正确的是(　AD　) A．氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能量增大 B．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流 C．铀元素的半衰期为T，当温度发生变化时，铀元素的半衰期也发生变化 D．查德威克发现了中子，其核反应方程为：Be＋He→C＋n [解析：氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，吸收了能量，所以原子的能量增大，A正确；β射线是从原子核辐射出来的，不是原子外层电子电离出来的，B错误；半衰期不随外界因素的变化而变化，C错误；D符合物理学事实，D正确。] 【练习2.3】科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26。铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为→+Y。下列说法正确的是（ C ） A．Y是氦核 B．Y是质子 C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半 D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变 [解析：由质量数守恒与电荷数守恒可知，核反应方程→+Y中的Y是，即正电子，选项A、B均错误；由铝26的半衰期为72万年可知，再经过72万年，现有的铝26原子核有一半发生衰变，然后再经过72万年(即经过144万年)，现有的铝26原子核还有四分之一未发生衰变，而不是全部发生衰变，C正确，D错误。] 【练习2.4】氚核是最简单的放射性原子核，发生β衰变时的半衰期为12.4年，下列说法正确的是（ C ） A．氚核衰变形成的新核是 B．氚核衰变放出的β射线是高速电子流，源于核外电子 C．氚核衰变生成的新核平均核子质量小于氚核的平均核子质量 D．10个氚核经过12.4年，一定有5个发生了衰变 [解析：β衰变放射出电子，根据质量数与核电荷数守恒，可知氚发生β衰变的衰变方程为→+，衰变生成的新核是，A错误；β衰变的实质是中子转化为一个质子，同时生成一个电子，B错误；氘核发生β衰变的过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，生成物总质量减小，故新核总质量减小，质量数不变，所以新核平均核子质量减小，C正确；半衰期是大量放射性原子核衰变的统计规律，对少量的原子核无意义，D错误。] 【练习2.5】银河系中存在大量的铝同位素。核β+衰变的衰变方程为：→+，测得核的半衰期为72万年。下列说法正确的是（ C ） A．核的质量等于核的质量 B．核的中子数大于核的中子数 C．将铝同位素放置在低温低压的环境中，其半衰期不变 D．银河系中现有的铝同位素将在144万年后全部衰变为 [解析：核反应中有质量亏损，生成物的总质量小于反应物的总质量，可知铝核的质量大于镁核的质量，选项A错；和中子数分别为13和14，选项B错；半衰期只与原子核本身有关，与所处化学状态和外部条件无关，选项C对；144万年为的2个半衰期，还剩余的铝同位素没有发生衰变，选项D错。] 【例2.2】（选讲）元素X发生衰变时只能发生一种核反应，核反应方程为，在一物体内含有大量的X和Y原子，用表示Y元素的原子数与X、Y原子总数的比值，作出的-t图象如图所示，则X的半衰期约为（ A ） A．100年 B．200年 C．300年 D．400年 [解析：开始时Y原子数与X原子数各占一半；设初始状态X与Y原子各有a个，期间有n个X衰变成Y，有，解得，由半衰期定义可知此过程中共经历2个半衰期，A正确。] 【练习2.6】（选讲）一块氡222放在天平的左盘时，需要天平的右盘加444 g砝码，天平才能处于平衡，氡222发生α衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为(　D　) A．222 g B．8 g C．2 g D．4 g [解析：原有氡222共444 g，经过一个半衰期后有222 g氡发生衰变，其衰变方程为→＋He，但是衰变后生成的钋218还在左盘，也就是说，经过一个半衰期只有4 g的α粒子从左盘放射出去，因此欲使天平再次平衡，右盘中只需取出4 g砝码。故A、B、C错误，D正确。] 【练习2.7】（半衰期计算）钾氩定年法是分析岩石矿物形成年代的方法之一。若某密闭容器中有3.35g的和20g的，已知发生衰变时有11%衰变为，有89%衰变为，的半衰期为1.25×109年，和稳定，经历n年后，容器中的和质量相等，则n为（ D ） A．6.25×10⁸ B．1.25×109 C．1.75×109 D．2.5×109 [解析：设经历n年后有质量为m的发生衰变，则有20g-m=3.35 g+0.11m,解得m=15g，即有15g的发生衰变，经历了两个半衰期，D正确。] 核反应方程 考点三 【例3.1】U核经一系列的衰变后变为Pb核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)Pb与U相比，质子数和中子数各少了多少？ (3)综合写出这一衰变过程的方程。 [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 ① 92＝82＋2x－y ② 联立①②解得x＝8，y＝6，即一共经过8次α衰变和6次β衰变。 (2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，故Pb较U质子数少10，中子数少22。 (3)衰变方程为U→Pb＋8He＋6e。] 【例3.2】完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的。 (1)B＋He→N＋(　　) (2)Be＋(　　)→C＋n (3)Al＋(　　)→Mg＋H (4)N＋He→O＋(　　) (5)Na＋(　　)→Na＋H (6)Al＋He→n＋(　　)；P→Si＋(　　) [解析：(1)B＋He→N＋n (2)Be＋He→C＋n，由此核反应使查德威克首次发现了中子。 (3)Al＋n→Mg＋H (4)N＋He→O＋H，此核反应使卢瑟福首次发现了质子。 (5)Na＋H→Na＋H (6)Al＋He→n＋P；P→Si＋e(正电子)，此核反应使约里奥—居里夫妇首次发现了正电子。] 【练习3.1】放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为Th→Rn＋xα＋yβ，其中(　D　) A．x＝1，y＝3 B．x＝2，y＝3 C．x＝3，y＝1 D．x＝3，y＝2 [解析：根据衰变方程左右两边的质量数和电荷数守恒可得方程组解得x＝3，y＝2.故答案为D.] 【练习3.2】(多选)以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋Li→2y　y＋N→x＋O　 y＋Be→z＋C，x、y和z是3种不同的粒子，下列说法正确的是(　BCD　) A．x为α粒子　　 B．x为质子 C．y为α粒子 D．z为中子 [解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x为质子H，y为He核即α粒子，z为中子n，B、C、D正确。] 【练习3.3】有一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能。下面有关该电池的说法正确的是(　A　) A．镍63的衰变方程是Ni→Cu＋e B．镍63的衰变方程是Ni→Cu＋e C．外接负载时镍63的电势比铜片低 D．该电池内电流方向是从镍片到铜片 [解析：镍63的衰变方程为Ni→e＋Cu，选项A正确，B错误；电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，选项C、D错误。] 【练习3.4】(多选)一个质子以1.0×107 m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核。已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列说法正确的是(　AC　) A．核反应方程为Al＋H→Si B．核反应方程为Al＋n→Si C．质子撞铝原子核的过程动量守恒 D．硅原子核速度的数量级为107 m/s，方向跟质子的初速度方向一致 [解析：由核反应中电荷数和质量数守恒可知，选项A正确，B错误；由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为105 m/s，选项D错误，C正确。] 放射性同位素的应用 考点四 【例4.1】有关放射性同位素P的下列说法，正确的是(　D　) A．P与X互为同位素 B．P与X有相同的化学性质 C．用P制成化合物后它的半衰期变长 D．含有P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响 [解析：同位素应具有相同的质子数，P和X不是同位素，不具有相同的化学性质，A、B错误；元素的半衰期与其所处的状态无关，C错误；放射性同位素可作为示踪原子，D正确。] 【练习4.1】(多选)关于放射性的应用，下列说法正确的是(　ACD　) A．利用α射线使空气电离，把静电荷导走 B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加 C．利用γ射线来治疗肺癌、食道癌等疾病 D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子 [解析：α射线的电离作用很强，利用α射线的电离作用，A正确；γ射线对生物具有物理、化学作用，照射种子可使基因变异，可用于放射性治疗，β射线不具有生物作用，B错误，C正确；同位素的核外电子数相同，化学性质相同，放射性同位素带有“放射性标记”，可用探测器探测，D正确。] 【练习4.2】(多选)关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有(　BD　) A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的 B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤 C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种 D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害 [解析：利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电泄出，A错误；利用γ射线的穿透性可以为金属探伤，γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，B、D正确；DNA变异并不一定都是有益的，C错误。] 【练习4.3】(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子(　BD　) A．γ射线探伤仪 B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况 C．利用钴60治疗肿瘤等疾病 D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律 [解析：A是利用了γ射线的穿透性，A错误；C利用了γ射线的生物作用，C错误；B、D是利用示踪原子。] 课后巩固 1．【难度2】(多选)关于天然放射现象，以下叙述正确的是(　CD　) A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大 B．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的 C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强 D．铀核衰变为铅核的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变 [解析：半衰期与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度升高，其半衰期将不变，故A错误；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化为质子而放出的电子，故B错误；在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故C正确；铀核(U)衰变为铅核(Pb)的过程中，每经一次α衰变质子数少2，质量数少4；而每经一次β衰变质子数增1，核子数不变；由质量数和核电荷数守恒，要经过8次α衰变和6次β衰变，故D正确。] 2．【难度2】关于天然放射现象，下列说法正确的是(　B　) A．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期 B．放射性元素的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线 C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变 D．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强 [解析：放射性元素的半衰期是有一半该元素的原子核发生衰变所用的时间，故A错误；放射性元素的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线，故B正确；β衰变的实质是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，而当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时将向低能级跃迁，不是发生衰变，故C错误；α粒子动能很大，但是贯穿物质的本领很弱，故D错误。] 3．【难度2】碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天。 (1)碘131核的衰变方程：I→__________(衰变后的元素用X表示)。 (2)经过________天75%的碘131核发生了衰变。 [解析：(1)I→X＋e (2)75%的碘发生了衰变，即25%的未衰变。即＝25%＝＝，共经历了两个半衰期即16天。] 4．【难度2.5】原子核的放射性在众多领域中有着重要作用，下列属于放射性元素衰变的是（ A ） A.→+ B.+→++2 C.+→+ D.+→+ [解析：A选项为α衰变，A项正确；B选项为铀核的裂变，B项错；C选项为氢核的聚变，C项错；D选项为原子核的人工转变，D项错。] 5．【难度2.5】发展核能是获取清洁能源的重要方向之一。关于核反应下列说法正确的是（ B ） A.+X→中X为 B.+→x+中x=2 C.+→+属于β衰变 D.+→++3中y=86 [解析：根据核反应遵循电荷数守恒与质量数守恒，可知A选项中X为，B选项中x=2，D选项中y=89，AD错误，B正确；+→+属于轻核聚变，C错误。] 6．【难度3】查德威克在用X粒子轰击铍核的实验中发现了中子，解决了物理学家在原子研究中遇到的难题，使原子物理研究取得了一项突破性进展。下列核反应方程中，产生的未知粒子(X₁、X₂、X₃、X₄)不是X粒子的是（ B ） A.→+X1 B.→+X₂ C.+→X₃+ D.2→X₄ [解析：查德威克通过α粒子轰击铍核的实验发现了中子，根据核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒判断出X₁、X₃、X₄是α粒子，X₂()不是a粒子，选项B符合题意。] 7．【难度3】2021年10月12日，物理学家组织网报道，一国际物理学家团队对中子的“寿命”开展了迄今最精确的测量，精确度提高了两倍多，这项研究有助揭示宇宙的演化历程并为发现新物理现象提供证据。下列核反应方程中X1、X₂、X₃、X₄代表中子的是（ A ） A.+→X₁+ B.+→X₂+ C.+→X₃+ D.→X₄+ [解析：根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒可知X1为中子。] 学科网（北京）股份有限公司 $$ 高中物理 选择性必修三 第五章 原子核 5.2 放射性元素的衰变 原子核的衰变 知识点一 1．定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。 2．衰变分类 (1)α衰变：放出α粒子的衰变。X→Y＋He。 (2)β衰变：放出β粒子的衰变。X→Y＋e。 3．衰变规律： (1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。 (2)任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有α放射性又有β放射性，而γ射线伴随α衰变或β衰变产生。 说明：原子核衰变时质量数守恒，但不是质量守恒，有质量减少(也叫质量亏损)。 4．衰变实质 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较大的原子核中抛射出来，产生α衰变。转化方程为2n＋2H→He。 β衰变：原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来。 转化方程为n→H＋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 (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。 半衰期 知识点二 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。 (1)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。不同的放射性元素，半衰期不同。 (2)应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度来推断时间。 说明：半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义。 1．对半衰期的理解：半衰期表示放射性元素衰变的快慢。 2．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余表示衰变后的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。 3．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核。 核反应方程 知识点三 1．核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。 2．特点：在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒。 3．原子核人工转变的三大发现： ①1919年卢瑟福发现质子的核反应：N＋He→O＋H。 ②1932年查德威克发现中子的核反应：Be＋He→C＋n。 ③1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：Al＋He→P＋n；P→Si＋e。 4．人工转变核反应与衰变的比较 ①不同点：原子核的人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理和化学条件的影响。 ②相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒。 放射性同位素的应用与安全 知识点三 1． 放射性同位素：很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素。 2． 人工放射性同位素的优点： ①放射强度容易控制。 ②可以制成各种所需的形状。 ③半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理。因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素。 3．放射性同位素的应用： (1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性； (2)医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。 (3)农业应用——利用γ射线使种子基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等； (4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。 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。 对原子核衰变的理解 考点一 【例1.1】(多选)下列说法中正确的是(　 　) A．β衰变放出的电子来自组成原子核的电子 B．β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子 C．α衰变说明原子核中含有α粒子 D．γ射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波 【例1.2】(多选)原子核U经放射性衰变①变为原子核Th，继而经放射性衰变②变为原子核Pa，再经放射性衰变③变为原子核U。下列选项正确的是(　 ) A．①是α衰变　　　 B．②是β衰变 C．③是β衰变 D．③是γ衰变 【练习1.1】(多选)一个原子核发生衰变时，下列说法中正确的是(　 　) A．总质量数保持不变 B．核子数保持不变 C．变化前后质子数保持不变 D．总动量保持不变 【练习1.2】(多选)原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线。这些射线共有三种：α射线、β射线和γ射线。下列说法中正确的是(　 　) A．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少2 B．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4 C．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1 D．原子核每放出一个β粒子，原子序数增加1 【练习1.3】第118号元素的原子核先放出3个相同的粒子x，再连续经过3次α衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，则上述过程中的粒子x是(　 　) A．中子　　　　　 B．质子 C．电子 D．α粒子 【练习1.4】(多选)元素X是Y的同位素，分别进行下列衰变过程：XPQ，YRS。则下列说法正确的是(　 　) A．Q与S是同位素 B．X与R原子序数相同 C．R比S的中子数多2 D．R的质子数少于上述任何元素 半衰期的理解与应用 考点二 【例2.1】新发现的一种放射性元素X，它的氧化物X2O的半衰期为8天，X2O与F发生化学反应2X2O＋2F2===4XF＋O2之后，XF的半衰期为(　 　) A．2天　 B．4天 C．8天 D．16天 【练习2.1】(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年。已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是(　 　) A．该古木的年代距今约5 700年 B．12C、13C、14C具有相同的中子数 C．14C衰变为14N的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变 【练习2.2】(多选)在下列关于近代物理知识的说法中，正确的是(　 　) A．氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能量增大 B．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流 C．铀元素的半衰期为T，当温度发生变化时，铀元素的半衰期也发生变化 D．查德威克发现了中子，其核反应方程为：Be＋He→C＋n 【练习2.3】科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26。铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为→+Y。下列说法正确的是（ ） A．Y是氦核 B．Y是质子 C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半 D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变 【练习2.4】氚核是最简单的放射性原子核，发生β衰变时的半衰期为12.4年，下列说法正确的是（ ） A．氚核衰变形成的新核是 B．氚核衰变放出的β射线是高速电子流，源于核外电子 C．氚核衰变生成的新核平均核子质量小于氚核的平均核子质量 D．10个氚核经过12.4年，一定有5个发生了衰变 【练习2.5】银河系中存在大量的铝同位素。核β+衰变的衰变方程为：→+，测得核的半衰期为72万年。下列说法正确的是（ ） A．核的质量等于核的质量 B．核的中子数大于核的中子数 C．将铝同位素放置在低温低压的环境中，其半衰期不变 D．银河系中现有的铝同位素将在144万年后全部衰变为 【例2.2】（选讲）元素X发生衰变时只能发生一种核反应，核反应方程为，在一物体内含有大量的X和Y原子，用表示Y元素的原子数与X、Y原子总数的比值，作出的-t图象如图所示，则X的半衰期约为（ ） A．100年 B．200年 C．300年 D．400年 【练习2.6】（选讲）一块氡222放在天平的左盘时，需要天平的右盘加444 g砝码，天平才能处于平衡，氡222发生α衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为(　 　) A．222 g B．8 g C．2 g D．4 g 【练习2.7】（半衰期计算）钾氩定年法是分析岩石矿物形成年代的方法之一。若某密闭容器中有3.35g的和20g的，已知发生衰变时有11%衰变为，有89%衰变为，的半衰期为1.25×109年，和稳定，经历n年后，容器中的和质量相等，则n为（ ） A．6.25×10⁸ B．1.25×109 C．1.75×109 D．2.5×109 核反应方程 考点三 【例3.1】U核经一系列的衰变后变为Pb核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)Pb与U相比，质子数和中子数各少了多少？ (3)综合写出这一衰变过程的方程。 【例3.2】完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的。 (1)B＋He→N＋(　　) (2)Be＋(　　)→C＋n (3)Al＋(　　)→Mg＋H (4)N＋He→O＋(　　) (5)Na＋(　　)→Na＋H (6)Al＋He→n＋(　　)；P→Si＋(　　) 【练习3.1】放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为Th→Rn＋xα＋yβ，其中(　 　) A．x＝1，y＝3 B．x＝2，y＝3 C．x＝3，y＝1 D．x＝3，y＝2 【练习3.2】(多选)以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋Li→2y　y＋N→x＋O　 y＋Be→z＋C，x、y和z是3种不同的粒子，下列说法正确的是(　 　) A．x为α粒子　　 B．x为质子 C．y为α粒子 D．z为中子 【练习3.3】有一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能。下面有关该电池的说法正确的是(　 　) A．镍63的衰变方程是Ni→Cu＋e B．镍63的衰变方程是Ni→Cu＋e C．外接负载时镍63的电势比铜片低 D．该电池内电流方向是从镍片到铜片 【练习3.4】(多选)一个质子以1.0×107 m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核。已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列说法正确的是(　 　) A．核反应方程为Al＋H→Si B．核反应方程为Al＋n→Si C．质子撞铝原子核的过程动量守恒 D．硅原子核速度的数量级为107 m/s，方向跟质子的初速度方向一致 放射性同位素的应用 考点四 【例4.1】有关放射性同位素P的下列说法，正确的是(　 　) A．P与X互为同位素 B．P与X有相同的化学性质 C．用P制成化合物后它的半衰期变长 D．含有P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响 【练习4.1】(多选)关于放射性的应用，下列说法正确的是(　 　) A．利用α射线使空气电离，把静电荷导走 B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加 C．利用γ射线来治疗肺癌、食道癌等疾病 D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子 【练习4.2】(多选)关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有(　 　) A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的 B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤 C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种 D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害 【练习4.3】(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子(　 　) A．γ射线探伤仪 B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况 C．利用钴60治疗肿瘤等疾病 D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律 课后巩固 1．【难度2】(多选)关于天然放射现象，以下叙述正确的是(　 ) A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大 B．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的 C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强 D．铀核衰变为铅核的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变 2．【难度2】关于天然放射现象，下列说法正确的是(　 　) A．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期 B．放射性元素的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线 C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变 D．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强 3．【难度2】碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天。 (1)碘131核的衰变方程：I→__________(衰变后的元素用X表示)。 (2)经过________天75%的碘131核发生了衰变。 4．【难度2.5】原子核的放射性在众多领域中有着重要作用，下列属于放射性元素衰变的是（ ） A.→+ B.+→++2 C.+→+ D.+→+ 5．【难度2.5】发展核能是获取清洁能源的重要方向之一。关于核反应下列说法正确的是（ ） A.+X→中X为 B.+→x+中x=2 C.+→+属于β衰变 D.+→++3中y=86 6．【难度3】查德威克在用X粒子轰击铍核的实验中发现了中子，解决了物理学家在原子研究中遇到的难题，使原子物理研究取得了一项突破性进展。下列核反应方程中，产生的未知粒子(X₁、X₂、X₃、X₄)不是X粒子的是（ ） A.→+X1 B.→+X₂ C.+→X₃+ D.2→X₄ 7．【难度3】2021年10月12日，物理学家组织网报道，一国际物理学家团队对中子的“寿命”开展了迄今最精确的测量，精确度提高了两倍多，这项研究有助揭示宇宙的演化历程并为发现新物理现象提供证据。下列核反应方程中X1、X₂、X₃、X₄代表中子的是（ ） A.+→X₁+ B.+→X₂+ C.+→X₃+ D.→X₄+ 学科网（北京）股份有限公司 $$