2019_2020学年高中物理第3章原子核与放射性本章优化总结教学案鲁科版
高中物理 第3章 原子核与放射性章末整合课件 鲁科版选
(1)熟记一些粒子的符号：α 粒子(42He)、质子(11H 或 p)、中子
(10n)、电子(－01e)、正电子(＋10e)、氘核(21H)、氚核(31H)
(2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解
有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒.
章末整合提升
6
例对网 分点1 络类练在构突习建破下列四个核反应中栏CO，N目TENX索TS PA引表GE 示中子的客整是观合巩(··简释固明疑·应·)·了点用然拨·反馈 属于原子核的人工转变的是( ) A.147N＋42He―→187O＋X B.2173Al＋42He―→3105P＋X C.21H＋31H―→42He＋X D.23952U＋X―→9308Sr＋15346Xe＋10X
m0213＝81m0，故应填18或 12.5%.
章末整合提升
10
对网 分点络类练构突习建破
栏目索引
CONTENTS PAGE
客整观合巩··简释固明疑·应··了点用然拨·反馈
解析 根据电荷数守恒和质量数守恒可完成核反应方
程，然后由核反应的类型即可判断出反应的类型.
答案 11H ＋01e 1010n 42He B A
章末整合提升
11
对网 分点络类练构突习建破
章末整合提升
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对解网 分点析络类练构突习在建破核
反应
中
，
不
管是什么类 栏目索引 CONTENTS PAGE
型
的
核客整反观合巩·应·简释固明，疑·应··都了点用然遵拨·反守馈
电荷数守恒和质量数守恒.据此，可以判断未知粒子属于
什么粒子，在A中，未知粒子的质量数为：14＋4＝17＋x，
x＝1，其电荷数为：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质
高中物理 第3章 原子核与放射性归纳提升教案 鲁科版选修35
第3章 原子核与放射性1.放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变． 2．衰变规律电荷数和质量数都守恒． 3．衰变的分类(1)α衰变的一般方程：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He ，每发生一次α衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数减少4.α衰变的实质：是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)．(核内211H ＋210n→42He)(2)β衰变的一般方程：A Z X→A Z ＋1Y ＋0－1e.每发生一次β衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变．β衰变的实质：是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子(核内10n→11H ＋0－1e)．＋β衰变：3015P→3014Si ＋01e(3)γ射线是伴随α衰变或β衰变同时产生的，γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．γ射线实质：是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出的光子．4．半衰期不同元素的半衰期是不一样的，其差别可以很大．例如，有的半衰期可以达到几千年甚至上万年，也有的半衰期不到1秒．在一个半衰期τ内，将有一半的原子核发生衰变，经过时间t 后，则剩余没有衰变的原子核个数N ＝N 0(12)tτ，或没有衰变的原子核质量m ＝M (12)tτ，公式适用于大量的原子核，该规律是宏观统计规律，对个别原子核无意义．238 92U 放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210 83Bi ，而21083Bi 可以经一次衰变变成210 a X(X 代表某一种元素)，也可以经一次衰变变成 b 81Ti ，210 a X 和 b 81Ti 最后都变成20682Pb ，衰变路径如图3－1所示，则图中( )238 92U 210 83Bi ――→② b 81Ti 206 82Pb ――→① 210a X 图3－1A ．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【解析】 21083Bi 经一次衰变变成210a X ，由于质量数不变，所以只能发生了一次β衰变，电荷数增加1即a ＝83＋1＝84，①是β衰变，210 83Bi 经一次衰变变成 b81Ti ，由于电荷数减少2，所以只能发生了一次α衰变，质量数减少4，即b ＝210－4＝206，②是α衰变，故A 、C 均不正确，B 正确，206 81Ti 变成20682Pb ，质量数不变，电荷数增加1，所以只能经过一次β衰变，故D 项错误．【答案】B1．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】 放射性元素的原子核在α衰变或β衰变时，出现质量亏损，多余的能量将以γ光子的形式释放，因此伴随γ辐射．放射性元素经过一段时间t 后的剩余质量m ＝m 02t T(其中T 为该放射性元素的半衰期)．可得m A 2T 1T 2T 1＝m B2T 1T 2T 2，得m A ∶m B ＝2T 2∶2T 1.【答案】 γ 2T 2∶2T 11.3．核反应方程用“→”表示核反应的方向，不能用等号；熟记常见粒子的符号，如： 42He 11H 10n0－1e 01e 21H 31H 23592U 4．确定衰变次数的方法 A Z X→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m0－1e根据质量数、核电荷数守恒得 Z ＝Z ′＋2n －m A ＝A ′＋4n二式联立求解得α衰变次数n ，β衰变次数m .一个原子核A 经过5次α衰变，成为B ，再经过4次β衰变成为C ，则核A的质子数比核C 的质子数多几个？核A 的中子数比核C 的中子数多几个？【解析】 A 到C 的核反应过程为y xA ――→5αy －20x －10B ――→4βy －20x －10＋4C因此A 的质子数比C 多6个 A 的中子数比C 多14个． 【答案】 6 142．(2013·龙岩检测)238 92U 衰变为22286Rn 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】 根据原子核每发生一次β衰变电荷数增加1，不改变质量数，而每发生一次α衰变原子核质量数减少4，电荷数减少2，238 92U 衰变为22286Rn ，质量数减少16，电荷数减少6，因此可确定发生了4次α衰变，2次β衰变．【答案】 B。
第3章原子核与放射性优化总结课件(鲁科版)
原子核的衰变及半衰期
1．原子核的衰变：指原子核放出α粒子或β粒子后 变成新的原子核，但这并不表明原子核内有α粒子 和电子．
2．衰变的分类：根据原子核衰变放出粒子的种类， 将衰变分为α衰变和β衰变．两种衰变都伴随γ射线 放出；不论哪种衰变，衰变前后的核电荷数和质量 数都守恒．这也是书写衰变方程及核反应方程的原 则．
D．经过一个半衰期后，该矿石的质量剩下M/2
【精讲精析】 经过两个半衰期后矿石剩余的铀 应还有m/4，经过三个半衰期后还剩m/8，因为衰变 产物大部分仍然留在该矿石中，所以矿石质量没有 太大的改变，本题选项C正确．
【答案】 C
粒子轨迹相切问题的处理办法
原来静止的原子核衰变发出射线，同时生成新 核，若它们处在同一个匀强磁场中，就会出现内 切圆和外切圆的物理图景．判断内切、外切的理 论依据：
第三章 原子核与放射性 （本章优化总结）
知识网络构建
本
章
优 化
专题归纳整合
总
结
章末综合检测
知识网络构建
原 子 核 与 放 射 性
原 子 核 与 放 射 性
原 子 核 与 放 射 性
专题归纳整合
关于核反应方程 1．几个重要的核反应方程
2.核反应遵守两个守恒：核电荷数守恒，质量数
守恒．
3．核反应方程用“→”表示核反应的方向，不能
动的向心力由洛伦兹力提供
所以 R＝mBqv.又因为 m1v1＝m2v2，所以RR12＝qq12，由 于 q1＝2，q2＝92－2＝90，因而RR12＝415.如图 3－1 所示，其中轨道 a 为 α 粒子的径迹，轨道半径为 R1，轨道 b 为新核的径迹，其轨道半径为 R2.
(2)同理，钍234发生一次β衰变时放出的β粒子与产 生的新核的动量大小相等，方向相反，即总动量为 零．可是，β粒子带负电，新核带正电，它们衰变 时的速度方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所 以，它们的两个轨迹圆是内切的，且β粒子的轨道 半径大于新核的轨道半径，它们的轨迹示意图如图 3－2所示，其中，c为β粒子的径迹，d为新核的径 迹．
高中物理第3章原子核与放射性3放射性的应用与防护课件鲁科版选修3
讨论:(1)该仪器探测到的γ射线是如何产生的? (2)放射性同位素是否参与体内的生化反响? (1)提示:在注入人体的葡萄糖溶液中参加含有能放射正电子的放射性同位素, 正电子与负电子碰撞时,就放出γ射线。 (2)提示:参与。
【典例示范】
【典例】(2021·福州高二检测)现在很多心血管专科医院引进了一种被称为“心
【解析】选B、D。同位素有相同的质子数,所与元素属于化合物或单质没有关系,所以
P3 0
15
制成化合物后它的半衰期不变,所以选项C错误。含有
3 1
0 5
P
的磷肥由于衰变,
可记录磷的踪迹,所以选项D正确。
2.(多项选择)近几年,我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地从国外引进了十
同位素 放射线 半衰期
钋210 α
138天
锶90 β
28年
锝99 γ
6小时
钴60 γ
5年
上表给出了四种放射性同位素的放射线及半衰期,在表中所列的四种同位素中,
最适宜作为放疗使用的放射源应是
()
A.钋210
B.锶90
C.锝99
D.钴60
【解析】选D。α射线、β射线的穿透能力不强。放射源放出的放射线必须有
管有无病变,并判断病变位置。你认为检测用的放射性元素锝的半衰期应该最
接近以下数据中的
()
A.10分钟
B.10小时 C.10个月 D.10年
【解析】选B。如果半衰期太短,那么在放射期内,因含放射性物质的注射液尚未 均匀地分布在血液中而无法完成检测工作,再那么因放射强度较大而对人体造 成伤害。如果半衰期太长,放射性物质长期残留在人体内也会对人体造成伤害。 比照四个选项中的时间,应以10小时为宜,故正确选项应为B。
【2019-2020】高中物理第3章原子核与放射性章末整合提升学案鲁科版选修3_5
教学资料参考范本【2019-2020】高中物理第3章原子核与放射性章末整合提升学案鲁科版选修3_5撰写人：__________________部门：__________________时间：__________________一、对核反应方程及类型的理解1．核反应方程的比较2.解题时注意事项(1)熟记一些粒子的符号：α粒子(He)、质子(H或p)、中子(n)、电子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)(2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒．【例1】在下列四个核反应中，X表示中子的是________；属于原子核的人工转变的是________．A.N＋He―→O＋XB.Al＋He―→P＋XC.H＋H―→He＋XD.U＋X―→Sr＋Xe＋10X答案BCD AB解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒．据此，可以判断未知粒子属于什么粒子，在A中，未知粒子的质量数为：14＋4＝17＋x，x＝1，其电荷数为：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质子(H)；对B，未知粒子的质量数：27＋4＝30＋x，x＝1，其电荷数为：13＋2＝15＋y，y＝0，所以是中子(n)；对C，未知粒子的质量数为：2＋3＝4＋x，x＝1，电荷数为：1＋1＝2＋y，y＝0，也是中子(n)；对D，未知粒子质量数为235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，电荷数为：92＋y＝38＋54＋10y，y＝0，也是中子(n)．故方程中X是中子的核反应为B、C、D.属于原子核的人工转变的是A、B.针对训练完成下列核反应方程．A.7N＋He―→8O＋________B.P―→Si＋________C. U＋n―→Sr＋54Xe＋________D.H＋H―→________＋n其中属于衰变的是________，属于人工转变的是________．答案H e 10n He B A解析根据电荷数守恒和质量数守恒可完成核反应方程，然后由核反应的类型即可判断出反应的类型．二、半衰期及衰变次数的计算1．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．计算公式：n＝Nn或m＝Mn，其中n＝，T1/2为半衰期．2．确定衰变次数的方法(1)X―→Y＋nHe＋me根据质量数、电荷数守恒得A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m二式联立求解得α衰变次数n和β衰变次数m.(2)根据α衰变和β衰变(β衰变质量数不变)直接求解．【例2】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108K时，可以发生“氦燃烧”．(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：He＋________―→Be＋γ. (2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s.一定质量的Be，经7.8×10－16s后所剩下的Be占开始时的________．答案(1)He或α(2)或12.5%解析(1)由质量数和电荷数守恒可得答案为He或α；(2)由题意可知经过了3个半衰期，故剩余的Be的质量m＝m03＝m0，故应填或12.5%.【例3】放射性元素U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图1所示．则( )图1A．a＝82，b＝211B.Bi―→X是β衰变，Bi―→Tl是α衰变C.Bi―→X是α衰变，Bi―→Tl是β衰变D.Tl经过一次α衰变变成Pb答案B解析 由Bi―→X，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a ＝84.由Bi―→Tl 是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b ＝206，由Tl―→Pb 发生了一次β衰变．故选B. 三、α衰变和β衰变在磁场中的运动轨迹分析α衰变和β衰变在磁场中的运动轨迹，一般思路为： 1．衰变过程中，质量数守恒、电荷数守恒． 2．衰变过程中动量守恒．3．带电粒子垂直于磁场方向做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心力． 4．静止的原子核发生α衰变和β衰变的规律以及它们在磁场中运动的轨迹特点如下表：【例4】 一个静止的氮核14 7N俘获了一个速度为2.3×107m/s的中子生成一个复核A，A又衰变成B、C两个新核，设B、C的速度方向与中子方向相同，B的质量是中子的11倍，速度是106m/s，B、C在同一磁场中做圆周运动的半径之比R B ∶R C ＝11∶30，轨迹如图2所示，求：图2(1)C核的速度大小．(2)根据计算判断C核是什么？(3)写出核反应方程．答案(1)3×106 m/s(2)氦原子核(3)N＋n→B＋He解析氦核吸收了一个中子变成复核不稳定，发生衰变，整个过程中，中子、氮核以及两个新核组成的系统过程前后都不受外界的干扰，所以整个系统在俘获与衰变过程中动量均守恒，利用这一点，可求出C核的速度，然后根据粒子在磁场中的运动情况就可以判断出新核的种类，写出核反应方程．氮核俘获中子到衰变成B、C两个新核的过程中动量守恒mnvn＝mBvB＋mCvC，①根据衰变规律，可知C核的质量数为14＋1－11＝4.由此解得vC＝3×106 m/s.再由带电粒子在洛伦兹力的作用下做圆周运动的知识R＝可得qB＝＝＝②qCqB＋qC＝7.③将②③联立，qC＝2，而mC＝4，则C核是氦原子核，核反应方程式是N＋n→B＋He.。
【2019-2020】高中物理第3章原子核与放射性1原子核结构学案鲁科版选修3_5
教学资料参考范本【2019-2020】高中物理第3章原子核与放射性1原子核结构学案鲁科版选修3_5撰写人：__________________部门：__________________时间：__________________[目标定位] 1.了解质子和中子的发现过程.2.知道原子核的组成，理解核子、同位素的概念.3.了解核反应的概念，会书写核反应方程．一、质子和中子的发现1．质子的发现2．中子的发现二、原子核的组成1．组成：原子核由质子和中子组成，它们统称为核子．2．原子核的符号：X，其中X为元素符号，A表示原子核的质量数，Z表示核电荷数．3．基本关系：核电荷数＝质子数＝原子序数；质量数＝质子数＋中子数＝核子数．4．同位素：具有相同的质子数、不同中子数的原子互称同位素．5．核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．6．核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子．例如：He＋N→O＋H.7．核反应中质量数守恒，电荷数守恒．一、质子的发现图11．1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验．实验装置如图1所示：T进气孔、A放射源、F铝箔、S荧光屏、M显微镜、C真空容器．2．实验过程：容器C里放有放射性物质A，从A放射出的α粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收，而不能透过．在F的后面放一荧光屏S，M是显微镜，通过M可以观察到S是否有闪光．3．实验现象：开始，S上无闪光(因为α粒子没有穿过铝箔)．打开进气孔T的阀门，通入氮气，可以观察到S上有闪光．4．实验分析：容器C中通入氮气后，用显微镜观察到荧光屏上有闪光，闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的．5．新粒子性质研究(1)把这种粒子引进电磁场中，根据它在电磁场中的偏转，测出了它的质量和电荷量，进而确定它就是氢原子核，又叫质子．用符号表示为H 或p.(2)人们用同样的办法从其他元素的原子核中也轰击出了质子．6．实验结论：质子是原子核的组成部分．图2【例1】1919年卢瑟福通过如图2所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现了质子．图中A为放射源发出的________粒子，B为________气．写出该实验的核反应方程：___________.答案α氮He＋N→O＋H解析题图为α粒子轰击氮原子核生成质子的实验装置，放射源A发出的是α粒子，B为氮气，其核反应方程为：He＋N→O＋H.二、中子的发现1．科学家在1930年利用Po放出的α射线轰击铍原子核时，产生了一种看不见的贯穿能力很强、不受电场和磁场影响的射线．2．1932年，约里奥·居里夫妇发现如果用来自铍的射线去轰击石蜡，能从石蜡中打出质子，如图3所示．图33．1932年，查德威克进一步研究这种射线时发现，这种射线是一种不带电的、质量接近质子的粒子流，即是卢瑟福猜想的中子．4．结论：中子是原子核的组成部分．【例2】如图4所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡后会打出粒子流b，下列说法正确的是( )图4A．a为质子，b为中子B．a为γ射线，b为中子C．a为中子，b为γ射线D．a为中子，b为质子答案D解析不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见粒子应该是中子，故D正确．三、原子核的组成1．原子核的组成：原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电．不同的原子核内质子和中子的个数并不相同．原子核的直径为10－15～10－14 m.2．原子核的符号和数量关系：(1)符号：X.(2)基本关系：核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数．质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．3．同位素：原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同．把具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位素．4．核反应、核反应方程(1)核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．(2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子．卢瑟福发现质子的核反应方程为He＋N→O＋H(3)核反应的规律：在核反应中，质量数和电荷数守恒．【例3】已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226.试问：(1)镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带电荷量是多少？(3)若镭原子呈电中性，它核外有几个电子？(4)Ra是镭的一种同位素，让Ra和Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨迹半径之比是多少？答案(1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88(4)113∶114解析因为原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的，原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和．由此可得：(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.(2)镭核所带电荷量Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C.(3)镭原子呈电中性，则核外电子数等于质子数，故核外电子数为88.(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，故有Bqv＝m，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故＝＝.借题发挥对核子数、电荷数、质量数的理解(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数．(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数．(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质量数．针对训练据报道，俄科学家成功合成了具有极强放射性的117号新元素，该元素目前尚未被命名，是在实验室人工创造的最新的超重元素．新元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子，则：(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各为多少？(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？(3)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？答案(1)均为117 均为117 (2)293 294(3)X X解析(1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数．故117号元素的核电荷数和核内质子数均为117，原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也为117.(2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293，中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294.(3)元素符号一般用X表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，由前两问可得该元素的两种同位素的原子核符号，中子数为176的原子核的符号为X，中子数为177的原子核的符号为X.【例4】完成下列核反应方程，并指出其中______________是发现质子的核反应方程，______________是发现中子的核反应方程．(1)N＋n―→C＋________(2)N＋He―→O＋________(3)B＋n―→________＋He(4)Be＋He―→________＋n(5)Fe＋H―→Co＋________答案见解析解析(1)N＋n―→C＋H(2)N＋He―→O＋H(3)B＋n―→Li＋He(4)Be＋He―→C＋n(5)Fe＋H―→Co＋n其中发现质子的核反应方程是(2)．发现中子的核反应方程是(4)．质子与中子的发现1．(多选)关于质子与中子，下列说法正确的是( )A．原子核(除氢核外)由质子和中子构成B．质子和中子统称为核子C．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在D．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在答案ABC解析原子核内存在质子和中子，中子和质子统称为核子，卢瑟福只发现了质子，以后又预言了中子的存在．原子核的组成、核反应方程2．(多选)氢有三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)、氚(H)，则( ) A．它们的质子数相等B．若为中性原子，它们的核外电子数相等C．它们的核子数相等D．它们的化学性质相同答案ABD解析氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和中性原子核外电子数均相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，A、B两项正确；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，D正确．3．(多选)铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应：Al＋He→X＋n.下列判断正确的是( )A.n是质子B.n是中子C．X是Si的同位素D．X是P的同位素答案BD解析由核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知，X是P，故选项C 错误，选项D正确；n是中子，故选项A错误，选项B正确．4．以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋Li―→2y y＋N―→x＋Oy＋Be―→z＋Cx、y和z是3种不同的粒子，其中z是( )A．α粒子 B．质子 C．中子 D．电子答案C解析把前两个方程化简，消去x，即N＋Li＝y＋O，可见y是He，结合第三个方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知z是中子n.因此选项C正确．(时间：60分钟)题组一对质子、中子的理解1．(多选)关于原子核结构，下列说法正确的是( )A．原子是构成物质的基本单位B．原子核集中了原子的全部正电荷C．所有原子核中都有质子和中子D．原子核的电荷数就等于原子核外的电子数答案BD解析原子不是构成物质的基本单位，原子还可以再分为电子和原子核，A项错误；原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量，原子核的电荷数就等于原子核外的电子数，故B、D项正确；氢原子核中只有质子，故C项错误．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中子、质子、电子、α粒子的粒子流，形成如图1所示的径迹，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________．图1答案②③①④解析中子不带电，在磁场中不偏转，中子的径迹是②；电子带负电，在磁场中由左手定则可判断①为电子的径迹；质子、α粒子带正电，则粒子流向右偏转，再由qvB＝得R＝＝·，比较得③为质子的径迹，④为α粒子的径迹．题组二对原子核组成及同位素的理解3．同位素是指( )A．质子数相同而核子数不同的原子B．核子数相同而中子数不同的原子C．核子数相同而质子数不同的原子D．中子数相同而核子数不同的原子答案A解析原子序数相同(即核电荷数、质子数相同)而质量数不同(即核子数不同)的元素互为同位素，故A对．4．人类探测月球时发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核聚变的重要原料之一，氦的该种同位素应表示为( )A.HeB.HeC.HeD.He答案B解析氦的同位素质子数一定相同，质量数为3，故应表示为He，因此B正确．5．两个同位素原子核符号分别为X和Y，则下列正确的是( ) A．M＝N B．A＝BC．M－A＝N－B D．M－N＝A－B答案B解析同位素原子核具有相同的质子数，不同的中子数，因而质量数也不相同，故选B.6．(多选)一个原子核为Bi，关于这个原子核，下列说法中正确的是( )A．核外有83个电子，核内有127个质子B．核外有83个电子，核内有83个质子C．核内有83个质子，127个中子D．核内有210个核子答案CD解析根据原子核的表示方法得质子数为83，质量数为210，故中子数为210－83＝127个，而质子和中子统称核子，故核子数为210个，因此C、D正确；由于不知道原子的电性，就不能判断核外电子数，故A、B不正确．7．据最新报道，放射性同位素钬Ho，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是( )A．32 B．67 C．99 D．166答案A解析由题知该同位素原子核内核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故核内中子数与中性原子核外电子数之差为99－67＝32，故A对，B、C、D错．8．(多选)以下说法中正确的是( )A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B．原子核中的中子数一定跟核外电子数相等C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子答案CD解析原子中除了有带负电的电子外，还有带正电的质子，故A错；原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等，故B错；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，才确定原子核内还有别的中性粒子，故D正确．9．(多选)法国里昂的科学家发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，也有人称之为“零号元素”．下列有关“四中子”粒子的说法正确的是( )A．该粒子不显电性B．在周期表中与氢元素占同一位置C．该粒子质量比氢原子小D．该粒子质量数为4答案AD解析由题目中信息可得：此粒子是由四个中子构成的粒子，所以它的核电荷数为零，故A对，B错；而它的质量数为4，故C错，D对．10．下列说法正确的是( )A.Th为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234B.Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4 C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数答案D解析A项钍核的质量数为234，质子数为90，所以A错；B项的铍核的质子数为4，中子数为5，所以B错；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错，D对．题组三核反应方程11．对于核反应方程：H＋n―→H，下列说法正确的是( )A.H和H是两种不同的元素B.H和H具有相同的质子数C.H和H具有相同的中子数D．核反应中质量数不守恒答案B解析通过以下表格进行逐项分析：1234①H＋X1→He＋n ②N＋He→O＋X2③Be＋He→C＋X3 ④Mg＋He→Al＋X4则以下判断中正确的是( )A．X1是质子B．X2是中子C．X3是电子D．X4是质子答案D解析根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为H，A错；X2为H，B错；X3为n，C错；X4为H，D对．13．(多选)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p 后，变为处于激发态的硅原子核Si.下列说法正确的是( )A．核反应方程为p＋Al→SiB．核反应过程中系统动量守恒C．核反应过程中系统能量不守恒D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和答案AB解析根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为p＋Al→Si，A正确；核反应过程中释放的核力远远大于外力，故系统动量守恒，B正确；核反应过程中系统能量守恒，C错误；由于反应过程中，要释放大量的能量，即伴随着质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量之和，D错误．14．一质子束入射到靶核Al上，产生核反应：H＋Al→X＋n，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为________，中子数为________．答案14 13解析根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒，新核X的质子数为1＋13－0＝14，质量数为1＋27－1＝27，所以中子数＝27－14＝13.。
鲁科版物理选修3-5教案 3.3 放射性的应用与防护
鲁科版物理选修3-5教案3.3 放射性的应用与防护
鲁科版高二物理教案
第三章原子核与放射性
第三节放射性的应用与防护教案
三维教学目标
1、知识与技能
（1）知道什幺是核反应，会写出人工转变方程；
（2）知道什幺是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点； （3）了解放射性在生产和科学领域的应用；
（4）知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。
2、过程与方法：渗透和安全地开发利用自然资源的教育。
3、情感、态度与价值观：培养学生收集信息、应用已有知识、处理加工信息、探求新知识的能力。
教学重点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律。
教学难点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：
（1）挂图，实验器材模型，课件等；
（2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
（一）引入新课
前面已经学习了核反应的一种形式。
高中物理第3章原子核与放射性3.1原子结构教案鲁科版选
原子结构★新课标要求（一）知识与技术1．了解天然放射现象及其规律。
2．明白三种射线的本质，和如何利用磁场区分它们。
3．明白原子核的组成，明白核子和同位素的概念。
（二）进程与方式1．通过观察，试探，讨论，初步学会探讨的方式。
2．通过对知识的理解，培育自学和归纳能力。
（三）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，原子核的组成。
★教学难点明白三种射线的本质，和如何利用磁场区分它们★教学方式教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排 1 课时★教学进程（一）引入新课教师：本节课咱们来学习新的一章：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转变规律，是微观世界的现象。
让咱们走进微观世界，一路探索其中的奥秘！咱们已经明白，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？原子核是不是能够再分呢？它是由什么微粒组成？用什么方式来研究原子核呢？学生试探讨论。
点评：带着问题学习，激发学习热情教师：人类熟悉原子核的复杂结构和它的转变规律，是从发觉天然放射现象开始的。
1896年，法国物理学家贝克勒尔发觉，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线能够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，对铀和铀的各类矿石进行了深切研究，又发觉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，展示物理学进展史上的有关事实，树立学生对科学研究的正确态度。
（二）进行新课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，研究发觉，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。
2019_2020学年高中物理第3章原子核与放射性第1节原子核结构教学案鲁科版选修3_5
第1节 原子核结构1.了解质子和中子的发现过程．(重点＋难点)2.知道原子核的组成，理解核子、同位素的概念．3．了解核反应的概念，会书写核反应方程．(重点)一、质子和中子的发现1.质子的发现(1)实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子．(2)结论：质子是原子核的组成部分．2.中子的发现卢瑟福依据什么猜想原子核中存在着中子？提示：元素的原子核的质量大体上是质子质量的整数倍，但原子核的电荷数仅仅是质量数的一半或更少一些．二、原子核的组成 1.原子核组成由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，质子、中子统称为核子，原子核常用符号A Z X 表示． X 表示元素符号，A 表示质量数，Z 表示核电荷数．基本关系：核电荷数＝质子数＝原子序数．质量数＝质子数＋中子数＝核子数． 2.同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，如氢的三种同位素11H 、21H 、31H. 3.核反应方程(1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子．(2)意义：能够用人工方法改变原子核．(3)书写核反应方程遵循的原则：核反应满足反应前、后核电荷数和质量数都守恒． (4)卢瑟福发现质子的核反应方程：42He ＋14 7N →17 8O ＋11H ． 查德威克证实中子存在的核反应方程：94Be ＋42He →12 6C ＋10n ．(1)质子和中子都不带电，是原子核的组成成分，统称为核子．( )(2)原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．( )(3)同位素具有不同的化学性质．( )提示：(1)× (2)√ (3)×质子和中子的发现1.质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，结果从氮核中打出了一种粒子，并测定了它的电荷与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子，后来人们又从其他原子核中打出了质子，故确定质子是原子核的组成部分．2.中子的发现(1)1920年卢瑟福预言：原子核内可能还存在质量跟质子相近的不带电的中性粒子，并将其称为中子．(2)1930年德国物理学家博特和他的学生贝克利用α粒子轰击铍时发现了一种穿透力极强的射线，1932年约里奥·居里夫妇对这种射线进行了研究，并发现如果用这种射线轰击石碏，能从石蜡中打出质子．由于旧观念的影响，他们都把这种射线认为是γ 射线，而实际上是中子流．(3)查德威克的发现：1932年，查德威克对这种射线进行了研究，发现这种射线是一种不带电、质量接近质子的粒子流，这种粒子正是卢瑟福猜想的中子，从而确定中子也是原子核的组成部分．如图为卢瑟福发现质子的实验装置，M 是显微镜，S 是荧光屏，窗口F 处装铝箔，氮气从阀门T 充入，A 是放射源，在观察由质子引起的闪烁之前需进行必要调整的是( )A ．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S 上能见到α粒子引起的闪烁B ．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S 上见不到质子引起的闪烁C ．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S 上能见到质子引起的闪烁D ．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S 上见不到α粒子引起的闪烁[思路点拨] 从实验目的出发，结合选项，看是否能达到实验目的．[解析] 实验目的是观察α粒子轰击氮核产生新核并放出质子，所以实验前应调整铝箔的厚度，恰使α粒子不能透过，但质子仍能透过，故选D.[答案] D如图为查德威克实验示意图．由天然放射性元素Po 放出的α射线轰击铍时会产生粒子流A ，用粒子流A 轰击石蜡时，会打出粒子流B ，经研究知道()A ．A 为中子，B 为质子B ．A 为质子，B 为中子C ．A 为γ 射线，B 为中子D ．A 为中子，B 为γ 射线解析：选A.不可见射线(即粒子流)A 轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见射线应该是中子，故A 正确．原子核的组成及核反应方程1.原子核(符号AZ X)原子核⎩⎪⎨⎪⎧大小：很小，半径为10－15～10－14 m组成⎩⎪⎨⎪⎧质子：电量e ＝＋1.6×10－19 C 质量m p ＝1.6726231×10－27 kg 中子：电量e ＝0 质量m n ＝1.6749286×10－27 kg 同位素：质子数相同，中子数不同的原子 2.基本关系核电荷数＝质子数＝原子序数质量数＝质子数＋中子数＝核子数3.核反应、核反应方程(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箭头方向表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据核电荷数守恒和质量数守恒凭空杜撰生成物．(3)书写核反应方程时，应先将已知的原子核和未知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置，然后再根据质量数守恒和核电荷数守恒确定未知的原子核或未知粒子的质量数和核电荷数，最后根据其核电荷数确定是哪种元素或粒子，在适当位置填上它们的符号．本题中用大写字母代表原子核．E 经α衰变成为F ，再经β衰变成为G ，再经α衰变成为H.上述系列衰变可记为下式：E ――→αF ――→βG ――→αH ；另一系列衰变如下：P ――→βQ ――→βR ――→αS.已知P 是F 的同位素，则( )A ．Q 是G 的同位素，R 是H 的同位素B ．R 是E 的同位素，S 是F 的同位素C ．R 是G 的同位素，S 是H 的同位素D ．Q 是E 的同位素，R 是F 的同位素[解析] y x E →y －4x －2F ＋42He ，y －4x －2F →y －4x －1G ＋ 0－1e ，y －4x －1G →y －8x －3H ＋42He ； z x －2P → z x －1Q ＋ 0－1e ， z x －1Q →z x R ＋ 0－1e ，z x R →z －4x －2S ＋42He.同位素具有相同的质子数和不同的中子数，由核衰变方程式中各原子核的上下标可得到R 是E 的同位素，S 是F 和P 的同位素，Q 是G 的同位素，所以B 选项正确．[答案] B解决此类题一般从核衰变方程入手，正确地写出核衰变方程是解决此类题的关键．[随堂检测]1.卢瑟福预想到原子核内除质子外，还有中子的事实依据是( )A ．电子数与质子数相等B ．原子核的质量大约是质子质量的整数倍C ．原子核的核电荷数只是质量数的一半或更少一些D ．质子和中子的质量几乎相等解析：选C.卢瑟福预言中子的存在的依据是原子核的质量大约是质子质量的整数倍，而核电荷数却是原子核质量数的一半或更少一些，C 正确．2.关于以下各个核反应方程，说法正确的是( )A.14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H 是卢瑟福发现质子的核反应方程B.2311Na ＋21H ―→2411Na ＋11H 是卢瑟福发现质子的核反应方程C.94Be ＋42He ―→12 6C ＋10n 是卢瑟福预言存在中子的核反应方程D.10 5B ＋42He ―→13 7N ＋10n 是查德威克发现中子的核反应方程解析：选A.卢瑟福发现质子的核反应方程为14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H ，查德威克发现中子的核反应方程为94Be ＋42He ―→12 6C ＋10n.所以A 正确，B 、C 、D 错误．3.(多选)32He 可以作为核聚变材料．下列关于32He 的叙述正确的是( ) A.32He 和31H 互为同位素B.32He 原子核内中子数为1C.32He 原子核外电子数为2D.32He 代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子解析：选BC.32He 核内质子数为2，31H 核内质子数为1，两者质子数不等，不是同位素，A 不正确；32He 核内中子数为1，B 正确；32He 原子核外电子数为2，C 正确；32He 代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子核，D 不正确．4.两个同位素原子核的符号分别是MA X 和NB Y ，那么( ) A ．M ＝NB ．A ＝BC ．M －A ＝N －BD ．M ＋N ＝A ＋B解析：选B.具有相同质子数不同中子数的同一元素互称同位素，所以A ＝B .5.1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素20278Pt.制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be 产生快中子；(2)用快中子轰击汞204 80Hg ，反应过程可能有两种：①生成202 78Pt ，放出氦原子核；②生成202 78Pt ，放出质子、中子．写出上述核反应方程式．解析：根据质量数守恒和核电荷数守恒，算出新核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程．(1)94Be ＋11H ―→95B ＋10n. (2)204 80Hg ＋10n ―→202 78Pt ＋32He20480Hg ＋10n ―→202 78Pt ＋211H ＋10n. 答案：见解析[课时作业]一、单项选择题1.关于质子与中子，下列说法中错误的是( )A ．原子核由质子和中子组成B ．质子和中子统称核子C ．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在D ．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在解析：选 C.原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，卢瑟福发现了质子并预言了中子的存在，故A 、B 、D 项叙述正确，C 项错误．所以选C.2.最近国外科技杂志报道，将6228Ni 和208 82Pb 经核聚变并释放出一个中子后，生成第110号元素的一种同位素，该同位素的中子数是( )A ．157B ．159C ．161D ．163解析：选B.根据质量数与电荷数守恒，写出核反应方程：6228Ni ＋208 82Pb ―→269110Y ＋10n ，则Y的中子数为269－110＝159.3.下列说法正确的是( )A.23490Th 为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234B.94Be 为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4C ．同一元素的两种同位素具有相同的质量数D ．同一元素的两种同位素具有不同的中子数解析：选D.A 项钍核的质量数为234，质子数为90，所以A 错；B 项铍核的质子数为4，中子数为5，所以B 错；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C 错，D 对．4.α粒子击中氮14核后放出一个质子，转变为氧17核(178O)．在这个氧原子核中有( )A ．9个质子B ．17个电子C ．8个中子D ．8个质子 解析：选D.根据原子核的构成，核电荷数为8，即质子数为8，质量数为17，所以中子数为17－8＝9，正确选项为D.5.下面列出的是一些核反应方程：3015P ―→3014Si ＋X ，94Be ＋21H ―→10 5B ＋Y ，42He ＋42He ―→73Li＋Z ，其中( )A ．X 是质子，Y 是中子，Z 是正电子B ．X 是正电子，Y 是质子，Z 是中子C ．X 是中子，Y 是正电子，Z 是质子D ．X 是正电子，Y 是中子，Z 是质子解析：选D.由电荷数守恒和质量数守恒可知，核反应方程为：3015P ―→3014Si ＋01e ，94Be ＋21H →10 5B ＋10n ，42He ＋42He ―→73Li ＋11H.故选项D 正确．6.一种元素的两种同位素的原子核A 和B ，以相同的动能垂直于磁场的方向进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动．则A 、B 的轨道半径应( )A ．与核子数成正比B ．与核子数的平方根成正比C ．与质子数成正比D ．与质子数的平方根成正比解析：选B.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，半径R ＝mv qB ＝2mE k qB .同位素A 、B的原子核的带电荷量相同， 质量m 与核子数成正比，故半径与核子数的平方根成正比．二、多项选择题7．下列说法中正确的是( )A ．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B ．原子核中的质子数，一定跟核外电子数相等C ．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分D ．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子解析：选CD.原子中除了带负电的电子外，还有带正电的质子，故A 错误；对于中性原子来说原子核中的质子数才跟核外电子数相等，故B 错误；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C 正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，才确定原子核内必定还有别的中性粒子，故D 正确．8．氢有三种同位素，分别是氕(11H)、氘(21H)、氚(31H)，则下列说法中正确的是( )A ．它们的质子数相等B ．它们的核外电子数相等C ．它们的核子数相等D ．它们的化学性质相同解析：选ABD.氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，A 、B 选项正确，C 选项错误；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，D 选项正确．9.用α粒子照射充氮的云室，摄得如图所示的照片，下列说法中不正确的是( )A ．A 是α粒子的径迹，B 是质子的径迹，C 是新核的径迹B ．B 是α粒子的径迹，A 是质子的径迹，C 是新核的径迹C ．C 是α粒子的径迹，A 是质子的径迹，B 是新核的径迹D ．B 是α粒子的径迹，C 是质子的径迹，A 是新核的径迹解析：选ABC.α粒子轰击氮核产生一个新核并放出质子，入射的是α粒子，所以B 是α粒子的径迹．产生的新核质量大而电离作用强，所以径迹粗而短，故A 是新核的径迹．质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹是质子的径迹，所以正确选项为A 、B 、C.10.三个原子核X 、Y 、Z ，X 核放出一个正电子后变为Y 核，Y 核与质子发生核反应后生成Z 核并放出一个氦核(42He)．则下面说法正确的是( )A ．X 核比Z 核多两个质子B ．X 核比Z 核少一个中子C ．X 核的质量数比Z 核的质量数大4D ．X 核与Z 核的总电荷数是Y 核电荷数的2倍解析：选AD.设X 原子核的质量数为A ，核电荷数为B .由质量数守恒和电荷数守恒可得AB X ―→01e ＋ A B －1Y ， A B －1Y ＋11H ―→42He ＋A －3B －2Z.可见 A B X 比 A －3B －2Z 的质子数多2个，A 对；A B X 比A －3B －2Z 的中子数多一个，B 错；A B X 比A －3B －2Z 的质量数大3，C 错；A B X 与A －3B －2Z 的总核电荷数为(2B －2)，显然是 AB －1Y 的核电荷数(B －1)的2倍，D 对．故正确答案为A 、D.三、非选择题11.现在，科学家正在设法探寻“反物质”．所谓的“反物质”是由“反粒子”组成的，“反粒子”与对应的正粒子具有相同的质量和电荷量，但电荷量的符号相反，据此，反α粒子的质量数为__________，电荷数为________．解析：α粒子是氦核，它由两个质子和两个中子构成，故质量数为4，电荷数为2.而它的“反粒子”质量数也是“4”，但电荷数为“－2”．答案：4 －212.一个中子以1.9×107 m/s 的速度射中一个静止的氮核147N ，并发生核反应，生成甲、乙两种新核，它们的运动方向与中子原来的运动方向相同，测得甲核质量是中子质量的11倍，速度是1×106 m/s ，乙核垂直进入B ＝2 T 的匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R ＝0.02 m ，已知中子质量m ＝1.67×10－27 kg ，e ＝1.6×10－19 C ，求乙核是何种原子核？并写出核反应方程．解析：设乙核质量为m 乙，甲核质量为m 甲＝11m ，氮核质量为14m ，则由核反应过程中质量数守恒知，乙核质量数为14＋1－11＝4，即m 乙＝4m ，由动量守恒定律有mv 0＝m 甲v 甲＋m 乙v 乙，解得v 乙＝mv 0－m 甲v 甲m 乙＝m ×1.9×107－11m ×1×1064mm/s ＝2×106 m/s.设乙核的电量为q ，则由R ＝mv qB 得，q ＝m 乙v 乙BR ＝4×1.67×10－27×2×1062×0.02C ＝3.34×10－19 C ＝2e ，即乙核的电荷数为2，则乙核为氦核42He ，甲核为硼核11 5B ，核反应方程为10n ＋14 7N ―→ 11 5B ＋42He.答案：42He 10n ＋14 7N ―→11 5B ＋42He。
2019-2020学年高中物理 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2.6×10－16 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―→84 Be＋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。
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本章优化总结
核反应与核反应方程
在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程称为核反应．常见的核反应有以下四类：衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射α或β粒子，不受外界因素的影响；人工转变常用α粒子(也可用中子等)轰击原子核，该核捕获α粒子(或中子等)后产生新核，并放出一个或几个粒子；裂变与聚变将在以后的章节学习．
1.核反应类型及重要的核反应方程
核反应方程式与其相关的重要内容
衰变(α、β)
238
92U―→
234
90Th＋
4
2He α衰变实质2
1
1H＋2
1
0n―→
4
2He
234
90Th―→
234
91Pa＋
－1 e β衰变实质
1
0n―→
1
1H＋
－1 e
人工转变14
7N＋
4
2He―→
17
8O＋
1
1H 质子的发现(1919年) 卢瑟福
9
4Be＋
4
2He―→
12
6C＋
1
0n 中子的发现(1932年) 查德威克
2713
Al ＋42He ―→3015P ＋10
n
人工放射性同位素的
发现
约里奥·居里夫
妇 30
15
P ―→30
14Si ＋11
e
正电子的发现(1934
年)
约里奥·居里夫
妇
2.核反应遵循的两个重要规律：质量数守恒和核电荷数守恒．
3.核变化方程用“―→”表示核反应的方向，不能用等号；要熟记常用粒子的符号，如：
42
He 11H 1
0n
0－1
e 01e 21H 3
1H
235 92
U
4.确定衰变次数的方法
A Z
X ―→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0
－1 e.
根据质量数、核电荷数守恒得：
A ＝A ′＋4n ， Z ＝Z ′＋2n －m ，
两式联立求解得α衰变次数n ，β衰变次数m .
2006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过48
20Ca(钙48)轰击249
98Cf(锎
249)发生核反应，成功合成了第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素．实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子x ，再连续经过3次α衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，则上述过程中的粒子x 是( )
A ．中子
B ．质子
C ．电子
D ．α粒子
[思路点拨] 根据核反应前后质量数守恒和核电荷数守恒求解．
[解析] 第118号元素衰变成第112号元素，核电荷数减少6个，而根据α衰变规律可知，经过3次α衰变核电荷数减少6个，故先放出的3个相同的粒子不带电．故正确答案为A.
[答案] A
原子核的衰变及半衰期
1.原子核的衰变：指原子核放出α粒子或β粒子后变成新的原子核，但这并不表明原子核内有α粒子和电子．
2.衰变的分类：根据原子核衰变放出粒子的种类，将衰变分为α衰变和β衰变．两种衰变都伴随γ射线放出；不论哪种衰变，衰变前后的核电荷数和质量数都守恒．这也是书
写衰变方程及核反应方程的原则．
3.半衰期：不同元素的半衰期是不一样的，其差别可以很大．例如，有的半衰期可以达到几千年甚至上万年，也有的半衰期不到1秒．在一个半衰期T 1/2内，将有一半的原子核发
生衰变，经过时间t 后，则剩余没有衰变的原子核的个数N ′＝N 0⎝ ⎛⎭
⎪⎫12t /T 1/2
，或没有衰变的
原子核的质量m ＝M ⎝ ⎛⎭
⎪⎫12t
T 1/2，公式适用于大量的原子核，该规律是宏观统计规律，对个别原子核无意义．
若元素A 的半衰期为4天，元素B 的半衰期为5天，则相同质量的A 和B ，经过
20天后，剩下的质量之比为( )
A ．30∶31
B ．31∶30
C ．1∶2
D ．2∶1
[思路点拨] 应用半衰期的公式m ＝m 0⎝ ⎛⎭
⎪⎫12t
T 1/2求解． [解析] 根据衰变规律20天对于元素A 是5个半衰期，对于元素B 是4个半衰期，因
为原来A 和B 的质量相同，设原来的质量都为m 0，由m ＝m 0⎝ ⎛⎭
⎪⎫12t
T 1/2得剩下的A 和B 的质量之比为1∶2.C 正确．
[答案] C
衰变与轨迹
放射性元素发生α衰变或β衰变时，若原来的原子核是静止的，则α粒子(或β粒子)与反冲核的运动方向相反，且动量守恒．当它们在垂直于磁场的平面内运动时，其轨道是内切或外切的两个圆．
1.α衰变和β衰变的规律以及它们在磁场中运动的轨迹特点如下表：
α衰变
A Z
X ―→A －4Z －2Y ＋4
2He
匀强磁场中的轨迹
β衰变 A Z X ―→ A Z ＋1Y ＋ 0
－1e
匀强磁场中的轨迹
2.处理方法
(1)依据左手定则判断轨迹的弯曲方向．由于运动电荷做匀速圆周运动，可根据qvB ＝
m v 2
R
确定半径大小，或者由几何知识求得半径R 的大小，再确定其他物理量的关系． (2)注意动量守恒和能量守恒知识在该部分的应用．
①由于半径公式R ＝mv Bq
中含有动量表达式，故可由衰变过程中的动量守恒表达式确定粒子间的半径关系．
②注意动量与动能关系的应用，即E k ＝p 2
2m
.
原来静止的铀238和钍234同时在同一匀强磁场中，由于衰变而开始做匀速圆
周运动．铀238发生了一次α衰变，钍234发生了一次β衰变．
(1)试画出铀238发生一次α衰变时所产生的新核及α粒子在磁场中的运动轨迹的示意图．
(2)试画出钍234发生一次β衰变时所产生的新核及β粒子在磁场中的运动轨迹的示意图．
[思路点拨] 求解本题应把握以下三点： (1)衰变过程系统动量守恒．
(2)根据左手定则判断粒子受洛伦兹力方向． (3)由R ＝mv qB
确定轨迹半径．
[解析] (1)铀238发生衰变时，由于放出α粒子而产生了新核，设α粒子的质量为
m 1，速度为v 1，带电量为q 1；新核的质量为m 2，速度为v 2，带电量为q 2.根据动量守恒定律，
它们的总动量为零，即：m 1v 1＋m 2v 2＝0
因为它们都带正电，衰变时的速度正好相反，所以，受到的洛伦兹力方向也相反，因而决定了它们做圆周运动的轨迹圆是外切的．它们做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，
所以R ＝mv Bq .又因为m 1v 1＝m 2v 2，所以R 1R 2＝q 2q 1，由于q 1＝2，q 2＝92－2＝90，因而R 1R 2＝45
1
.如图
所示，
其中轨道a 为α粒子的径迹，轨道半径为R 1，轨道b 为新核的径迹，其轨道半径为R 2.
(2)同理，钍234发生一次β衰变时放出的β粒子与产生的新核的动量大小相等，方向相反，即总动量为零．可是，β粒子带负电，新核带正电，它们衰变时的速度方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以，它们的两个轨迹圆是内切的，且β粒子的轨道半径大于新核的轨道半径，它们的轨迹示意图如图所示，其中，c 为β粒子的径迹，d 为新核的径迹．
[答案] 见解析
钍核230
90Th 发生衰变生成镭核226
88Ra 并放出一个粒子．设该粒子的质量为
m 、电荷量为q ，它进入电势差为U 的带窄缝的平行平板电极S 1和S 2之间的电场时，其速度
为v 0，经电场加速后，沿Ox 方向进入磁感应强度为B 、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，
Ox 垂直平板电极S 2，当粒子从P 点离开磁场时，其速度方向与Ox 方向的夹角θ＝60°，如
图所示，整个装置处于真空中．
(1)写出钍核衰变方程；
(2)求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R ； (3)求粒子在磁场中运动所用时间t . 解析：(1)衰变方程为230
90Th ―→4
2He ＋226
88Ra. ①
(2)设粒子离开电场时速度为v ，对加速过程有
qU ＝1
2mv 2－12
mv 20
②
粒子在磁场中有qvB ＝m v 2
R
③ 由②③得R ＝m qB
2qU m
＋v 2
0.
④
(3)粒子做圆周运动的回旋周期T ＝2πR v ＝2πm
qB
⑤ 粒子在磁场中运动时间t ＝16T
⑥
由⑤⑥两式可以解得t ＝πm
3qB .
答案：(1)230
90Th ―→4
2He ＋226
88Ra (2)m qB
2qU m
＋v 2
(3)πm 3qB。