資源簡介

5.2放射性元素的衰變
一學科核心素養
物理觀念∶知道放射性元素的衰變原理，理解并掌握放射性應用的原理，并能運用與實際生活。
科學思維∶通過理解ɑ衰變和β衰變，會計算原子核的半衰期。
科學探究：核反應方程的書寫，應當尊重實驗事實，不能僅僅依靠守恒定律主觀臆造。能面對真實情境，從不同角度提出并準確表述可探究的物理問題，作出科學假設。
科學態度與責任∶知道輻射的危害與防止，養成良好的科學操作習慣，培養學生的安全意識和憂患意識。
二學習重難點
重點：衰變的規律和方程，半衰期的概念，核反應的概念。
難點：衰變的規律和方程。
三課前預習
1．射線的本質
（1）α射線：
①是高速粒子流，其組成與氦原子核相同；
②速度可達到光速的；
③電離作用強，穿透能力較弱，在空氣中只能前進幾厘米，用一張紙就能把它擋住。
（2）β射線：
①是高速_____；
②它的速度更大，可達光速的99%；
③電離作用較弱，穿透能力較強，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的______。
（3）γ射線：
①是能量很高的______，波長很短，在10－10m以下；
②電離作用更弱，穿透能力更強，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土。
2．核電池又叫“放射性同位素電池”，一個硬幣大小的核電池，就可以讓手機不充電使用5000年。燃料中钚（Pu）是一種人造同位素，可通過下列反應合成：
（1）用氘核（H）轟擊鈾（U）生成镎（Np）和兩個相同的粒子X，核反應方程是________；
（2）镎（Np）放出一個粒子Y后轉變成钚（Pu），描述核過程的方程是________。
3．科學家對三星堆6個坑的73份炭屑樣品利用年代檢測法，推斷其中4號祭祀坑埋藏年代有95.4%的概率落在距今3148~2966年前的時間范圍內，屬商代晚期。的衰變方程為：________。地下的壓力，溫度，濕度等因素________（選填“會”或“不會”）影響的半衰期。
4．完成下列核反應方程，并說明下列核反應屬于哪一類（衰變、人工轉變、裂變、聚變）。
U→Th＋____________
H＋H→______＋n______
He＋Be→______＋n______
U＋______→Ba＋Kr＋3n______
5．如圖所示為用于火災報警的離子式煙霧傳感器原理圖，在網罩1內，有電極板2和3，a、b端接電源，4是一塊放射性同位素镅241，它能放射出一種很容易使氣體電離的________粒子。平時镅放射出來的這種粒子使兩個電極間的空氣電離，形成較強的電流。發生火災時，煙霧進入網罩內，煙的顆粒吸收空氣中的離子和镅放射出來的這種粒子，導致電流________（選填“增強”或“減弱”），報警器檢測出這種電流變化，發出報警。
6．碲 可由半衰期約為 13h 的放射性元素 衰變而成，其衰變方程為 ，則該衰變方程中的 X 為___________（填該粒子的名稱），質量為 10g 的 經過 26h 后，剩余 質量為___________g。
7．在測定年代較近的湖泊沉積物形成年份時，常利用沉積物中半衰期較短的，其衰變方程為 。X是___________，簡述核內的核子怎樣轉化產生了X，寫出該過程的核反應方程式：___________。
8．正電子發射計算機斷層顯像（PET）的基本原理：將放射性同位素注入人體，參與人體的代謝過程，在人體內衰變放出正電子，與人體內負電子相遇而湮滅轉化為一對光子，被探測器探測到，經計算機處理后產生清晰的圖像。根據PET原理，回答下列問題：
（1）寫出的衰變和正負電子湮滅的方程式_____。
（2）將放射性同位素注入人體，的主要用途是( )
A．利用它的射線 B．作為示蹤原子
C．參與人體的代謝過程 D．有氧呼吸
（3）PET中所選的放射性同位素的半衰期應________（選填“長”“短”或“長短均可”）。
四自我檢測
1．大理石是新家室內裝修的大眾化板材，市場上的大理石板材中常含有放射性元素氡，其衰變方程為，氡的半衰期為3.8天，下列說法正確的是（　?。?br/>A．該衰變方程中的X是β粒子
B．100個氡核經過7.6天后剩余25個氡核未衰變
C．采用加熱、噴劑催化等物理和化學方法，都無法縮短大理石板材的放射性危害時間
D．該核反應過程會釋放核能，氡核可作為目前核電站主要采用的核燃料
2．據美國宇航局消息，北京時間2021年2月19日4時55分左右，“毅力號”火星車成功在火星著陸?！耙懔μ枴被鹦擒囀褂玫氖恰胺派湫酝凰責岚l電機”（RTG）提供電能，即把放射性同位素钚238（）發生衰變產生的熱轉換為火星車所需的電能。已知钚238的半衰期為88年，其衰變放出粒子后變為鈾234（）。下列說法正確的是（　?。?br/>A．钚238發生的是α衰變
B．钚238發生的是β衰變
C．176年后，钚238將全部發生衰變
D．在钚238衰變完畢前，RTG能一直提供穩定的電能輸出
3．下列說法正確的是（　?。?br/>A．原子核在衰變時，它在元素周期表中的位置改變
B．β衰變是原子核外電子的電離
C．把放射性元素放在低溫處，可以減緩放射性元素的衰變
D．某原子核衰變時，放出一個β粒子后，原子核的中子數少1，原子序數少1
E．氡的半衰期是3.8天，若有4個氡原子核，則經過7.6天后只剩下一個氡原子核
4．14C斷代法又稱放射性碳測年法（Radiocarbon Dating），是根據14C衰變的程度來計算出樣品的大概年代的一種測量方法。自然界中活的植物中14C的含量相當穩定，植物枯死后14C的攝入停止，14C不斷衰變，其含量不斷減少，根據14C放射性強度減小的情況就可以推斷植物死亡的時間。下列說法正確的是（　　）
A．14C的衰變方程為
B．對三星堆遺址中的炭屑樣品使用14C斷代法可以大致確定三星堆的年代
C．14C斷代法可以通過檢測14C大致確定某種植物的生長年限
D．14C的半衰期會隨時間按照指數規律逐漸減小
5．在我們的生活中，日常用品、裝飾材料、周圍的巖石、食鹽、香煙等都不同程度地含有放射性元素。其中香煙中含有釙Po），具有放射性，其衰變方程為PoPbHe，半衰期為138天，則下列說法正確的是（　　）
A．該衰變中釋放出的α射線的穿透能力強于γ射線的穿透能力
B．100個釙原子核經過2個半衰期，一定還剩25個釙原子核
C．質量為m的釙核經過276天，剩余的釙核的質量為
D．若采用提高溫度的方法，可以改變釙Po）的半衰期
6．如圖所示，P為勻強磁場中一點，某放射性元素的原子核靜止在P點，該原子核發生衰變后，放出一個氦核He）和一個新核，它們速度方向與磁場垂直，其軌跡均為圓弧，半徑之比為45∶1，重力、阻力和氦核與新核間的庫侖力均不計。下列說法正確的是（　?。?br/>A．放射性元素原子核的電荷數是90
B．可能的衰變方程為
C．氦核和新核動量的大小之比是1∶45
D．衰變前核的質量等于衰變后氦核和新核的總質量
7．下列說法正確的時（　?。?br/>A．光的波動性是光子之間的相互作用引起的
B．α、β、γ三種射線中，γ射線的電離能力最強
C．盧瑟福根據α粒子散射實驗提出了原子核式結構模型，并據此估計原子的半徑
D．氣體導電時發光機理是：氣體的原子受到高速運動的電子撞擊，有可能向上躍遷到激發態。因處于高能級的原子不穩定，會自發地向低能級躍遷，放出光子，最終回到基態
8．在下列四個核反應方程中，x代表質子的是（　　）
A．
B．
C．
D．
9．醫療中常用放射性同位素銦產生射線，是錫衰變產生的。則（　?。?br/>A．衰變過程一定釋放能量
B．該反應屬于α衰變
C．改變壓力或溫度可以改變的衰變快慢
D．光子是原子核外電子由高能級向低能級躍遷時產生的
10．陰極射線（　?。?br/>A．就是β射線 B．沒有質量
C．在磁場中可能會發生偏轉 D．需要介質才能傳播
參考答案：
三課前預習
1． 電子流 鋁板 電磁波
2． U＋H→Np＋2n Np→Pu＋e
3． 不會
4． 衰變 聚變 人工轉變 裂變
5． 減弱
6． 正電子 2.5
7． 原子核內的中子轉換為質子時放出電子，
8． ， B 短
四自我檢測
1．C
2．A
3．A
4．B
5．C
6．B
7．D
8．A
9．A
10．C
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