高中物理选择性必修三第五章 2 第一课时 原子核的衰变　半衰期学案

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2　放射性元素的衰变第1课时　原子核的衰变　半衰期[学习目标]　1.知道什么是衰变，知道α衰变和β衰变，能运用衰变规律写出衰变方程(重点)。2.知道半衰期的概念和半衰期的统计意义，能利用半衰期公式进行计算(重难点)。一、原子核的衰变1．定义：原子核自发地放出________________或________________，而变成另一种原子核的变化。2．衰变类型(1)α衰变：原子核放出α粒子的衰变。进行α衰变时，质量数________，电荷数________，eq \o\ar(238, 92)U的α衰变方程：eq \o\ar(238, 92)U→eq \o\ar(234, 90)Th＋________。(2)β衰变：原子核放出β粒子的衰变。进行β 衰变时，质量数________，电荷数________，eq \o\ar(234, 90)Th的β衰变方程：eq \o\ar(234, 90)Th→eq \o\ar(234, 91)Pa＋__________。3．衰变规律：原子核衰变时________________和________________都守恒。如图为α衰变、β衰变示意图。(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？(2)当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核在元素周期表中的位置怎样变化？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(1)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变。(　　)(2)β衰变是原子核外电子的电离。(　　)(3)某原子核衰变时，放出一个β粒子后，原子核的中子数少1，原子序数加1。(　　)(4)原子核发生α衰变时，原子核的质量数减少2。(　　)例1　eq \o\ar(238, 92)U是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图所示，则下列说法正确的是(　　)A．图中a是208B．Y和Z都是β衰变C．X衰变放出的电子是中子转变为质子时产生的D．X衰变中放出的射线电离能力最强原子核衰变的理解例2　(2022·西安市高二期末)放射性元素镎237(eq \o\ar(237, 93)Np)是用人工的方法发现的，镎237不稳定，它经过一系列α衰变、β衰变后变成铋209(eq \o\ar(209, 83)Bi)，这些衰变是(　　)A．7次α衰变和4次β衰变B．4次α衰变和4次β衰变C．7次α衰变和5次β衰变D．6次α衰变和4次β衰变1．衰变方程的书写：衰变方程用“→”，而不用“＝”表示，因为衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化。2．衰变次数的判断技巧(1)方法：设放射性元素eq \o\al(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eq \o\al(A′,Z′)Y，则衰变方程为：eq \o\ar(A,Z)X→eq \o\ar(A′,Z′)Y＋neq \o\ar(4,2)He＋meq \o\ar(0,－1)e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。二、半衰期放射性同位素衰变的快慢有一定的规律。例如氡222经过α衰变成为钋218。如图所示，横坐标表示时间，纵坐标表示任意时刻氡的质量m与t＝0时的质量m0的比值。通过观察，你发现了什么规律？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．定义：放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间。2．特点：(1)不同的放射性元素，半衰期________，甚至差别非常大。(2)放射性元素衰变的快慢是由________________________________决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。3．适用条件：半衰期描述的是____________，不适用于少数原子核的衰变。4．衰变规律，式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，T1/2表示半衰期。1．放射性元素衰变有一定的速率。镭226衰变为氡222的半衰期为1 620年，有人说：20 g 镭226经过1 620年有一半发生衰变，镭226还有10 g，再经过1 620年另一半镭226也发生了衰变，镭226就没有了。这种说法对吗？为什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变，这种说法是否正确，为什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例3　下列关于放射性元素半衰期的说法正确的是(　　)A．半衰期越长对环境的影响时间越长B．通过化学方法可以改变放射性元素的半衰期C．通过物理方法可以改变放射性元素的半衰期D．100个放射性元素原子核经过一个半衰期后剩余50个未衰变的原子核例4　(2022·烟台市高二期末)碳14测年是考古中常用的一种测年法，碳14是放射性核，其半衰期是5 730年，自然界中的碳14参与碳循环，生物体死亡后，立即停止与生物圈的碳交换，其碳14含量开始减少。通过测量样品中残留的碳14含量，就可以知道有机物死亡的时间。现有一份古生物化石，其中碳14在碳原子中所占的比例只是现代生物中的eq \f(1,16)，则此化石形成距今的年数是(　　)A．11 460年 B．17 190年C．22 920年 D．28 650年例5　航天器上常用的核电池为“钚238”核热电池，其原理为：电池芯部的“钚238”衰变产生热量，通过“热电转换器”将热能转化为电能。已知“钚238”(eq \o\ar(238, 94)Pu)衰变产生α粒子和新核X，质量为M的“钚238”经时间t0发生衰变的质量为eq \f(3,4)M，则(　　)A．产生的α射线有很强的穿透能力B．X核内有143个中子C．“钚238”的半衰期为eq \f(t0,2)D．电池工作时内部处于高温，“钚238”的半衰期变短衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq \o\al(A,Z)X→eq \o\al(A－4,Z－2)Y＋eq \o\al(4,2)Heeq \o\al(A,Z)X→eq \o\ar(　 A,Z＋1)Y＋eq \o\ar(0,－1)e衰变实质2个质子和2个中子结合成氦核2eq \o\al(1,1)H＋2eq \o\al(1,0)n→eq \o\al(4,2)He1个中子转化为1个质子和1个电子eq \o\al(1,0)n→ eq \o\al(1,1)H＋eq \o\ar(0,－1)e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒