沪科技版（2020）选修第三册天然放射现象原子核的衰变优质学案设计

这是一份沪科技版（2020）选修第三册天然放射现象原子核的衰变优质学案设计，共12页。学案主要包含了知识点的认识等内容，欢迎下载使用。
▉题型1 天然放射现象的发现及意义
【知识点的认识】
1.天然放射现象的定义与发现：放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象，1896年由法国物理学家贝克勒尔发现．
2．天然放射现象的物理意义：天然放射现象说明原子核内部是有复杂的结构的。
1．医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是（ ）
A．示踪原子B．电离作用C．催化作用D．贯穿作用
2．人类关于物质结构的认识，下列说法中正确的是（ ）
A．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构
B．天然放射现象说明原子核是有结构的
C．α粒子散射实验的结果表明原子核是由质子和中子构成
D．密立根油滴实验表明电子是有结构的
3．关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有（ ）
A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了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，也能进行人体的透视
C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
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
（多选）4．关于放射性同位素应用的下列说法中错误的是（ ）
A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了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，也能进行人体的透视
C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
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
5．如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置．假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm厚的铝板，那么是三种射线中的 射线对控制厚度起主要作用．当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调 一些．
▉题型2 α、β、γ射线的本质及特点
【知识点的认识】
1.α，β、γ射线的本质分别是高速氦核流、高速电子流和高速光子流。
2.α，β、γ射线的区别如下表
6．研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示。两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。则（ ）
A．a为电源正极，到达A板的射线电离能力最强
B．a为电源正极，到达B板的射线穿透能力最弱
C．a为电源负极，到达A板的射线来自于原子核外
D．a为电源负极，到达B板的射线容易使照相底片感光
7．下列射线在真空中的传播速度最快的是（ ）
A．α射线B．β射线C．γ射线D．阴极射线
8．关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是（ ）
A．γ射线是波长最长的电磁波，它的穿透能力最强
B．γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的穿透能力最强
C．α射线是原子核自发放射出的氦核流，它的电离能力最弱
D．β射线是原子核自发放射出的电子流，它是原子核的组成部分
（多选）9．下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的是（ ）
A．各种频率的电磁波在真空的传播速度都相同
B．X射线和γ射线都有很强的穿透本领，常用于医学上透视人体
C．用额温枪检查出入人员是否发烧，是利用红外线显著的消毒作用
D．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线按频率从小到大排列
10．如图（a）是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图（b）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（b）中的检查是利用了 射线。
▉题型3 α衰变的特点、本质及方程
【知识点的认识】
1.衰变的定义：原子核自发地放α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。
2.α衰变的定义：原子核释放出一个α粒子变成一个新的原子核的过程。
3.α衰变的本质：原子核内部两个质子和两个中子结合在一起从从内射出。
4.α衰变的特点：发生α衰变后，原子核的质量数减4，电荷数减2。
5.α衰变的方程（举例）：
6.α衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和，衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和，所以α衰变时电荷数和质量数都守恒。
11．14C是一种半衰期为5730年的放射性同位素．若考古工作者探测到某古木中14C的含量为原来的14，则该古树死亡时间距今大约（ ）
A．22 920年B．11 460年C．5 730年D．2 865年
12．“嫦娥五号”中有一块“核电池”，在月夜期间提供电能的同时还能提供一定能量用于舱内温度控制。“核电池”利用了 94238Pu的衰变，衰变方程为 94238Pu→ m234X+ 2nY，下列说法正确的是（ ）
A．一个 94238Pu衰变为 m234X释放的核能为(mPu−mX)c2
B．由于月球上昼夜温差很大，所以在月球上 94238Pu衰变得比在地球上快些
C． m234X比 94238Pu的中子数少2个
D． 94238Pu发生的是α衰变，α射线具有极强的穿透能力可用于金属探伤
13．放射性元素的半衰期（ ）
A．随温度降低而增大
B．随压强减小而增大
C．随物态变化而变化
D．由原子核内部结构决定
14．下列关于近代物理的说法中正确的是（ ）
A．衰变中放出的β射线来自于原子中的核外电子
B．氢原子从激发态跃迁到基态时，核外电子动能增大，原子的电势能减小
C．卢瑟福利用a粒子散射实验揭示了原子核内部具有复杂的结构
D．光电效应中，遏止电压越大，截止频率也越大
（多选）15．地球年龄有多大？一直是科学研究的问题，其中一种方法是利用天然放射性元素的衰变规律探测。通过对古老岩石中铀和铅的含量的测定，设铀核衰变后全部变成铅核，通过计算推出该岩石中含有铀是岩石形成初期的一半，铀238的相对含量随时间变化关系如图所示，由此可判断（ ）
A．铀238的半衰期为90亿年
B．地球年龄大约45亿年
C．被测定的岩石在90亿年后铀铅粒子比例约为1：4
D．被测定的岩石在90亿年后铀铅粒子比例约为1：3
▉题型4 β衰变的特点、本质及方程
【知识点的认识】
1.衰变的定义：原子核自发地放α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。
2.β衰变的定义：原子核释放出一个β粒子变成一个新的原子核的过程。
3.β衰变的本质：原子核内部的一个中子转化成一个质子和一个β粒子（电子），并将β粒子射出。
4.β衰变的特点：发生β衰变后，原子核的质量数不变，电荷数加1。
5.β衰变的方程（举例）：
6.β衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和，衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和，所以β衰变时电荷数和质量数都守恒。
16． 90232TH（钍）经过一系列α和β衰变成为 82208Pb（铅），则以下说法中不正确的是（ ）
A．铅核比钍核少8个质子
B．铅核比钍核少16个中子
C．共经过4次α衰变和6次β衰变
D．共经过6次α衰变和4次β衰变
17．下列叙述正确的是（ ）
A．康普顿效应和光电效应深入地揭示了光的粒子性的一面，前者表明光子具有能量，后者表明光子除具有能量之外还具有动量
B．氢原子的核外电子，由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近轨道，放出光子，电子的动能减小，电势能增加
C．从 93237Np到 83209Bi，共发生7次α衰变和3次β衰变
D．卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度偏转提出了原子的核式结构模型
（多选）18．钴C在中国古代就用于陶器釉料，现代用到电脑与飞机制造中，C衰变的方程为 2760C→ 2860Ni+ −10e，其半衰期为τ，该核反应释放出γ射线。已知 2760C、 2860Ni、 −10e的质量分别为m1、m2、m3，c为光在真空中传播的速度，下列说法正确的是（ ）
A．经过t的时间，14个 2760C核中有7个已经发生了衰变
B． 2760C中质子数比中子数少6个
C．该核反应中释放的能量为(m1−m2−m3)c2
D．该反应为β衰变，β射线的穿透本领比γ射线强
19．（1）科学家们一直在努力探索光的本质， 发现了光电效应现象， 提出了光子说，对该现象进行了解释，光子的能量表达式为 ，美国物理学家 在研究石墨对X射线的散射时，光子的动量表达式为 。
（2）1895年，伦琴发现 ；1896年， 发现电子；1896年，贝克勒尔发现 。这常被称为“19世纪末三大发现”。
（3）请完成下列核反应方程：
24He+ 1327Al→ 1530P+ ；
1530P→ + −10e；
（4）1919年卢瑟福通过如图所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现 。图中A为放射源发出的 粒子，B为 气。
（5）β衰变中所放出的电子来自 。
A.原子核外的内层轨道上电子
B.原子核内所含的电子
C.原子核内中子衰变为质子时放出的电子
D.原子核内质子衰变为中子时放出的电子
（6）如图所示为查德威克实验示意图，天然放射性元素钋（P）放出的α射线轰击铍核时产生粒子流A，用粒子流A轰击石腊时会打出粒子流B，则 。
A.A是中子，B是质子
B.A是质子，B是中子
C.A是γ射线，B是中子
D.A是中子，B是γ射线
（7）追随先贤的脚步，同学们用平行板电容器探究光电效应，如图所示，两极板MN分别由银和锌（极限频率分别为ν1和ν2），现用频率为ν的单色光照射两极板（ν2＜ν＜ν1），则电容器M带 （A.正电；B.负电）。
（8）已知普朗克常量h和电子电荷量e，电容器电容为C，则电容器的带电量为 。
（9）若极板之间的间距为d，d远小于M、N板尺寸，现将单色光源移走，并将M板固定住，外力F将N板缓慢向右移动距离d，则过程中：
电容器的电荷量 （A.变大；B.不变；C.变小）；
电容器中的场强 （A.变大；B.不变；C.变小）；
外力F的大小为 ；
外力F做功为 。
▉题型5 计算α和β衰变的次数
【知识点的认识】
1.每发生一次α衰变，质量数减4，电荷数减2；每发生一次β衰变，质量数不变，电荷数加
2.如果只发生α衰变，则根据质量数之差除以4或电荷数之差除以2即可求出衰变次数。
如果只发生β衰变，则根据电荷数之差即可求出衰变次数。
3.如果同时存在α衰变和β衰变，先根据质量数之差求出α衰变的次数，再根据α衰变和β衰变引起的电荷数变化求出β衰变的次数。
20．下列关于近代物理知识的描述中，正确的是（ ）
A．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
B． 90234Th衰变为 86222Rn，经过3次α衰变，2次β衰变
C． 83210Bi的半衰期是5天，100克 83210Bi经过10天后还剩下50克
D．比结合能越大的原子，其结合能就越大，原子核越稳定
21．下列说法正确的是（ ）
A．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
B．铀核（ 92238U）衰变为铅核（ 82206Pb）的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变
C． 83210Bi的半衰期是5天，100克 83210Bi经过10天后还剩下50克
D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
（多选）22．如图所示，在匀强磁场中静止着一个原子核 92238U，某一时刻发生了一次α衰变，放出的α粒子与生成的新核在与磁场方向垂直的平面内做匀速圆周运动，得到α粒子与新核的轨迹是外切圆。已知磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，α粒子的质量数为4，电荷量为2e，则下列说法正确的是（ ）
A．新核与α粒子的轨迹半径之比为1：45
B．衰变后产生的新核与α粒子的动能之比为2：117
C．衰变后产生的新核与α粒子所受的洛伦兹力之比为117：90
D．放出的α粒子对应的轨迹是大圆，粒子和新核绕行的方向均为顺时针
▉题型6 原子核的半衰期及影响因素
【知识点的认识】
1.半衰期的定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期。
2.氡的半衰期：
氡222经过α衰变成为钋218。如图，
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。如果隔一段时间测量一次剩余氡的数量就会发现，每过3.8d就有一半的氡发生了衰变。也就是说，经过第一个3.8d，剩有一半的氡；经过第二个3.8d，剩有 的氡；再经过3.8d，剩有 的氡……因此，我们可以用“半衰期”来表示放射性元素衰变的快慢。放射性元素的原子核有半数发生衰变
3.半衰期的影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。例如，一种放射性元素，不管它是以单质的形式存在，还是与其他元素形成化合物，或者对它施加压力、提高温度，都不能改变它的半衰期。这是因为压力、温度或与其他元素的化合等，都不会影响原子核的结构。
4.半衰期的统计性意义：
①不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大例如，氡222衰变为钋218的半衰期是3.8d，镭226衰变为氡222的半衰期是1620年，铀238衰变为钍234的半衰期竞长达4.5x109年。
②以氡核为例，对于一个特定的氡原子，我们只知道它发生衰变的概率，而不知道它将何时发生衰变。一个特定的氡核可能在下1s就衰变，也可能在10min之内衰变，也可能在200万年之后再衰变。然而，量子理论可以对大量原子核的行为作出统计预测。例如，对于大量氡核，可以准确地预言在1s后、10min后，或200万年后，各会剩下百分之几没有衰变。放射性元素的半衰期，描述的就是这样的统计规律。
23．钍核（ 90234Th）具有放射性，它能放出一个电子衰变成镤核（ 91234Pa），伴随该过程会放出γ光子，下列说法中正确的是（ ）
A．因为衰变过程中原子核的质量数守恒，所以不会出现质量亏损
B．γ光子是衰变过程中钍核（ 90234Th）辐射的
C．给钍加热，钍的半衰期将变短
D．原子核的天然放射现象说明原子核不是最小微粒
24．核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137．碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变期时会辐射γ射线．下列说法正确的是（ ）
A．碘131释放的β射线由氦核组成
B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量
C．与铯137相比，碘131衰变更慢
D．铯133和铯137含有相同的质子数
▉题型7 半衰期的相关计算
【知识点的认识】
初始物质的量、剩余物质的量，半衰期，衰变时间之间存在这样的关系：
m＝m0(12)tT或n＝n0(12)tT
①可以根据这个公式计算剩余的剩余物质的量或初始物质的量。：.
②可以根据这个公式计算衰变的年份或半衰期。
25．宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：产生的 614C能自发进行β衰变，其半衰期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。下列说法正确的是（ ）
A．发生β衰变的产物是 715N
B．β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子
C．近年来由于地球的温室效应，引起 614C的半衰期发生微小变化
D．若测得一古木样品的 614C含量为活体植物的14，则该古木距今约为11460年
26．下列若干叙述中，不正确的是（ ）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体的温度有关
B．对于同种金属产生光电效应时，逸出光电子的最大初动能与照射光的频率成线性关系
C．一块纯净的放射性元素矿石，经过一个半衰期以后，它的总质量仅剩下一半
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子的能量增加
27．目前，在居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装修材料，都不同程度地含有放射性元素，装修污染已经被列为“危害群众最大的五种环境污染”之一。有关放射性元素的下列说法正确的是（ ）
A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡核，经过7.6天就只剩下一个氡核了
B．已知氡的半衰期为3.8天，若取1g氡放在天平左盘上，砝码放于右盘，左右两边恰好平衡，则7.6天后，需取走0.75g砝码天平才能再次平衡
C．β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化为质子所产生的
D．γ射线一般伴随着a或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强
28．20世纪之交，电子的发现揭开了人类探索物质微观结构的序幕。
（1）（多选）氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光，若用这些光照射逸出功为4.54eV的钨时，下列说法中正确的是 。
A.氢原子能辐射3种不同频率的光子
B.钨能吸收从n＝4向n＝2能级跃迁的光子而发生光电效应
C.氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率增大
D.产生的光电子的最大动能为8.21eV
（2）如图，光滑轨道abc固定在竖直平面内，c点与粗糙水平轨道cd相切，一质量为m的小球A从高H1的a处静止滑下，在b处与一质量为m的滑块B相撞后小球A静止，小球A的动能全部传递给滑块B，随后滑块B从c处运动到d处，且bd高H2，滑块B通过在cd段所用时间为t。若将此过程类比为光电效应的过程，则：A类比为 ；滑块B与cd段间的动摩擦因数μ为 。
（3）科学家仔细研究了三种金属（Cs、Na与Ca）在向一种频率单色光照射下反向遏止电压Uc与金属截止频率之间的关系。已知普朗克常量h，元电荷为e，图中三个数据的连线与纵轴交于坐标a，则该光的频率为 eaℎ ；若换频率更大的光且保持光强不变再进行实验，则a的大小将 （选填“A.变大”、“B.变小”或“C.不变”）。
（4）①卢瑟福发现质子的核反应可以写成 714N+ 24He→ 11H；
②正电子衰变（β+衰变）是指原子核中 ，同时释放出一个正电子和一个中微子。
（5）（多选） 614C发生放射性衰变为 714N，衰变过程释放0.156MeV的能量，半衰期约为5730年。已知植物存活期间，其体内 614C与 612C的比例不变；生命活动结束后， 614C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中 614C的比例是现代植物样品的25%，则（ ）
A. 614C衰变为 714N发生的是α衰变
B. 612C、 614C具有相同的核子数
C.该古木的年代距今约为5730年
D. 614C比 714N原子核的平均结合能更小
（6）如图是经过改装的阴极射线管。将图中阴极K和阳极A与直流高压电源相连，阴极射线自K射出，并在A、K间加速。从A处狭缝射出的粒子束沿直线向右运动。C、D是一对平行金属板。将C、D接到另一直流电源上，测得C、D间的电势差U，平行金属板C、D间距d，粒子束经过金属板后速度方向变化θ1；撤去C、D间电源，并在C、D极板前后两侧加载流线圈后所产生的磁场的磁感应强度B，再次测量发现粒子束穿过金属板后速度方向变化了θ2。请计算从A处狭缝射出的粒子束速度。
▉题型8 核反应（或粒子束）与磁场
【知识点的认识】
1.本考点针对的是原子核在磁场中衰变成两个新核的问题。
2.动量方面：根据动量守恒定律，衰变后的两个粒子的定量大小相等，方向相反。
3.带电粒子在磁场中的轨迹：
根据Bqv=mv2r，求出r=mvBq=pBq，
所以“大核”的半径小，“小核”的半径大。再根据电荷性质判断轨迹的方向。
29．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别r1、r2，则下列说法正确的是（ ）
A．该原子核可能发生了β衰变
B．径迹2可能是衰变后新核的径迹
C．若衰变方程是 92238U→ 90234Th+ 24He，则r1：r2＝2：117
D．若衰变方程是 92238U→ 90234Th+ 24He，则r1：r2＝1：45
（多选）30．如图所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生某种衰变后，释放出来的粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹，可以判断（ ）
A．原子核发生β衰变
B．原子核发生α衰变
C．大圆是释放粒子的运动轨迹，小圆是新核的运动轨迹
D．大圆是新核的运动轨迹，小圆是释放粒子的运动轨迹
（多选）31．如图所示，国际原子能机构2007年2月15日公布核辐射警示新标志，新标志为黑框红底三角，内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形。核辐射会向外释放三种射线：α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中，其中一个核放出一个α粒子，另一个核放出一个β粒子，得出如图所示的四条径迹，则（ ）
A．b为α粒子的径迹，c为β粒子的径迹
B．磁场的方向一定垂直于纸面向里
C．a为α粒子的径迹，d为β粒子的径迹
D．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子
32．如图所示，在xOy平面上，一个以原点O为圆心，半径为4R的圆形磁场区域内存在着匀强磁场，磁场的方向垂直于纸面向里，在坐标（﹣2R，0）的A处静止着一个具有放射性的原子核氮 713N．某时刻该核发生衰变，放出一个正电子和一个反冲核，已知正电子从A处射出时速度方向垂直于x轴，且后来通过了y轴，而反冲核刚好不离开磁场区域。不计重力影响和离子间的相互作用。
（1）写出衰变方程。
（2）求正电子做圆周运动的半径。
（3）求正电子最后过y轴时的坐标。
题型1 天然放射现象的发现及意义
题型2 α、β、γ射线的本质及特点
题型3 α衰变的特点、本质及方程
题型4 β衰变的特点、本质及方程
题型5 计算α和β衰变的次数
题型6 原子核的半衰期及影响因素
题型7 半衰期的相关计算
题型8 核反应（或粒子束）与磁场
种类
α射线
β射线
γ射线
组成
高速氦核流
高速电子流
光子流（高频电磁波）
带电荷量
2e
﹣e
0
质量
4mp
静止质量为零
符号
24He
−10e
γ
速度
0.1c
0.99c
c
贯穿本领
最弱
较强
最强
贯穿实例
用纸能挡住
穿透几毫
米的铝板
穿透几厘米的铅板
对空气的
电离作用
很强
较弱
很弱