【高中教育】2020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3
第三章第二节《原子核衰变及半衰期》ppt课件(鲁科版)
【解析】 α 射线本质是氦核，A 正确；β 射线本质是高速电子流，D 正确； γ 射线是波长很短的电磁波，C 正确；α 射线的电离作用最强，γ 射线的穿透能 力最强，B 错误．
【答案】 ACD
2．一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 3-2-4 所示，则图中的射 线 a 为________射线，射线 b 为________射线．
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 3-2-2 所示．
位移 x 可表示为 x＝12at2＝12·qmEyv02∝mqv2
图322
所以，在同样条件下
β
粒子与
α
粒子偏移之比为xxαβ＝2ee× 1
84136×11910090cc22＝37.
(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 3-2-3 所示．
原子核的衰变
[先填空] 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 (1)α 衰变：AZX→42He＋__AZ_－－_24Y____. (2)β 衰变：ZAX→－01e＋__AZ＋_1_Y____. 在衰变过程中，电荷数和质量数都__守__恒__．
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。
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。
高中物理第3章原子核与放射性2原子核衰变及半衰期课件鲁科选修3_5
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 ( 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 答案 解析 C 由三种射线的带电性质可以判断出①⑥表示 β 射线， ②⑤ )
速 率
0.1c 最弱 较强
0.9c 最强
c
贯穿本领 用一张纸 就能挡住 电离作用 很强
能穿透几毫 米厚的铝板 较弱
能穿透几厘 米厚的铅板 很弱
2．在电场、磁场中偏转情况的比较 (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
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．
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
2024-2025学年高中物理第三章原子核2放射性衰变教案教科版选修3-5
四、学生小组讨论（用时10分钟）
1.讨论主题：学生将围绕“放射性衰变在实际生活中的应用”这一主题展开讨论。他们将被鼓励提出自己的观点和想法，并与其他小组成员进行交流。
2.引导与启发：在讨论过程中，我将作为一个引导者，帮助学生发现问题、分析问题并解决问题。我会提出一些开放性的问题来启发他们的思考。
学生学习效果
1.理解放射性衰变的基本概念，包括α衰变、β衰变和γ射线，以及它们的特点和区别。
2.掌握衰变方程的书写方法和质量数、电荷数守恒原则，能够正确书写简单的衰变方程。
3.了解放射性衰变在实际应用中的例子，例如医学中的放射性治疗、地质学中的年代测定等。
4.提高科学思维能力，通过问题驱动法和案例分析法，学会从实际问题中提炼科学问题，运用科学原理进行分析。
5.培养团队合作意识和沟通交流能力，通过小组讨论和实验操作，学会与他人合作解决问题，并能有效地表达和交流自己的观点。
6.增强对原子核物理的兴趣和好奇心，激发对未知领域的探索精神，积极参与课堂讨论和实践活动。
7.提高知识应用能力，能够将放射性衰变的概念和原理应用到实际问题中，培养解决实际问题的能力。
重点题型整理
3.成果分享：每个小组将选择一名代表来分享他们的讨论成果。这些成果将被记录在黑板上或投影仪上，以便全班都能看到。
五、总结回顾（用时5分钟）
今天的学习，我们了解了放射性衰变的基本概念、重要性和应用。同时，我们也通过实践活动和小组讨论加深了对放射性衰变的理解。我希望大家能够掌握这些知识点，并在日常生活中灵活运用。最后，如果有任何疑问或不明白的地方，请随时向我提问。
首先，在教学方法上，我采用了问题驱动法和案例分析法，激发了学生的兴趣和好奇心。通过提出问题，引导学生主动探究放射性衰变的基本概念和衰变类型，提高了他们的科学思维能力。同时，通过分析放射性衰变的实际应用案例，让学生了解理论知识在实际问题中的应用，增强了他们的知识应用能力。
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 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。
鲁科版选修3-5 3.2 原子核衰变及半衰期 学案
第2节原子核衰变及半衰期学案学习目标：1．知道天然放射现象及三种射线的本质，了解核子、同位素的根本观念。
2.掌握三种射线的本质，能够利用磁场、电场区分它们，3.知道原子核的衰变和衰变规律．知道什么是半衰期．根底知识：一、天然放射现象的发现1．天然放射现象(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)①放射性：物质发射射线的性质。
②放射性元素：具有放射性的元素。
③天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象。
(3)原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线。
(4)玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里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．如下图，让放射线通过强磁场，在磁场的作用下，放射线能分成三束，这说明有三种射线，且它们电性不同．带正电的射线向左偏转，为α射线；带负电的射线向右偏转，为β射线；不发生偏转的射线不带电，为γ射线．2．α射线是高速运动的氦原子核粒子流，有很强的电离作用，但是穿透能力很弱．一张铝箔或一张薄纸就能将它挡住．3．β射线是高速运动的电子，穿透能力较强，但电离作用较弱．能穿透几毫米厚的铝板．4．γ射线是波长很短的电磁波，穿透能力很强，但电离作用很弱．能穿透几厘米的铅板．三、原子核的衰变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(1)α衰变：A Z X→42He＋A－4Y．Z－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．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．重难点理解：一、对三种射线的理解1．α、β、γ射线性质、特征比拟(1)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，如下图。
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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：n―→H＋e。
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U经放射性衰变①变为原子核Th，继而经放射性衰变②变为原子核Pa，再经放射性衰变③变为原子核U。
放射性衰
变①、②和③依次为( ) B．β衰变、α衰变和β衰变
A．α衰变、β衰变和β衰变 D．α衰变、β衰变和α衰变
C．β衰变、β衰变和α衰变
答案A
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222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Rn―→Po＋________。
已知Rn的半衰期约为3。
8天，则约经过________天，16 g的Rn衰变后还剩1 g。
答案He 15。
2解析根据质量数、电荷数守恒得衰变方程为Rn→Po＋He。
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(Rn)经α衰变成为钋(Po)，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Rn的矿石，其原因是( ) A．目前地壳中的Rn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Rn的含量足够高C．当衰变产物Po积累到一定量以后，Po的增加会减慢Rn的衰变进
程。