2020-2021學(xué)年高二物理人教版選修3-5學(xué)案：第十九章 第2節(jié) 放射性元素的衰變 Word版含解析

1、第2節(jié)放射性元素的衰變1了解衰變的概念，知道放射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)就是原子核的衰變。2了解半衰期的概念，知道半衰期的統(tǒng)計(jì)意義，能利用半衰期進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。3知道兩種衰變的實(shí)質(zhì)，會(huì)利用衰變規(guī)律寫出衰變方程。一、原子核的衰變1原子核放出粒子或粒子，由于核電荷數(shù)變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核，我們把這種變化稱為原子核的衰變。原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。2衰變?cè)雍诉M(jìn)行衰變時(shí)，質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2。u的衰變方程為uthhe。3衰變?cè)雍诉M(jìn)行衰變時(shí)，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1。th的衰變方程為thpae。二、半衰期1定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間，叫做這種元素的半衰

2、期。2特點(diǎn)(1)放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)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(tǒng)計(jì)規(guī)律。判一判(1)射線經(jīng)常是伴隨衰變或衰變產(chǎn)生的，是由于衰變后的新核具有較大能量，處于激發(fā)態(tài)，向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出來的一種光子。()(2)原子核放出一個(gè)光子不會(huì)改變它的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)。()(3)改變放射性元素的原子所處的化學(xué)狀態(tài)或物理?xiàng)l件，半衰期會(huì)改變。()(4)半衰期對(duì)單個(gè)原子核和少數(shù)原子核也有意義。()提示：(1)(2)(3)(4)想一想(1)在衰變中生成的新核相對(duì)于原來的核在周期表中的位置應(yīng)當(dāng)前移還是后移？提示：衰變后生成的新核電

3、荷數(shù)減少，在周期表中位置前移。(2)衰變過程原子核釋放出電子，那么原子核內(nèi)是否含有電子？提示：原子核內(nèi)不存在電子。粒子是衰變過程核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子被釋放出來即為粒子。(3)10個(gè)鈾238經(jīng)過一個(gè)半衰期就剩5個(gè)了對(duì)嗎？提示：不對(duì)。半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。課堂任務(wù)原子核的衰變1衰變規(guī)律：原子核衰變前后的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。2衰變方程示例衰變：xyhe；衰變：xye。3衰變和衰變的實(shí)質(zhì)(1)衰變：在放射性元素的原子核中，2個(gè)中子和2個(gè)質(zhì)子結(jié)合得比較牢固，有時(shí)會(huì)作為一個(gè)整體從較大的原子核中拋射出來，這就是放射性元素發(fā)生的衰變現(xiàn)象。(2)衰變：原子核中的中子轉(zhuǎn)化成一

4、個(gè)質(zhì)子且放出一個(gè)電子即粒子，使核電荷數(shù)增加1。但衰變不改變?cè)雍说馁|(zhì)量數(shù)。4兩類核衰變?cè)诖艌?chǎng)中的徑跡：靜止核在磁場(chǎng)中自發(fā)衰變，其軌跡為兩相切圓，衰變時(shí)兩圓外切，衰變時(shí)兩圓內(nèi)切，根據(jù)動(dòng)量守恒定律m1v1m2v2和r知，半徑小的為新核，半徑大的為粒子或粒子，其特點(diǎn)對(duì)比如下表：5衰變次數(shù)的確定：設(shè)放射性元素x經(jīng)過n次衰變和m次衰變后變成穩(wěn)定的新元素y，則表示該過程的方程為xynheme。根根電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程：aa4n，zz2nm。例1(多選)天然放射性元素th(釷)經(jīng)過一系列衰變和衰變之后，變成pb(鉛)。下列論斷中正確的是()a衰變過程共有6次衰變和4次衰變b鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子c衰

5、變所放出的電子來自原子核外軌道d釷核比鉛核多24個(gè)中子(1)衰變后新核質(zhì)量數(shù)減少是什么原因?qū)е碌?？提示：衰變引起的，衰變不引起質(zhì)量數(shù)的變化。(2)如何確定衰變次數(shù)？提示：衰變次數(shù)x6，結(jié)合電荷數(shù)的變化情況判斷衰變次數(shù)應(yīng)為：2xy9082，y4。規(guī)范解答由于衰變不會(huì)引起質(zhì)量數(shù)的減少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定衰變的次數(shù)為：x6，再結(jié)合核電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律來判定衰變的次數(shù)應(yīng)滿足：2xy90828y2x84。釷232核中的中子數(shù)為23290142，鉛208核中的中子數(shù)為20882126，所以釷核比鉛核多16個(gè)中子，鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子，d錯(cuò)誤；衰變所放出的電子來自原子核內(nèi)nhe，c錯(cuò)誤；故a

6、、b正確。完美答案ab放射性元素衰變的三條規(guī)律(1)遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。(2)一次衰變使原子核質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均減少2個(gè)，核子數(shù)減少4個(gè)。(3)一次衰變使原子核中子數(shù)減少1，質(zhì)子數(shù)增加1，核子數(shù)(質(zhì)量數(shù))不變。u核經(jīng)過一系列的衰變后變?yōu)閜b核，問： (1)一共經(jīng)過幾次衰變和幾次衰變？(2)pb與u相比，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少多少？(3)寫出這一衰變過程的方程。答案(1)共經(jīng)過8次衰變和6次衰變(2)質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22(3)upb8he6e解析(1)設(shè)u衰變?yōu)閜b經(jīng)過x次衰變和y次衰變。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可得2382064x92822xy聯(lián)立解得x8，y6，即一共經(jīng)過8次衰變

7、和6次衰變。(2)由于每發(fā)生一次衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2，經(jīng)過8次衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各減少16；每發(fā)生一次衰變中子數(shù)減少1，而質(zhì)子數(shù)增加1,6次衰變中子數(shù)減少6，質(zhì)子數(shù)增加6。故比u質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22。(3)核反應(yīng)方程為：upb8he6e。課堂任務(wù)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(shù)和質(zhì)量，n余、m余表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，t表示半衰期。3適用條件：半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，是對(duì)大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對(duì)于一個(gè)特定

8、的原子核，無法確定何時(shí)發(fā)生衰變，但可以確定各個(gè)時(shí)刻發(fā)生衰變的概率，即某時(shí)衰變的可能性，因此，半衰期只適用于大量的原子核。例2放射性同位素na的樣品經(jīng)過6小時(shí)還剩下沒有衰變，它的半衰期是()a2小時(shí) b1.5小時(shí) c1.17小時(shí) d0.75小時(shí)(1)剩余質(zhì)量如何計(jì)算？提示：m余m原n可得剩余質(zhì)量，n為半衰期個(gè)數(shù)。(2)半衰期個(gè)數(shù)如何求得？提示：n可得半衰期個(gè)數(shù)，t為衰變時(shí)間。規(guī)范解答我們知道，放射性元素衰變一半所用的時(shí)間是一個(gè)半衰期，剩下的元素再經(jīng)一個(gè)半衰期只剩下，再經(jīng)一個(gè)半衰期這又會(huì)衰變一半，只剩，所以題中所給的6小時(shí)為三個(gè)半衰期的時(shí)間，因而該放射性同位素的半衰期應(yīng)是2小時(shí)，也可根據(jù)m余m原，即，得t2小時(shí)。完美答案a半衰期公式m余m0的靈活應(yīng)用(1)借助公式計(jì)算剩余質(zhì)量。(2)借助公式計(jì)算已衰變質(zhì)量mm0m余。(3)借助公式計(jì)算半衰期。(4)借助公式計(jì)算物體存在時(shí)間。 有甲、乙兩種放射性元素，半衰期分