2015-2016高中物理 第19章 第2节 放射性元素的衰变课件 新人教版选修3-5

C．原子核外存在着电子
D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子 解析：因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的， 原子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成 一个质子和一个负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个
正电子，其转化可用下式表示：
由上式可看出 β粒子 ( 负电子 ) 是原子核内的中子转化而来， 正电子是由原子核内的质子转化而来．
知识点二
半衰期
放射性元素具有一定的衰变速率，例如氡222经α衰变后变成
钋218，发现经过3.8天后，有一半氡发生了衰变，再经过3.8 天后，只剩下四分之一的氡，再经3.8天后，剩下的氡为原来 的八分之一；镭226变为氡222的半衰期是1 620 年．不同元素 的半衰期是不一样的．
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1．定义．
衰期，原子核就衰变了总数的一半．不同种类的原子核，其半
衰期也不同．
若开始时原子核数目为 N0，经时间 t 剩下的原子核数目为 N，半 衰期为 T，则有如下关系式：N＝N0 .若能测定出 N 与 N0 的比
值．则就可求出时间 t 值，依此公式就可测定地质年代、生物年代或 考察出土文物存在年代等．
题型一
数都守恒．
(2)衰变方程：α衰变：
β衰变：
注： (1) 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程
中反应前后的总质量一般会发生变化 ( 质量亏损 ) 而释放出核
能． (2)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，同时伴有γ射线，这时可连续放出三种射线． (3) 核反应过程一般是不可逆的，所以核反应方程只能用单向 箭头表示反应方向，不能用等号连接． 3．α粒子和β粒子衰变的实质．
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫作这种 元素的半衰期．
2．公式．
式中 N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数或质量，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或质量，t 表示衰变时间，T 表示半衰期． 注：半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子 所处的物理状态(如压强、温度、环境)或化学状态(如单质、化合物) 无关．半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时 间衰变无法预测，对个别或极少数原子核，无半衰期可言．
►尝试应用
2．(多选)关于放射性元素的半衰期(BD)
A．是原子核质量减少一半所需的时间 B．是原子核有半数发生衰变所需的时间 C．与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关 D．可以用于测定地质年代、生物年代等 解析：原子核的衰变是由原子核内部因素决定的，与一般外界 环境无关．原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间即半
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题型三
一静止的
衰变中的能量问题
核经α衰变成为 ，释放出的总动能为4.27
MeV.问此衰变后 数字)?
核的动能为多少MeV(保留1位有效
【审题指导】(1)写出衰变方程式，根据动量守恒可知新核 与α粒子发生反冲，动量大小相等方向相反． (2)根据动能与动量的关系 Ek＝ ，可知动能之比应为质量的
第十九章 原子核
第2节
放射性元素的衰变
学 习
目 标
1． 知道什么是原子核的衰变，以及理解 α 衰变和 β衰变的 实质． 2．知道什么是半衰期，会用半衰期描述衰变速度，知道 半衰期的统计意义．
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知识点一
原子核的衰变
1 ． (1) 衰变：放射性元素的原子核放出某种粒子后变成新的
原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变． (2)α衰变：放射性元素放出α粒子的衰变叫作α衰变． (3)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变叫作β衰变． 2 ． (1) 衰变规律：原子核衰变时，衰变前后的电荷数和质量
栏 因此新原子核的核电荷数比未发生衰变时的原子核的核电荷 目 链 接
数少2，为此在元素周期表中的位置向前移动两位．
β 衰变是原子核中的中子转化成一个电子，即 β 粒子放射出 来．同时还生成一个质子留在核内，使核电荷数增加1，但β 衰变不改变原子核的质量数，
所以发生β衰变后，新核比原来的原子核在周期表中的位置 向后移动一位． γ 射线是在发生 α 或 β衰变的过程中伴随而生，且 γ射线是不 带电的，因此γ射线并不影响原子核衰变后的核电荷数，故
解析：每发生一次 α衰变，质量数减少 4，电荷数减少 2；每
发生一次 β 衰变，质量数不变，电荷数增加 1. 根据题意有： 235 － 4m ＝ 207 ， 92 － 2m ＋ n ＝ 82 ，解两式得 m ＝ 7 ， n ＝ 4 ， 选项B正确．
题型二 半衰期和衰变速度
的衰变方程为
τ为半衰期，则( )
232－204 ＝7，发生 β 衰变的次数为 82＋2×7－90＝6，均是整数，符 4 合要求，选项 A 正确．同理，逐一判断可知，ACD 符合要求． 答案：ACD
►变式训练 1． 经过m次α衰变和n次β衰变成 则(B)
A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4 C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝18
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式中 Ek＝4.27 MeV 是 α 粒子与 Th 核的 ，④ 1 核的动能： mThv2Th＝0.07 MeV.⑤ 2
总动能．由①②③式得： 代入数据得，衰变后 答案：0.07 MeV
►变式训练 3 ． 6027Co 发 生 一 次 β 衰 变 后 变 为 Ni 核 ， 其 衰 变 方 程 为 ______________；在该衰变过程中还发出频率为 ν1、ν2的两 个光子，其总能量为________________．
，其衰变曲线如图所示，
【审题指导】(1)衰变是原子核自发进行的核反应，何时进行 α 衰变和 β 衰变是随机的， 但衰变的速度满足统计规律， 这就是半衰期． (2)半衰期是放射性原子核剩下一半需要的时间，根据公式 m＝
1 t m0·2T求解剩余原子核的质量．
解析：根据衰变方，但γ射线是伴随α衰变或β
衰变而产生的，它并不能独立而生，所以，只要有γ射线就 必有 α 衰变或 β衰变发生，因此从整个衰变过程来看，元素 在周期表中的位置可能要发生改变．
►尝试应用 1．原子核发生β衰变时，此β粒子是(D) A．原子核外的最外层电子 B．原子核外的电子跃迁时放出的光子
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子，所以衰变是 α 衰变．故 AB 错误；剩余质量为：M 剩＝M×
1k 1 经过 kτ 后， m0＝2 ·m0，所以 k＝3，故 C 正确，D 错误． 8
答案：C
►变式训练 2．(2014· 重庆卷) 碘 131 的半衰期约为 8 天，若某药物含有质量 为 m 的碘 131，经过 32 天后，该药物中碘 131 的含量大约还有(C) m m m m A. B. C. D. 4 8 16 32 解析： 本题考查元素的半衰期．根据半衰期公式 m＝m0 将题目中的数据代入可得 C 正确，A、B、D 错误．
衰变的规律
具有天然放射性，它经过若干次α衰变和β衰
衰变过
(多选)原子核
变后会变成新的原子核．下列原子核中，有三种是 程中可以产生的，它们是( )
【审题指导】(1) 写出衰变的核反应方程式，了解核反应的规
律．
(2)发生 α 衰变时放出 42He，发生 β 衰变时放出电子
0－1e，每
发生一次 α 衰变质量数减少 4，电荷数减少 2，每发生一次 β 衰变质 量数不变化，电荷数增加 1，由质量数的变化可确定 α 衰变的次数(必 须是整数)，进而可知 β 衰变的次数． 解析：若原子核 衰变成 ，发生 α 衰变的次数是
反比，总动能为 Ek，则衰变后新核的动能可求出．
解析：据题意知，此 α 衰变的方程为 根据动量守恒定律得 mαvα＝mThvTh，①
，
式中，mα和 mTh 分别为 α 粒子和 Th 核的质量，vα和 vTh 分别为 α 粒子和 Th 核的速度的大小， 由题设条件知： ② mα 4 ＝ ，③ mTh 224 ，
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在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较紧密，
在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就 是α衰变现象．
原子核里没有电子，核内的中子可以转变成质子和电子，产 生的电子从核内发射出来，这就是β衰变． α粒子实质就是氦核，它是由两个质子和两个中子组成 的．当发生 α衰变时，原子核中的质子数减 2，中子数也减 2 ，
解析：由衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒可得衰变方程
为：6027Co→6028Ni＋－10e，由光子的能量公式得总能量 为：E＝hν1＋hν2＝h(ν1＋ν2)． 答案：6027Co→6028Ni＋0－1e h(ν1＋ν2)