高中物理3-5 天然放射现象
人教版高二物理选修3-5知识点总结
物理选修3-5知识点总结1、一般物体热辐射除了与温度有关外，还与物体的材料和表面状况有关。
2、黑体辐射的规律为温度越高各种波长的辐射强度都增加，同时，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
右图会画3、光电效应（光照到金属上，打出电子的现象）①赫兹最早发现光电效应现象，爱因斯坦引入普朗克量子理论提出了光子说，成功解释了光电效应。
②能够发生光电效应的条件：入射光频率≥金属的极限频率（截止频率），入射光波长≤金属极限波长入射光能量hν≥金属逸出功③任一种金属，都有自己的极限频率νC，极限波长λc对应金属的逸出功W0，W O = hνC = hc/λc④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s；⑤光电子最大初动能与入射光的频率有关，但不成正比，而与入射光强弱无关。
关系式为 E K = hν- W O =hc/λ—W O，光电子最大初动能只随着入射光频率的增大．．；．．而增大右图E K -υ图像：横轴的交点:金属的截止频率νc：纵轴的交点为: -E= -W0图线的斜率k =普朗克常量h不同金属在同一张E K-ν图像中，斜率一样⑥光电管内被光照的金属为阴极K，当其与电源负极相连时，所接为正向电压。
见右上图若能发生光电效应，滑动头P在最左端时，U=0，电流≠0。
滑动头右移，电流增大然后趋于某最大值（饱和）。
⑦当入射光颜色不变时（即频率不变），入射光越强，单位时间内入射的光子数越多，则单位时间内射出的光电子数越多，饱和光电流越大⑧当阴极K与电源正极相连时，所接为反向电压。
滑动头右移，电流逐渐减小到0.光电流恰好为0时，对应的反向电压叫遏止电压(U C)： U C e=E K⑨遏止电压Uc与入射光频率ν关系：U C e=hν-W O Uc=( hν—hνc)/e图像U C—υ如左图：横轴交点：金属的截止频率，I 纵轴交点= -W O /e斜率为h/e⑩右上图为光电流与电压关系：可见对同一光电管（即W0逸出功一样），入射光频率不变，遏止电压不变；入射光频率越大，遏止电压越大（图中，U C1>U C2，是因为蓝光频率大于黄光频率）⑾由I－U图象可以得到的信息(1)遏止电压U c：图线与横轴的交点的绝对值.(2)饱和光电流I m：电流的最大值.(3)最大初动能：E km＝eU c.例：用5eV的光子照射光电管，其电流表示数随电压变化如右图，图中Uc=3V，则，光电子最大初动能= 3ev 光电管金属逸出功=2ev例：当用一束紫外线照在原来不带电的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效应，则锌板打出电子，锌板带正电，与它相连的验电器金属箔带正电。
高中物理：选修3-5知识点总结+精讲大全!
高中物理：选修3-5知识点总结+精讲大全！高中物理选修3—5是必考内容，今天带来了它的知识点总结和精讲精华第十六章：动量守恒定律▐一、动量；动量守恒定律1、动量可以从两个侧面对动量进行定义或解释①物体的质量跟其速度的乘积，叫做物体的动量。
②动量是物体机械运动的一种量度。
动量的表达式P=mv。
单位是。
动量是矢量，其方向就是瞬时速度的方向。
因为速度是相对的，所以动量也是相对的。
2、动量守恒定律当系统不受外力作用或所受合外力为零，则系统的总动量守恒。
动量守恒定律根据实际情况有多种表达式，一般常用等号左右分别表示系统作用前后的总动量。
运用动量守恒定律要注意以下几个问题：①动量守恒定律一般是针对物体系的，对单个物体谈动量守恒没有意义。
②对于某些特定的问题, 例如碰撞、爆炸等，系统在一个非常短的时间内，系统内部各物体相互作用力，远比它们所受到外界作用力大，就可以把这些物体看作一个所受合外力为零的系统处理, 在这一短暂时间内遵循动量守恒定律。
③计算动量时要涉及速度，这时一个物体系内各物体的速度必须是相对于同一惯性参照系的，一般取地面为参照物。
④动量是矢量，因此“系统总动量”是指系统中所有物体动量的矢量和，而不是代数和。
⑤动量守恒定律也可以应用于分动量守恒的情况。
有时虽然系统所受合外力不等于零，但只要在某一方面上的合外力分量为零，那么在这个方向上系统总动量的分量是守恒的。
⑥动量守恒定律有广泛的应用范围。
只要系统不受外力或所受的合外力为零，那么系统内部各物体的相互作用，不论是万有引力、弹力、摩擦力，还是电力、磁力，动量守恒定律都适用。
系统内部各物体相互作用时，不论具有相同或相反的运动方向；在相互作用时不论是否直接接触；在相互作用后不论是粘在一起，还是分裂成碎块，动量守恒定律也都适用。
3、动量与动能、动量守恒定律与机械能守恒定律的比较。
动量与动能的比较：①动量是矢量, 动能是标量。
②动量是用来描述机械运动互相转移的物理量，而动能往往用来描述机械运动与其他运动(比如热、光、电等)相互转化的物理量。
高三物理原子核的天然衰变试题答案及解析
高三物理原子核的天然衰变试题答案及解析1.（5分）以下关于天然放射现象，叙述正确的是（填正确答案标号。
选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分）A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减少B．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的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b过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变E．α衰变的实质是原子核内个质子和两个中子结合成一个α粒子的【答案】CDE【解析】半衰期是放射性元素有半数发生衰变的时间，由原子核的种类决定，与温度等外界因数无关，故A错误；β衰变的实质是原子核中的中子转变成质子和电子，即电子来源于原子核，故B错误；在α．β．γ这三种射线中，γ射线是波长很短的电磁波．其穿透能力最强，α射线是He 原子核，带正电，故其电离能力最强，故C正确；铀核（）衰变为铅核（）的过程的方程为：，即每次α衰变放出一个α粒子，每次β衰变放出一个电子，故D正确；α衰变的实质是原子核内个质子和两个中子结合成一个α粒子的，E正确；【考点】半衰期、α衰变、β衰变、天然放射现象、核反应方程式2.碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有A．B．C．D．【答案】C【解析】放射性物质发生衰变时，由原子核的衰变公式，其中为半衰期的次数，解得，故选C.【考点】本题考查了原子核的衰变规律、半衰期的计算.3.发生衰变有多种可能性。
其中的一种可能是先衰变成，再一次衰变变成（X 代表某种元素），或再经一次衰变变成最后都衰变成，衰变路径如图所示。
则由图可知：①②③④四个过程中，是衰变；是衰变。
【答案】②③；①④【解析】1）衰变有放出，质量数减少数4，而荷电荷数减少2，而衰变有放出，质量数不变，荷电荷数增加1，由质量数和电荷数守恒即可判断，得出正确答案。
【考点】衰变和衰变4.（6分）2011年3月11日本福岛核电站发生核泄漏事故，其中铯137（Cs）对核辐射的影响最大，其半衰期约为30年。
高中物理选修3-5知识点整理
高中物理选修3-5知识点整理1、普朗克量子假说1.创立标志：1900年普朗克在德国的《物理年刊》发表《论正常光谱能量分布定律》的论文，标志着量子论的诞生。
2.量子论的主要内容：①普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不可分的能量单元即“能量子”或称“量子”，也就是说组成能量的单元是量子。
②物质的辐射能量不是连续的，而是以量子的整数倍跳跃式变化的。
3.量子论的开展①1905年，爱因斯坦将量子概念推广到光的传播中，提出了光量子论。
②19___年，英国物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态，提出了一种量子化的原子构造模型，丰富了量子论。
③到1925年左右，量子力学最终建立。
4．实验规律：1〕随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加；2〕随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向挪动。
2、光电效应1、光电效应⑴光电效应在光〔包括不可见光〕的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电效应。
⑵光电效应的实验规律：装置：如右图。
①任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。
②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。
③大于极限频率的光照射金属时，光电流强度〔反映单位时间发射出的光电子数的多少〕，与入射光强度成正比。
④ 金属受到光照，光电子的发射一般不超过10－9秒。
2、光子说⑴量子论：1900年德国物理学家普朗克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量⑵光子论：1905年爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量3、光的波粒二象性实物粒子也具有波动性，这种波称为德布罗意波，也叫物质波。
满那么以下关系：从光子的概念上看，光波是一种概率波.4、原子核式构造模型1、电子的发现和汤姆生的原子模型：⑴电子的发现：1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进展了一系列研究，从而发现了电子。
教科版高中物理选修3-5：《放射性 衰变》课件1-新版
半衰期的理解及计算
【典例3】 地球的年龄到底有多大，科学家们是利用天然放射性 元素的衰变规律来推测的．通过对目前发现的最古老的岩石中 铀和铅含量的测定，测定出该岩石中含有的铀是岩石形成初期 时(岩石形成初期不含铅)的一半．铀238衰变后形成铅206，铀 238的相对含量随时间的变化规律如图3-2-4所示．图中N为铀 238的原子数，N0为铀和铅的总原子数，则由此可以断定：
α粒子和β粒子衰变的实质 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少2，中子数也减少2，因 此新原子核的电荷数比未发生衰变时的原子核的电荷数少2， 为此新原子核比原来的原子核在元素周期表中的位置向前移动 两位． β衰变是原子核中的一个中子转化成一个电子，即放出一个β粒 子，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，新原子核比原 来的原子核在周期表中的位置向后移动一位．
很强
与α射线 反向偏转 较强穿透几毫 米的铝板
较弱
不偏转
最强穿透几厘 米的铅板 很弱
研究放射性的意义 如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在， 还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响．也就是说， 放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关．因此， 原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构．
得8－6＝8×12 Tt ＝2 即放射性元素从8 g衰变为6 g余下2 g时需要2个半衰期． 因为t＝6天，所以T＝2t ＝3天，即半衰期是3天． 而余下的2 g衰变1 g需1个半衰期T＝3天． 所以此后它再衰变1 g，还需3天． 答案 3天
；具有放射性的元素叫
二、三种射线的本质
α 射线实际上就是 氦原子核，速度可达到光速的
高中物理选修3-5知识点总结
高二(3233)班选修3-5总结一,动量定理的理解与应用1.容易混淆的几个物理量的区别(1)动量与冲量的区别：即等效代换为变力的冲量I。
(2)应用Δp＝F·t求恒力作用下的曲线运动中物体动量的变化。
曲线运动中物体速度方向时刻在改变，求动量变化Δp＝p′－p需要应用矢量运算方法，比较复杂。
如果作用力是恒力，可以求恒力的冲量，等效代换动量的变化。
(3)用动量定理解释现象。
用动量定理解释的现象一般可分为两类：一类是物体的动量变化一定，分析力与作用时间的关系；另一类是作用力一定，分析力作用时间与动量变化间的关系。
分析问题时，要把哪个量一定、哪个量变化搞清楚。
(4)处理连续流体问题(变质量问题)。
通常选取流体为研究对象，对流体应用动量定理列式求解。
3．应用动量定理解题的步骤(1)选取研究对象。
(2)确定所研究的物理过程及其始、末状态。
(3)分析研究对象在所研究的物理过程中的受力情况。
(4)规定正方向，根据动量定理列方程式。
(5)解方程，统一单位，求解结果。
4．动量守恒定律与机械能守恒定律的比较①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关． ②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关． a ．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．b ．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．4．★★★普朗克能量子：带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h 称为普朗克常量．爱因斯坦光子说：空间传播的光本身就是一份一份的，每一份能量子叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν。
二、光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率．(2)光电流的强度与入射光的强度成正比．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．(4)光子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光的频率增大而增大． 理解：（1）光照强度（单色光）光子数光电子数饱和光电流 （2）光子频率ν光子能量ε＝hν爱因斯坦光电效应方程（密立根验证）E k ＝hν－W 0遏制电压U c e=E k三、光的波粒二象性与物质波光电效应是指物体在光的照射下发射出电子的现象，发射出的电子称为光电子。
高中物理 第4章 从原子核到夸克 2 原子核的衰变精练(含解析)沪教版选修3-5-沪教版高二选修3-
原子核的衰变1.了解天然放射现象与其规律，知道天然放射现象的原因是核的衰变．2.知道三种射线的本质和区分方法．(重点)3．知道α和β衰变规律，了解半衰期的概念．(难点)[学生用书P54]一、天然放射性的发现定义：物理学中把物质能自发地放射出射线的现象，叫做天然放射现象；物质放出射线的性质叫做放射性；具有放射性的元素，叫做放射性元素．原子序数大于83的所有元素，都有放射性．能自发地放出射线的元素叫做天然放射性元素．二、天然放射线中的“三剑客〞三种射线的本质和特点的比拟如下表所示：实质速度贯穿本领电离本领α射线氦核42He达到光速的110差，不能穿透一层纸强β射线电子0－1e速度可达光速的99% 较强，能穿透几毫米厚的铝板较弱γ射线电磁波：光子光速强，能穿透几厘米厚的铅板很弱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．( )提示：(1)×(2)√(3)×三、放射性元素的衰变1．衰变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化．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粒子的衰变叫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(1)α衰变：A Z X→42He＋A－4Z－2Y(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．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、放射性元素的半衰期1．概念：放射性元素的原子核有半数发生衰变的时间．2．特点：放射性元素衰变的快慢是由原子核本身的因素决定的，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，有不同的半衰期．3．应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间．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．( )提示：(1)√(2)√(3)×对三种射线的理解[学生用书P54] 1．三种射线的本质特征(1)α射线：卢瑟福经研究发现，α粒子带两个单位正电荷，质量数为4，即α粒子是氦核，其速度是光速的110，有较大的动能．特性：贯穿本领小，但电离作用强，能使沿途中的空气电离．(2)β射线：贝克勒尔证实，β射线是高速运动的电子流，其速度可达光速的99%. 特征：贯穿本领大，能穿透黑纸，甚至几毫米厚的铝板，但电离作用较弱．(3)γ射线是一种能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下．特征：贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板，但电离作用最弱．2．在电场、磁场中偏转情况的比拟(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，如图甲所示．(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．(1)三种射线能量都很高，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，原子核内也有极其复杂的结构．(2)β射线中的电子是从原子核中释放出的，并不是原子核外面的电子跃迁出来形成的．如下列图，R是一种放射性物质，虚线方框内是匀强磁场，LL′是厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O点的射线、到达P点的射线应属于( )磁场方向到达O点的射线到达P点的射线A竖直向下βαB竖直向下αβC垂直纸面向里γβD垂直纸面向外γα[思路点拨] 根据三种射线的不同贯穿本领和磁场对运动电荷的作用来判定三种射线的运动情况．[解析] 放射性物质放射出来的射线共有α、β、γ三种．其中α、β射线垂直于磁场方向进入磁场区时将受洛伦兹力作用，故打在O点的射线应为γ射线，由于α射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是β射线，依据β射线的偏转方向与左手定如此可知磁场方向垂直纸面向里，应当选项C正确．[答案] C三种射线的比拟方法(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．(3)要知道α、β、γ三种射线，α、β是实物粒子，γ射线是电磁波谱中的一员．对原子核衰变的理解[学生用书P55]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，并不明确原子核内有α粒子或β粒子；原子核发生衰变后“就变成新的原子核〞．1．衰变方程通式α衰变：A Z X →A －4Z －2Y ＋42Heβ衰变：A Z X →A Z ＋1Y ＋0－1e2．α衰变和β衰变的实质(1)α衰变：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比拟结实，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．(2)β衰变：原子核中的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．3．衰变时α、β衰变次数确实定设放射性元素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 ，如此表示该核反响的方程为：AZ X →A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e. 先根据质量数守恒列方程：A ＝A ′＋4n ，求α衰变次数n ，然后利用电荷数守恒列方程：Z ＝Z ′＋2n －m ，求β衰变次数m .(1)由于原子核是在发生α衰变或β衰变时有多余能量而放出γ射线，故不可能单独发生γ衰变．(2)在一个原子核的衰变中，可能同时放出α和γ射线，或β和γ射线，但不可能同时放出α、β和γ三种射线，放射性元素放出的α、β和γ三种射线，是多个原子核同时衰变的结果．原子核238 92U 经放射性衰变①变为原子核234 90Th ，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[解题探究] (1)α、β衰变遵循什么规律？(2)每发生一次α衰变，质子数、中子数如何变化？β衰变呢？[解析] 23892U ――→①234 90Th ，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变.234 90Th ――→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.234 91Pa ――→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．应当选A.[答案] A在处理α衰变和β衰变次数的问题时，首先由开始的原子核和最终的原子核确定质量数的变化，由此得出α衰变的次数，由α衰变引起的电荷数的改变与实际电荷数的改变确定β衰变的次数．对半衰期的理解[学生用书P56]1．公式：根据半衰期的概念，可总结出公式N 余＝N 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m 余＝m 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ 式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，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和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．2．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，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．3．影响因素：半衰期由放射性元素的原子核内部的因素决定，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，因为这些因素都不能改变原子核的结构．半衰期是一个统计规律，只对大量原子核适用，对于少数个别的原子核，其衰变毫无规律，何时衰变、何时衰变一半，都是不可预知的．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14 6C ，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14 6C 含量只有活体中的25%，如此此遗骸距今约有多少年？[思路点拨] (1)根据质量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 的含量比照可确定其半衰期数，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 ＋14 7N.(2)14 6C 的半衰期τ＝5 730年．生物死亡后，遗骸中的14 6C 按其半衰期变化，设活体中14 6C 的含量为N 0，遗骸中的146C 含量为N ，如此 N ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τN 0， 即0.25N 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12t 5 730N 0，故t 5 730＝2，t ＝11 460年． [答案] (1)14 6C→0－1e ＋14 7N (2)11 460年碘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.m 4B.m 8C.m 16D.m32解析：选C.经过32天即4个半衰期，碘131的含量变为m ′＝m 24＝m16，C 项正确． α衰变、β衰变在磁场中的轨迹分析[学生用书P56]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．在磁场中轨迹的特点：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，且轨迹如下列图．(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 ∝m q. (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，如下列图，如此如下说法错误的答案是( )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，如此末动量也为0，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，选项A 正确．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 ＝mv qB. 假设原来放射性元素的核电荷数为Q ，如此对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，得R 1∶R 2＝44∶1，Q ＝90，所以选项B 、C 正确．它们的速度大小与质量成反比，应当选项D 错误．[答案] D[随堂检测][学生用书P57]1．与原子核内部变化有关的现象是( )A．电离现象B．光电效应现象C．天然放射现象D．α粒子散射现象解析：选C.电离现象是核外电子脱离原子核的束缚，光电效应是核外电子跃迁，α粒子散射现象也是在原子核外进展的，没有涉与原子核内部的变化，只有天然放射现象是在原子核内部发生的．2．关于天然放射现象，如下说法正确的答案是( )A．α射线是由氦原子核衰变产生B．β射线是由原子核外电子电离产生C．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D．通过化学反响不能改变物质的放射性解析：选D.α射线是在α衰变中产生的，本质是氦核，A错误；β射线是在β衰变中产生的，本质是高速电子束，B错误；γ射线是α衰变和β衰变时原子核发生能级跃迁而产生的电磁波，C错误；物质的放射性由原子核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，D正确．3．一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为238 92U→234 90Th＋42He.如下说法正确的答案是( )A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析：选B.静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和α粒子的动量等大反向，即p Th＝pα，B项正确；因此有2m Th E kTh＝2mαE kα，由于钍核和α粒子的质量不等，因此衰变后钍核和α粒子的动能不等，A项错误；半衰期是有半数铀核衰变所用的时间，并不是一个铀核衰变所用的时间，C项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，因此D项错误．4．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，如下说法正确的答案是( )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，由左手定如此可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C项对．5．完成如下核反响方程：(1)14 7N＋10n→14 6C＋________；(2)14 7N＋42He→17 8O＋________；(3)10 5B＋10n→________＋42He；(4)94Be＋42He→________＋10n；(5)5626Fe＋21H→5727Co＋________；其中________是发现质子的核反响方程，________是发现中子的核反响方程．解析：根据核反响过程中质量数和电荷数守恒，可以判定：(1)11H；(2)11H，这是发现质子的核反响方程；(3)73Li；(4)12 6C，是发现中子的核反响方程；(5)10n.答案：11H11H73Li12 6C10n (2) (4)[课时作业][学生用书P110(单独成册)]一、单项选择题1．关于天然放射现象，如下说法正确的答案是( )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射线解析：选D.半衰期的概念是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是原子核内的核子半数发生衰变所需的时间，选项A错误；放射性物质放出的射线中，α粒子的动能很大，但由于它与外界物质的原子核碰撞时很容易损失能量，因此它贯穿物质的本领很小，选项B错误；放射性元素发生衰变是因为原子核不稳定所引起的，与核外电子的能量上下无关，选项C错误；放射性元素发生衰变后的新核从高能级向低能级跃迁时会以光子的形式放出能量，γ射线即为高能的光子流，选项D正确．2．如下关于半衰期的说法中正确的答案是( )A．放射性元素的半衰期越短，明确有半数原子核发生衰变所需要的时间越短，衰变速度越快B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下的未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素衰变的速度D．降低温度或增大压强，让放射性元素与其他物质形成化合物，均可以减小该元素的衰变速度解析：选A.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要的时间，它反映了放射性元素衰变的快慢，衰变越快，半衰期越短；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理状态或化学状态无关，故上述选项只有A正确．3．关于放射性元素的α衰变和β衰变，如下说法中正确的答案是( )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1.4．如下表示放射性元素碘131(131 53I)β衰变的方程是( )A.13153I→127 51Sb＋42HeB.13153I→13154Xe＋0－1eC.13153I→13053I＋10nD.13153I→13052Te＋11H解析：选B.A选项不是β衰变过程，故A错误；β衰变的特点是放出电子，而B选项既满足质量数守恒又满足电荷数守恒，故B正确；C、D中放出的是中子和质子，不符合β衰变的特点．5.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，如此( )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．根据左手定如此，可知磁场方向垂直纸面向里．选项D 正确．6．铀239(239 92U)经过衰变可产生钚239(239 94Pu)．关于铀239的衰变，如下说法正确的答案是( )A.239 94Pu 与239 92U 的核内具有一样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，如此中子数n ′＝239－92＝147，23994Pu 的质量数A ＝239，核电荷数Z ＝94，如此中子数n ＝A －Z ＝239－94＝145，故核子数一样，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 ，显然反响物的质量数为239，而生成物的质量数为239，故质量数守恒；而反响物的核电荷数为92，故核电荷数守恒，反响能够发生，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．天然放射性元素232 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成208 82Pb(铅)．如下论断中正确的答案是( )A ．衰变的过程共有6次α衰变和4次β衰变B ．铅核比钍核少8个质子C ．β衰变所放出的电子来自原子核外轨道D ．钍核比铅核多24个中子解析：选AB.由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为：x ＝232－2084＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数应满足：2x －y ＝90－82＝8，y ＝2x －8＝4.钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子．由于物质的衰变与元素的化学状态无关，所以β衰变所放出的电子来自原子核内10n →11H ＋0－1e ，所以选项A 、B 正确．8．关于天然放射性，如下说法正确的答案是( )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.自然界中绝大局部元素没有放射现象，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，应当选项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；生命活动完毕后，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．如下说法正确的答案是( )A ．该古木的年代距今约5 700年B ．12C 、13C 、14C 具有一样的中子数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．同位素具有一样的质子数，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，得到两条如下列图的径迹，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，如此如下说法正确的答案是( )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，如此两个粒子受到的洛伦兹力方向一样，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，如此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，应当选项A 正确，由左手定如此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响，当温度达到108 K 时，可以发生“氦燃烧〞．(1)完成“氦燃烧〞的核反响方程：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)根据核反响方程的电荷数守恒，质量数守恒可知核反响方程应为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23290Th 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．如下原子核中，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 84PoD.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(保存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 Th① 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。
高中物理选修3-5步步高全套学案及课件第三章2
2放射性衰变[学习目标] 1.了解放射性的发现,知道什么是放射性和天然放射性.2.知道三种射线的种类性质.3.知道衰变及两种衰变的规律,能熟练写出衰变方程.4.了解半衰期的概念及有关计算.一、天然放射现象1.1896年,法国物理学家亨利·贝克勒尔发现铀化合物能放出某种射线使密封完好的照相底片感光,这种性质称为放射性.后来,物理学家居里夫妇又相继发现了放射性元素钋和镭.2.放射性元素自发地发出射线的现象,叫天然放射现象.天然放射现象说明原子核具有复杂结构.3.自然界中多种元素都能自发地放出射线,原子序数大于或等于83的元素都具有放射性,较轻的元素有些也具有放射性.二、衰变1.放射性衰变：放射性元素是不稳定的,它们会自发地蜕变为另一种元素,同时放出射线,这种现象为放射性衰变.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.衰变方程举例：(1)α衰变：238 92U→234 90Th＋42He(2)β衰变：234 90Th→234 91Pa＋0－1e.4.原子核衰变前、后电荷数和质量数均守恒.三、三种射线的性质1.α射线：带正电的α粒子流,α粒子是氦原子核,α射线的速度只有光速的10%,穿透能力弱,一张薄薄的铝箔或一层裹底片的黑纸,都能把它挡住.2.β射线：带负电的电子流,它的速度很快,穿透力强,在空气中可以走几十米远,而碰到几毫米厚的铝片就不能穿过了.3.γ射线本质上是一种波长极短的电磁波,穿透力极强,能穿过厚的混凝土和铅板. 四、半衰期1.半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,叫做这种元素的半衰期.2.半衰期是大量原子核衰变的统计规律,反映放射性元素衰变的快慢.3.半衰期是由原子核自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系. [即学即用]1.判断下列说法的正误.(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)原子核在衰变时,它在元素周期表中的位置不变.( × ) (3)同种放射性元素,在化合物中的半衰期比在单质中长.( × )(4)放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关,它是一个统计规律,只对大量的原子核才适用.( √ )(5)氡的半衰期是3.8天,若有4个氡原子核,则经过7.6天后只剩下一个氡原子核.( × ) 2.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______________. 答案m 16解析 由题意可知m 余＝m (12)328＝m 16.一、天然放射现象和三种射线[导学探究] 如图1为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图.图1(1)α射线向左偏转,β射线向右偏转,γ射线不偏转说明了什么？(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一,但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径说明什么问题？答案 (1)说明α射线带正电,β射线带负电,γ射线不带电.(2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r ＝m v qB 可知,α粒子的m q 应大于β粒子的mq ,即α粒子的质量应较大. [知识深化] 1.三种射线的实质α射线：α粒子流,带2e 的正电荷； β射线：高速电子流,带e 的负电荷； γ射线：光子流(高频电磁波),不带电. 2.三种射线在电场中和磁场中的偏转(1)在匀强电场中,γ射线不发生偏转,做匀速直线运动,α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动,在同样的条件下,β粒子的偏移大,如图2所示.图2(2)在匀强磁场中,γ射线不发生偏转,仍做匀速直线运动,α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动,且在同样条件下,β粒子的轨道半径小,如图3所示.图33.元素的放射性(1)一种元素的放射性与其是单质还是化合物无关,这就说明射线跟原子核外电子无关.(2)射线来自于原子核说明原子核内部是有结构的.例1如图4所示,R是一种放射性物质,虚线框内是匀强磁场,LL′是厚纸板,MM′是荧光屏,实验时,发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑,由此可知磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的()图4答案 C解析R放射出来的射线共有α、β、γ三种,其中α、β射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用而偏转,γ射线不偏转,故打在O点的应为γ射线；由于α射线穿透本领弱,不能射穿厚纸板,故到达P点的应是β射线；依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里.1.对放射性和射线的理解：(1)一种元素的放射性,与其是单质还是化合物无关,这说明一种元素的放射性和核外电子无关.(2)射线来自于原子核,说明原子核是可以再分的.2.对三种射线性质的理解：(1)α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电.α射线、β射线是实物粒子,而γ射线是光子流,属于电磁波的一种.(2)α射线、β射线都可以在电场或磁场中偏转,但偏转方向不同,γ射线则不发生偏转.(3)α射线穿透能力弱,β射线穿透能力较强,γ射线穿透能力最强,而电离本领相反.针对训练1天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图5所示,由此可推知()图5A.②来自于原子核外的电子B.①的电离作用最强,是一种电磁波C.③的电离作用较强,是一种电磁波D.③的电离作用最弱,是一种电磁波答案 D解析①射线能被一张纸挡住,说明它的穿透能力较差,①射线是α射线,α射线是高速运动的氦核流,它的穿透能力差,电离作用最强,选项B错误；②射线的穿透能力较强,说明它是β射线,β射线是高速电子流,β射线来自原子核,不是来自原子核外的电子,选项A错误；③射线的穿透能力最强,能够穿透几厘米厚的铅板,③射线是γ射线,γ射线的电离作用最弱,穿透能力最强,它是能量很高的电磁波,故选项C错误,D正确.二、原子核的衰变规律与衰变方程[导学探究]如图6为α衰变、β衰变示意图.图6(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)当发生β衰变时,新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？答案(1)α衰变时,质子数减少2,中子数减少2.(2)β衰变时,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.[知识深化]1.衰变种类、实质与方程(1)α衰变：A Z X―→A－4Y＋42HeZ－2实质：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被释放出来,这就是放射性元素发生的α衰变现象.如：238 92U―→234 90Th＋42He.(2)β衰变：A Z X―→A Z+1Y＋0－1e.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,使电荷数增加1,β衰变不改变原子核的质量数,其转化方程为：10n―→11H＋0－1e.如：234 90Th―→234 91Pa＋0－1e.(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变产生的.2.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：AX―→A′Z′Y＋n42He＋m0－1eZ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衰变次数的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223892U 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 6 (2)10 22(3)238 92U ―→206 82Pb ＋842He ＋6－1e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衰变中子数减少1,而质子数增加1,故206 82Pb较238 92U质子数少10,中子数少22.(3)衰变方程为238 92U―→206 82Pb＋842He＋60－1e.1.衰变方程的书写：衰变方程用“―→”,而不用“＝”表示.2.衰变次数的判断技巧(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.针对训练2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解析根据质量数守恒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.三、对半衰期的理解和有关计算[导学探究]1.什么是半衰期？对于某个或选定的几个原子核能根据该种元素的半衰期预测它的衰变时间吗？答案 半衰期是一个时间,是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律,故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间.2.某放射性元素的半衰期为4天,若有10个这样的原子核,经过4天后还剩5个,这种说法对吗？ 答案 半衰期是放射性元素的大量原子核衰变时所遵循的统计规律,不能用于少量的原子核发生衰变的情况,因此,经过4天后,10个原子核有多少发生衰变是不能确定的,所以这种说法不对. [知识深化]1.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(12)1/2tT ,m 余＝m 0(12)1/2tT,式中N 原、m 0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,T 1/2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,半衰期只适用于大量的原子核.4.应用：利用半衰期非常稳定的特点,可以测算其衰变过程,推算时间等.例3(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为一种新的原子核,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.例4 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14 6C,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)若测得一古生物遗骸中的14 6C 含量只有活体中的25%,则此遗骸距今约有多少年？答案 (1)14 6C ―→0－1e ＋14 7N (2)11 460年 解析 (1)14 6C 的β衰变方程为：14 6C ―→0－1e ＋14 7N.(2)14 6C 的半衰期T 1/2＝5 730年.生物死亡后,遗骸中的14 6C 按其半衰期变化,设活体中14 6C 的含量为N 0,遗骸中14 6C 的含量为N ,则N ＝(12)1/2tTN 0,即0.25N 0＝(12)5730tN 0,故t5 730＝2,t ＝11 460年.1.半衰期由核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件都无关.2.半衰期是一个统计规律,适用于对大量原子核衰变的计算,对于少数原子核不适用.针对训练3 大量的某放射性元素经过11.4天有78的原子核发生了衰变,该元素的半衰期为( ) A.11.4天 B.7.6天 C.5.7天 D.3.8天答案 D解析 由于经过了11.4天还有18的原子核没有衰变,由m ＝⎝⎛⎭⎫12n m 0,可知该放射性元素经过了3个半衰期,即可算出半衰期是3.8天,故D 正确.1.(天然放射现象的认识)(多选)下列哪些现象能说明射线来自原子核( ) A.三种射线的能量都很高B.射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响C.元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关D.α射线、β射线都是带电的粒子流 答案 BC解析 能说明射线来自原子核的证据是元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关,B 、C 正确.2.(三种射线的特性)(多选)天然放射性物质的射线包含三种成分,下列说法中正确的是( ) A.α射线的本质是带正电的α粒子流 B.β射线是不带电的光子流C.三种射线中电离作用最强的是γ射线D.一张厚的黑纸可以挡住α射线,但挡不住β射线和γ射线答案AD解析α射线的本质是带正电的α粒子流,β射线是高速电子流,A正确,B错误；三种射线中电离作用最强的是α射线,C错误；一张厚的黑纸可以挡住α射线,但挡不住β射线和γ射线,D 正确.3.(原子核的衰变)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衰变放出的电子来自原子核外的电子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,它的本质是电磁波答案 D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,A、B错误；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从原子核中释放出来,γ射线总是伴随其他衰变发生,它的本质是电磁波,故C错误,D正确.4.(半衰期)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,随着剩下的未衰变原子核的减少,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有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.(衰变方程)下列表示放射性元素碘131(131 53I)β衰变的方程是()A.131 53I→127 51Sb＋42HeB.131 53I→131 54Xe＋0－1eC.131 53I→130 53I＋10nD.131 53I→130 52Te＋11H答案 B解析β衰变是原子核自发地释放一个β粒子(即电子)产生新核的过程,原子核衰变时质量数与电荷数都守恒,结合选项分析可知,选项B正确.一、选择题考点一天然放射现象及三种射线1.下列说法正确的是()A.任何元素都具有放射性B.同一元素,单质具有放射性,化合物可能没有C.元素的放射性与温度无关D.放射性就是该元素的化学性质答案 C2.(多选)在人类对微观世界进行探索的过程中,科学实验起到了非常重要的作用.下列说法符合历史事实的是()A.密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B.贝克勒尔通过对天然放射现象的研究,发现了原子中存在原子核C.居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D.卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子答案AC3.(多选)下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是()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答案BC解析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射线的波长很短,穿透能力很强,可以穿透几厘米厚的铅板,C项正确,D项错误.4.如图1所示,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1A.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,由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏,故④表示α射线,C项对.考点二原子核的衰变5.(多选)由原子核的衰变规律可知()A.放射性元素一次衰变就同时产生α射线和β射线B.放射性元素发生β衰变,产生的新核的化学性质与原来的核的化学性质相同C.放射性元素衰变的快慢跟它所处的物理、化学状态无关D.放射性元素发生正电子衰变时,产生的新核质量数不变,电荷数减少1答案CD6.某原子核A先进行一次β衰变变成原子核B,再进行一次α衰变变成原子核C,则()A.核C的质子数比核A的质子数少2B.核A的质量数减核C的质量数等于3C.核A的中子数减核C的中子数等于3D.核A的中子数减核C的中子数等于5答案 C解析原子核A进行一次β衰变后,一个中子转变为一个质子并释放一个电子,再进行一次α衰变,又释放两个中子和两个质子,所以核A比核C多3个中子、1个质子,选项C正确,A、B、D错误.7.(多选)238 92U是一种放射性元素,能够自发地进行一系列的放射性衰变,如图2所示,可以判断下列说法正确的是()图2A.图中a是84,b是206B.Y是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的C.Y和Z是同一种衰变D.从X衰变中放出的射线电离性最强答案AC解析210 83Bi衰变成210a Po,质量数不变,可知发生的是β衰变,则电荷数多1,可知a＝84,210 83Bi衰变成b81Tl,知电荷数少2,发生的是α衰变,质量数少4,则b＝206,故A正确,B错误.Z衰变,质量数少4,发生的是α衰变,Y和Z是同一种衰变,故C正确.从X衰变中放出的射线是β射线,电离能力不是最强,故D错误.8.由于放射性元素237 93Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现.已知237 93Np 经过一系列α衰变和β衰变后变成209 83Bi,下列判断中正确的是( ) A.20983Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少28个中子B.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变C.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变D.衰变前比衰变后所有物质的质量数少 答案 B解析 依题意有：237－2094＝7就可知道发生了7次α衰变,发生β衰变的次数为：237－2092＋83－93＝4,即发生了4次β衰变,B 正确,C 错误；它们的中子数分别为：237－93＝144,209－83＝126,中子数之差为：144－126＝18,故A 错误；根据衰变规律可知,反应前后质量数守恒,D 错误. 考点三 半衰期9.(多选)下列关于放射性元素的半衰期的说法中正确的是( ) A.同种放射性元素,在化合物中的半衰期比在单质中长B.放射性元素的半衰期与元素所处的物理状态和化学状态无关,它是一个统计规律,只对大量的原子核才适用C.氡的半衰期是3.8天,若有4 g 氡原子核,则经过3.8天就只剩下2 g 氡D.氡的半衰期是3.8天,若有4 个氡原子核,则经过3.8天就只剩下2个 答案 BC解析 放射性元素的半衰期由核内部因素决定,跟原子所处的物理状态和化学状态无关,它是一个统计规律,只对大量的原子核才适用,A 、D 错误,B 正确；氡的半衰期是3.8天,则4 g 氡原子核经3.8天剩余质量M ＝M 0×(12)1/2tT ＝4 g ×(12)3.83.8＝2 g,C 正确.10.放射性元素氡(222 86Rn)经α衰变成为钋(21884Po),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222 86Rn 的矿石,其原因是( ) A.目前地壳中的222 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222 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222 86Rn 的衰变进程D.222 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 地壳中222 86Rn 主要来自其他放射性元素的衰变,则A 正确,B 错误；放射性元素的半衰期与外界环境等因素无关,则C 、D 错误.考点四 衰变和半衰期综合应用11.(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的核,放出的一个α粒子和反冲核轨道半径之比R ∶r ＝30∶1,如图3所示,则( )图3A.衰变后瞬间α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反B.反冲核的原子序数为62C.原来放射性元素的原子序数为62D.反冲核与α粒子的速度之比为1∶62 答案 AC解析 由动量守恒得M v ′＋m v ＝0,其中M v ′为反冲核的动量,m v 为α粒子的动量,则α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反,故A 正确.设Q 为原来放射性元素的原子核的电荷数,则反冲核的电荷数为Q －2,α粒子的电荷数为2.反冲核的轨道半径r ＝M v ′B (Q －2)e ,α粒子的轨道半径R ＝m vB ·2e ；又R ∶r ＝30∶1,联立可得Q ＝62,故B 错误,C 正确.由于无法确定二者的质量数关系,故无法确定其速度关系,故D 错误. 二、非选择题12.(原子核衰变的综合分析)天然放射性铀(238 92U)发生衰变后产生钍(23490Th)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)核的速度为v 2,且与铀核速度方向相同,试估算产生的另一种新核的速度.答案 (1)238 92U ―→234 90Th ＋42He (2)1214v ,方向与铀核速度方向相同 解析 (1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒,有238 92U ―→234 90Th ＋42He.(2)由(1)知新核为氦核,设一个核子的质量为m ,则氦核的质量为4m 、铀核的质量为238m 、钍核的质量为234m ,氦核的速度为v ′,由动量守恒定律得238m v ＝234m ·v 2＋4m v ′, 解得v ′＝1214v ,方向与铀核速度方向相同.13.(原子核的衰变)足够强的匀强磁场中有一个原来静止的氡核222 86Rn,它放射出一个α粒子后变为Po 核.假设放出的α粒子运动方向与磁场方向垂直,求：(1)α粒子与Po 核在匀强磁场中的轨迹圆的半径之比,并定性画出它们在磁场中运动轨迹的示意图.(2)α粒子与Po 核两次相遇的时间间隔与α粒子运动周期的关系；(设质子和中子质量相等)(3)若某种原来静止的放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变,则β粒子和反冲核在磁场中运动轨迹的示意图与上述α衰变运动轨迹示意图有何不同？答案 (1)42∶1 见解析图 (2)Δt ＝109T α (3)见解析解析 (1)氡核的α衰变方程为222 86Rn →218 84Po ＋42He.衰变的极短过程中系统动量守恒,设α粒子速度方向为正,则由动量守恒定律得0＝m αv α－m Po v Po ,即m αv α＝m Po v Po .α粒子与反冲核在匀强磁场中,洛伦兹力提供做匀速圆周运动的向心力q v B ＝m v 2r ,r ＝m v qB ,故r αr Po＝q Po q α＝842＝421,示意图如图甲所示.甲(2)它们在磁场中运动的周期T ＝2πr v ＝2πm qB ∝m q ,它们的周期之比为T αT Po ＝m αm Po ·q Po q α＝4218·842＝84109, 即109T α＝84T Po ,这样α粒子转109圈,Po 核转84圈,两者才相遇.所以,α粒子与Po 核两次相遇的时间间隔Δt ＝109T α.(3)若放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变,则衰变前后系统动量守恒,β粒子和反冲核也在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,但由于β粒子带负电,反冲核带正电,它们运动方向相反,但受的洛伦兹力方向相同,所以它们的轨迹圆是内切的,且β粒子的轨迹半径大于反冲核的轨迹半径,其运动轨迹的示意图如图乙所示.乙。
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人们通过什么现象或实验发现原子核是 由更小的微粒构成的？
人们认识原子 核的结构就是 从天然放射性 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，物质发射射线的性质称为放射性．具有 发射性的元素称为放射性元素．元素这种自发的放出射 线的现象叫做天然放射现象．
天然放射性元素的原子核发出的射线 可使照相底片感光
照相底片
铅盒
射 线
放数几种元素才有的，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．
放大了1000倍的铀矿石
天然放射现象
反射型物质发出的射线有三种：
天然放射现象
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天然放射现象
阅读课文填写表格：
射线
射线
射线
成分
氦原子核 高速 电子流 高能量 电磁波
速度
1/10光速 接近光速
光速
贯穿能力
弱 较强 很强
电离能力
很容易 较弱 更小
衰变、半衰期
原子核由于放出某种粒子而转变为新核的 变化叫做原子核的衰变．
原子核衰变时电荷数和质量数都守恒
U238在 衰变时产生的钍234也具有放射性，放
出 离子后变为（镤）Th234，上述的过程可以用下
面的衰变方程表示：
U 238
92
234 90
Th
＋
4 2
He
234 90
Th
234 91
Pa
＋
0 -1
e
衰变、半衰期
放射性同位素衰变的快慢有一定的规律，其原子 核半数发生衰变所需的时间，叫做元素的半衰期．
作为“时钟”，来测量漫长的时间，这叫做放射性同 位素鉴年法．