高中物理 19.2 放射性元素的衰变学案(新人教版)选修3-5.doc

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1、2 放射性元素的衰变[目标定位] 1.知道什么是原子核的衰变.2.知道α衰变和β衰变的规律及实质,并能熟练写出衰变方程.3.理解半衰期的概念,学会利用半衰期解决相关问题.一、原子核的衰变原子核放出α粒子或β粒子,由于核电荷数变了,它在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.原子核衰变时电荷数和质量数都守恒.二、α衰变:原子核进行α衰变时,质量数减少4,电荷数减少2.U的α衰变方程为U→Th+He.三、β衰变:原子核进行β衰变时,质量数不变,电荷数增加1,Th的β衰变方程为Th→P

2、a+e.四、半衰期1.放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,叫做这种元素的半衰期.2.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.                   一、原子核的衰变1.原子核放出α粒子或β粒子后,变成另一种原子核,这种现象称为原子核的衰变.2.α衰变:X―→Y+He原子核进行α衰变时,质量数减少4,电荷数减少2.α衰变的实质:在放射性元素的原子核中,2个中子和2个质子结合得比较牢固,有时会作为一个整体从较大的原子核中释放出来,这就是放射性元素

3、发生的α衰变现象.3.β衰变:X―→Y+e原子核进行β衰变时,质量数不变,电荷数增加1.β衰变的实质:原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子,使核电荷数增加1,但β衰变不改变原子核的质量数,其转化方程为:n―→H+e.4.衰变规律:衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒.5.γ射线是在发生α或β衰变过程中伴随而生,且γ粒子是不带电的粒子,因此γ射线并不影响原子核的核电荷数,故γ射线不会改变元素在周期表中的位置.6.确定衰变次数的方法设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新元素Y,则衰变方

4、程为X―→Y+nHe+me.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=A′+4n,Z=Z′+2n-m.例1 原子核92U经放射性衰变①变为原子核90Th,继而经放射性衰变②变为原子核91Pa,再经放射性衰变③变为原子核92U.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衰变答案 A解析 根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点,92U核与90Th核比较可知,衰变①的另一产物为He,所以衰变①为α衰变,选项B、C错误;91P

5、a核与92U核比较可知,衰变③的另一产物为e,所以衰变③为β衰变,选项A正确、D错误.例2 U核经一系列的衰变后变为Pb核,问:(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变?(2)Pb与U相比,质子数和中子数各少了多少?(3)综合写出这一衰变过程的方程.答案 (1)8次α衰变,6次β衰变 (2)10个;22个(3)见解析解析 (1)设U衰变为Pb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+4x①92=82+2x-y②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

6、生一次α衰变质子数和中子数均减少2,每发生一次β衰变中子数少1,而质子数增加1,故Pb较U质子数少10,中子数少22.(3)核反应方程为U→Pb+8He+6e.借题发挥 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.针对训练1 U经过m次α衰变和n次β衰变,变成Pb,则(  )A.m=7,n=3B.m=7,n=4C.m=14,n=9D.m=14,n=18答案 B解析 根据题意有:235-4m=207,9

7、2-2m+n=82,解两式得m=7,n=4,选项B正确.二、对半衰期的理解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N余=N原,m余=m0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

8、变的可能性,因此,半衰期只适用于大量的原子核.例3 碘131核不稳定,会发生β衰变,其半衰期为8天.(1)碘131核的衰变方程:I―→________(衰变后的元素用X表示).(2)经过________天75%的碘131核发生了衰变.答案 (1)X+e (2)16解析 (1)根据衰变过程电荷数守恒与质量数守恒可得衰变方程:I―→X+e.(2)每经1个半衰期,有半数原子核发生衰变,经2个

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