第五章 2 放射性元素的衰变-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册学习手册（人教版）

高中物理选择性必修第三册（人教版） 例2已知镭的原子序数是88，原子核的质 量数是226（元电荷e=1.6×1019C),求： (1)镭核中质子数和中子数 (2)镭核的核电荷数和所带的电荷量。 (3)若镭原子呈中性，则其核外有几个 电子数。 变式训练2 在a粒子轰击金箔的散射实验中，α粒 子可以表示为He,He中的4和2分别表示 () A.4为核子数，2为中子数 B.4为质子数和中子数之和，2为质子数 2.放射性 知识梳理 川知识点1原子核的衰变 1.定义：原子核自发地放出 或 一，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.原子核衰变时电荷数和质量数都 3.a衰变 (1)规律：在衰变过程中，质量数 92)学 C.4为核外电子数，2为中子数 D.4为中子数，2为质子数 情境拓展 2024年2月26日，中国科学院高能物 理研究所在《科学通报》上发表了重大研究 成果：历史上首次在天鹅座恒星形成区发现 了一个巨型超高能y射线泡状结构，内有多 个能量超过1千万亿电子伏的光子分布其 中，最高达到2千万亿电子伏。关于y射 线，下列说法正确的是() A.一张厚的黑纸能挡住y射线 B.Y射线是波长很长、频率很小的光子流 C.Y射线是高频电磁波，能量越大，传播速 度越大 D.Y射线在星系间传播时，不受星系磁场的 影响 元素的衰变 电荷数 U的α衰变方程为 28U→ (2)实质：原子核中的 和 结合起来形成粒子，并被释放出来。 4.B衰变 (1)规律：在B衰变过程中，质量数 电荷数 。 Th的B衰变方程为 4Th→ (2)实质：核内的 转化成一个 和一个电子，电子发射到核外，就 是B粒子。 川知识点2半衰期 1.定义：放射性元素的原子核有 发 生衰变所需的时间，叫作这种元素的半 衰期。 2.特点 (1)不同的放射性元素，半衰期 (2)放射性元素的半衰期，描述的是 行为的统计规律。 (3)放射性元素衰变的快慢是由 的因素决定的，跟原子所处的 和 没有关系。 川知识点3核反应 1.定义：原子核在其他粒子的轰击下产生 或者发生 变化的过程。 2.条件：用粒子、质子、中子，甚至用Y 光子轰击原子核使 发生转变。 3.规律：质量数和电荷数都 4.原子核人工转变的三大发现 (1)1919年，卢瑟福发现质子。 (2)1932年，查德威克发现中子。 (3)1934年，约里奥-居里夫妇发现放射性 同位素和正电子。 川知识点4放射性同位素及其应用 1.放射性同位素：很多元素都存在的一些具 有 的同位素。 2.放射性同位素的应用：射线测厚仪，放射 ，培优、保鲜， 原子。 川知识点5辐射与安全 人类一直生活在放射性的环境中。 第五章原子核。 的射线对人体组织有破坏作用。在使用 放射性同位素时，必须严格遵守操作规程， 注意人身安全，同时，要防止 对空气、水源、用具等的污染。 要点突破 川要点1原子核的衰变规律 原子核发生衰变过程中遵循质量数守恒 而不是质量守恒。其过程可用核反应方程 表示。 当放射性物质发生连续衰变时，原子核 中有的发生Q衰变，有的发生B衰变，同时 伴随着γ辐射，这时发出的射线中就会同时 具有a、B和Y三种射线。 例1用中子轰击铝？Al,产生Na和X粒 子，Na具有放射性，它衰变后变成沿Mg, 则X粒子和钠的衰变过程分别是() A.质子，衰变 B.电子，o衰变 C.a粒子，B衰变 D.正电子，B衰变 变式训练① (多选)天然放射性元素2品Th(钍)经 过一系列α衰变和B衰变之后，变成8Pb (铅)。下列论断中正确的是() A.衰变过程共有6次a衰变和4次B衰变 B.铅核比钍核少8个质子 C.B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 要点2对衰变和B衰变在磁场中轨 迹的分析 设有一个质量为M的原子核，原来处 93 N 高中物理选择性必修第三册（人教版） 于静止状态。当发生一次α（或B)衰变后， 释放的粒子的质量为m,速度为v,产生的 反冲核的质量为M,速度为V。 匀强磁场中的轨迹 a粒子 两圆外 衰X→Y+He 切，a粒 变 子半径大 匀强磁场中的轨迹 B 两圆内 2X→aiY+e 切，B粒 B粒子 变 子半径大 1.动量守恒关系：0=mw+MV或mw=-MV。 2.在磁场中径迹的特点 (1)轨道半径的大小 一因为粒子与反冲核 的动量大小相等，所以轨道半径与电量 成反比，即R=mv1 Ba g 当发生a衰变时，尽分， R=Z-2,当发生B 哀变时，完件。 如果测出轨道的半径比，就可以求出 Z,从而判定是什么原子核发生了衰变。 (2)运动周期的长短—在同样的条件下， 运行周期与粒子和反冲核的比荷成反 比，即码x号 (3)径迹的特点—粒子的轨道半径大，反 冲两轨道内切；γ射线的径迹为与反冲 核的径迹相切的直线。核的轨道半径 小。Q粒子与反冲核带同种电荷，两轨 道外切；B粒子与反冲核带异种电荷。 例2（多选）如图所示，两个相切的圆表 示一个静止原子核发生某种核变化后，产生 94)学 的两种运动粒子在匀强磁场 ×××××× ×/父××￥× 中的运动轨迹，可能的是 X×××为× A.原子核发生了衰变 例2题图 B.原子核发生了B衰变 C.原子核放出了一个正电子 D.原子核放出了一个中子 B变式训练2 在匀强磁场中，一个原 来静止的8U原子核，由于 衰变放射出某种粒子，其衰 ●●●●● 变式训练2题图 变方程是宽U→4Th+X,结 果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如 图所示，已知两个相切圆半径分别为1、2， 则下列说法正确的是(） A.衰变后Th核和射出的X的动量相同 B.衰变后的产物X是电子 C.r1r2=1:90 D.衰变后新核和射出的粒子的动能之比为 2:117 川要点3对半衰期的理解 放射性元素的原子核有半数发生衰变的 时间称为半衰期。它是一个统计规律，适用 于大量的原子核衰变问题讨论，对于单个或 少量原子核没有物理意义。 例3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B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B衰变的半衰 期为8天，则下列说法正确的是() A.碘131的衰变方程为I→Xe+e B.Xe核比I核多一个中子 C.32g碘131样品，经16天后大约有8g 样品发生了B衰变 D.升高温度可能会缩短碘131的半衰期 B变式训练3 4C发生放射性衰变变为N,半衰期约 为5700年。已知植物存活期间，其体内C 与C的比例不变，生命活动结束后，C的 比例持续减少。现通过测量得知，某古木样 品中C的比例正好是现代植物所制样品的 四分之一，下列说法正确的是（) A.C、C、C具有相同的中子数 B.该古木的年代距今约为11400年 3.核力5 知识梳理 川知识点1核力与四种基本相互作用 1.引力相互作用： 把行星和恒星聚 在一起，组成太阳系、银河系和其他星 系。 是自然界的一种基本相互 作用。 2.电磁相互作用： 间的相互作用、 间的相互作用，从本质上说是同 一种相互作用的不同表现，这种相互作用 称为电磁相互作用或 3.强相互作用：原子核中的核子之间存在一 种很强的相互作用，即存在一种 它使得核子紧密地结合在一起，形成 第五章原子核。 C.C衰变为'4N的过程中放出射线 D.增加样品测量环境的压强将加速C的 衰变 情境拓展 2024年我国神舟十八号、嫦娥六号等 已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰 性强的核电池。已知8Sr衰变为9Y的半衰 期约为29年：Pu衰变为U的半衰期约 87年。现用相同数目的8Sr和2Pu各做一块 核电池，下列说法正确的是（) A.8Sr衰变为9Y时产生a粒子 B.28Pu衰变为U时产生B粒子 C.50年后，剩余的Sr数目大于2Pu的数目 D.87年后，剩余的Sr数目小于强Pu的数目 与结合能 的原子核。这种作用称为强相互作 用。距离增大时，强相互作用 它的作用范围只有约105m,即 的大小，超过这个界限，这种相互作用实 际上已经不存在了，它是 4.弱相互作用：在某些 现象中起作 用的还有另一种基本相互作用，称为弱相 互作用。弱相互作用是引起原子核 的原因，弱相互作用是 力，其力 程比强相互作用更 ,只有1018m。 川知识点2结合能 1.结合能：原子核是核子凭借核力结合在一 起构成的，要把它们分开，需要 这就是原子核的结合能。这个能量也是核 95。"2.放射性元素的衰变 知识梳理 知识点1原子核的衰变 1.a粒子B粒子2.守恒 3.(1)减少4减少2Th+He(2)两个中子 两个质子 4.(1)不变增加1Pa+.e(2)中子质子 知识点2半衰期 1.半数 2.(1)不同(2)大量原子核(3)核内部自身 化学状态外部条件 知识点3核反应 1.新原子核状态2.原子核3.守恒 知识点4放射性同位素及其应用 1.放射性2.治疗示踪 知识点5辐射与安全 过量放射性物质 要点突破 例1C【解析】根据题意，可以书写出下列核反 应方程：dn+Al→Na+He;Na→Mg+-9e,即X粒 子为α粒子，衰变过程为B衰变，故C正确。 变式训练1AB 例2AC【解析】静止的原子核发生了衰变，由于 无外力作用，动量守恒，说明原子核发生衰变后，新核 与放出的粒子速度方向相反，若是它们带相同性质的电 荷，则它们所受的洛伦兹力方向相反，则轨迹应是外切 圆，若它们所带电荷的性质不同，则它们的轨迹应是内 切圆。图示的轨迹说明是放出了正电荷，所以可能是α 衰变或放出了一个正电子，故A、C正确。 变式训练2D 例3A【解析】原子核B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；32g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=8g,即大 约有8g样品未发生衰变，衰变的质量为24g,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。故选A。 变式训练3B 情境拓展 D【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可知S 衰变为器Y时产生电子，即B粒子，故A错误；根据质 参考答案与解析⊙ 量数守恒和电荷数守恒可知2Pu衰变为U时产生He, 即α粒子，故B错误；根据题意可知Pu的半衰期大 于Sr的半衰期，现用相同数目的Sr和Pu各做一块 核电池，经过相同的时间，S经过的半衰期的次数多， 所以Sr数目小于Pu的数目，故D正确，C错误。故 选D “3.核力与结合能 知识梳理 知识点1核力与四种基本相互作用 1.万有引力引力2.电荷磁体电磁力 3.核力稳定急剧减小原子核短程力 4.放射B衰变短程短 知识点2结合能 1.能量释放2.核子数牢固稳定 知识点3质量亏损 1.E=mc22.小于3.中等大小最大 要点突破 例1C【解析】结合能是核子结合成原子核释放 的能量，A错误：比结合能越大，原子核越稳定，B错 误；随着质量数的增大，比结合能先增大后减小，C正 确；D错误。 变式训练1B 例2ABD【解析】根据△E=△mc2可以计算核反应 中释放的能量，A正确；在核反应中仍然遵守质量守 恒定律和能量守恒定律，B正确；质能方程E=mc2中的 E表示质量为m的物体所对应的能量，C错误，D 正确。 变式训练2A 情境拓展 B【解析】比结合能是原子核总结合能除以核子数。 轴的质子数为92，中子数为235-92=143，质子总质 量=92×1.007u=92.644u,中子总质量=143×1.009u= 144.287u,核子总质量=92.644u+144.287u=236.931u, 质量亏损△m=236.931u-235.044u=1.887u,比结合能 △E=△mx93l5MeY=1.887x931.5MeV≈7.5MeV,故 235 235 选B, I 4.核裂变与核聚变5.“基本”粒子 知识梳理 知识点1核裂变的发现 1.较轻原子核核能2.34.链式最小 知识点2反应堆与核电站 核反应堆(1)铀棒(2)石墨重水普通水 41