第五章 2 放射性元素的衰变（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第三册教师用书（人教版 浙江）

2　放射性元素的衰变 DIWUZHANG 第五章 1 内容索引 1.知道什么是α衰变和β衰变，能运用衰变规律写出衰变方程(重点)。 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简单计算(重难点)。 3.知道核反应及其遵循的规律，会正确书写核反应方程(重点)。 4.知道放射性同位素，了解放射性在生产和科学领域的应用和防护。 2 一、原子核的衰变 二、半衰期 课时对点练 三、核反应 四、放射性同位素及其应用　辐射与安全 内容索引 3 原子核的衰变 一 4 1.定义：原子核自发地放出 或 ，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 ，电荷数 。 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 ，电荷数 。 的β衰变方程：+____。 3.衰变规律：原子核衰变前后 和 都守恒。 α粒子 β粒子 减少4 减少2 He 不变 加1 电荷数 质量数 如图为α衰变、β衰变示意图。 (1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？ 思考与讨论 答案　原子核发生α衰变时，质子数减少2，中子数减少2。 (2)当原子核发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核在元素周期表中的位置怎样变化？ 答案　原子核发生β衰变时，新核的核电荷数增加1，新核在元素周期表中的位置向后移动一位。 (3)原子核中没有电子，β衰变中的电子来自哪里？ 答案　β衰变的实质：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，使新核电荷数增加1，而新核的质量数不改变，即：H。 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 例1 √ ，核电荷数少2，所以Y衰变为α衰变，放出α粒子，质量数少4，则a=206，，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； ，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。 总结提升 原子核衰变的理解 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 XYHe X 衰变实质 2个质子和2个中子结合成氦核H+nHe 1个中子转化为1个质子和1个电子nH 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 (2023·温州市高二期末)核经一系列的衰变后变为核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ 例2 答案　8次　6次 设经过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)与相比，质子数和中子数各少了多少？ 答案　10　22 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，故质子数少10，中子数少22。 总结提升 1.衰变方程的书写：衰变方程用“→”，而不用“=”表示，因为衰变方程表示的是原子核的变化，而不是化学反应。 2.衰变次数的判断技巧 (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，则衰变方程为：+He+ 根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程： 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。 返回 半衰期 二 15 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？ 答案　每过3.8 d就有一半的氡发生了衰变。 1.定义：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间。 2.特点： (1)不同的放射性元素，半衰期 ，甚至差别非常大。 (2)放射性元素衰变的快慢是由 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 ，不适用于少数原子核的衰变。 梳理与总结 半数 不同 核内部自身的因素 统计规律 4.衰变规律：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表示时间，T表示半衰期。 1.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？ 思考与讨论 答案　不对。经过第二个1 620年后镭226还剩5 g。 2.10个U经过一个半衰期之后一定还剩5个U，这种理解正确吗？ 答案　不正确。半衰期是统计规律，不适用于少数原子核的衰变。 　 (多选)(2024·绍兴市高二期中)科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素26Al，其半衰期为72万年，衰变方程为AlMg+Y，则 A.Y是中子 B.衰变过程质量数守恒 C.地球上的放射性同位素26Al与月球上的放射性同位素26Al半衰期相等 D.银河系中现有的放射性同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg 例3 √ √ 由电荷数和质量数守恒可知Y为正电子，故A错误； 衰变过程质量数守恒，故B正确； 半衰期是原子核固有的属性，与外界条件无关，故C正确； 26Al半衰期为72万年，则经过72万年有一半的26Al发生衰变，再过72万年剩余一半的26Al的二分之一发生衰变，即经过144万年总计四分之三的26Al发生衰变，故D错误。 　放射性同位素被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物的年代。宇宙射线中高能量中子碰撞空气中的氮原子后，就会形成很不稳定的，它很容易发生β衰变，变成一个新核，其半衰期为5 730年。该衰变的核反应方程式为　　　　　　　　　。的生成和衰变通常是平衡的，即生物活体中的含量是不变的。当生物体死亡后，机体内的含量将会不断减少。若测得一具古生物遗骸中含量只有活体中的12.5%，则这具遗骸距今约有　 　　年。  例4 17 190 发生β衰变，释放电子， 根据质量数守恒和电荷数守恒可知。 测得一具古生物遗骸中含量只有活体中的12.5%，则经过了3个半衰期，故这具遗骸距今约有5 730×3年=17 190年。 返回 核反应 三 24 1.核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生 或者发生状态变化的过程。 (1)条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。 (2)实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变。 新原子核 2.原子核人工转变的三大发现 (1)1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，He→_____ H。 (2)1932年查德威克用α粒子轰击铍，发现了中子：He→____n。 (3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程AlHe→_____n，_____Si。 3.遵循规律： 守恒， 守恒。 P P 质量数 电荷数 衰变和原子核的人工转变有什么不同？ 思考与讨论 答案　衰变是具有放射性的不稳定核自发进行的变化，原子核的人工转变是用α粒子、质子、中子或γ光子轰击原子核发生的变化。 　完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程。 (1)n+　　 ； (2)He+　　 ； (3)n→　　　He； (4BeHe→　　　 n； (5FeHCo +　 。 例5 总结提升 书写核反应方程时要注意 1.质量数守恒和电荷数守恒； 2.中间用箭头，不能写成等号； 3.核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化。 返回 放射性同位素及其应用　辐射与安全 四 30 1.放射性同位素 (1)定义：具有 的同位素。 (2)类型： 放射性同位素和 放射性同位素。 (3)与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的资源 ，放射强度容易 ，半衰期比较 ，因此放射性废料容易 ，获得了广泛的应用。 放射性 天然 人工 丰富 控制 短 处理 2.应用： (1)射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度。 (2)放射治疗：利用放射性同位素发出的射线破坏癌细胞组织。 (3)培优、保鲜：利用放射性同位素放出的射线照射种子培育优良品种等。 (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可以探测出原子到达的位置。 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 作用。要防止 对水源、空气、用具等的污染。 破坏 放射性物质 　放射性同位素在工农业生产和科学研究领域有广泛的应用，下列关于放射性同位素的应用与防护的说法不正确的是 A.利用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期 B.利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能 C.利用射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置 D.放射治疗利用了射线对病灶细胞的电离作用 例6 √ 放射治疗利用了射线对病灶细胞的破坏作用，故A、B、C正确，D错误。 返回 课时对点练 五 34 考点一　原子核的衰变 1.含有钍()元素的花岗岩会释放出放射性气体氡()，从而放出α、β、γ射线，下列说法正确的是 A.发生α衰变时，生成的原子核比原来的原子核少4个中子 B.β衰变所释放的电子来自原子核的最外层 C.γ射线的穿透能力和电离能力均最强 D.α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 基础对点练 √ 12 13 发生α衰变时，生成的原子核比原来的原子核少两个质子，4个核子，所以少2个中子，故A错误； β衰变所释放的电子是原子核内部的中子转化成质子的同时释放出来的，故B错误； γ射线电离能力最弱，但穿透能力最强，故C错误； 三种射线都是从原子核内部释放出来的，故选D。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2.(2023·绍兴市高二期末)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，在此过程中放出电子的总个数为 A.6 B.8 C.10 D.14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 设经过a次α衰变，b次β衰变。由图分析可知，核反应方程为XY+He+b由电荷数与质量数守恒可得238=206+4a；92=82+2a-b，解得a=8，b=6，故放出6个电子。故选A。 12 13 3.放射性元素衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成，而可以经一次衰变变成(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成和最后都变成，衰变路径如图所示，则 A.a=82 B.是β衰变 C.是β衰变 D.经过一次α衰变变成 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 ，质量数不变，说明发生的是β衰变，根据电荷数守恒可知a=84，故A错误，B正确； ，电荷数减少2，说明发生的是α衰 变，根据质量数守恒可知b=206，所以 ，电荷数增加1，质量数不变，所以为β衰 变，故C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 考点二　半衰期 4.(2023·浙江1月选考)宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：nH，产生的能自发进行β衰变，其半衰期为5 730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。下列说法正确的是 A.发生β衰变的产物是 B.β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子 C.近年来由于地球的温室效应，引起的半衰期发生微小变化 D.若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今约为11 460年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据+发生β衰变的产物是，选项A错误； β衰变实质在于原子核内的中子转化成了一个质子和一个电子，选项B错误； 半衰期是放射性物质的固有属性，由原子核本身决定，与外界环境无关，选项C错误； 若测得一古木样品的，可知经过了2个半衰期，则该古木距今约为5 730×2年=11 460年，选项D正确。 12 13 5.(2023·浙江省模拟)在医学上，放射性同位素锶90Sr)制成表面敷贴器，可贴于体表治疗神经性皮炎等疾病。锶90Sr)会发生β衰变，其衰变产物中有钇(Y)的同位素，半衰期为28.8年。下列说法正确的是 A.Y原子核的中子数为52 B.0.4 mol的Sr原子核经过57.6年后还剩余0.3 mol C.β射线是电子流，速度可接近光速 D.将锶90制成的敷贴器贴在患者体表，若患者发高烧会导致锶90衰变速 度加快 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 锶90Sr)会发生β衰变，根据质量数守恒与电荷数守恒可知，Y的质量数为90，电荷数为z=38-(-1)=39，则Y原子核的中子数为90-39=51，故A错误； 锶90Sr)半衰期为28.8年，故0.4 mol的Sr原子核经过57.6年后还剩余0.1 mol，故B错误； β射线是电子流，速度可接近光速，故C正确； 放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的温度、压强等物理状态以及化学状态无关，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 考点三　核反应 6.(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中X→Y、YLi→ 2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则 A.Z=1，A=1 B.Z=1，A=2 C.Z=2，A=3 D.Z=2，A=4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 设Y的电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程中质量数和电荷数守恒可知，第一个核反应方程的电荷数和质量数满足A+14=n+17，Z+7=m+8，第二个核反应方程的电荷数和质量数满足n+7=2A，m+3=2Z，联立解得Z=2，A=4，故选D。 12 13 7.(2022·湖北卷)上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核Be俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即Be Xνe。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是 A.原子核X是Li B.核反应前后的总质子数不变 C.核反应前后总质量数不同 D.中微子νe的电荷量与电子的相同 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为7，电荷数为3，即原子核X是Li，A正确，C错误； 由选项A可知，原子核X是Li，则核反应方程为Be νe，则反应前的总质子数为4，反应后的总质子数为3，B错误； 中微子不带电，则中微子νe的电荷量与电子的不相同，D错误。 12 13 14C具有放射性，可以用它标记C60，通过其放射性发现一种C60的羧酸衍生物，14C的用途是示踪原子，故A正确，B、C、D错误。 考点四　放射性同位素及其应用 8.医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是 A.示踪原子 B.电离作用 C.催化作用 D.贯穿作用 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 9.(多选)下列说法中正确的是 A.原子核发生一次β衰变，该原子外层就一定失去一个电子 B.装修中用到的某些含有Th(钍)的花岗岩会释放出放射性惰性气体Rn(氡)， 其衰变方程为： +He+2Y，方程中x=3，Y是电子 C.某种钍同位素的半衰期为24天，1 g钍经过120天后还剩0.2 g 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 能力综合练 13 √ β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个电子，故A错误； 由于衰变过程释放出α、β、γ射线，α射线是α粒子流，β射线是电子流，γ射线为电磁波，所以Y一定为电子，根据质量数守恒和电荷数守恒可得232=220+4x，解得x=3，故B正确； 钍的半衰期为24天，1 g钍经过120天后，经历了5个半衰期，则剩余 质量m=m0(=1×()5 g=0.031 25 g，故C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 设发生a次α衰变，b次β衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒可得238=206+4a，92=82+2a-b 解得a=8，b=6， 即要经过8次α衰变和6次β衰变，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 10.(多选)(2024·台州市高二期末)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：Al→X n。X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Ye，则 A.X的质量数与Y的质量数相等 B.X的电荷数比Y的电荷数少1 C.X的电荷数比Al的电荷数多2 D.X的质量数与Al的质量数相等 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 设X和Y的电荷数分别为n1和n2，质量数分别为m1和m2，则反应方程为HeAlXn，e，根据反应方程电荷数和质量数守恒，解得2+13=n1，n1=n2+1，4+27=m1+1，m1=m2+0，解得n1=15，n2=14，m1=30，m2=30，X的质量数(m1=30)与Y的质量数(m2=30)相等，比Al的质量数多3，故A正确，D错误； X的电荷数(n1=15)比Y的电荷数(n2=14)多1，比Al的电荷数多2，故B错误，C正确。 12 13 11.(2022·全国甲卷)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t=0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t=2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在t=4t0时刻，尚未衰变的原子核总数为 A. B. C. D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 根据题意设半衰期为t0的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y， 依题意有x+y=N，经历2t0后有x+y= 联立可得x=N，y=N 在t=4t0时，原子核数为x的元素经历了4个半衰期，原子核数为y的元素 经历了2个半衰期，则此时未衰变的原子核总数为n=x+y=，故选C。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 12.(2023·金华市检测)一静止在匀强磁场中的天然放射性原子核发生了一次衰变，释放出的β粒子和反冲核都在磁场中做匀速圆周运动，运动径迹如图所示。衰变放出的光子的动量可以忽略不计，下列判断正确的是 A.运动径迹1对应β粒子 B.释放出的β粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹半径 之比与它们的质量有关 C.释放出的β粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹半径之比为90∶1 D.释放出的β粒子和反冲核在匀强磁场中做圆周运动时环绕方向相反 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 根据题意可知，衰变放出的光子的动量可以忽略不计，则衰变过程满足动量守恒，则释放出的β粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，根据洛伦兹力提供向心力有qvB=m，可得 r==，可知，半径与带电荷量成反比，与质 量无关，由于电子带电荷量少，则半径大的为 电子的轨迹，即运动径迹2对应β粒子，故A、B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 根据电荷量守恒可知，反冲核带91个正电荷，则释放出的β粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹半径之比为91∶1，故C错误； 由于衰变后，β粒子带负电，反冲核带正电，且运动方向相反，根据左手定则可得，β粒子和反冲核在分开的位置受 相同方向的洛伦兹力，则释放出的β粒子和反冲 核在匀强磁场中做圆周运动时环绕方向相反， 故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13.室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡。氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中。氡看不到，嗅不到，即使在氡浓度很高的环境里，人们对它也毫无感觉。氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌，是除吸烟外导致肺癌的第二大因素。静止的氡核放出一个粒子X后变成钋核，钋核的动能为Ek1，若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能。试回答以下问题： (1)写出上述衰变的核反应方程(请用物理学上规定的符号表示粒子X)； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 尖子生选练 12 13 答案　He 根据题意He 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)求粒子X的动能Ek2。 答案　Ek1 设钋核的质量为m1、速度为v1，粒子X的质量为m2、速度为v2， 根据动量守恒定律，有0=m1v1-m2v2 粒子X的动能 Ek2==×=Ek1。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 返回 $ 2　放射性元素的衰变 ［学习目标］　1.知道什么是α衰变和β衰变，能运用衰变规律写出衰变方程(重点)。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简单计算(重难点)。3.知道核反应及其遵循的规律，会正确书写核反应方程(重点)。4.知道放射性同位素，了解放射性在生产和科学领域的应用和防护。 一、原子核的衰变 1.定义：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：+He。 (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：原子核衰变前后电荷数和质量数都守恒。 如图为α衰变、β衰变示意图。 (1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？ (2)当原子核发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核在元素周期表中的位置怎样变化？ (3)原子核中没有电子，β衰变中的电子来自哪里？ 答案　(1)原子核发生α衰变时，质子数减少2，中子数减少2。 (2)原子核发生β衰变时，新核的核电荷数增加1，新核在元素周期表中的位置向后移动一位。 (3)β衰变的实质：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，使新核电荷数增加1，而新核的质量数不改变，即：H。 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 答案　C 解析　衰变成，核电荷数少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。 原子核衰变的理解 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 XYHe X 衰变实质 2个质子和2个中子结合成氦核H+nHe 1个中子转化为1个质子和1个电子nH 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 例2　(2023·温州市高二期末)核经一系列的衰变后变为核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)与相比，质子数和中子数各少了多少？ 答案　(1)8次　6次　(2)10　22 解析　(1)设衰变为经过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，故较质子数少10，中子数少22。 1.衰变方程的书写：衰变方程用“→”，而不用“=”表示，因为衰变方程表示的是原子核的变化，而不是化学反应。 2.衰变次数的判断技巧 (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，则衰变方程为：+He+ 根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程： 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。 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？ 答案　每过3.8 d就有一半的氡发生了衰变。 1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 2.特点： (1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。 (2)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，不适用于少数原子核的衰变。 4.衰变规律：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表示时间，T表示半衰期。 1.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？ 答案　不对。经过第二个1 620年后镭226还剩5 g。 2.10个U经过一个半衰期之后一定还剩5个U，这种理解正确吗？ 答案　不正确。半衰期是统计规律，不适用于少数原子核的衰变。 例3　(多选)(2024·绍兴市高二期中)科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素26Al，其半衰期为72万年，衰变方程为AlMg+Y，则(　　) A.Y是中子 B.衰变过程质量数守恒 C.地球上的放射性同位素26Al与月球上的放射性同位素26Al半衰期相等 D.银河系中现有的放射性同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg 答案　BC 解析　由电荷数和质量数守恒可知Y为正电子，故A错误；衰变过程质量数守恒，故B正确；半衰期是原子核固有的属性，与外界条件无关，故C正确；26Al半衰期为72万年，则经过72万年有一半的26Al发生衰变，再过72万年剩余一半的26Al的二分之一发生衰变，即经过144万年总计四分之三的26Al发生衰变，故D错误。 例4　放射性同位素被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物的年代。宇宙射线中高能量中子碰撞空气中的氮原子后，就会形成很不稳定的，它很容易发生β衰变，变成一个新核，其半衰期为5 730年。该衰变的核反应方程式为　　　　　　　　　。的生成和衰变通常是平衡的，即生物活体中的含量是不变的。当生物体死亡后，机体内的含量将会不断减少。若测得一具古生物遗骸中含量只有活体中的12.5%，则这具遗骸距今约有　　　　　　年。  答案　17 190 解析　发生β衰变，释放电子，根据质量数守恒和电荷数守恒可知。 测得一具古生物遗骸中含量只有活体中的12.5%，则经过了3个半衰期，故这具遗骸距今约有5 730×3年=17 190年。 三、核反应 1.核反应：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。 (1)条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。 (2)实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变。 2.原子核人工转变的三大发现 (1)1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，He→H。 (2)1932年查德威克用α粒子轰击铍，发现了中子：He→n。 (3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程AlHe→Pn，PSi。 3.遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。 衰变和原子核的人工转变有什么不同？ 答案　衰变是具有放射性的不稳定核自发进行的变化，原子核的人工转变是用α粒子、质子、中子或γ光子轰击原子核发生的变化。 例5　完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程。 (1)n+　　　　； (2)He+　　　　； (3)n→　　　He； (4BeHe→　　　n； (5FeHCo +　　　　。 答案　(1H　(2H，发现质子的核反应方程 (3Li　(4)，发现中子的核反应方程 (5n 书写核反应方程时要注意 1.质量数守恒和电荷数守恒； 2.中间用箭头，不能写成等号； 3.核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化。 四、放射性同位素及其应用　辐射与安全 1.放射性同位素 (1)定义：具有放射性的同位素。 (2)类型：天然放射性同位素和人工放射性同位素。 (3)与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的资源丰富，放射强度容易控制，半衰期比较短，因此放射性废料容易处理，获得了广泛的应用。 2.应用： (1)射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度。 (2)放射治疗：利用放射性同位素发出的射线破坏癌细胞组织。 (3)培优、保鲜：利用放射性同位素放出的射线照射种子培育优良品种等。 (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可以探测出原子到达的位置。 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。 例6　放射性同位素在工农业生产和科学研究领域有广泛的应用，下列关于放射性同位素的应用与防护的说法不正确的是(　　) A.利用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期 B.利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能 C.利用射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置 D.放射治疗利用了射线对病灶细胞的电离作用 答案　D 解析　放射治疗利用了射线对病灶细胞的破坏作用，故A、B、C正确，D错误。 课时对点练　［分值：80分］ 1~8题每题5分，共40分 考点一　原子核的衰变 1.含有钍()元素的花岗岩会释放出放射性气体氡()，从而放出α、β、γ射线，下列说法正确的是(　　) A.发生α衰变时，生成的原子核比原来的原子核少4个中子 B.β衰变所释放的电子来自原子核的最外层 C.γ射线的穿透能力和电离能力均最强 D.α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的 答案　D 解析　发生α衰变时，生成的原子核比原来的原子核少两个质子，4个核子，所以少2个中子，故A错误；β衰变所释放的电子是原子核内部的中子转化成质子的同时释放出来的，故B错误；γ射线电离能力最弱，但穿透能力最强，故C错误；三种射线都是从原子核内部释放出来的，故选D。 2.(2023·绍兴市高二期末)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，在此过程中放出电子的总个数为(　　) A.6 B.8 C.10 D.14 答案　A 解析　设经过a次α衰变，b次β衰变。由图分析可知，核反应方程为XY+He+b 由电荷数与质量数守恒可得238=206+4a；92=82+2a-b，解得a=8，b=6，故放出6个电子。故选A。 3.放射性元素衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成，而可以经一次衰变变成(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成和最后都变成，衰变路径如图所示，则(　　) A.a=82 B.是β衰变 C.是β衰变 D.经过一次α衰变变成 答案　B 解析　，质量数不变，说明发生的是β衰变，根据电荷数守恒可知a=84，故A错误，B正确；，电荷数减少2，说明发生的是α衰变，根据质量数守恒可知b=206，所以，电荷数增加1，质量数不变，所以为β衰变，故C、D错误。 考点二　半衰期 4.(2023·浙江1月选考)宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：nH，产生的能自发进行β衰变，其半衰期为5 730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。下列说法正确的是(　　) A.发生β衰变的产物是 B.β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子 C.近年来由于地球的温室效应，引起的半衰期发生微小变化 D.若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今约为11 460年 答案　D 解析　根据+，即发生β衰变的产物是，选项A错误；β衰变实质在于原子核内的中子转化成了一个质子和一个电子，选项B错误；半衰期是放射性物质的固有属性，由原子核本身决定，与外界环境无关，选项C错误；若测得一古木样品的含量为活体植物的，可知经过了2个半衰期，则该古木距今约为5 730×2年=11 460年，选项D正确。 5.(2023·浙江省模拟)在医学上，放射性同位素锶90Sr)制成表面敷贴器，可贴于体表治疗神经性皮炎等疾病。锶90Sr)会发生β衰变，其衰变产物中有钇(Y)的同位素，半衰期为28.8年。下列说法正确的是(　　) A.Y原子核的中子数为52 B.0.4 mol的Sr原子核经过57.6年后还剩余0.3 mol C.β射线是电子流，速度可接近光速 D.将锶90制成的敷贴器贴在患者体表，若患者发高烧会导致锶90衰变速度加快 答案　C 解析　锶90Sr)会发生β衰变，根据质量数守恒与电荷数守恒可知，Y的质量数为90，电荷数为z=38-(-1)=39，则Y原子核的中子数为90-39=51，故A错误； 锶90Sr)半衰期为28.8年，故0.4 mol的Sr原子核经过57.6年后还剩余0.1 mol，故B错误； β射线是电子流，速度可接近光速，故C正确； 放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的温度、压强等物理状态以及化学状态无关，故D错误。 考点三　核反应 6.(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中X→Y、YLi→2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则(　　) A.Z=1，A=1 B.Z=1，A=2 C.Z=2，A=3 D.Z=2，A=4 答案　D 解析　设Y的电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程中质量数和电荷数守恒可知，第一个核反应方程的电荷数和质量数满足A+14=n+17，Z+7=m+8，第二个核反应方程的电荷数和质量数满足n+7=2A，m+3=2Z，联立解得Z=2，A=4，故选D。 7.(2022·湖北卷)上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核Be俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即BeXνe。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是(　　) A.原子核X是Li B.核反应前后的总质子数不变 C.核反应前后总质量数不同 D.中微子νe的电荷量与电子的相同 答案　A 解析　根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为7，电荷数为3，即原子核X是Li，A正确，C错误；由选项A可知，原子核X是Li，则核反应方程为Beνe，则反应前的总质子数为4，反应后的总质子数为3，B错误；中微子不带电，则中微子νe的电荷量与电子的不相同，D错误。 考点四　放射性同位素及其应用 8.医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是(　　) A.示踪原子 B.电离作用 C.催化作用 D.贯穿作用 答案　A 解析　14C具有放射性，可以用它标记C60，通过其放射性发现一种C60的羧酸衍生物，14C的用途是示踪原子，故A正确，B、C、D错误。 9~12题每题7分，共28分 9.(多选)下列说法中正确的是(　　) A.原子核发生一次β衰变，该原子外层就一定失去一个电子 B.装修中用到的某些含有Th(钍)的花岗岩会释放出放射性惰性气体Rn(氡)，其衰变方程为： +He+2Y，方程中x=3，Y是电子 C.某种钍同位素的半衰期为24天，1 g钍经过120天后还剩0.2 g 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 答案　BD 解析　β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个电子，故A错误；由于衰变过程释放出α、β、γ射线，α射线是α粒子流，β射线是电子流，γ射线为电磁波，所以Y一定为电子，根据质量数守恒和电荷数守恒可得232=220+4x，解得x=3，故B正确； 钍的半衰期为24天，1 g钍经过120天后，经历了5个半衰期，则剩余质量m=m0(=1×()5 g=0.031 25 g，故C错误； 设发生a次α衰变，b次β衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒可得238=206+4a，92=82+2a-b 解得a=8，b=6， 即要经过8次α衰变和6次β衰变，故D正确。 10.(多选)(2024·台州市高二期末)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：Al→Xn。X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Ye，则(　　) A.X的质量数与Y的质量数相等 B.X的电荷数比Y的电荷数少1 C.X的电荷数比Al的电荷数多2 D.X的质量数与Al的质量数相等 答案　AC 解析　设X和Y的电荷数分别为n1和n2，质量数分别为m1和m2，则反应方程为HeAlXn，e，根据反应方程电荷数和质量数守恒，解得2+13=n1，n1=n2+1，4+27=m1+1，m1=m2+0，解得n1=15，n2=14，m1=30，m2=30，X的质量数(m1=30)与Y的质量数(m2=30)相等，比Al的质量数多3，故A正确，D错误；X的电荷数(n1=15)比Y的电荷数(n2=14)多1，比Al的电荷数多2，故B错误，C正确。 11.(2022·全国甲卷)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t=0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t=2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在t=4t0时刻，尚未衰变的原子核总数为(　　) A. B. C. D. 答案　C 解析　根据题意设半衰期为t0的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y，依题意有x+y=N，经历2t0后有x+y= 联立可得x=N，y=N 在t=4t0时，原子核数为x的元素经历了4个半衰期，原子核数为y的元素经历了2个半衰期，则此时未衰变的原子核总数为n=x+y=，故选C。 12.(2023·金华市检测)一静止在匀强磁场中的天然放射性原子核发生了一次衰变，释放出的β粒子和反冲核都在磁场中做匀速圆周运动，运动径迹如图所示。衰变放出的光子的动量可以忽略不计，下列判断正确的是(　　) A.运动径迹1对应β粒子 B.释放出的β粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹半径之比与它们的质量有关 C.释放出的β粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹半径之比为90∶1 D.释放出的β粒子和反冲核在匀强磁场中做圆周运动时环绕方向相反 答案　D 解析　根据题意可知，衰变放出的光子的动量可以忽略不计，则衰变过程满足动量守恒，则释放出的β粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，根据洛伦兹力提供向心力有qvB=m，可得r==，可知，半径与带电荷量成反比，与质量无关，由于电子带电荷量少，则半径大的为电子的轨迹，即运动径迹2对应β粒子，故A、B错误；根据电荷量守恒可知，反冲核带91个正电荷，则释放出的β粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹半径之比为91∶1，故C错误；由于衰变后，β粒子带负电，反冲核带正电，且运动方向相反，根据左手定则可得，β粒子和反冲核在分开的位置受相同方向的洛伦兹力，则释放出的β粒子和反冲核在匀强磁场中做圆周运动时环绕方向相反，故D正确。 13.(12分)室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡。氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中。氡看不到，嗅不到，即使在氡浓度很高的环境里，人们对它也毫无感觉。氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌，是除吸烟外导致肺癌的第二大因素。静止的氡核放出一个粒子X后变成钋核，钋核的动能为Ek1，若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能。试回答以下问题： (1)(4分)写出上述衰变的核反应方程(请用物理学上规定的符号表示粒子X)； (2)(8分)求粒子X的动能Ek2。 答案　(1)He　(2)Ek1 解析　(1)根据题意He (2)设钋核的质量为m1、速度为v1，粒子X的质量为m2、速度为v2， 根据动量守恒定律，有0=m1v1-m2v2 粒子X的动能 Ek2==×=Ek1。 学科网（北京）股份有限公司 $