高中物理人教版 (新课标)选修32 放射性元素的衰变复习ppt课件

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一、衰变的实质及其次数计算
(1)为了确定衰变次数,一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数,这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响.(2)再根据衰变规律确定β衰变的次数.
【典例1】23892U核经一系列的衰变后变为20682Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)20682Pb与23892U相比，质子数和中子数各少多少？(3)写出这一衰变过程的方程.
【标准解答】(1)设23892U衰变为20682Pb经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒，可得238=206+4x ①92=82+2x-y ②联立①②解得x=8,y=6，即一共经过8次α衰变和6次β衰变.(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1，故20682Pb比23892U质子数少10，中子数少22.(3)核衰变方程为： 23892U 20682Pb+842He+60-1e.
【规律方法】 衰变次数的判断方法(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒.(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2.(3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.
【变式训练】（2011·北京高考）表示放射性元素碘 衰变的方程是（ ）【解析】选B. 碘（ ）的原子核内一个中子放出一个电子，变成一个质子，质量数没有发生变化，核电荷数增加1，所以生成54号元素 放出一个电子.B选项正确.
二、理解放射性元素的半衰期
1.对半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同元素的半衰期不同，有的差别很大.2.半衰期公式式中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，τ表示半衰期.
3.适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核.
元素的半衰期反映的是原子核内部的性质，与原子所处的化学状态和外部条件无关.一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式存在还是以化合物形式存在无关，对它加压或增温也不会改变该元素的半衰期.
【典例2】目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是( )
A.氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个原子核了B.把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素衰变的速度C.放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需要的时间越短，衰变速度越大D.降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可以减小衰变速度
【解题指导】解答该题应注意以下两点：
【标准解答】选C.4个氡原子核，不是大量原子核，半衰期不适用，A错.因半衰期决定于原子核的内部因素，与化学状态、外部条件无关，故B、D均错.半衰期短，则衰变快，C对.
【误区警示】理解半衰期的常见误区(1)错误地认为半衰期就是一个放射性元素的原子核衰变到稳定核所经历的时间.其实半衰期是大量的原子核发生衰变时的统计规律.(2)错误地认为放射性元素的半衰期就是元素质量减少为原来一半所需要的时间，该观点混淆了尚未发生衰变的放射性元素的质量与衰变后元素的质量的差别.其实衰变后的质量包括衰变后新元素的质量和尚未发生衰变的质量两部分.
【变式训练】(2010·福建高考)14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法.若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为t＝0时14C的质量.下列四幅图中能正确反映14C衰变规律的是( )
【解析】选C.由公式m=m0· 可知14C的衰变图象应为C.
【变式备选】一个氡核22286Rn衰变成钋核21884P并放出一个粒子，其半衰期为3.8天.1 g氡经过7.6天衰变掉的质量，以及22286Rn衰变成21884P的过程放出的粒子是( ) g，α粒子 g,α粒子 g，β粒子 g，β粒子
【解析】选B.由半衰期公式 知，氡剩余的质量为m余=故衰变掉的质量为 反应前后由电荷数和质量数守恒知，放出的粒子为He,即α粒子，故B正确.
【典例】测得某矿石中铀、铅质量比为1.17∶1，假设开始时矿石只含有铀238，发生衰变的铀238都变成了铅206.已知铀238的半衰期是4.5×109年，求矿石的年龄.
【解题指导】解答该题应注意以下两点(1)半衰期公式中m余、m0及衰变掉的原子核的质量(m0-m余)之间的关系.(2)衰变掉的原子核与新产生的新核质量之间的比例关系，每衰变掉一个原子核，就会产生一个新核，它们之间的质量之比等于各自原子核的质量之比.
【标准解答】只要利用半衰期的计算公式 找出m余、m0的关系，τ=4.5×109年，即可求出矿石的年龄.设开始矿石中有m0(千克)的铀238，经n个半衰期后，剩余铀m余(千克)，则 衰变掉的铀m0-m余=m0[1- ]，一个铀核衰变成一个铅核，设生成铅m(千克)，则
根据题意有解得n=1,即t=τ=4.5×109年.答案：4.5×109年
一、选择题1.对天然放射现象，下列说法中正确的是( )A.α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的B.β粒子带负电，所以β粒子有可能是核外电子C.γ射线是光子，所以γ射线有可能是原子发光产生的D.α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的
【解析】选A、D.α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合在一起形成一个氦核发射出来的，β衰变的实质是原子核内的一个中子变成一个质子和电子，然后释放出电子，γ射线是伴随α衰变和β衰变产生的，所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的.
2.(2011·通化高二检测)下列说法正确的是( )A.α射线与γ射线都是电磁波B.β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流C.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D.γ射线是由处于激发态的新核从较高能级向较低能级跃迁时发出的
【解析】选C、D.γ射线是电磁波，α射线、β射线分别为氦核流和电子流，不是电磁波，A错.β射线是原子核内的中子变成了一个电子和一个质子，不是核外电子电离后形成的，B错.原子核的半衰期与物理状态、化学状态无关，C对.γ射线是原子核从高能级向低能级跃迁时产生的，D对.
3.(2011·济南高二检测)某放射性原子核A，经一次α衰变成为B，再经一次β衰变成为C，则( )A.原子核C的中子数比A少2B.原子核C的质子数比A少1C.原子核C的中子数比B少2D.原子核C的质子数比B少1
【解析】选B.写出核反应方程如下：XYA 42He+X-4Y-2B，X-4Y-2B 0-1e+X-4Y-1C.A的中子数为X-Y，B的中子数为(X-4)-(Y-2)=X-Y-2，C的中子数为(X-4)-(Y-1)=X-Y-3.故C比A中子数少3,C比B中子数少1，A、C均错.A、B、C的质子数分别为Y、Y-2、Y-1，故C比A质子数少1，C比B质子数多1，B对D错.
4.(2011·永州高二检测)最近几年，原子核科学家在超重元素岛的探测方面取得重大进展，1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核AZX经过6次α衰变后的产物是253100Fm，由此，可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是( )A.112、265　　　　　　　　B.112、277C.124、259　　　　　　　　D.124、265
【解析】选B.每经一次α衰变，质量数减少4，电荷数即原子序数减少2，故A=253+6×4=277,Z=100+6×2=112.故B选项正确.
5.(2011·福州高二检测)“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆.重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239(23994Pu)，这种钚239可由铀239(23992U)经过n次β衰变而产生，则n为( )A.2　　　　　　　　　　　　　　　D.92【解析】选A.β衰变规律是质量数不变，质子数增加1.23994Pu比23992U质子数增加2，所以发生2次β衰变，A对.
6.(2010·上海高考)某放射性元素经过11.4天有7/8的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为( )A.11.4天　　　　　　 B.7.6天C.5.7天　　　　　　　D.3.8天【解析】选D.半衰期是指有半数原子核发生衰变的时间，根据 因为t=11.4天，所以 天.
7.(2010·全国高考Ⅰ)原子核23892U经放射性衰变①变为原子核23490Th，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U.放射性衰变①、②和③依次为( )A.α衰变、β衰变和β衰变B.β衰变、α衰变和β衰变C.β衰变、β衰变和α衰变D.α衰变、β衰变和α衰变
【解析】选A.23892U 23490Th，质量数减少4，电荷数减少2，说明①为α衰变.23490Th 23491Pa，质子数加1，质量数不变，说明②为β衰变，中子转化成质子.23491Pa 　 23492U，质子数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子.
【方法技巧】巧解核衰变反应类问题的基本方法历年高考各类物理试题中都会有涉及核衰变反应类的试题出现，基本上都是基础性的题目，解答这类问题可按以下两个步骤进行分析.1.依据题意写出核衰变或核反应方程.2.由原子核的衰变或核反应方程，应用质量数与电荷数守恒的规律判断未知粒子的质量数和核电荷数，从而确定是哪种粒子.
8.若将21083Bi放在天平左盘上，右盘放420 g砝码，天平平衡.当铋发生α衰变经过1个半衰期，欲使天平平衡，应从右盘中取出砝码的质量为( )A.210 g　　　　　　B.105 gC.4 g　　　　　　　D.2 g
【解析】选C.420 g铋经过1个半衰期，质量减为原来的 ，即210 g，但是衰变后的质量包括衰变后新元素的质量和尚未发生衰变的质量这两部分，即原有的420 g21083Bi经一个半衰期后，有210 g发生衰变生成206 g新的原子核20681Tl.此时左盘中还有210 g未发生衰变的放射性元素，所以左盘中的总质量为416 g，应从右盘取走砝码4 g，C正确.
二、非选择题9.(2011·朝阳区高二检测)天然放射性铀(23892U)发生衰变后产生钍(23490Th)和另一个原子核.(1)请写出衰变方程；(2)若衰变前铀(23892U)核的速度为v，衰变产生的钍(23490Th)核速度为 且与铀核速度方向相同，求产生的另一种新核的速度.
【解析】(1)23892U 23490Th+42He(2)设另一新核的速度为v′,铀核质量为238m，由动量守恒定律得：238mv= +4mv′得：答案：(1)见解析 (2)
10.放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖.(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成很不稳定的146C，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年.试写出此核反应方程.(2)若测得一古生物遗骸中的146C含量只有活体中的12.5%，则此遗骸距今约有多少年？
【解析】本题考查核反应方程及它的实际应用.(1)此衰变的核反应方程：147N+10n→146C+11H146C→147N+0-1e.
(2)活体中的146C含量不变，生物死亡后，遗骸中的146C按其半衰期变化，设活体中146C的含量为N0，遗骸中的146C含量为N,由半衰期的定义得：所以τ=5 730年，t=17 190年.答案：(1)147N+10n→146C+11H 146C→147N+0-1e(2)17 190年