2018版高中物理第3章原子核与放射性章末分层突破教师用书鲁科版选修3_5
高三物理第3章 原子核与放射性 章综合(鲁科版选修3-5)
原子物理单元测试（B 卷）说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.第Ⅰ卷（选择题共40分）一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.1 .1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰为研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家.下列核反应方程中属于研究“两弹”的基本核反应方程式是（ ）A.N 147+He 42→O 178+H 11B. U 23592+n 10→Sr 9038+Xe 13654+10n 10C. U 23892→Th 23490+He 42 D. H 21+H 31→He 42+n 10解析：本题考查重核裂变和轻核聚变的核反应方程.“两弹”是指原子弹和氢弹，原理分别为重核裂变和轻核聚变，B 为重核裂变方程之一，D 为轻核聚变方程.故正确选项为BD.答案BD2.下图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（P o ）放出α射线轰击铍时会产生粒子流a ，用粒子流a 打击石蜡后会打出粒子流b ，经研究知道 （ ）A.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 为质子解析：本题考查查德威克发现中子的实验装置.选项D 正确. 答案D3.下列说法正确的是 （ ） A.α射线和γ射线都是电磁波B.β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流C.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D.原子核经过衰变生成新核，则新核的总质量总小于原核的质量解析：组成α射线的粒子是氦原子核，γ射线是高频电磁波，A 错.β射线是原子的核内中子转变成质子时放出的电子流，B 错.原子核衰变的半衰期由原子核本身决定，与它所处的物理、化学状态无关，C 对.原子核经过衰变生成新核，因放出了粒子，所以质量减小，D 对.答案CD4.下图所示为卢瑟福α粒子散射实验的原子核和两个α粒子的径迹，其中可能正确（ ）解析：α粒子在靠近金的原子核时，离核越近，所受库仑力越大，方向偏转越大，根据这个特点可以判断出只有A 正确.答案A5.如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种核反应后产生的两种粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可以判定 （ ）A.原子核只可能发生β衰变B.原子核可能发生α衰变或β衰变C.原子核放出一个正电子D.原子核放出一个中子解析：静止的核发生核反应的过程动量守恒，所以新核和新粒子的速度方向相反，又因为轨迹只有两个，是内切圆，所以放出的新粒子只有一个，且粒子带负电，是β粒子，故A 正确.答案A6.贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染.人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病.下列结确的是 （ ）A.铀238的衰变方程式为：U 23892→Th 23490+He 42 B. U 23592和U 23892互为同位素C.人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变D.贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性 解析：本题考查铀238的知识.铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A 正确. 铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，B 正确.核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C 正确.贫铀弹的穿甲能力很强， 是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D 错. 答案ABC7.原子核的裂变和聚变都是人类利用原子核能的途径，我国已建设了秦山和大亚湾两座核电站，下面关于这两座核电站的说法中正确的是 （ ）A.它们都是利用核裂变释放原子核能B.它们都是利用核聚变释放原子核能C.秦山核电站是利用核裂变释放原子核能，大亚湾核电站是利用核聚变释放原子核能D.以上说法都不正确解析：本题考查核能的实际利用常识.秦山核电站和大亚湾核电站都是利用核裂变释放的能量，A 正确. 答案A8.最近一段时间，伊朗的“核危机”引起了全球瞩目，其焦点问题就伊朗核电站采用轻水堆还是重水堆，重水堆核电站在发电的同时，还可以生产可供研制核武器的钚239（Pu 23994），这种Pu 23994可以由铀239（U 23992）经过n 次β衰变而产生，则n 的值是 （ ） A.2 B.239C.145D.92 解析：本题考查核反应方程.铀239衰变成Pu 23994的核反应方程是：U 23992→Pu 23994+2e 01-可见，n =2. 答案A9.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：本题考查三种射线的特点.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.故正确选项为B.答案B10.质子的质量为mp ，中子的质量为mn ，氦核的质量为m α，下列关系式正确的是 （ ） A.m α=2m p +2m n B.m α＜2m p+2m n C.m α＞2m p +2m n D.以上关系都不对解析：本题考查质量亏损.两个质子和两个中子结合成氦核时放出能量，发生质量亏损.故正确选项为B.答案B第Ⅱ卷（非选择题共60分）二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.11.根据宇宙大爆炸理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽现风采的时期.从大爆炸的瞬间产生夸克、轻子、胶子等粒子，到电子与原子核结合成原子，先后经历了四个时代，它们是： 、 、 、 .解析：根据宇宙大爆炸理论，“粒子家族”在大爆炸开始，到形成原子这105s 时间内，先后经历了强子时代、轻子时代、核合成时代、复合时代.答案强子时代轻子时代核合成时代复合时代12.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（νe ）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖.他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t 四氯乙烯（C 2Cl 4）溶液的巨桶.电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程为v e +Cl 3717→Ar 3718+e 01-已知Cl 3717的质量为36.956 58 u, Ar 3718的质量为36.956 91 u, e 01-的质量为0.000 55 u,1 u 质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为 .解析：上面核反应过程增加的质量：Δm =36.956 91 u+0.000 55 u-36.956 58 u=0.000 88 u 应吸收的能量：ΔE =Δmc 2=0.000 88×931.5 MeV=0.82 MeV. 答案0.82 MeV13.一个正电子和一个负电子相遇会发生湮灭而转化为一对光子，设正、负电子的质量均为m ，普朗克常量为h ，则这一对光子的频率为 .解析：本题考查质能方程及光子论.2mc 2=2hv 则v =hm c 2.答案hm c 214.已知质子的质量为1.007 227 u ，中子的质量为1.008 665 u ，它们结合成碳核C 126的质量为12.000 000 u ，放出的能量为 MeV. 解析：本题考查质能方程.ΔE =Δmc 2=［6×(1.007 227+1.008 665)-12］×931.5 MeV=88.8 MeV. 答案88.815.一个中子和一个质子结合成氘核时要放出2.22 MeV 的能量，这些能量以γ光子的形式辐射出来.这一过程的核反应方程是 ，质量亏损为 kg,此光子的波长为 m.解析：本题考查核反应方程及质量亏损.核反应方程为H 11+n 10→H 21+γ由ΔE =Δmc 2得Δm =2cE ∆=4×10-30kg 由ΔE =hλc 得λ=Ehc ∆=5.6×10-13m. 答案H 11+n 10→H 21+γ4×10-305.6×10-13三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.16.（8分）中子n 10、质子p 11、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D .现用光子能量为E 的r射线照射静止氘核，使之分解.用核符号写出上述核反应方程，若分解后的中子、质子的动能相等，则中子的动能是多少？解析：上述核反应方程是：r +H 21→H 11+n 1上述核反应因质量亏损放出的能量ΔE =(m D -m p -m n )c 2质子和中子获得的总动能是：ΔE +E 所以中子的动能为：E kn =21(ΔE +E )= 21［(m D -m p -m n )c 2+E ］. 答案r +H 21→H 11+n 121［(m D -m p -m n )c 2+E ］ 17.（10分）放射性同位素C 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，会形成很不稳定的C 146，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.试写出此核反应方程.（2）若测得一古生物遗骸中的C 146含量只有活体中的12.5%，则此遗骸距今约有多少年？ 解析：本题考查核反应方程及它的实际应用.（1）此衰变的核反应方程：N 147+n 10→C 146+H 11 C 146→N 147+e 01-.（2）活体中的C 146含量不变，生物死亡后，遗骸中的C 146按其半衰期变化，设活体中C146的含量为N 0，遗骸中的C 146含量为N ，由半衰期的定义得：N =(21）τt N 0即0.125=(21)τt所以τt=3 t =3τ=17 190年.答案（1）N 147+n 10→C 146+H 11 C 146→N 147+e 01- （2）17 19018.（10分）U 23592受中子轰击时会发生裂变，产生Ba 13956和Kr 9436，同时放出能量.已知每个铀核裂变释放的平均能量为200 MeV.（1）写出核反应方程;（2）现在要建设发电功率为5×105kW 的核电站，用U 235作核燃料，假设核裂变释放的能量一半转化为电能，那么该核电站一天消耗U 235多少千克？（阿伏加德罗常数取6.0×1023mol -1）解析：（1）核反应方程U 23592+n 10→Ba 13956+Kr 9436+3n 10+200 MeV.（2）电站一天发出的电能E 1=Pt ①设每天消耗U 23592为m kg ，核裂变释放的能量为E 2=m ×103×6.0×1023×200×106×1.6×10-19/235② 由能量转化得E 1=ηE 2 ③由①②③式得m =1.06 kg.答案（1）U 23592+n 10→Ba 13956+Kr 9436+3n 10+200 MeV（2）1.06 kg19.(12分)1920年，质子已被发现，英国物理学家卢瑟福曾预言可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子.1930年发现，在真空条件下用α射线轰击铍（Be 94）时，会产生一种看不见的、贯穿力极强的不知名射线和另一种粒子.经过研究发现，这种不知名射线具有如下的特点：①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度小于光速的十分之一；③用它轰击含有氢核的物质，可以把氢核打出来；用它轰击含有氮核的物质，可以把氮核打出来，并且被打出的氢核的最大速度v H 和被打出的氮核的最大速度v N 之比近似等于15∶2.若该射线中的粒子均具有相同的能量，与氢核和氮核碰前氢核和氮核可以为静止，碰撞过程中没有机械能的损失.已知氢核的质量M H 与氮核的质量M N 之比等于1∶14.（1）写出α射线轰击铍核的核反应方程；（2）试根据上面所述的各种情况，通过具体分析说明该射线是不带电的，但不是γ射线，而是由中子组成的.解析：（1）Be 94+He 42→C 126+n 1（2）由①可知，该射线在任何方向的磁场中均不发生偏转，因此该射线不带电. 由②可知，该射线速度小于光速，所以它不是γ射线.由③可知，由于碰撞中无机械能损失，当被打出的氢核和氮核的速度为最大值时，表明它们发生的是弹性正碰.设该粒子的质量为m ，碰撞前速度为v 0，与氢核碰撞后速度为v 1，与氮核碰撞后速度为v 2，则有mv 0=mv 1+M H v H21mv 02=21mv 12+21M H v H 2 解得v H =H2M m m v +同理得v N =NM m m v +02由题意知215N H =v v ,114H N =M M解得m =M H即该粒子的质量与氢核（质子）的质量相近，因此这种粒子是中子.答案（1）Be 94+He 42→C 126+n 1（2）略。
2017-2018学年高中物理第3章原子核与放射性1原子核结构学案鲁科版选修3_5
第1节原子核结构[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：A Z 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：42He＋14 7N→17 8O＋11H.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11H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42He＋14 7N→17 8O＋11H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：42He＋14 7N→17 8O＋11H.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：A Z 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42He＋14 7N→17 8O＋11H(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)228 88Ra 是镭的一种同位素，让226 88Ra 和22888Ra 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)1.41×10－17C (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 v 2r，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故r 226r 228＝226228＝113114. 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)293117X294117X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A Z 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293117X，中子数为177的原子核的符号为294117X.【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)14 7N＋10n―→14 6C＋________(2)14 7N＋42He―→17 8O＋________(3)10 5B＋10n―→________＋42He(4)94Be＋42He―→________＋10n(5)5626Fe＋21H―→5727Co＋________答案见解析解析(1)14 7N＋10n―→14 6C＋11H(2)14 7N＋42He―→17 8O＋11H(3)10 5B＋10n―→73Li＋42He(4)94Be＋42He―→12 6C＋10n(5)5626Fe＋21H―→5727Co＋10n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(11H)、氘(21H)、氚(31H)，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：2713Al＋42He→X＋10n.下列判断正确的是( )A.10n是质子B.10n是中子C．X是2814Si的同位素D．X是3115P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3015P，故选项C错误，选项D正确；10n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＋73Li―→2y y＋14 7N―→x＋17 8Oy＋94Be―→z＋12 6Cx、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14 7N＋73Li＝y＋17 8O，可见y是42He，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10n.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 ② ③ ① ④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 ＝mv 2R 得R ＝mvqB＝v B ·mq ，比较m q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.43He B.32He C.42He D.33He 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32He ，因此B 正确． 5．两个同位素原子核符号分别为M A X 和NB Y ，则下列正确的是( ) A ．M ＝N B ．A ＝BC ．M －A ＝N －BD ．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21083Bi ，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166 67Ho，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.234 90Th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：11H＋10n―→21H，下列说法正确的是( )A.11H和21H是两种不同的元素B.11H和21H具有相同的质子数C.11H和21H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：12.1234①31H＋X1→42He＋10n ②14 7N＋42He→17 8O＋X2③94Be＋42He→12 6C＋X3④2412Mg＋42He→2713Al＋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21H，A错；X2为11H，B错；X3为10n，C错；X4为11H，D对．13．(多选)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核2814Si.下列说法正确的是( )A．核反应方程为p＋2713Al→2814SiB．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＋2713Al→2814Si，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2713Al上，产生核反应：11H＋2713Al→X＋10n，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.。
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放射性衰变系列素材鲁科版选修3-5(new)
放射性衰变系列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.1899年，德比尔纳发现元素锕。
1900年，多恩发现新惰性气体氡；克鲁克斯发现铀X。
1901年，德马凯发现鑀(后证实是同位素钍230）。
1902年,卢瑟福和索迪发现新放射性元素钍。
这许许多多的放射性物质，包括居里夫妇发现的钋和镭在内，总是与铀或钍一起存在于矿物之中，形影不离。
这里不禁要问，它们与铀或钍之间究竟有什么关系呢？尊敬的读者：本文由我和我的同事在百忙中收集整编出来，本文档在发布之前我们对内容进行仔细校对，但是难免会有不尽如人意之处，如有疏漏之处请指正，希望本文能为您解开疑惑,引发思考。
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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学业分层测评 鲁科版选修35
第2节 原子核衰变及半衰期(建议用时：45分钟)[学业达标]1．关于天然放射现象和对放射性的研究，下列说法正确的是( )A ．α射线和β射线在电场或磁场中偏转说明它们是带电粒子B ．原子核不是单一的粒子C ．γ射线一定伴随α射线或β射线而产生D ．任何放射性元素都能同时发出三种射线E ．γ射线往往伴随α射线或β射线而产生【解析】 带电粒子以一定的初速度垂直进入电场或磁场能发生偏转，α射线和β射线能在电场或磁场中偏转说明它们是带电粒子，故A 正确；放射现象说明原子核的可变性，即原子核不是单一粒子，具有复杂的结构，故选项B 正确；γ射线是原子核在发射α射线或β射线时多余的能量以γ射线的形式产生的辐射，因此γ射线是伴随(不是一定伴随)α射线或β射线而放出的，故选项E 正确，C 、D 均错误．【答案】 ABE2．关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是( )A ．是放射源质量减少一半所需的时间B ．是原子核半数发生衰变所需的时间C ．与外界压强和温度有关D ．可以用于测定地质年代、生物年代等E ．与原子的化学状态无关【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 、E.【答案】 BDE3．日本福岛核电站泄漏事故中释放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰变时会发出β射线与γ射线，碘131被人摄入后，会危害身体健康，由此引起了全世界的关注．下面关于核辐射的相关知识，说法正确的是( )A ．人类无法通过改变外部环境来改变碘131衰变的快慢B ．碘131的半衰期为8.3天，则4个碘原子核经16.6天后就一定剩下一个原子核C ．β射线与γ射线都是电磁波，但γ射线穿透本领比β射线强D．碘131发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的E．β射线是高速运动的电子流，是从碘131原子核内释放出来的【解析】衰变的快慢由放射性元素本身决定，与外部环境无关，A正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数几个原子核无意义，B错误；β射线是高速电子流，γ射线是电磁波，故C错误，E正确；β衰变的实质是10n→11H＋0－1e，D正确．【答案】ADE4．某一放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，如图325所示，下列说法正确的是( )图325A．射线3的电离作用在三种射线中最强B．射线2贯穿本领最弱，用一张白纸就可以将它挡住C．一个原子核放出一个射线3的粒子后，质子数和中子数都比原来少2个D．一个原子核放出一个射线1的粒子后，形成的新核比原来的电荷数少1个E．一个原子核放出一个射线1的粒子后，形成的新核与原来的核的核子数相同【解析】根据三束射线的偏转方向，可以断定射线1带负电，是β射线；射线2不带电，是γ射线；射线3是α射线．α射线的电离作用最强，选项A正确．γ射线贯穿本领最强，用一张白纸可以挡住的是α射线，选项B错误．每发生一次α衰变，原子核里面的2个中子和2个质子结合成一个氦核而释放出来，选项C正确．每发生一次β衰变，原子核里面的一个中子变成一个质子，因此核电荷数增加1，但核子数不变，故选项D错误，E正确．【答案】ACE5．有一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(6328Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能．下面有关该电池的说法正确的是( )【导学号：18850043】A．镍63的衰变方程是6328Ni→6329Cu＋0－1eB．镍63的衰变方程是6328Ni→6327Cu＋01eC．外接负载时镍63的电势比铜片高D．该电池内电流方向是从镍片到铜片E．该电池的正极是镍片【解析】镍63的衰变方程为6328Ni→0－1e＋6329Cu，选项A对，B错．电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，为电池的正极，选项C、E对，D 错．【答案】ACE6．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【解析】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．【答案】ACD7．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【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．【答案】(1)42He α(2)0－1e β(3)0－1e β(4)42He α8.238 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＋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)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 ＋6 0－1e[能力提升]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 的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )A ．该古木的年代距今约5 700年B ．12C 、13C 、14C 具有相同的中子数C ．14C 衰变为14N 的过程中放出β射线D ．增加样品测量环境的压强将加速14C 的衰变E ．14C 比12C 多2个中子【解析】 剩余的碳14占12，表明经过了一个半衰期，A 正确；碳14、13、12的质子数相同，质量数不同，中子数不同，碳14比碳12多两个中子，故B 错误，E 正确；碳14变为氮14，质量数未变，放出的是电子流，即β射线，C 正确；半衰期不受外界环境影响，D 错误．【答案】 ACE10．回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展．当今医学影像诊断设备PET/CT 堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子．碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程．若碳11的半衰期τ为20 min ，经2.0 h 剩余碳11的质量占原来的百分之几？(结果取2位有效数字)【解析】 核反应方程为147N ＋11H→11 6C ＋42He ① 设碳11原有质量为m 0，经过t 1＝2.0 h 剩余的质量为m r ，根据半衰期定义有m r m 0＝(12)t 1τ＝(12)12020≈1.6%.② 【答案】 147N ＋11H→11 6C ＋42He 1.6% 11．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图326所示)，今测得两个相切圆半径之比r 1∶r 2＝1∶44，求：【导学号：18850044】图326(1)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)(2)这个原子核原来所含的质子数是多少？【解析】(1)因为动量相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹．(2)设衰变后新生核的电荷量为q1，α粒子的电荷量为q2＝2e，它们的质量分别为m1和m2，衰变后的速度分别是v1和v2，所以原来原子核的电荷量q＝q1＋q2.根据轨道半径公式有r1 r2＝m1v1Bq1m2v2Bq2＝m1v1q2m2v2q1又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m1v1＝m2v2以上三式联立解得q＝90e即这个原子核原来所含的质子数为90.【答案】(1)见解析(2)90。
高中物理 学业分层测评10 第3章 原子核与放射性 第3节 放射性的应用与防护 鲁科版选修35
第3节放射性的应用与防护(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多选)关于放射性同位素，以下说法正确的是( )A．放射性同位素与放射性元素一样，都具有一定的半衰期，衰变规律一样B．放射性同位素衰变可生成另一种新元素C．放射性同位素只能是天然衰变时产生的，不能用人工方法制得D．放射性同位素可用于培育良种【解析】放射性同位素也具有放射性，半衰期也不受物理和化学因素的影响，衰变后形成新的原子核，选项A、B正确；大部分放射性同位素都是人工转变后获得的，选项C错误；放射性同位素放出的射线照射种子，可使种子内的遗传物质发生变异，从而培育出良种，D正确．【答案】ABD2．(多选)关于放射性的应用与防护，下列说法正确的是( )A．通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素B．在人工核反应过程中，质量守恒C．利用示踪原子可以研究生物大分子的结构D．人类一直生活在放射性的环境中【解析】通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素，A项正确；在人工核反应过程中，质量数守恒，B项错；利用示踪原子可以研究生物大分子的结构，C项正确；人类一直生活在放射性的环境中，地球上的每个角落都有射线，D项正确．【答案】ACD3．(多选)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用．下列选项中，属于γ射线应用的是( ) 【导学号：64772045】A．医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤B．机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地C．铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期【解析】γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误；γ射线能量很大，可以杀菌，延长水果的保存期，对肿瘤细胞有很强的杀伤作用，故A、D正确．【答案】AD4．下列哪些应用是把放射性同位素不是作为示踪原子的( )A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹D．给怀疑患有甲状腺病的病人注射碘131，以判断甲状腺的器质性和功能性疾病【解析】利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透能力强的特点，医学上利用“放疗”治疗恶性肿瘤，利用的是射线照射，而不是作为示踪原子．【答案】 C5．(多选)防止放射性污染的防护措施有( )A．将废弃的放射性物质进行深埋B．将废弃的放射性物质倒在下水道里C．接触放射性物质的人员穿上铅防护服D．严格和准确控制放射性物质的放射剂量【解析】因为放射性物质残存的时间太长，具有辐射性，故应将其深埋，A对、B错；铅具有一定的防止放射性的能力，接触放射性物质的人员穿上铅防护服，并要控制一定的放射剂量．故C、D对．【答案】ACD6．(多选)关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体透视C．用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果也不一定是更优良的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害【解析】利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电导出，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，用于人体透视的是X射线，故B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优秀品种，C正确；用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，D正确．【答案】CD7．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线.利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀，可利用的元素是________．【解析】要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有锶90较合适．【答案】锶908．如图332所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．图332(1)请简述自动控制的原理；(2)如果工厂生产的是厚度为2 mm的铝板，在α、β和γ三种射线中，哪一种对铝板的厚度控制起主要作用？为什么？【解析】(1)放射线具有穿透本领，如果向前移动的铝板的厚度有变化，则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，将这种变化转变为电信号输入到相应的装置，使之自动地控制图中右侧的两个轮间的距离，达到自动控制铝板厚度的目的．(2)β射线起主要作用，因为α射线的贯穿本领很小，穿不过2毫米的铝板；γ射线的贯穿本领很强，能穿过几厘米的铅板，2毫米左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的γ射线强度几乎不发生变化；β射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米厚的铝板，当铝板厚度发生变化时，透过铝板的β射线强度变化较大，探测器可明显地反映出这种变化，使自动化系统做出相应的反应．【答案】见解析[能力提升]9．我国科学家首次用人工方法合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质，所使用的鉴别技术是( ) 【导学号：64772104】A．光谱分析B．同位素示踪原子C．微电子技术D．纳米技术【解析】人工合成的牛胰岛素中掺入14 6C作为示踪原子，跟天然牛胰岛素混合，多次重新结晶，结果14 6C均匀分布，证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一物质，故选B.【答案】 B10．(多选)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病．下列结论正确的是( )A．铀238的衰变方程式为：238 92U→234 90Th＋42HeB.235 92U和238 92U互为同位素C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变D．癌症病人可以生活在遭受贫铀炸弹破坏的环境里，以达到放射性治疗的效果【解析】铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确．铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，B正确．核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确．医学上利用放射线治疗癌症是有放射位置和放射剂量限制的，不能直接生活在被贫铀炸弹破坏的环境里，D错．【答案】ABC11．如图333甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了________射线．图333【解析】由题图甲可知，γ射线的穿透性最强，且能穿透钢板，其他两种射线不能穿透钢板．【答案】γ12．一个静止在匀强磁场中的放射性同位素原子核3015P，放出一个正电子后变成一个新原子核．(1)写出核反应方程；(2)求正电子和新核做圆周运动的半径之比．【解析】 (1)3015P→3014Si ＋ 0＋1e. (2)由洛伦兹力提供向心力，即qvB ＝m v 2r ，所以做匀速圆周运动的半径为r ＝mv qB.衰变时放出的正电子与反冲核Si 的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即r e r Si ＝q Si q e ＝141. 【答案】 (1)略 (2)141。
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 鲁科版选修35
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． ●教学流程设计课前预习安排：看教材填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果可多提问几个学生⇒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“探究重在讲解规律方法技巧⇐步骤5：师生互动完成“探究方式同完成探究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【课后知们，半衰期的描述．(难点)(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．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 －4Z －2Y.②β衰变：A Z X→ 0－1e ＋AZ ＋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.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：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】 D1．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 ＋42Heβ衰变：A Z X→A Z ＋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A Z X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，则衰变方程为A Z X→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m ， 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t T 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)tτ1．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＝48 g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 g 210 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222 86Rn 衰变成218 84Po 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222 86Rn 的质量，以及222 86Rn 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 g 22286Rn 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】 A 2.238 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 ．2,4 B ．4,2 C ．4,6 D ．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22286Rn ，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)tT 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】 B 5.238 92U 经一系列的衰变后变为20682Pb.(1)求一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)206 82Pb 与23892U 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20682Pb 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 ① 92＝82＋2x －y ②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23892U 质子数少10，中子数少22.(3)核反应方程为238 92U→206 82Pb ＋842He ＋6 0－1e. 【答案】 (1)8 6 (2)10 22 (3)238 92U→206 82Pb ＋842He ＋6 0－1e.。
【中小学资料】2018版高中物理 第三章 原子核章末整合导学案 教科版选修3-5
第三章原子核章末整合一、对核反应方程及类型的理解1．四类核反应方程的比较名称核反应方程时间其它衰变α衰变238 92U―→234 90Th＋42He1896年贝可勒尔β衰变234 90Th―→234 91Pa＋0－1e裂变23592U＋10n―→9038Sr＋13654Xe＋1010n＋141 MeV1938年原子弹原理聚变21H＋31H―→42He＋10n＋17.6 MeV氢弹原理人工转变正电子2713Al＋42He―→3015P＋10n3015P―→3014Si＋＋1e1934年约里奥—居里夫妇发现质子14 7N＋42He―→17 8O＋11H1919年卢瑟福发现中子94Be＋42He―→12 6C＋10n1932年查德威克(1)熟记一些粒子的符号α粒子(42He)、质子(11H)、中子(10n)、电子( 0－1e)、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．【例1】 (多选)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.147N ＋42He ―→178O ＋X B.2713Al ＋42He ―→3015P ＋X C.21H ＋31H ―→42He ＋XD.23592U ＋X ―→9038Sr ＋13654Xe ＋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(11H)；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(10n)；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(10n)；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(10n)，故方程中X 是中子的核反应为B 、C 、D.其中A 、B 为原子核的人工转变． 针对训练1 完成下列核反应方程． A.147N ＋42He ―→178O ＋________ B.3015P ―→3014Si ＋________C.23592U ＋10n ―→9038Sr ＋13654Xe ＋________ D.21H ＋31H ―→________＋10n其中属于衰变的是________，属于人工转变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________． 答案 11H＋1e 1010n 42He B A C D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 ＝N 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n 或m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n，其中n ＝t τ，τ为半衰期．2．确定衰变次数的方法(1)AZ X ―→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e 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】 一个21083Bi 原子核中含有的中子数是多少个？21083Bi 具有放射性，现有21083Bi 元素16 g ，经15天，该元素还剩2 g ，则该元素的半衰期为多少天？ 答案 127 5解析 一个21083Bi 原子核中含有的中子个数为210－83＝127.根据m 余＝m 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12n 知n ＝3＝15τ，所以τ＝5天． 针对训练2放射性元素23892U 衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成21083Bi ，而21083Bi 可以经一次衰变变成210a X(X 代表某种元素)，也可以经一次衰变变成 b81Tl ，210a X 和 b81Tl 最后都变成20682Pb ，衰变路径如图1所示．则( )图1A ．a ＝82，b ＝211B.21083Bi ―→210a X 是β衰变，21083Bi ―→ b81Tl 是α衰变 C.21083Bi ―→210a X 是α衰变，21083Bi ―→ b81Tl 是β衰变 D. b81Tl 经过一次α衰变变成20682Pb 答案 B解析 由21083Bi ―→210a X ，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a ＝84.由21083Bi ―→ b81Tl 是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b ＝206，由20681Tl ―→20682Pb 发生了一次β衰变．故选B. 三、核能的计算方法 1．利用质能方程来计算核能(1)根据核反应方程，计算核反应前与核反应后的质量亏损Δm .(2)根据爱因斯坦质能方程E ＝mc 2或ΔE ＝Δmc 2计算核能．方程ΔE ＝Δmc 2中若Δm 的单位用“kg”、c 的单位用“m/s”，则ΔE 的单位为“J”；若Δm 的单位用“u”，可直接用质量与能量的关系式1 u 相当于931.5 MeV 推算ΔE ，此时ΔE 的单位为“兆电子伏(MeV)”，即1 u ＝1.66×10－27kg ，相当于931.5 MeV ，即原子质量单位1 u 对应的能量为931.5 MeV ，这个结论可在计算中直接应用． 2．利用平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能． 【例3】 试计算用α粒子轰击铍(94Be)核发现中子的核反应中所释放的能量．(已知铍核、碳核、α粒子和中子的质量分别为m Be ＝9.012 19 u ，m C ＝12.000 u ，m α＝4.002 6 u ，m n ＝1.008 665 u ．1 u ＝1.660 566×10－27 kg)答案 5.705 MeV(或9.15×10－13J)解析 核反应方程为94Be ＋42He ―→126C ＋10n ＋ΔE ，核反应中的质量亏损为Δm ＝m Be ＋m α－m C －m n ＝9.012 19 u ＋4.002 6 u －12.000 0 u －1.008 665 u ＝0.006 125 u ，ΔE ＝Δmc 2＝0.006125×931.5 MeV≈5.705 MeV 或ΔE ＝0.006 125×1.660 566×10－27×(3×108)2J≈9.15×10－13J.针对训练3 已知氘核的平均结合能为1.1 MeV ，氦核的平均结合能为7.1 MeV ，则两个氘核结合成一个氦核时( )A ．释放出4.9 MeV 的能量B ．释放出6.0 MeV 的能量C ．释放出24.0 MeV 的能量D ．吸收4.9 MeV 的能量答案 C解析 依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为21H ＋21H ―→42He ，因氘核的平均结合能为1.1 MeV ，氦核的平均结合能为7.1 MeV ，故核反应过程释放能量．ΔE ＝4×7.1 MeV －2×2×1.1 MeV＝24.0 MeV ，故选C. 四、原子核物理与动量、能量相结合的综合问题1．核反应过程中满足四个守恒：质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒． 2．静止核在磁场中自发衰变：轨迹为两相切圆，α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切，根据动量守恒m 1v 1＝m 2v 2和r ＝mv qB知，半径小的为新核，半径大的为α粒子或β粒子，其特点对比如下表：匀强磁场中轨迹94 92的能量．其核衰变方程为：23994Pu ―→23592U ＋X. (1)方程中的“X”核符号为________；(2)钚核的质量为239.052 2 u ，铀核的质量为235.043 9 u ，X 核的质量为4.002 6 u ，已知1 u 相当于931 MeV ，则该衰变过程放出的能量是________MeV ；(3)假设钚核衰变释放的能量全部转变为铀核和X 核的动能，则X 核与铀核的动能之比是________．答案 (1)42He (2)5.31 (3)58.7解析 (1)根据质量数、电荷数守恒，得X 核的质量数为239－235＝4，核电核数为94－92＝2，故“X”核为氦核，符号为42He.(2)钚核衰变过程中的质量亏损Δm ＝239.052 2 u －235.043 9 u －4.002 6 u ＝0.005 7 u ，根据爱因斯坦质能方程，得出衰变过程中放出的能量E ＝0.005 7×931 MeV≈5.31 MeV.(3)钚核衰变成铀核和X 核，根据动量守恒定律，两者动量大小相等，根据E k ＝12mv 2＝p 22m ，得X 核和铀核的动能之比E k m E k M ＝Mm≈58.7.针对训练4 一个静止的放射性同位素的原子核3015P 衰变为3014Si ，另一个静止的天然放射性元素的原子核23490Th 衰变为23491Pa ，在同一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹1、2、3、4，如图2所示，则这四条径迹依次是( )图2A ．电子、23491Pa 、3014Si 、正电子 B.23491Pa 、电子、正电子、3014Si C.3014Si 、正电子、电子、23491Pa D ．正电子、3014Si 、23491Pa 、电子 答案 B 解析3015P ―→3014Si ＋01e(正电子)，产生的两个粒子，都带正电，应是外切圆，由R ＝mvqB，电荷量大的半径小，故3是正电子，4是3014Si.23490Th ―→23491Pa ＋ 0－1e ，产生的两个粒子，一个带正电，一个带负电，应是内切圆，由R ＝mvqB知，电荷量大的半径小，故1是23491Pa,2是电子，故B 项正确．。
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35
第3章原子核与放射性一、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(42He)、质子(11H或p)、中子(10n)、电子(0－1e)、正电子(0＋1e)、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．【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.14 7N＋42He―→17 8O＋XB.2713Al＋42He―→3015P＋XC.21H＋31H―→42He＋XD.235 92U＋X―→9038Sr＋136 54Xe＋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(11H)；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(10n)；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(10n)；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(10n)．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.147N＋42He―→178O＋________B.3015P ―→3014Si ＋________C. 23592U ＋10n ―→9038Sr ＋13654Xe ＋________ D.21H ＋31H ―→________＋10n其中属于衰变的是________，属于人工转变的是________． 答案 11H＋1e 1010n 42He 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 ＝N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12n 或m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12n，其中n ＝t T 1/2，T 1/2为半衰期．2．确定衰变次数的方法 (1)AZ X ―→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e 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：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 后所剩下的84Be 占开始时的________．答案 (1)42He 或α (2)18或12.5%解析 (1)由质量数和电荷数守恒可得答案为42He 或α；(2)由题意可知经过了3个半衰期，故剩余的84Be 的质量m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫123＝18m 0，故应填18或12.5%.【例3】 放射性元素23892U 衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成21083Bi ，而21083Bi 可以经一次衰变变成210a X(X 代表某种元素)，也可以经一次衰变变成 b81Tl ，210a X 和 b81Tl 最后都变成20682Pb ，衰变路径如图1所示．则( )图1A ．a ＝82，b ＝211B.21083Bi ―→210a X 是β衰变，21083Bi ―→ b81Tl 是α衰变 C.21083Bi ―→210a X 是α衰变，21083Bi ―→ b81Tl 是β衰变 D. b81Tl 经过一次α衰变变成20682Pb 答案 B解析 由21083Bi ―→210a X ，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a ＝84.由21083Bi ―→ b81Tl 是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b ＝206，由20681Tl ―→20682Pb 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147N 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)3×106m/s (2)氦原子核(3)14 7N ＋10n→11 5B ＋42He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m n v n ＝m B v B ＋m C v C ，①根据衰变规律，可知C 核的质量数为14＋1－11＝4. 由此解得v C ＝3×106m/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 ＝mv Bq可得q B q C ＝m B v B R C m C v C R B ＝11×106×304×3×106×11＝52② q B ＋q C ＝7.③将②③联立，q C ＝2，而m C ＝4，则C 核是氦原子核，核反应方程式是147N ＋10n→115B ＋42He.。
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第3章 原子核与放射性 [自我校对] ①氮 ②17 8O＋11H ③查德威克 ④12 6C＋10n ⑤质子
⑥N12tT1/2 ⑦M12tT1/2 ⑧42He ⑨ 0－1e
原子核的衰变及半衰期 1.原子核的衰变 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：AZX→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：AZX→AZ＋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T1/2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个数N＝N012tT1/2，或没有衰变的原子核质量m＝M
1
2
tT1/2
，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．
(多选)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210 83Bi可以经一次衰变变成210 aX(X代表某一种元素)，也可以经一次衰变变成 b81Ti，210 aX和 b81Ti最后都变成206 82Pb，衰变路径如图31所示，则图中( ) 图31 A．a＝84，b＝206 B．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206 82Pb 【解析】 210 83Bi经一次衰变变成210 aX，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、B正确，C错误；206 81Ti变成206 82Pb，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】 AB
关于核反应方程 1.几个重要的核反应方程 核反应式 与其相关的重要内容 23892U→234 90Th＋42He α衰变实质211H＋210n→42He
23490Th→234 91Pa＋ 0－1e β衰变实质10n→11H＋ 0－1e
147N＋42He→17 8O＋11H 质子的发现(1919年) 卢瑟福
94Be＋42He→12 6C＋10n 发现中子的关键反应 查德威克
2713Al＋42He→3015P＋10n 人工放射性同位素的发现 约里奥·居里夫妇
3015P→3014Si＋01e 正电子的发现(1934年) 约里奥·居里夫妇
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，不能用等号；熟记常见粒子的符号，如： 42He 11H 10n 0－1e 01e 21H 31H 23592U
4．确定衰变次数的方法 AZX→A′Z′Y＋n42He＋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. 一个质子以1.0×107 m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核．已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列说法正确的是( ) 【导学号：64772046】 A．核反应方程为2713Al＋10n→2814Si B．硅原子核速度的数量级为107 m/s，方向跟质子的初速度方向一致 C．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向跟质子的初速度方向一致 D．质子撞击铝原子核变成硅原子核的过程不属于原子核的人工转变反应 【解析】 由核反应中电荷数和质量数守恒可知A选项错误；由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为105 m/s，即C选项正确，B选项错误；用质子撞击铝原子核变成硅原子核的过程属于原子核的人工转变反应，D错误． 【答案】 C
α射线和β射线在磁场中的运动轨迹 分析α射线和β射线在磁场中的运动轨迹，应弄清以下基本规律： (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)当静止的原子核在匀强磁场中发生衰变且衰变后粒子运动方向与磁场方向垂直时，大圆一定是α粒子或β粒子的轨迹，小圆一定是反冲核的轨迹．α衰变时两圆外切(如图32甲所示)，β衰变时两圆内切(如图乙所示)．如果已知磁场方向，还可根据左手定则判断绕行方向是顺时针还是逆时针．
图32 (多选)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粒子和反冲核的轨道半径之比为R1∶R2＝44∶1，如图33所示，则( )
图33 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88 C．反冲核的核电荷数为88 D．α粒子和反冲核的速度之比为1∶88 【解析】 微粒之间相互作用的过程遵循动量守恒定律，由于初始总动量为零，则末动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，选项A正确． 放出的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动． 由Bqv＝mv2R得R＝mvBq 若原来放射性元素的原子核电荷数为Q，则 对α粒子：R1＝p1B·2e
对反冲核：R2＝p2BQ－2e 由于p1＝p2，且R1∶R2＝44∶1， 解得Q＝90，故选项C正确，B错误． 它们的速度大小与质量成反比，故选项D错误． 【答案】 AC
1根据衰变后粒子在磁场中的运动轨迹是外切圆还是内切圆判断是α衰变还是β衰变. 2无论是哪种核反应，反应过程中一定满足质量数守恒和核电荷数守恒.
1.(多选)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――→β
Q――→βR――→αS.已知P和F是同位素，则( )
A．Q和G是同位素，R和E是同位素 B．R和E是同位素，S和F是同位素 C．R和G是同位素，S和H是同位素 D．Q和E是同位素，R和F是同位素 【解析】 由于P和F是同位素，设它们的质子数为n，则其他各原子核的质子数可分
别表示如下：n＋2E――→αnF――→βn＋1G――→αn－1H，nP――→βn＋1Q――→βn＋2R――→αnS，由此可以看出R和E是同位素，S、P和F是同位素，Q和G是同位素．故选项A、B均正确． 【答案】 AB 2．(多选)一个静止的放射性同位素的原子核3015P衰变为3014Si，另一个静止的天然放射性元素的原子核234 90Th衰变为234 91Pa，在同一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹1、2、3、4，如图34所示，则这四条径迹依次是( ) 【导学号：64772047】 图34 A．图中1、2为234 90Th衰变产生的234 91Pa和 0－1e的轨迹，其中2是电子 0－1e的轨迹 B．图中1、2为3015P衰变产生的3014Si和01e的轨迹，其中2是正电子01e的轨迹 C．图中3、4是3015P衰变产生的3014Si和01e的轨迹，其中3是正电子01e的轨迹 D．图中3、4轨迹中两粒子在磁场中旋转方向相同
【解析】 3015P→3014Si＋01e(正电子)，产生的两个粒子，都带正电，应是外切圆，由R＝mvqB，电荷量大的半径小，故3是正电子，4是3014Si.234 90Th→234 91Pa＋ 0－1e，产生的两个粒子，一个带正电，一个带负电，应是内切圆，由R＝mvqB知，电荷量大的半径小，故1是234 91Pa,2是电子，故A、C项正确；由动量守恒定律可知，静止的3015P核发生衰变时生成的3014Si和正电子01e速度方向相反，但在磁场中旋转的方向相同，同为逆时针方向或同为顺时针方向，D正确． 【答案】 ACD 3.图35中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物质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( )
图35 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】 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．
【答案】 D 4．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用6027Co的衰变来验证，其核反应方程是6027Co→AZNi＋ 0－1e＋νe.其中νe是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零. 【导学号：64772048】