資源簡介

5.2 放射性元素的衰變
學習目標
1、知道放射現象的實質是原子核的衰變；知道兩種衰變的基本性質，并掌握原子核的衰變規律。
2、理解半衰期的概念。
3、知道什么是核反應，會寫出人工轉變方程。知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物質的主要不同點。
4、了解放射性在生產和科學領域的應用。知道放射性污染及其對人類和自然產生的嚴重危害，了解防范放射線的措施，建立防范意識。
重點難點
1、原子核的衰變規律及半衰期。（重點）
2、人工轉變的兩個核反應方程及反應過程中遵循的規律。（重點）
3、半衰期描述的對象。（難點）
自主探究
一、原子核的衰變
1、衰變
原子核放出α粒子或β粒子，變成了一種新的原子核，這種變化叫做原子核的衰變。
2、衰變的類型
原子核的自發衰變有兩種，一種是α衰變，一種是β衰變．而γ射線是伴隨著α衰變或β衰變產生的。
3、衰變方程
α衰變：U→Th＋He
β衰變：Th→Pa＋e
4、衰變的規律
（1）遵守三個守恒：原子核衰變時遵守電荷數守恒，質量數守恒，動量守恒。
（2）任何一種放射性元素只有一種放射性，不能同時既有α放射性又有β放射性(伴隨的γ射線除外)。
二、半衰期
1、定義：放射性元素的原子核有半數發生衰變需要的時間，叫做這種元素的半衰期。
2、特點
（1）放射性元素衰變的快慢是由核內部自身的因素決定，跟原子所處的化學狀態和外部條件沒有關系。不同元素有不同的半衰期。
（2）半衰期是大量原子核衰變的統計規律。
三、放射性的應用與防止
1、核反應
（1）定義：原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程，稱為核反應。
（2）核反應的規律：在核反應中，質量數守恒、電荷數守恒，還遵循動量守恒。
（3）原子核的人工轉變：原子核在某些粒子的轟擊下生成新的原子核，這種核反應稱為人工轉變。
2、人工放射性同位素
天然放射性同位素種類很少，通過人工轉變，現在每種元素都有了自己的放射性同位素。與天然的相比，它們有以下優點：放射強度容易控制，還可以制造出各種所需要的形狀，半衰期比天然的短得多，因此放射性廢料容易處理。
3、放射性同位素的應用
應用共有兩個方面，一方面是應用它的射線，另一方面是作示蹤原子。
4、輻射與安全
為了防止有害的放射性對人類和自然的破壞，人們采用了有效的防范措施。在生活中對那些有可能有放射性的物質要有防范意識，盡可能遠離放射源。
探究思考
一、原子核的衰變
1、衰變規律：原子核衰變前后的電荷數和質量數都守恒。
2、衰變方程示例
α衰變：X→Y＋He；
β衰變：X→Y＋e。
3、α衰變和β衰變的實質
(1)α衰變：在放射性元素的原子核中，2個中子和2個質子結合得比較牢固，有時會作為一個整體從較大的原子核中拋射出來，這就是放射性元素發生的α衰變現象。
(2)β衰變：原子核中的中子轉化成一個質子且放出一個電子即β粒子，使核電荷數增加1。但β衰變不改變原子核的質量數。
4、兩類核衰變在磁場中的徑跡：靜止核在磁場中自發衰變，其軌跡為兩相切圓，α衰變時兩圓外切，β衰變時兩圓內切，根據動量守恒定律m1v1＝m2v2和r＝知，半徑小的為新核，半徑大的為α粒子或β粒子，其特點對比如下表：
5、衰變次數的確定：設放射性元素X經過n次α衰變和m次β衰變后變成穩定的新元素 Y，則表示該過程的方程為
X→Y＋nHe＋me。
根根電荷數守恒和質量數守恒可列方程：
A＝A′＋4n，
Z＝Z′＋2n－m。
【典例一】1、靜止在勻強磁場中的某放射性元素的原子核放出一個粒子,粒子的速度方向與磁場方向垂直測得粒子與反沖核做圓周運動的軌跡半徑之比為30:1,如圖所示。則下列說法正確的是( )
A.反沖核的原子序數為62
B.原放射性元素的原子序數是62
C.反沖核與粒子的速率之比為1:30
D.粒子和反沖核的動量大小相等、方向相反
解題思路：衰變過程遵守動量守恒定律，所以反沖核與粒子的動量大小相等，方向相反，根據可知反沖核的核電荷數為60，則原放射性元素的原子序數為62，故A錯誤，B、D正確；反沖核與粒子的動量大小相等，方向相反，所以它們的速率和質量成反比，由于質量之比未知，所以速率之比也不確定，故C錯誤。
答案：BD
二、放射性元素衰變的三條規律
1、遵循質量數守恒和電荷數守恒。
2、一次α衰變使原子核質子數、中子數均減少2個，核子數減少4個。
3、一次β衰變使原子核中子數減少1，質子數增加1，核子數(質量數)不變。
【典例二】2、的衰變有多種途徑，其中一種途徑是先衰變成，然后可以經一次衰變變成（X代表某種元素），也可以經一次衰變變成，最后都衰變變成，衰變路徑如圖所示，下列說法正確的是( )
A.過程①是β衰變，過程⑧是α衰變；過程②是β衰變，過程④是α衰變
B.過程①是β衰變，過程③是α衰變；過程②是α衰變，過程④是β衰變
C.過程①是α衰變，過程③是β衰變；過程②是β衰變，過程④是α衰變
D.過程①是α衰變，過程③是β衰變；過程②是α衰變，過程④是β衰變
解題思路：β衰變產生電子，質量數不變，核電荷數增加1，α衰變產生氦核，質量數減少4，核電荷數減少2；過程①中的質量數不變，故為β衰變；過程③的質量數減少4，故為α衰變；過程②的核電荷數減少2，故為α衰變，過程④的核電荷數增加1，故為β衰變，選項B正確。
答案： B
三、半衰期
1、半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射元素具有的衰變速率一定，不同元素半衰期不同，有的差別很大。
2、半衰期公式：。式中N原、m0表示衰變前的原子數和質量，N余、m余表示衰變后的尚未發生衰變的原子數和質量，t表示衰變時間，T表示半衰期。
3、適用條件：半衰期是一個統計概念，是對大量的原子核衰變規律的總結，對于一個特定的原子核，無法確定何時發生衰變，但可以確定各個時刻發生衰變的概率，即某時衰變的可能性，因此，半衰期只適用于大量的原子核。
四、放射性同位素及其應用
1、放射性同位素的分類
（1）天然放射性同位素
（2）人工放射性同位素
2、人工放射性同位素的優勢
（1）放射強度容易控制．
（2）可制成各種所需的形狀．
（3）半衰期短，廢料易處理．
3、放射性同位素的主要應用
（1）利用它的射線
①利用γ射線的貫穿本領，可用γ射線探傷等。
②利用α射線的電離作用很強，可消除有害靜電。
③利用γ射線對生物組織的物理和化學作用，可用來使種子發生變異，培育良種、滅菌消毒。
④利用放射線的能量，在醫療上，常用以抑制甚至殺死病變組織，還可以轟擊原子核，誘發核反應。
（2）作示蹤原子
①在農業生產中，探測農作物在不同的季節對元素的需求。
②在工業上，檢查輸油管道上的漏油位置。
③在生物醫療上，可以檢查人體對某元素的吸收情況，也可以幫助確定腫瘤的部位和范圍。
隨堂訓練
1、在一個原子核衰變為一個原子核的過程中,發生衰變的次數為( )
A.6次 B.10次 C.22次 D.32次
答案：A
2、放射性元素氡經α衰變成為釙，半衰期約為3.8天；但勘測表明，經過漫長的地質年代后，目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素的礦石，其原因是( )
A.目前地殼中的主要來自其他放射性元素的衰變
B.在地球形成的初期，地殼中的含量足夠高
C.當衰變產物積累到一定量以后，的增加會減慢的衰變進程
D.主要存在于地球深處的礦石中，溫度和壓力改變了它的半衰期
答案：A
3、的衰變有多種途徑，其中一種途徑是先衰變成，然后可以經一次衰變變成（X代表某種元素），也可以經一次衰變變成，最后都衰變變成，衰變路徑如圖所示，下列說法正確的是( )
A.過程①是β衰變，過程⑧是α衰變；過程②是β衰變，過程④是α衰變
B.過程①是β衰變，過程③是α衰變；過程②是α衰變，過程④是β衰變
C.過程①是α衰變，過程③是β衰變；過程②是β衰變，過程④是α衰變
D.過程①是α衰變，過程③是β衰變；過程②是α衰變，過程④是β衰變
答案：B
4、由于放射性元素的半衰期很短,所以在自然界一直未被發現,只是在使用人工的方法制造后才被發現,已知經過一系列α衰變和β衰變后變成,下列論斷中正確的是( )
A.的原子核比的原子核少28個中子
B.的原子核比的原子核少18個中子
C.衰變過程中共發生了7次α衰變和4次β衰變
D.衰變過程中共發生了4次α衰變和7次β衰變
答案：BC
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