高三物理原子核衰变及半衰期教学设计40
原子核衰变及半衰期-鲁科版选修3-5教案
原子核衰变及半衰期-鲁科版选修3-5教案一、教学目的1.了解原子核衰变的基本概念和物理意义；2.掌握半衰期的定义和计算方法；3.理解放射性核素的危害性和防护方法；4.能够应用所学知识解决相关问题。
二、教学内容1.原子核衰变的基本概念和物理意义；2.放射性核素的种类及其衰变方式；3.半衰期的定义和计算方法；4.放射性核素的危害性和防护方法。
三、教学重点1.原子核衰变的基本概念和物理意义；2.半衰期的定义和计算方法；3.放射性核素的危害性和防护方法。
四、教学难点1.放射性核素的种类及其衰变方式；2.放射性核素的危害性和防护方法。
五、教学方法1.讲授；2.实验；3.讨论。
六、教学过程（一）引入通过引导学生回顾上一课时所学的原子核结构，进而引入今天的学习内容：原子核衰变及半衰期。
（二）讲解1.原子核衰变的基本概念和物理意义原子核衰变是指放射性核素在自然界中不断发生的过程，其基本原因是放射性核素的核子排布不稳定，必然要发生变化，以获得更为稳定的核子排布。
2.放射性核素的种类及其衰变方式放射性核素可以分为α、β、γ三种类型，其中α衰变是指核子的质子数和中子数均减少2个，而β衰变是指核子的质子数和中子数中的一个发生改变。
而γ衰变则是指放射线在传播过程中脱去能量的过程，并不涉及核子排布的变化。
3.半衰期的定义和计算方法半衰期指放射性物质衰变所需时间，简单来说，就是一半的放射性原子核发生衰变的时间。
在公式上，半衰期可以表示为：t1/2=0.693/λ（其中，λ为衰变常数）。
也就是说，当放射性物质的衰变时间达到一个半衰期时，原物质剩余的量就只有一半了。
4.放射性核素的危害性和防护方法当人体受到放射性物质的伤害时，可能会出现头发脱落、皮肤受损、白血球减少等一系列症状。
为了保护人体健康，常用的放射性防护措施包括：减少人体接触放射性物质的机会、尽量远离放射源、减少辐射时间、使用防护措施（如防护衣、手套等）、食品、水源以及生活用品的防护处理等。
5.2原子核衰变及半衰期 教案- 高中物理选择性必修第三册
物理鲁科版选择性必修第三册教案第5章原子核与核能第2节原子核衰变及半衰期【教学目标】1、知道衰变的概念及规律。
2、知道三种射线的特征，以及如何利用磁场区分它们。
3、知道原子核的组成，会正确书写原子核符号，知道核子和同位素的概念。
【教学重难点】1、天然放射现象及其规律，原子核的组成。
2、知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。
【教学过程】一、原子核的衰变研究表明，原子序数大于83的所有元素都能自发的放出射线，而变成另一种元素的原子核，这种现象叫衰变。
1．概念：原子核由于放射出某种粒子而转变为新核的变化，叫做原子核的衰变。
在衰变中电荷数和质量数都守恒。
2．α衰变和β衰变原子核放出α粒子的衰变叫作α衰变；原子核放出β粒子的衰变叫作β衰变。
γ射线是伴随着α衰变或β衰变而产生的能量很高的电磁波。
3．核衰变方程某种放射性元素的原子核衰变时，放出的是α射线还是β射线，要通过实验观察来确定，而衰变过程可用核反应方程表示出来。
如，铀238核放出一个α粒子后，变成新核钍234核，这种衰变叫α衰变，这个过程可用下面的核反应方程表示出来：又如：钍234核具有放射性，它放射出一个β粒子，变成新核鏷234，这种衰变叫β衰变。
这个过程可用下面的核反应方程表示出来：说明：1、写核反应方程的基本原则：以事实为依据；质量数守恒、电荷数守恒。
2、α衰变方程和β衰变方程书写通式：3、β衰变发射出来的电子，是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子后，把产生的电子发射出来，这就是β衰变。
二、衰变的快慢--半衰期（一）放射性元素衰变有一个重要规律：即，放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间对某种元素的原子核来说是一定的，这个时间叫半衰期。
1．概念：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫半衰期。
如，氡222经过α衰变变为钋218，如果隔一段时间测量一次剩余氡的数量就会发现，大约每经过3.8天，就有一半的氡发生了衰变。
2．公式其中N0为放射性元素原子核样品总数目，N为经时间t剩余的放射性元素的原子核数目，τ为该放射性元素的半衰期。
第2节原子核衰变及半衰期
《原子核衰变及半衰期》导学案莆田第十五中学李冰雅导入：“点石成金”的故事。
——改变原子核，创造新原子？进入新课：一、天然放射现象的发现1.放射性和放射性元素:2.天然放射性现象:体会：居里夫妇和贝克勒尔对天然放射现象发现的贡献。
二、放射线的本质思考：据此现象推断α、β、γ三种射线分别带何种电荷？1．α射线： 2. β射线： 3. γ射线：请阅读课文，完成下列表格，小结三种射线的其它性质。
小结：三种射线的区别及联系：1.穿透性比较：2.电离能力比较：3.γ射线总是_________α射线和β射线的产生而产生，且是三种射线中唯一的______。
针对训练1：如图，放射性元素镭衰变过程释放出α、β、γ三种射线，并都进入匀强电场，下列说法正确的是（）A. ①表示γ射线，③表示α射线B. ②表示β射线，③表示α射线C. ③表示α射线，②表示γ射线D. ①表示β射线，⑥表示α射线三、原子核的衰变1.原子核衰变：若你是贝克勒尔，发现：（1）U238会自发放出α粒子且产生新核。
请尝试用衰变方程表示上述的过程。
（2）若钍234也具有放射性并自发放出β粒子呢？2.衰变种类:（1）α衰变：原子核放出α粒子的衰变α衰变方程：α衰变规律：α衰变实质：（2）β衰变：原子核衰变放出β粒子的衰变β衰变方程:β衰变规律：β衰变实质：（3）γ衰变：在原子核衰变过程中产生的新核，有些处于激发态，这些不稳定的激发态会辐射出光子（γ射线），所以γ射线都伴随α、β衰变过程产生。
针对训练2原子核X经β衰变(一次)变成原子核Y，原子核Y再经一次α衰变变成原子核Z，则下列说法中正确的是()．A．核X的中子数减核Z的中子数等于2B．核X的质子数减核Z的质子数等于5C．核Z的质子数比核X的质子数少1D．原子核X的中性原子的电子数比原子核Y的中性原子的电子数少2四、衰变快慢----半衰期1.半衰期：思考：放射性元素的剩余质量与原有质量之间具体有什么关系？2.半衰期公式：（1）从质量角度：（2）从个数角度：针对训练3关于半衰期，以下说法正确的是()．A．同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长B．升高温度可以使半衰期缩短C．氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个了D．氡的半衰期为3.8天，4g氡原子核，经过7.6天就只剩下1g了。
原子核衰变与半衰期实验备课教案
原子核衰变与半衰期实验备课教案引言：原子核衰变与半衰期是物理学中的重要概念，对于理解原子核稳定性和放射性衰变具有重要意义。
本教案旨在通过实验教学的方式，让学生通过实际操作和观察，深入理解原子核衰变和半衰期的概念，提高学生的实验技能和科学思维能力。
教学目标：1. 了解原子核衰变和半衰期的基本概念；2. 学习通过实验方法观察和测定半衰期；3. 提高学生的实验技能和科学思维能力。
教学准备：1. 实验器材：放射性样品、计数器、计时器、测量仪器等；2. 实验步骤和记录表格；3. 实验安全措施：佩戴防护手套、眼镜等。
教学步骤：1. 简介原子核衰变和半衰期的概念。
- 原子核衰变是指放射性核素在特定时间内自发地释放出α、β、γ等粒子或电磁辐射，转变成不稳定的核素的过程。
- 半衰期是指放射性核素中，一半原子核衰变所需要的时间。
2. 实验前准备：- 确定实验目标和内容；- 分发实验记录表格；- 学生佩戴防护手套和眼镜，注意实验安全。
3. 实验步骤：此处应配合实验操作和观察过程进行说明，但由于无法使用小节或小标题形式，故暂略去具体的步骤描述。
请根据实验装置和实验内容，尽量详细描述实验步骤和操作过程。
4. 数据记录与分析- 学生根据实验记录表格，记录观察到的实验数据。
- 学生根据实验数据，计算出放射性核素的半衰期。
- 学生分析实验结果，并进行讨论。
- 引导学生总结实验过程中可能存在的误差和改进的方法。
5. 实验总结与思考- 学生撰写实验总结，包括实验的目的、步骤、观察现象、数据分析和结论等内容。
- 学生思考和回答一些相关问题，如为什么放射性核素会衰变？半衰期的意义和应用有哪些？6. 实验安全与环保- 学生了解放射性样品的安全处理和储存方法；- 强调实验中的安全操作和环保意识，不随意丢弃实验废物。
延伸拓展：1. 学生可通过查阅资料，了解更多关于原子核衰变和半衰期的知识；2. 分组进行不同放射性物质的半衰期测量，比较不同物质的放射性活度差异。
第5章 第2节 原子核衰变及半衰期—2020-2021学年新教材鲁科版(2019)高中物理选择性必修
第2节原子核衰变及半衰期学习目标：1.[物理观念]知道原子核的衰变和衰变规律． 2.[物理观念]知道什么是半衰期． 3.[科学态度与责任]了解放射性在生产和科学领域的应用． 4.[科学态度与责任]知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防护放射性的措施，建立防范意识．一、原子核的衰变、半衰期1．衰变：原子核由于放出α射线或β射线而转变为新核的变化．2．衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为α衰变，放出β粒子的衰变为β衰变，而γ射线是伴随α射线或β射线产生的．3．衰变规律Y．(1)α衰变：A Z X→42He＋A－4Z－2(2)β衰变：A Z X→0－1e＋A Z＋1Y．在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒．4．衰变的快慢——半衰期(1)放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫作半衰期．(2)元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子所处的物理、化学状态以及周围压强、温度无关．二、放射性的应用1．放射性同位素的应用主要分为两类：一是利用射线的电离作用、穿透能力等性质；二是作为示踪原子．2．射线特性的利用(1)辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等．(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置．(3)γ射线探伤：利用了γ射线穿透能力强的特点．3．作为示踪原子：用仪器探测放射性同位素放出的射线，可以查明放射性元素的行踪，好像带有“标记”一样．人们把具有这种用途的放射性同位素叫作示踪原子．三、放射性污染和防护1．放射性污染的主要来源(1)核爆炸．(2)核泄漏．(3)医疗照射．2．为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施(1)密封防护．(2)距离防护．(3)时间防护．(4)屏蔽防护．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)利用放射性同位素放出的γ射线可以给金属探伤．(√)(2)利用放射性同位素放出的射线消除有害的静电积累．(√)(3)利用放射性同位素放出的射线保存食物．(√)(4)医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响．(×)(5)原子所处的周围环境温度越高，衰变越快．(×)2．(多选)下列关于放射性同位素的一些应用的说法正确的是()A．利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用B．利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用C．利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异D．放射性同位素的半衰期是相同的BC[消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A错误；探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异，B、C正确；不同的放射性同位素的半衰期是不同的，D错误．] 3．(多选)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A．是放射源质量减少一半所需的时间B．是原子核半数发生衰变所需的时间C．与外界压强和温度有关D．可以用于测定地质年代、生物年代等BD [原子核的衰变是由原子核的内部因素决定的，与外界环境无关．原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间即半衰期，原子核就衰变掉总数的一半．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N 0，经时间t 剩下的原子核数目为N ，半衰期为T ，则N ＝N 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t T ．若能测出N 与N 0的比值，就可求出t ，依此公式可测定地质年代、生物年代等．故正确答案为B 、D ．]你知道考古学家靠什么推断古化石的年代吗？提示：只要测出古化石中14C 的含量，就可以根据14C 的半衰期推断古化石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．210n ＋211H→42He ． 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．10n→11H ＋ 0－1e ． 2．衰变方程通式(1)α衰变：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He ．(2)β衰变：A Z X→ A Z ＋1Y ＋ 0－1e ． 3．确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法：设放射性元素A Z X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，则衰变方程为：A Z X→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e ． 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m ．以上两式联立解得：n ＝A －A ′4，m ＝A －A ′2＋Z ′－Z ． 由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组．(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．【例1】 238 92U 核经一系列的衰变后变为206 82Pb 核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)206 82Pb 与238 92U 相比，质子和中子数各少多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程．[解析] (1)设238 92U 衰变为206 82Pb 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,92＝82＋2x －y ，联立解得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，中子数少1，而质子数增1，故206 82Pb 较238 92U 质子数少10，中子数少22．(3)核反应方程为238 92U→206 82Pb ＋842He ＋6 0－1e ．[答案] (1)8次α衰变，6次β衰变 (2)10 22 (3)见解析分析衰变次数的解题步骤(1)先根据已知条件，表示出初、末原子核的符号．如A Z X 、A ′Z ′Y 等．(2)根据衰变规律，写出核反应方程，衰变次数用未知数表示．如：A Z X→A ′Z ′Y ＋m 42He ＋n 0－1e ．(3)根据核反应方程遵循的规律列方程求解未知数．根据反应式得：⎩⎨⎧A ＝A ′＋4m Z ＝Z ′＋2m －n[跟进训练]1．某放射性元素的原子核M Z X 连续经过三次α衰变和两次β衰变，若最后变成另外一种元素的原子核Y ，则该新核的正确写法是( )A ．M －14 Z －2Y B ．M －14 Z －6Y C ．M －12 Z －6Y D ．M －12 Z －4YD [新核的质量数为M ′＝M －12，故A 、B 错误；电荷数Z ′＝Z －6＋2＝Z －4，故C 错误，D 正确．]晋朝初年，南昌人许逊被朝廷任命为旌阳县令，他看到很多老百姓的租税交提示：不能，衰变需要时间．1．常用公式：n ＝N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t T ，m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT ． 式中N 、M 表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，n 、m 表示尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，T 表示半衰期．2．意义：表示放射性元素衰变的快慢．3．规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，由元素的原子核内部因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关．4．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．5．规律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代．【例2】 恒星向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K 时，可以发生“氦燃烧”．(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：42He ＋________→84Be ＋γ．(2)84Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s ．一定质量的84Be ，经7.8×10－16s 后所剩84Be 占开始时的________．[解析] (1)根据核反应方程和电荷守恒定律可知，42He ＋42He→84Be ＋γ．(2)84Be 的半衰期为2.6×10－16s ，经过7.8×10－16s 后，也就是经过3个半衰期后剩余的质量为m ′＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12n m ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫123m ，所剩84Be 占开始时的18． [答案] (1)42He (2)18或12.5%应用半衰期公式m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t T ，n ＝N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t T 的三点注意 (1)半衰期公式只对大量原子核才适用，对少数原子核是不适用的．(2)明确半衰期公式中m 、M 的含义及二者的关系；n 、N 的含义及二者的关系．(3)明确发生衰变的原子核与新产生的原子核质量之间的比例关系，每衰变一个原子核，就会产生一个新核，它们之间的质量之比等于各自原子核的质量之比．[跟进训练]2．已知A 和B 两种放射性元素的半衰期分别为T 和2T ，则相同质量的A 和B 经过2T 后，剩有的A 和B 质量之比为( )A ．1∶4B ．1∶2C ．2∶1D ．4∶1B [由半衰期含义可知，A 经过两个半衰期剩余的质量为原来的14，B 经过一个半衰期，剩余的质量为原来的12，所以剩余的A 、B 质量之比为1∶2，B 项正确．]放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，(1)能用α射线来测量金属板的厚度吗？(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．2．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性．②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等．③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症．(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．【例3】(多选)下列说法正确的是()A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好B．输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置C．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是含量较少，经济上不划算D．放射性元素被植物吸收，其放射性不会发生改变BD[放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料．无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的，A错误；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D正确；放射性同位素可作为示踪原子，是因为它不改变元素的化学性质，B正确．]放射性同位素的应用技巧(1)用射线来测量厚度，一般不选取α射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取γ射线，也有部分选取β射线的．(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线．(3)使用放射线时安全是第一位的．[跟进训练]3．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是()A．利用射线可以改变布料的性质，使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿能力可以为金属探伤，也可以进行人体的透视C．利用射线照射作物种子可使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种D．利用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D[利用射线消除有害静电是利用射线的电离性，使空气分子电离，将静电中和，选项A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，选项B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种，选项C错误；利用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，选项D正确．]射线在人们心里是一个恶魔，许多人谈“核”色变，怎样对射线进行有效的放射性物质危险警告标志后的废料，其主要成分为铀238．贫铀炸弹有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而易患上皮肤癌和白血病．下列结论正确的是()A．铀238的衰变方程式为23892U→42He＋23490ThB．23892U和23592U互为同位素C．人患皮肤癌和白血病可能是因为核辐射导致了基因突变D．贫铀炸弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性ABC[铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，选项A正确；铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，选项B正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，选项C正确；贫铀炸弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，选项D错．] [跟进训练]4．(1)一病人突然昏厥，医生用碘123进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出病因这是利用碘123所放出的()A．热量B．α射线C．β射线D．γ射线(2)医生用碘123对病人进行诊断，使其很快恢复健康，碘123的特性是()A．半衰期长，并能迅速从体内清除B．半衰期长，并能缓慢从体内清除C．半衰期短，并能迅速从体内清除D．半衰期短，并能缓慢从体内清除[解析](1)原子核衰变可同时放出α、β、γ射线，α射线是氦核流，β射线是电子流，γ射线是电磁波，α射线与β射线的穿透本领都较弱，这是利用碘123所放出的γ射线．故A、B、C错误，D正确．(2)半衰期由原子核自身因素决定，与所处的状态无关，而医生用碘123进行诊断，原因是其半衰期较短，在较短的时间内可以测量到一定量的放射性，并可迅速从体内消除，避免过度放射对人体造成危害．故C符合题意．[答案](1)D(2)C1．(多选)以下说法正确的是()A．通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素B．在人工核反应过程中，质量守恒C．利用示踪原子可以研究生物大分子的结构D．人类一直生活在放射性的环境中ACD[通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素，A项正确；在人工核反应过程中，质量数守恒，B项错误；利用示踪原子可以研究生物大分子的结构，C项正确；人类一直生活在放射性的环境中，地球上的每个角落都有射线，D项正确．]2．由原子核的衰变规律可知()A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线B．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1C[一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线；原子核发生衰变后，核电荷数发生了变化，故新核(新的物质)的化学性质也发生改变；发生正电子衰变，新核质量数不变，核电荷数减小1．]3．某放射性原子核A，经一次α衰变成为B，再经一次β衰变成为C，则() A．原子核C的中子数比A少2B ．原子核C 的质子数比A 少1C ．原子核C 的中子数比B 少2D ．原子核C 的质子数比B 少1B [写出核反应方程如下：X Y A→42He ＋X －4Y －2B ，X －4Y －2B→ 0－1e ＋X －4Y －1C ．A 的中子数为X －Y ，B 的中子数为(X －4)－(Y －2)＝X －Y －2，C 的中子数为(X －4)－(Y －1)＝X －Y －3．故C 比A 中子数少3，C 比B 中子数少1，A 、C 均错．A 、B 、C 的质子数分别为Y 、Y －2、Y －1，故C 比A 质子数少1，C 比B 质子数多1，B 对，D 错．]4．(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AC [剩余的碳14占12，表明经过了一个半衰期，A 正确；碳14、13、12的质子数相同，质量数不同，中子数不同，碳14比碳12多两个中子，故B 错误；碳14变为氮14，质量数未变，放出的是电子流，即β射线，C 正确；半衰期不受外界环境影响，D 错误．]5．约里奥—居里夫妇因发现人工放射性同位素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是________．3215P 是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术．1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg 的3215P 经多少天的衰变后还剩0.25 mg ．[解析]由核反应过程中电荷数和质量数守恒可写出核反应方程：3015P→3014Si ＋01e，可知这种粒子是正电子．由图像可知3215P的半衰期为14天，4 mg的3215P衰变后还剩0.25 mg，经历了4个半衰期，所以为56天．[答案]正电子56天。
高中物理 第3章 原子核与放射性 第2节 原子核衰变及半衰期教学案 鲁科版选修3-5-鲁科版高二选修
第2节原子核衰变及半衰期1.了解天然放射现象及其规律．(重点)2.知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们．(重点)3．知道放射现象的实质是原子核的衰变． 4.知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律．(重点)5．理解半衰期的概念．(重点＋难点)一、天然放射现象1.定义：物质能自发地放出射线的现象．2.物质放出射线的性质，叫做放射性．3.具有放射性的元素，叫做放射性元素．4.天然放射现象最先是由贝克勒尔于1896年发现的．人类对原子核变化规律的认识，是从天然放射现象的发现开始的．天然放射性现象的发现有何意义？提示：天然放射现象使人们认识到原子核具有复杂的内部结构．二、放射线的本质1.α射线是高速运动的氦原子核粒子流．速度约为光速的0.1倍，电离作用很强，穿透能力很弱．2.β射线是高速运动的电子流，速度约为光速的0.9倍，电离作用较弱，穿透本领较强．3.γ射线是波长很短的电磁波，它的电离作用很弱，穿透能力很强．1．(1)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力．( )(2)β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板．( )(3)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强．( )三、原子核的衰变种类方程 规律原子核的衰变 α衰变：放出α粒子的衰变238 92U →23490Th ＋42He质量数、核电荷数守恒β衰变：放出β粒子的衰变234 90Th →23491Pa ＋0－1eγ衰变2．(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核．( ) (2)原子核衰变时质量是守恒的．( ) (3)β衰变时放出的电子就是核外电子．( ) 提示：(1)√ (2)× (3)× 四、半衰期1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．2.公式：m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t /τ．m 为该元素剩余的质量，M 为该元素原来的质量，t 为经过的时间，τ为半衰期．3.影响因素：元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．4.适用条件：半衰期描述的是大量原子核的统计行为，说明在大量原子核群体中，经过一定时间将有一定比例的原子核发生衰变．3．(1)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢．( ) (2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律．( ) (3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短．( )对三种射线的认识1.三种射线的比较α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波) 带电荷量2e －e 0质量4m p m p＝1.67×10－27kgm p1 840静止质量为零速度0.1c 0.9c c在电场或磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光2.三种射线产生的机理α射线核内两个中子和两个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来．原子核发生一次α衰变，质子数和中子数分别减少2β射线核中的中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核中发射出来，这就是β射线，由于该电子来源于原子核，它的速度远大于阴极射线中的电子和核外绕核旋转的电子γ射线原子核的能量也是不连续的，同样存在着能级，能级越低越稳定．放射性原子核在发生α衰变、β衰变后产生的新核往往处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射γ光子．由于原子核中的能级跃迁辐射出的光子能量非常大，故γ光子的频率很大将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，如图表示射线偏转情况中正确的选项是( )A ．①③B ．①④C ．②③D ．②④[思路点拨] 求解此题应把握以下两点：(1)α粒子、β粒子在磁场中偏转，求半径再比较．(2)α粒子、β粒子在电场中做平抛运动，求偏向位移再比较．[解析] 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①、②、③、④四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的，偏转的程度如下：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r ＝mv Bq，将其数据代入，那么α粒子与β粒子的半径之比为：r αr β＝m αm β·v αv β·q βq α＝411 840×0.1c 0.99c ×12≈3711. 由此可见①正确，②错误．带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v 0，垂直电场线方向位移为x ，沿电场方向位移为y ，那么有：x ＝v 0t ，y ＝qE 2m t 2，消去t 可得：y ＝qEx 22mv 20.对某一确定的x 值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为y αy β＝q αq β·m βm α·v 2βv 2α＝21×11 8404×〔0.99c 〕2〔0.1c 〕2≈138. 由此可见③错误，④正确． [答案] B求解此类题目要熟知以下两点(1)三种射线的带电性质．(2)正、负电荷在电场或磁场中的运动规律及解题方法．1.如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，以下说法正确的选项是( )A ．①表示γ射线，③表示α射线B ．②表示β射线，③表示α射线C ．④表示α射线，⑤表示γ射线D ．⑤表示β射线，⑥表示α射线解析：选C.γ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A 、B 、D 项错；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定那么可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C 项对．正确理解原子核的衰变天然放射现象说明原子核具有复杂的结构．原子核放出α粒子或β粒子(并不说明原子核内有α粒子或β粒子，原子核内不可能有α粒子或电子)后变成新的原子核，这种变化称为原子核的衰变．1.衰变规律：原子核衰变前后的核电荷数和质量数都守恒．2.衰变方程(1)原子核放出一个α粒子就说明它发生了一次α衰变，新核的质量数比原来的核减少了4，而核电荷数减少2，用通式表示为：α衰变：A Z X ―→A －4Z －2Y ＋42He.(2)原子核放出一个β粒子就说明它发生了一次β衰变，新核的质量数不变，而核电荷数增加了1，用通式表示为：β衰变：A Z X ―→A Z ＋1Y ＋ 0－1 e.(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变而产生，往往是衰变后的新核向低能级跃迁时辐射出来的一份能量，原子核放出一个γ光子不会改变它的质量数和核电荷数．3.两个重要的衰变238 92U ―→234 90Th ＋42He ，234 90Th ―→234 91Pa ＋ 0－1 e.4.对核反应过程的说明(1)核反应过程一般都是不可逆的，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．(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒求出生成物来写核反应方程．(3)核反应中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．(4)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射，这时可连续放出三种射线．23892U 放射性衰变有多种可能途径，其中一途径是先变成210 83Bi ，而21083Bi 可以经一次衰变变成210a X(X 代表某一种元素)，也可以经一次衰变变成b81Ti ，210a X 和b 81Ti 最后都变成20682Pb ，衰变路径如下图，那么图中( )A ．a ＝82，b ＝211B ．①是β衰变，②是α衰变C ．①是α衰变，②是β衰变D.b 81Ti 经过一次α衰变变成20682Pb [思路点拨] 求解此题应注意以下两点：(1)发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2，根据质量数变化求α衰变的次数．(2)发生一次β衰变，质量数不变，核电荷数增加1，再根据电荷数变化确定β衰变的次数．[解析]210 83Bi 经一次衰变变成210a X ，由于质量数不变，所以只发生了一次β衰变，核电荷数增加1即a ＝83＋1＝84，①是β衰变.21083Bi 经一次衰变变成b81Ti ，由于核电荷数减少2，所以只发生了一次α衰变，质量数减少4，即b ＝210－4＝206，②是α衰变，故A 、C 项均错误，B 项正确；20681Ti 变成20682Pb ，质量数不变，核电荷数增加1，所以只能经过一次β衰变，故D 项错误．[答案] B有关连续衰变确定衰变次数的问题应注意的两点(1)由于β衰变不改变质量数，可先根据质量数守恒，确定α衰变次数． (2)再根据总核电荷数守恒，确定β衰变次数．2.原子核23892U 经放射性衰变①变为原子核23490Th ，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa ，再经放射性衰变③变为原子核23492U ，放射性衰变①、②和③依次为( )A ．α衰变、β衰变和β衰变B ．β衰变、α衰变和β衰变C ．β衰变、β衰变和α衰变D ．α衰变、β衰变和α衰变解析：选A.23892U ――→①234 90Th ，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变.23490Th ――→②234 91Pa ，质子数加1，质量数不变，说明②为β衰变，中子转化成质子.23491Pa ――→③234 92U ，质子数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子．应选A.对半衰期的理解1.常用公式：N 余＝N 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ. 式中N 原、M 表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．2.规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，是由元素的原子核内部因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关．3.规律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代．半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核有意义，对少数原子核是没有意义的．某一个原子核何时发生衰变，是不可知的，当原子核数目特别少时，公式不再成立，如10个原子核经过半衰期剩几个？这样的问题无法处理．放射性同位素14C 被考古学家称为“碳钟〞，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的146C ，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年，试写出14C 的衰变方程．(2)假设测得一古生物遗骸中的146C 含量只有活体中的25%，那么此遗骸距今约有多少年？[思路点拨] (1)根据质量数守恒和电荷数守恒写出衰变方程．(2)由古生物14C 的含量与活体14C 的含量对比可确定其半衰期数，即可计算出古生物的年代．[解析] (1)14 6C 的β衰变方程为：146C ―→0－1e ＋147N.(2)146C 的半衰期τ＝5 730年．生物死亡后，遗骸中的146C 按其半衰期变化，设活体中146C 的含量为N 0，遗骸中的146C 含量为N ，那么N ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτN 0≠N 0，即0.25N 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12t5 730N 0，故t 5 730＝2，t ＝11 460年． [答案] (1)146C ―→0－1e ＋147N (2)11 460年3.放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随________辐射．A 、B 两种放射性元素的半衰期分别为T 1和T 2，经过t ＝T 1·T 2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比m A ∶m B ＝________．解析：由半衰期公式m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT 结合题意可得 m A ·⎝ ⎛⎭⎪⎫12T 1T 2T 1＝m B ·⎝ ⎛⎭⎪⎫12T 1T 2T 2，所以m A m B ＝2T 22T 1. 答案：γ 2T 2∶2T 1α衰变、β衰变在磁场中的轨迹分析设有一个质量为M 0的原子核，原来处于静止状态．当发生一次α(或β)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 ′.1．动量守恒关系：0＝mv ＋Mv ′或mv ＝－Mv ′.2．在磁场中径迹的特点：当粒子和反冲核垂直进入磁感应强度为B 的匀强磁场时，将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，且轨迹如下图．(1)轨道半径的大小：因为粒子与反冲核的动量大小相等，所以轨道半径与电荷量成反比，即R ＝mv Bq ∝1q .当发生α衰变时：R αR M ＝Z －22.当发生β衰变时：R βR M ＝Z ＋11.如果测出轨道的半径比，可以求出Z ，从而判定是什么原子核发生了衰变．(2)运行周期的长短：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T ＝2πm Bq ∝mq.(3)径迹的特点：粒子的轨道半径大，反冲核的轨道半径小．α粒子与反冲核带同种电荷，两轨道外切；β粒子与反冲核带异种电荷，两轨道内切；γ射线的径迹为与反冲核的径迹相切的直线．静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如下图，那么以下说法错误的选项是( )A ．α粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B ．原来放射性元素的原子核电荷数为90C ．反冲核的电荷数为88D ．α粒子和反冲粒子的速度之比为1∶88[解析] 微粒之间相互作用的过程中遵循动量守恒，由于初始总动量为0，那么末动量也为0，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反．由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动，由Bqv ＝m v 2R 得：R ＝mvqB.假设原来放射性元素的核电荷数为Q ，那么对α粒子：R 1＝p 1B ·2e对反冲核：R 2＝p 2B 〔Q －2〕e.由于p 1＝p 2，R 1∶R 2＝44∶1，得Q ＝90它们的速度大小与质量成反比，应选项D 错误． [答案] D[随堂检测]1.天然放射现象的发现揭示了( ) A ．原子不可再分 B ．原子的核式结构 C ．原子核还可以再分D．原子核由质子和中子组成解析：选C.汤姆孙发现了电子说明原子也可再分；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构；贝可勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核也是有着复杂的结构的．天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分．卢瑟福用α粒子轰击氮核，发现了质子，查德威克用α粒子轰击铍核打出了中子，使人们认识到原子核是由质子和中子组成的．所以选项C正确．2.(多项选择)以下关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的选项是( )A．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强B．β射线是电子流，其速度接近光速C．γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板D．以上三种说法均正确解析：选BC.α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A项错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B项正确；γ射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C项正确．3.(多项选择)关于原子核的衰变和半衰期，以下说法正确的选项是( )A．半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间B．半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要的时间C．发生α衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动2位D．发生β衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动1位解析：选BD.由半衰期的定义可知，A错，B对．由α衰变和β衰变的实质可知，C 错，D对．4.碘131的半衰期约为8天．假设某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( )A.m4B．m8C.m16D．m32解析：选C.经过32天即4个半衰期，碘131的含量变为m′＝m24＝m16，C项正确．[课时作业]一、单项选择题1.在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是( )A ．γ射线的贯穿作用B ．α射线的电离作用C ．β射线的贯穿作用D ．β射线的中和作用解析：选B.由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消失．2.关于放射性元素的α衰变和β衰变，以下说法中正确的选项是( )A ．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少4B ．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4C ．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1D ．原子核每放出一个β粒子，原子序数增加1解析：选D.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，核电荷数增加1，原子序数增加1.3.实验观察到，静止在匀强磁场中A 点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图，那么( )A ．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B ．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C ．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D ．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里解析：选D.根据动量守恒定律，原子核发生β衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p .根据qvB ＝mv 2r ，得轨道半径r ＝mv qB ＝p qB，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的，轨迹2是新核的．根据左手定那么，可知磁场方向垂直纸面向里．选项D 正确．4.最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得重大进展，1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核AZ X 经过6次α衰变后的产物是253100Fm.由此，可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是( )A ．124、259B ．124、265C ．112、265D ．112、277 解析：选D.由电荷数守恒得Z ＝100＋12＝112，由质量数守恒得A ＝253＋24＝277，应选D.5.如图中曲线a 、b 、c 、d 为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的选项是( )A ．a 、b 为β粒子的径迹B ．a 、b 为γ粒子的径迹C ．c 、d 为α粒子的径迹D ．c 、d 为β粒子的径迹解析：选D.由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定那么可判断a 、b 可能为α粒子的径迹，c 、d 可能为β粒子的径迹，选项D 正确．6.铀239(23992U)经过衰变可产生钚239(239 94Pu)．关于铀239的衰变，以下说法正确的选项是( )A.239 94Pu 与239 92U 的核内具有相同的中子数和不同的核子数B ．放射性物质239 92U 发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子C.239 92U 经过2次β衰变产生239 94PuD ．温度升高，239 92U 的半衰期减小解析：选C.239 92U 的质量数A ′＝239，核电荷数Z ′＝92，那么中子数n ′＝239－92＝147，23994Pu 的质量数A ＝239，核电荷数Z ＝94，那么中子数n ＝A －Z ＝239－94＝145，故核子数相同，但中子数不同，故A 错误．β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时释放出来的，故B 错误.239 92U ―→2 0－1e ＋23994Pu ，显然反应物的质量数为239，而生成物的质量数为239，故质量数守恒；而反应物的核电荷数为92，故核电荷数守恒，反应能够发生，故C正确．半衰期与物体的温度、状态均无关，而是由核内部自身因素决定的，故D错误．二、多项选择题7.如下图，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，那么以下说法中正确的选项是( )A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线B．α射线和β射线的轨迹是抛物线C．α射线和β射线的轨迹是圆弧D．如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b解析：选AC.由左手定那么可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧．由于α粒子速度约是光速的110，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动．此题应选A、C.8.关于天然放射性，以下说法正确的选项是( )A．所有元素都有可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线解析：选BC.自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；原子核发生衰变时，不能同时发生α和β衰变，γ射线伴随这两种衰变产生，应选项D错误．9.14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年．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的比例持续减小．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．以下说法正确的选项是( )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的衰变解析：选AC.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14 6C→14 7N＋0－1e，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．10.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生了衰变，得到两条如下图的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向．不计放出光子的能量，那么以下说法正确的选项是( )A．发生的是β衰变，b为β粒子的径迹B．发生的是α衰变，b为α粒子的径迹C．磁场方向垂直于纸面向外D．磁场方向垂直于纸面向里解析：选AD.放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度相反，而电性相反，那么两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，故放出的是β粒子，放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，由半径公式可得轨迹半径与动量成正比，与电荷量成反比，而β粒子的电荷量比反冲核的电荷量小，那么β粒子的半径比反冲核的半径大，故b为β粒子的运动轨迹，应选项A正确，由左手定那么知磁场方向垂直纸面向里，选项D正确．三、非选择题11.恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧〞．(1)完成“氦燃烧〞的核反应方程：42He＋________→84Be＋γ.(2)84Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s．一定质量的84Be，经7.8×10－16 s 后所剩84Be 占开始时的多少？解析：(1)根据核反应方程的电荷数守恒，质量数守恒可知核反应方程应为42He ＋42He ―→84Be ＋γ.(2)m m 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫123＝18. 答案：(1)42He (2)18(或12.5%) 12.(1)原子核232 90Th 具有天然放射性，它经过假设干次α衰变和β衰变后会变成新的原子核．以下原子核中，有三种是232 90Th 衰变过程中可以产生的，它们是________．A.208 82PbB ．211 82PbC.216 84Po D.228 88RaE.226 88Ra(2)一静止的238 92U 核经α衰变成为234 90Th 核，释放出的总动能为4.27 MeV.问此衰变后234 90Th 核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)?解析：(1)选ACD.发生1次α衰变时核子的质量数减4，电荷数减2；发生1次β衰变时，质量数不变，电荷数加1.先从质量数的变化分析，易得A 、C 、D 正确．(2)据题意知，此α衰变的衰变方程为：23892U ―→234 90Th ＋42He ， 根据动量守恒定律得m αv α＝m Th v Th ①式中，m α和m Th 分别为α粒子和Th 核的质量，v α和v Th 分别为α粒子和Th 核的速度，由题设条件知：12m αv 2α＋12m Th v 2Th ＝E k ② m αm Th ＝4234③ 式中E k ＝4.27 MeV ，是α粒子与Th 核的总动能．由①②③式得12m Th v 2Th ＝m αm α＋m ThE k 代入数据得，衰变后23490Th 核的动能12m Th v 2Th ≈0.07 MeV.答案：(1)ACD (2)0.07 MeV。
高中物理第3章原子核与放射性2原子核衰变及半衰期学案鲁科版选修
第2节原子核衰变及半衰期[目标定位]1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象，能记住三种射线的特性.2.知道什么是原子核的衰变及衰变实质.3.理解半衰期的统计意义，学会利用半衰期解决相关问题．一、天然放射现象的发现1．1896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性．2．物质放出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，物质能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象．3．皮埃尔·居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)．二、放射线的本质1．三种射线：如图1中1是β射线，2是γ射线，3是α射线．图1(1)α射线是高速氦原子核粒子流．(2)β射线是高速运动的电子流．(3)γ射线是波长很短的电磁波．2．三种射线的特点(1)α射线：α粒子容易使空气电离，但穿透能力很弱．(2)β射线：β粒子穿透能力较强，但电离作用较弱．(3)γ射线：γ射线电离作用很弱，但穿透能力很强．三、原子核的衰变1．原子核的衰变：原子核放出α射线或β射线，而转变为新原子核的变化．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．2．α衰变：原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.例：238 92U的α衰变方程为238 92U→234 90Th＋42He.3．β衰变：原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1，例：234 90Th的β衰变方程为234 90Th→23491Pa＋0－1e.四、衰变的快慢半衰期1．放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫半衰期．2．元素半衰期的长短是由原子核自身的因素决定的，跟原子所处的物理、化学状态和周围环境、温度没有关系．一、三种射线的本质及特点1．α、β、γ三种射线的性质、特征比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e －e 0质量4m p(m p＝1.67×10－27 kg)m p1 836静止质量为零速率0.1c 0.9c c贯穿本领最弱用一张纸就能挡住较强能穿透几毫米厚的铝板最强能穿透几厘米厚的铅板电离作用很强较弱很弱(1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转，如图2甲所示．图2(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示．例1一置于铅盒中的放射源发射出的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场．进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图3所示，则图中的射线a为________射线，射线b为________射线．图3答案γβ解析在三种射线中，α射线带正电，穿透能力最弱，γ射线不带电，穿透能力最强；β射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，a射线应为γ射线，b射线应为β射线．借题发挥三种射线的比较方法(1)α射线是α、β、γ三种射线中贯穿本领最弱的一种，它穿不过白纸．(2)要知道三种射线的成分，贯穿本领和电离本领的强弱．(3)要知道α、β、γ三种射线的本质，α、β射线是实物粒子，γ射线是光子．针对训练1如图4，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是()图4A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线答案C解析由三种射线的带电性质可以判断出①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线，故C对．二、原子核的衰变1．α衰变：原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.α衰变的实质：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中释放出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．2．β衰变：原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1.β衰变的实质：原子核中的一个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，其转化方程为：10n―→11H＋0－1e.3．衰变规律衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．例2原子核238 92U经放射性衰变①变为原子核23490 Th，继而经放射性衰变②变为原子核234 91Pa，再经放射性衰变③变为原子核234 92U.放射性衰变①、②和③依次为()A．α衰变、β衰变和β衰变 B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变 D．α衰变、β衰变和α衰变答案A解析根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，238 92U核与23490Th核比较可知，衰变①的另一产物为42He，所以衰变①为α衰变，选项B、C错误；234 91Pa核与234 92U核比较可知，衰变③的另一产物为0－1e，所以衰变③为β衰变，选项A正确，D错误．例3238 92U核经一系列的衰变后变为206 82Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)206 82Pb与238 92U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．答案(1)8次α衰变，6次β衰变(2)10(3)见解析解析(1)设238 92U衰变为206 82Pb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＋4x①92＝82＋2x－y②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衰变中子数少1，而质子数增加1，故206 82Pb较238 92U质子数少10，中子数少.(3)核反应方程为238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e.借题发挥衰变次数的判断方法(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2.(3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.三、对半衰期的理解1．对半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同元素的半衰期不同，有的差别很大．2．半衰期公式式中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，T1/2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，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时刻衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．例4氡2是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤．它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是286Rn―→21884Po＋________.已知286Rn的半衰期约为3.8天，则约经过________天，16 g的286Rn衰变后还剩1 g.答案42He15.2解析根据质量数、电荷数守恒得衰变方程为2 86Rn→218 84Po＋42He.根据衰变规律m＝代入数值解得t＝15.2天．针对训练2放射性元素(2 86Rn)经α衰变成为钋(218 84Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素2 86Rn的矿石，其原因是() A．目前地壳中的2 86Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B．在地球形成的初期，地壳中元素2 86Rn的含量足够高C．当衰变产物218 84Po积累到一定量以后，218 84Po的增加会减慢2 86Rn的衰变进程D.2 86Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期答案A解析元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，一般与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关，C、D错；即使元素氡的含量足够高，经过漫长的地质年代，地壳中也几乎没有氡了，一定是来自于其他放射性元素的衰变，故A对，B错.三种射线的特性1. (多选)图5中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是()图5A．a为α射线，b为β射线B．a为β射线，b为γ射线C．b为γ射线，c为α射线D．b为α射线，c为γ射线答案BC解析由题图可知电场线方向向右，α射线带正电所受电场力方向与电场线方向一致，故α射线向右偏转，即c为α射线；β射线带负电所受电场力方向与电场线方向相反，故β射线向左偏转，即a为β射线；γ射线不带电不发生偏转，即b为γ射线．故选项B、C 正确．原子核的衰变2．原子核发生β衰变时，此β粒子是()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C．原子核内存在着电子D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子答案D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：10n―→11H＋0－1e，11H―→10n＋0＋1e.由以上两式可看出β粒子(电子)是由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．3．贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是()A.14 6C→14 7N＋0－1eB.235 92U＋10n→139 53I＋9539Y＋210nC.21H＋31H→42He＋10nD.42He＋2713Al→3015P＋10n答案A解析A属于β衰变，B属于裂变，C是聚变，D是原子核的人工转变，故选A项．对半衰期的理解及计算4．下列有关半衰期的说法正确的是()A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度D．降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度答案A解析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关．故A 正确，B 、C 、D 错误．5．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() A.m 4 B.m 8 C.m 16 D.m32 答案C解析由半衰期公式m ′＝m (12)t T 1/2可知，m ′＝m (12)328＝116m ，故选项C 正确.(时间：60分钟)题组一天然放射现象及三种射线的性质1．(多选)关于α、β、γ三种射线，下列说法正确的是() A ．α射线是原子核发射出的氦核，它的穿透能力最强 B ．β射线是电子流，它具有中等的穿透能力C ．γ射线一般伴随着α射线或β射线产生，它的穿透能力最强D ．γ射线是电磁波，它的穿透能力最弱 答案BC解析根据三种射线的性质可知：α射线是高速氦核流，β射是高速电子流，γ射线是光子流，在三种射线中，α射线的电离作用最强，穿透能力最弱，γ射线的电离作用最弱，穿透能力最强，β射线的电离作用和穿透能力居中，故B 、C 对，A 、D 错． 2．关于放射性元素发生衰变放射的三种射线，下列说法中正确的是() A ．三种射线一定同时产生 B ．三种射线的速度都等于光速C ．γ射线是处于激发态的原子核发射的D ．原子核衰变不能同时放射α射线和γ射线 答案C解析γ射线是在α衰变或β衰变后原子核不稳定而辐射出光子形成的，故C 对． 3.研究放射性元素射线性质的实验装置如图1所示．两块平行放置的金属板A 、B 分别与电源的两极a 、b 连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则()图1A．a为电源正极，到达A板的为α射线B．a为电源正极，到达A板的为β射线C．a为电源负极，到达A板的为α射线D．a为电源负极，到达A板的为β射线答案B解析从图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子的竖直位移小于到达B板粒子的，粒子在竖直方向做匀速直线运动，则据公式x＝v0t＝v0md2qu可知，两个粒子初速度v0相同，两极板电压u相同，放射源与两极板的距离d2也相同，而电子的mq小，所以电子的竖直位移小，故达到A极板的是β射线，A极板带正电，a为电源的正极，故选项B正确．4．如图2中R是一种放射性物质，它能放出α、β、γ三种射线，虚线框内是匀强磁场，LL′是厚纸板，MM′是荧光屏，实验时发现在荧光屏上只有O、P两点处有亮斑．下列说法正确的是()图2A．磁场方向平行纸面竖直向上，到达O点的射线是β射线，到达P点的射线是α射线B．磁场方向平行纸面竖直向下，到达O点的射线是α射线，到达P点的射线是β射线C．磁场方向垂直纸面向外，到达O点的射线是γ射线，到达P点的射线是α射线D．磁场方向垂直纸面向里，到达O点的射线是γ射线，到达P点的射线是β射线答案D解析因为α粒子的贯穿本领较小，一张纸即可把它挡住，所以亮斑中不可能有α射线，A、B、C错误；因为γ射线不带电，所以不受磁场约束，直接打在O点，由左手定则知磁场方向垂直纸面向里，所以D正确．题组二对原子核衰变的理解5．“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆．重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239(239 94Pu)，这种钚239可由铀239(239 92U)经过n次β衰变而产生，则n为()A．2 B．239 C．145 D．92答案A解析β衰变规律是质量数不变，质子数增加1.239 94Pu比239 92U质子数增加2，所以发生2次β衰变，A对．6．原子核X经过一次α衰变成原子核Y，原子核Y再经一次β衰变成原子核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2B．核X的质子数比核Z的质子数多5C．核Z的质子数比核X的质子数少1D．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，故可判知C对．7．放射性元素A经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了()A．1位B．2位C．3位D．4位答案C解析原子核经过一次α衰变，电荷数减小2，经过一次β衰变，电荷数增加1，所以元素A经过2次α衰变和1次β衰变后电荷数减小3，生成的新元素在元素周期表中的位置向前移3位，C正确．8．在横线上填上粒子符号和衰变类型．(1)238 92U―→234 90Th＋________，属于________衰变(2)234 90Th―→234 91Pa＋________，属于________衰变(3)210 84Po―→210 85At＋________，属于________衰变(4)6629Cu―→6227Co＋________，属于________衰变答案(1)42Heα(2)0－1eβ(3)0－1eβ(4)42Heα解析根据质量数和电荷数守恒可以判断，(1)中生成的粒子为42He，属于α衰变；(2)中生成的粒子为0－1e，属于β衰变；(3)中生成的粒子为0－1e，属于β衰变；(4)中生成的粒子为42He，属于α衰变．题组三对半衰期的理解和计算9．(多选)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A．原子核全部衰变所需要的时间的一半B．原子核有半数发生衰变所需要的时间C．相对原子质量减少一半所需要的时间D．元素质量减半所需要的时间答案BD解析放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫做这种元素的半衰期，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同．放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核，原来的放射性元素原子核的个数不断减少；当原子核的个数减半时，该放射性元素的原子核的总质量也减半，故选项B、D正确．10．(多选)关于天然放射现象，下列叙述正确的是()A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减少B．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(238 92U)衰变为铅核(206 82Pb)的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变答案CD11.在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图3中a、b所示，由图可以判定()图3A．该核发生的是α衰变B．该核发生的是β衰变C．磁场方向一定垂直纸面向里D．磁场方向向里还是向外不能确定答案BD解析本题考查对α粒子及β粒子的性质的了解，对动量守恒定律以及左手定则的应用能力．原来静止的核，放出粒子后，总动量守恒，所以粒子和反冲核的速度方向一定相反，根据图示，它们在同一磁场中是向同一侧偏转的，由左手定则可知它们必带异种电荷，故应为β衰变；由于不知它们的旋转方向，因而无法判定磁场是向里还是向外，即都有可能．题组四综合应用12．天然放射性铀(238 92U)发生衰变后产生钍(234 90Th)和另一个原子核．(1)请写出衰变方程；(2)若衰变前铀(238 92U)核的速度为v ，衰变产生的钍(234 90Th)核速度为v2，且与铀核速度方向相同，求产生的另一种新核的速度．答案(1)见解析(2)1214v 解析(1)238 92U ―→234 90Th ＋42He(2)设另一新核的速度为v ′，铀核质量为238m ，由动量守恒定律得：238mv ＝234m v2＋4mv ′得：v ′＝1214v . 13.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图4所示)，今测得两个相切圆半径之比r 1∶r 2＝1∶44.求：图4(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？(2)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)答案(1)90(2)见解析解析(1)设衰变后新生核的电荷量为q 1，α粒子的电荷量为q 2＝2e ，它们的质量分别为m 1和m 2，衰变后的速度分别为v 1和v 2，所以原来原子核的电荷量q ＝q 1＋q 2.根据轨道半径公式有r 1r 2＝m 1v 1Bq 1m 2v 2Bq 2＝m 1v 1q 2m 2v 2q 1， 又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m 1v 1＝m 2v 2，以上三式联立解得q ＝90e .即这个原子核原来所含的质子数为90.(2)因为动量相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比．所以圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹．。
3. 2《原子核衰变及半衰期》教案(鲁科版选修3-5)
第二节原子核衰变及半衰期学案【学习目标】<1）了解天然放射现象及其规律；<2）知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们；<3）知道放射现象的实质是原子核的衰变；<4）知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律；<5）理解半衰期的概念。
【学习重点】天然放射现象及其规律，原子核的衰变规律及半衰期。
知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们及半衰期描述的对象。
【知识要点】1、天然放射现象<1）物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity>。
元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象，具有放射性的元素称为放射性元素。
<2）放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。
b5E2RGbCAP2、射线到底是什么①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。
不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，或者升高它的温度，它都具有放射性。
p1EanqFDPw②三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有其复杂的结构。
DXDiTa9E3d3、原子核的衰变<1）原子核的衰变原子核放出α或β粒子，由于核电荷数变了，它在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。
一种物质变成另一种物质。
RTCrpUDGiT<2）α衰变铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核--钍234核。
那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。
这个过程可以用衰变方程式来表示：23892U→23490Th+42He5PCzVD7HxA<3）衰变方程式遵守的规律第一、质量数守恒第二、核电荷数守恒α衰变规律：AZX→A-4Z-2Y+42He<4）β衰变钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成23491Pa<镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？β粒子用0-1e表示。
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高三物理原子核衰变及半衰期教学设计
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原子核衰变及半衰期
新课标要求
、知识与技能
（1）了解天然放射现象及其规律；
（2）知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们；
（3）知道放射现象的实质是原子核的衰变；
（4）知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律；
（5）理解半衰期的概念。
2、过程与方法
（1）能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式；
（2）能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）。
（3）通过观察，思考，讨论，初步学会探究的方法；
（4）通过对知识的理解，培养自学和归纳能力。
3、情感、态度与价值观
（1）树立正确的，严谨的科学研究态度；
（2）树立辨证唯物主义的科学观和世界观。
教学重点：天然放射现象及其规律，原子核的衰变规律及半衰期。
教学难点：知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们及半衰期描述的对象。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备
（一）引入新课
本节课我们来学习新的一章：原子核。
本章主要介绍了核物理的一些初步知识，核物理研究的是原子核的组成及其变化规律，是微观世界的现象。
让我们走进微观世界，一起探索其中的奥秘！我们已经知道原子由原子核与核外电子组成。
那原子核内部又是什么结构呢？原子核是否可以再分呢？它是由什么微粒组成？用什么方法来研究原子核呢？
人类认识原子核的复杂结构和它的变化规律，是从发现天然放射现象开始的，1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。
居里和居里夫人在贝克勒尔的建议下，对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了发射性更强的新元素。
其中一种，为了纪念她的祖国波兰而命名为钋（Po），另一种命名为镭（Ra）。
（二）进行新课
、天然放射现象
（1）物质发射射线的性质称为放射性。
元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象，具有放射性的元素称为放射性元素。
（2）放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。
2、射线到底是什么
那这些射线到底是什么呢？把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。
在射线经过的空间施加磁场，发现射线如图所示：（投影）思考与讨论：
①你观察到了什么现象？为什么会有这样的现象？
②如果射线，射线都是带电粒子流的话，根据图判断，他们分别带什么电荷。
③如果不用磁场判断，还可以用什么方法判断三种射线的带电性质？
①射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。
这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。
②根据左手定则，可以判断射线都是正电荷，射线是负电荷。
③带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电
场，也能判断三种射线的带电性质，如图：
我们已经研究了这三种射线的带电性质，那么这些射线还有哪些性质呢？请同学们阅读课文后填写表格。
看书总结。
小结：
①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。
不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，或者升高它的温度，它都具有放射性。
②三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有其复杂的结构。
例题：下列说法正确的是（
）
A．射线粒子和电子是两种不同的粒子
B．红外线的波长比X射线的波长长
c．粒子不同于氦原子核
D．射线的贯穿本领比粒子强
点评：本题考查了粒子的性质及电磁波波长的比较等基本知识。
19世纪末20世纪初，人们发现X，，，射线，经研究知道，X，射线均为电磁波，只是波长不同。
可见光，红外线也是电磁波，波长从短到长的电磁波波谱要牢记。
另外，射线是电子流，粒子是氦核。
从，，三者的穿透本领而言：
射线最强，射线最弱，这些知识要牢记。
3、原子核的衰变
（1）原子核的衰变
原子核放出α或β粒子，由于核电荷数变了，它在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。
一种物质变成另一种物质。
（2）α衰变
铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核--钍234核。
那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。
这个过程可以用衰变方程式来表示：23892U →23490Th+42He
（3）衰变方程式遵守的规律
第一、质量数守恒
第二、核电荷数守恒
α衰变规律：AZX→A-4Z-2y+42He
（4）β衰变
钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成23491Pa（镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？β粒子用0-1e表示。
钍234核的衰变方程式：
23490Th→23491Pa+0-1e
衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不会
改变但核电荷数应加1
β衰变规律：AZX→AZ+1y+0-1e
提问：β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题，但并不象α衰变那样容易理解，因为核电荷数要增加，学生会问为什么会增加？哪来的电子？
原子核内虽然没有电子，但核内的的质子和中子是可以相互转化的。
当核内的中子转化为质子时同时要产生一个电子：10n→11H＋0-1e
这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变。
可以看出新核少了一个中子，却增加了一个质子，并放出一个电子。
（5）γ射线
是由于原子核在发生α衰变和β衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随α射线和β射线而产生。
γ射线的本质是能量。
理解γ射线的本质，不能单独发生。
4、半衰期
提问：阅读教材半衰期部分放射性元素的衰变的快慢有什么规律？用什么物理量描述？这种描述的对象是谁？
氡的衰变图的投影：
m/m0＝n
学生交流阅读体会：
（1）氡每隔3.8天质量就减少一半。
（2）用半衰期来表示。
（3）大量的氡核。
总结：半衰期表示放射性元素的衰变的快慢；放射性元素的原子核，有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期；半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律。
例如：数学上的概率问题
（抛硬币）将1万枚硬币抛在地上，那正反两面的个数大概为5000对5000，但就某个硬币来看要么是正面，要么是反面。
这个事实告诉我们统计规律的对象仅仅对大量事实适用，对个别不适用。
元素的半衰期反映的是原子核内部的性质，与原子所处的化学状态和外部条件无关。
简单介绍：
镭226→氡222的半衰期为1620年
铀238→钍234的半衰期为4.5亿年
说明：一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在，或者加压，增温均不会改变。
教师给出课堂巩固练习题
例1：配平下列衰变方程
23492U→23090Th+
23490U→23491Pa+
例2：钍232（23290Th）经过________次α衰变和________次β衰变，最后成为铅208（20882Pb）
分析：因为α衰变改变原子核的质量数而β衰变不能，所以应先从判断α衰变次数入手：
α衰变次数==6
每经过1次α衰变，原子核失去2个基本电荷，那么，钍核经过6次α衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差，决定了β衰变次数：
β衰变次数==4。