《原子核衰变及半衰期》参考教案
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、教学目标1.理解原子核衰变的概念和类型；2.掌握半衰期的概念和计算方法；3.理解放射性物质的危害性并学会防护措施。
二、教学重难点1.重点：掌握半衰期的概念和计算方法；2.难点：理解放射性物质的危害性并学会防护措施。
三、教学内容1. 原子核衰变原子核衰变是指原子核中原子核子数（中子数和质子数）的改变，导致原子核的能量状态和组成发生变化的现象。
主要有以下三种类型：(1) α衰变α衰变即α粒子放射，一般由重核向轻核发生。
α粒子就是由2个中子和2个质子组成的氦离子，经过α衰变后，原子核的质量数和原子序数分别减少4和2。
例如，$\\mathrm{^{238}_{92}U}$ 可能会发生α衰变，变成$\\mathrm{^{234}_{90}Th}$。
(2) β衰变β衰变即β粒子放射，一般由中子或质子变成另一种粒子而发生。
β衰变有两种类型，分别是β-衰变和β+衰变。
•β-衰变：由原子核中的中子变成质子和电子，并释放出一个反中子电子（即β负电子）和一个反电子中微子。
原子核的质量数不变，但原子序数增加1。
例如，$\\mathrm{^{14}_{6}C}$ 可能会发生β-衰变，变成$\\mathrm{^{14}_{7}N}$。
•β+衰变：由原子核中的质子变成中子和正电子，并释放出一个电子中微子。
原子核的质量数不变，但原子序数减少1。
例如，$\\mathrm{^{11}_{6}C}$ 可能会发生β+衰变，变成$\\mathrm{^{11}_{5}B}$。
(3) γ衰变γ衰变即γ射线放射，是由原子核的能级结构变化所引起的，其特点是不改变原子核的质量数和原子序数。
2. 半衰期半衰期是指放射性物质放射出来的粒子数或光子数达到原来的一半所需的时间。
可以用半衰期来判断放射性物质的放射程度，计算公式为：$$t_{1/2}=\\frac{\\ln 2}{\\lambda}$$其中，t1/2为半衰期，$\\lambda$为放射性物质的放射速率常数。
高中物理 第3章 原子核与放射性 3.2 原子核衰变及半衰期教案
第2节原子核衰变及半衰期●课标要求1．知道天然放射现象，了解放射性及放射性元素的概念．2．知道三种射线的本质和特点，并能够借助电、磁场分析判断三种射线．3．知道原子核衰变的规律，知道α衰变、β衰变的本质，能根据电荷数、质量数守恒正确书写衰变方程．4．理解半衰期的概念，会应用半衰期公式解决相关问题．●教学地位原子核衰变及半衰日期是教学的重点也是高考的热点，教学中应注意以下几点：1．这一节可先让学生了解天然放射现象的发现史，知道有些元素具有天然的放射射线的性质，天然放射现象说明了原子核还有进一步的结构，并且开始了对原子核变化规律的认识．2．这些天然的放射线有三种，即α、β和γ射线，介绍它们分别是什么物质，接着可向学生说明如何区分，着重介绍三种射线的特性．3．应让学生了解α衰变和β衰变，以及衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒的规律．可让学生通过相应的练习来逐步掌握α衰变和β衰变以及两个守恒规律．有关核反应的练习要注意从可靠的资料上选择实际发生的核反应，不能随意编造核反应方程来让学生练习．4．半衰期是了解原子核衰变规律的一个重要概念，也是学生比较难理解和掌握的问题．学生常犯的错误是，放射性元素经半衰期后衰变一半，再经半衰期后衰变完毕．教学中除应注意结合具体问题让学生清楚半衰期的物理含义外，还应让学生清楚：半衰期只对大量原子核衰变才有意义，因为放射性元素的衰变规律是统计规律，当放射性原子核数少到统计规律不再起作用时，就无法判断原子核的衰变情况了.●新课导入建议故事引入公元1936年，一个名叫卡门的科学家发现并分离出一种分子，它是碳的一种同位素，分子量是14，因此被称为14C.三年后，科学家柯夫经过研究，指出宇宙射线和大气作用后最终产物是14C，并计算出了其在大自然中的产生率．经过重重考验，14C常规测年法被考古学家和地质学家所接受，成为确定旧石器晚期以来人类历史年代的有力工具．许多长久以来没有解决的难题迎刃而解．我们知道，考古学与历史学的重要结合点就在于确定遗址的年代．而14C测年技术则为这个结合点找到了一个突破口．这是考古学的一个重要革命性的技术．同学们通过本节课的学习我们就能知道14C测年技术的原理是什么．●教学流程设计错误!⇒错误!⇒错误!⇒错误!⇓步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤6：完成“探究3”重在讲解规律方法技巧⇐步骤5：师生互动完成“探究2”方式同完成探究1相同⇐步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇓(步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】课标解读重点难点1.知道什么是放射性及放射性元素．2．知道三种射线的本质和特性．3．知道原子核的衰变和衰变规律．4．知道什么是半衰期.1.知道三种射线的本质和特性．(重点)2．知道原子核的衰变、半衰期和衰变规律．(重点)3．三种射线的本质以及如何利用磁场区分它们，半衰期的描述．(难点)天然放射现象的发现及放射线的本质(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)放射线的本质①α射线是高速运动的氮原子核，速度约为光速的0.1倍，电离作用强，穿透能力很弱．②β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．③γ射线是波长很短的电磁波，它的电离作用很弱，但穿透能力很强．2．探究交流天然放射现象说明了什么？【提示】天然放射现象说明了原子核具有复杂的内部结构．原子核的衰变1.(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①α衰变：A Z X→42He＋A－4Y.Z－2②β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做半衰期．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、化学状态以及周围环境、温度无关．2.思考判断(1)原子核的衰变有α衰变、β衰变和γ衰变三种形式．(×)(2)在衰变过程中，电荷数、质量数守恒．(√)(3)原子所处的周围环境温度越高，衰变越快．(×)3．探究交流有10个镭226原子核，经过一个半衰期有5个发生衰变，这样理解对吗？【提示】不对.10个原子核数目太少，它们何时衰变是不可预测的，因为衰变规律是大量原子核的统计规律.三种射线的本质特征1．三种射线都是从原子核内部发出，都是原子核的组成部分吗？2．三种射线的性质能借助电场或磁场区分吗？3．β射线是原子核外面的电子跃迁出来形成的吗？三种射线的比较如下表：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 pm p＝1.67×10－27 kgm 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1．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，原子核内也有极其复杂的结构．(2011·浙江高考)关于天然放射现象，下列说法正确的是( )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．通过化学反应不能改变物质的放射性【审题指导】解答本题时应注意以下两点：(1)天然放射现象中三种射线的产生机理；(2)影响天然放射现象的因素．【解析】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，本质是高速电子流，B错误；γ射线是发生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．【答案】D1．(2012·上海高考)在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图3－2－1所示．该装置中探测器接收到的是( )图3－2－1A．X射线B．α射线C．β射线D．γ射线【解析】γ射线的穿透能力最强，可穿透钢板，所以该装置中探测器接收到的是γ射线，D正确．【答案】 D放射性元素的衰变1．所有的原子核都能发生衰变吗？ 2．原子核衰变的快慢和什么因素有关？3．一个原子核衰变时，能同时放出α、β、γ三种射线吗？ 1．衰变方程通式 α衰变：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He β衰变：AZ X→AZ ＋1Y ＋0－1e 2．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个质子结合得比较牢固，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．衰变次数的计算方法设放射性元素AZ 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AZX→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 ， n ＝A －A ′4，m ＝A －A ′2＋Z ′－Z .4．半衰期公式用T τ表示某放射性元素的半衰期，衰变时间用t 表示，如果原来的质量为M ，剩余的质量为m ，经过tT τ个半衰期，该元素的剩余质量变为m ＝M (12)tτ若用N 和n 分别表示衰变前后的原子数，衰变公式又可写成n ＝N (12)t τ1．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．3．半衰期是一个统计概念描述的是大量原子核的集体行为，个别原子核经过多长时间衰变无法预测．对个别或极少数原子核，无半衰期而言．钋210经α衰变成为稳定的铅，其半衰期为138天．质量为64 g 的钋210经过276天后，还剩多少克钋？生成了多少克铅？写出核反应方程．【审题指导】 解此题关键有两点： (1)α衰变的通式；(2)半衰期公式m ＝M (12)tT 1/2的应用．【解析】 核反应方程为：210 84Po ―→206 82Pb ＋42He276天为钋的2个半衰期，还剩14的钋没有衰变，故剩余钋的质量为：m Po ＝14×64 g＝16 g另外34的钋衰变成了铅，即发生衰变的钋的质量为34×64 g＝48g则生成铅的质量为：m Pb ＝206210×48 g＝47.09 g故铅的质量为47.09 g. 【答案】 16 g 47.09 g210 84Po ―→206 82Pb ＋42He1．衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．(1)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2，质量数减少4.(2)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1，质量数不变．2．利用半衰期公式解决实际问题，首先要理解半衰期的统计意义，其次要知道公式建立的是剩余核的质量与总质量间的关系．2．一个22286Rn 衰变成21884Po 并放出一个粒子，其半衰期为3.8天.1 g 22284Rn 经过7.6天衰变掉22286Rn 的质量，以及22286Rn 衰变成21884Po 的过程放出的粒子是( )A ．0.25 g ，α粒子B ．0.75 g ，α粒子C．0.25 g，β粒子D．0.75 g，β粒子【解析】经过了两个半衰期，1 g222 86Rn剩下了0.25 g，衰变了0.75 g，根据核反应的规律，质量数和电荷数不变，放出的应该是α粒子．【答案】B综合解题方略——巧解三种射线在电场、磁场中的轨迹将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示的射线偏转情况正确的是( )【审题指导】把握三种射线的本质，根据在电场、磁场中的受力情况判断其偏转方向和偏转程度．【规范解答】已知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【答案】AD1．三种射线在电场、磁场中时，明确电场、磁场的方向、通过的射线是否带电及带电的性质，判断其受力方向．受力方向确定后，则射线的轨迹就能确定．2．掌握三种射线的穿透本领，通过其穿透本领的强弱来判定是哪种射线(α射线＜β射线＜γ射线)．3．要使α射线、β射线在电磁场中运动的轨迹为直线，必须满足粒子受到的安培力和洛伦兹力大小相等，方向相反．【备课资源】(教师用书独具)1．放射性同位素14C可用来推算文物的“年龄”.14C的含量每减少一半要经过约5 730年．某考古小组挖掘到一块动物骨骼，经测定14C 还剩余1/8，推测该动物生存年代距今约为( )A ．5 730×3年B ．5 730×4年C ．5 730×6年D ．5 730×8年【解析】 这道题目考查半衰期的知识，可由剩下物质质量计算公式得出答案．由题目所给条件得M 8＝(12)n M ，n ＝3，所以该动物生存年代距今应该为3个14C 的半衰期，即：t ＝3τ＝5 730×3年，故正确答案为A.【答案】 A2.238 92U 衰变为222 86Rn 要经过m 次α衰变和n 次β衰变，则m 、n 分别为( )A ．2,4B ．4,2C ．4,6D ．16,6【解析】 由于β衰变不改变质量数，则m ＝238－2224＝4，α衰变使电荷数减少8，但由238 92U 衰变为222 86Rn ，电荷数减少6，说明经过了2次β衰变，故B 正确．【答案】 B1．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 ．原子核还可再分D ．原子核由质子和中子组成【解析】 贝克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．【答案】 C2．(2013·泉州检测)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，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 1/2，则N ＝N 0(12)t T 1/2.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.【答案】 BD3．(2011·上海高考)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3－2－2所示，由此可推知( )图3－2－2A ．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，属于原子核内释放的光子【解析】 由三种射线的特性可知，①应为α射线，它的电离作用最强，穿透能力很弱，且为氦原子核；②为β射线，它来自于原子核内部，是中子变为质子时放出的电子；③是γ射线，它是由于元素发生α衰变或β衰变时原子核处于激发状态而放出的能量，是频率很高的电磁波，它的电离作用最弱，穿透能力很强，由此可知D 正确．【答案】 D4．有甲、乙两种放射性元素，它们的半衰期分别是τ甲＝15天，τ乙＝30天，它们的质量分别为M 甲、M 乙，经过60天这两种元素的质量相等，则它们原来的质量之比M 甲∶M 乙是( )A ．1∶4B ．4∶1C ．2∶1D ．1∶2【解析】 对60天时间，甲元素经4个半衰期，乙元素经2个半衰期，由题知M甲⎝ ⎛⎭⎪⎫124＝M 乙⎝ ⎛⎭⎪⎫122，则M 甲∶M 乙＝4∶1，故B 正确．【答案】 B5.238 92U 经一系列的衰变后变为206 82Pb.(1)求一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)206 82Pb 与238 92U 相比，求质子数和中子数各少多少？(3)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．由质量数和电荷数守恒可得238＝206＋4x ①92＝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)核反应方程为238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e.【答案】(1)8 6(2)10 22(3)238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e.。
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。
高中物理_原子核衰变及半衰期教学设计学情分析教材分析课后反思
四：衰变的快慢——半衰期1. 半衰期表示放射性元素衰变的快慢。
2. 放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间，叫半衰期。
教师提供教材上的氡的衰变图的投影：3. 放射性元素衰变的快慢是由本身的因素决定的，跟原子所处的物理状态或化学状态无关。
4. 半衰期描述的对象是，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。
【典例分析】考向一：对三种射线的理解例1：放射性镭自发放出三种射线，现垂直于射线射出方向加一匀强电场，射线的偏转情况如图所示，下列判断正确的有 ( )A．1是γ射线，其贯穿本领最强B．2是γ射线，其贯穿本领最强C．3是α射线，其电离作用最强D．1是α射线，其电离作用最强变式1.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生衰变，形成如图所示的径迹，不计放出光子的能量，则下述说法中正确的是( )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．磁场方向垂直纸面向外D．磁场方向垂直纸面向里方法总结考向二：衰变次数的分析与计算例2：钍232（23290Th）经过________次α衰变和________次β衰变，最后成为铅208（20882Pb）学情分析四、衰变的快慢---半衰期【当堂训练】1.下面哪些事实说明原子核具有复杂结构 ( )A ．α粒子的散射实验B ．天然放射现象C ．伦琴射线的发现D ．氢光谱实验 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 ．原子核内存在着的电子D ．原子核内的一个中子变成一个质子时放射出一个电子 3.天然放射性元素Ra 衰变成不具有放射性的元素Pb 时，要经过 次衰变， 次 衰变．【能力提高】1．一个原子核A 经过5次 衰变，变成了原子核B ，再经过4次衰变，变成原子核C ，求（1）核A 的质子数比核C 的质子数多几？（2）核A 的中子数比核C 的中子数多几？2.在垂直于纸面向外的匀强磁场中，从A 处垂直于磁场飞出一批速度相同的粒子，形成如图的径迹，则中子的径迹是 ， 质子的径迹是 ， 电子的径迹是， α粒子的径迹是。
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
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．( )提示：(1)×(2)√(3)×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23892U→23490Th＋42He质量数、核电荷数守恒β衰变：放出β粒子的衰变23490Th→23491Pa＋－1 eγ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．( )提示：(1)√(2)√(3)×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是( )A ．①③B ．①④C ．②③D ．②④[思路点拨] 求解本题应把握以下两点：(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] 已知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 ＝mvBq，将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为：r αr β＝m αmβ·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 ，则有：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，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 ．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．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(并不表明原子核内有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23892U ―→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．238 92U 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 b81Ti 最后都变成20682Pb ，衰变路径如图所示，则图中( )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. b81Ti 经过一次α衰变变成20682Pb [思路点拨] 求解本题应注意以下两点：(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]21083Bi 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234 91Pa ，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．故选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)若测得一古生物遗骸中的146C 含量只有活体中的25%，则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)146C 的β衰变方程为：14 6C ―→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 ，则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．已知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，且轨迹如图所示．(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，如图所示，则下列说法错误的是( )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，则末动量也为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 ＝mv qB.若原来放射性元素的核电荷数为Q ，则对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，故选项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.(多选)关于原子核的衰变和半衰期，下列说法正确的是( )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．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.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 ′＝m 24＝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，下列说法中正确的是( ) A ．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少4 B ．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4 C ．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1 D ．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，则( )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 ＝pqB，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．根据左手定则，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，故选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，据左手定则可判断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(239 92U)经过衰变可产生钚239(239 94Pu)．关于铀239的衰变，下列说法正确的是( )A.23994Pu 与23992U 的核内具有相同的中子数和不同的核子数 B ．放射性物质23992U 发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子 C.23992U 经过2次β衰变产生23994Pu D ．温度升高，23992U 的半衰期减小解析：选C.23992U 的质量数A ′＝239，核电荷数Z ′＝92，则中子数n ′＝239－92＝147，23994Pu 的质量数A ＝239，核电荷数Z ＝94，则中子数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.23992U ―→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.如图所示，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，则以下说法中正确的是( )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.由左手定则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．本题应选A、C.8.关于天然放射性，下列说法正确的是( )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，故选项D错误．9.14C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．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146C →147N ＋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，得到两条如图所示的径迹，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，则下列说法正确的是( )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，则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，则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，故选项A 正确，由左手定则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2.6×10－16s ．一定质量的84Be ，经7.8×10－16s 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，它经过若干次α衰变和β衰变后会变成新的原子核．下列原子核中，有三种是23290Th 衰变过程中可以产生的，它们是________．A.20882Pb B ．21182Pb C.21684PoD.228 88RaE.22688Ra(2)一静止的23892U 核经α衰变成为23490Th 核，释放出的总动能为4.27 MeV.问此衰变后23490Th 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：238 92U ―→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 Th E 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。
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。
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3.2 原子核衰变及半衰期
三维教学目标
1、知识与技能
（1）知道放射现象的实质是原子核的衰变；
（2）知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律；
（3）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、情感、态度与价值观：通过传说的引入，对学生进行科学精神与唯物史观的教育，不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从而引领学生进入一个美妙的微观世界。
教学重点：原子核的衰变规律及半衰期。
教学难点：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。
教学过程：
（一）引入新课
同学们有没有听说过点石成金的传说，或者将一种物质变成另一种物质。
那有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？有（大声，肯定地回答）这就是我们今天要学习的放射性元素的衰变。
我们已经知道，原子由什么微粒组成啊？
学生回答：原子由原子核与核外电子组成。
点评：由原来的知识引入新课，对新的一章有一个大致的了解。
教师：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？
学生思考讨论。
点评：带着问题学习，激发学习热情
教师：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）。
学生一边听，一边看挂图。
点评：配合挂图，展示物理学发展史上的有关事实，树立学生对科学研究的正确态度。
一．天然放射现象的发现
（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．学生一边听，一边看书。
二．放射线的本质
教师：那这些射线到底是什么呢？这就激发着人们去寻求答案：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α射线，β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？
学生分组讨论，回答问题以及实验方案。
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α射线是正电荷，β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
点评：给出实验现象，设置问题情境，引导学生自己得出结论，培养学生的观察，分析，探究的能力。
培养学生合作式学习的能力
用多种方案解决一个问题有利于培养学生的扩散散性思维。
教师：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。
学生看书，进行总结。
点评：培养学生自学，总结的能力。
教师：（帮助小结）
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。
学生对照表格，理解书本知识。
点评：通过对照表格，可以让学生更好的掌握规律性质。
三、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：A Z X→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：A Z X→A Z+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。
四、衰变的快慢---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＝(1/2)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
234
92
U→23090Th+( 42He )
234
90
U→23491Pa+( 0-1e )
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=
u
4u
208
-u
232
=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=
(-1)e
82e -
6)
2e
-e
90
(
=4。