第三章 第2节 原子核衰变及半衰期
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◆学习目标、重点、难点
1．认识天然放射现象及其规律，认识放射线的本质。
2．理解α衰变和β衰变的规律，掌握半衰期的概念。
3、根据衰变规律书写核反应方程，利用半衰期的公式解决相关的问题。
◆知识梳理
一、天然放射现象的发现
___________发现天然放射现象，通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于或等于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．现在用人工的方法也可以制造___________元素．
1．物质能自发地放出射线的现象．说明原子核具有___________． 2．放射性：物质放出___________的性质． 3．放射性元素：具有___________的元素． 二、放射线的本质和特点
三种射线在电场磁场中偏转情况的比较：
(1)在匀强电场中，α射线偏离较______，β射线偏离较______，γ射线不偏离，如图所示．
(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较______，β射线偏转半径较______，γ射线不偏转，如图所示．
三、原子核的衰变
1．衰变：原子核由于释放出像α、β这样的射线而转变为新核的现象．
2．衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为_________，放出β粒子的衰变叫_________，而γ射线是伴随α射线或β射线产生的．
3．衰变规律：
在衰变过程中，_________数和_________数守恒．
(1)α衰变：___________________________
(2)β衰变：___________________________
对α衰变和β衰变的理解：
(1)α衰变：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抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．
(2)β衰变：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．
(3)原子核放出一个α粒子就说明它发生了一次α衰变，同理放出一个β粒子就说明它发生了一次β衰变．
4．衰变次数的计算：
(1)对象：一个放射性元素的原子核发生α衰变(或β衰变)变成新的原子核，而新原子核仍有放射性，可能又会发生某种衰变．经过若干次变化，最终变为某一稳定的原子核．在此过程中共发生了多少次α衰变和β衰变，是经常面临的问题．
(2)依据：_________数和_________数守恒．
(3)方法：根据β衰变不改变质量数的特点，可依据反应原子核与最终原子核的质量数改变确定α衰变的次数，然后计算出电荷数的改变，由其差值可确定β衰变的次数．其中每发生一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2，每发生一次β衰变，电荷数增加1，质量数不变．
四、半衰期
1．定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．
2．公式：N余＝N原(1
2
)t/τm余＝M(
1
2
)t/τ
式中N原、M表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．
3．影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核_________决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．
4．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对_________原子核衰变规律的总结．
合作探究
主题一、天然放射现象的发现与放射线的本质
1．关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是（）
A．α射线是原子核自发发射出的氦核，它的穿透能力最强
B．β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透力
C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的穿透力最强
D．γ射线是电磁波，它的穿透力最弱
2．如图甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙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，则图乙中的检查利用的射线是（ ）
A ．α射线
B ．射线
C ．γ射线
D ．三种射线都可以
3．将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况正确的是( )
主题二、原子核的衰变与衰变次数的分析计算
4．放射性元素232
90Th 经过________次α衰变和________次β衰变变成了稳定元素208
82Pb.
5．某放射性元素的原子核X 经α衰变得到原子核Y ，原子核Y 经β 衰变变成原于核Z ，则 ( ) A.原子核Z 的中子数比 X 少2 B. 原子核Z 的质子数比 X 少1 C 原子核Z 的中子数比 Y 多1 D. 原子核Z 的质子数比 Y 少1
6．2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有
131
I 和
137
Cs 两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个
能分别反映131
I 和
137
Cs 的衰变过程，它们分别是________和________(填入正确选项前的字母).131I 和
137
Cs
原子核中的中子数分别是______和________．
A ．X 1→137
56Ba ＋1
0n B ．X 2→13154Xe ＋0－1e C ．X 3→137
56Ba ＋0
－1e D ．X 4→131
54Xe ＋1
1H
7．放射性原子核发生衰变时，下列叙述中不．
正确的是( ) A ．γ射线是伴随α射线或β射线而产生的
B ．半衰期的大小不随外界的压强、温度及化学状态而变化
C ．某核放出一个粒子后，就变成了新的元素
D ．若某放射性原子核有10个，经过一个半衰期，该放射性原子核只剩下 5个
8．用大写字母代表原子核，E 经α衰变成为F ，再经β衰变成为G ，再经α衰变成为H ，上述系列衰变可记为下式：E ――→αF ――→βG ――→αH ，另一系列衰变如下：P ――→βQ ――→βR ――→αS ，已知P 和F 是同位素，则( )
A ．Q 和G 是同位素，R 和H 是同位素
B ．R 和E 是同位素，S 和F 是同位素
C ．R 和G 是同位素，S 和H 是同位素
D ．Q 和
E 是同位素，R 和
F 是同位素
9．放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为232 90Th ―→220
86Rn ＋x α＋y β( )
A ．x ＝1，y ＝3
B ．x ＝2，y ＝3
C ．x ＝3，y ＝1
D ．x ＝3，y ＝2
主题三、对半衰期的理解和计算 10．关于放射性元素的半衰期( )
A ．是原子核质量减小一半所需的时间
B ．是原子核有半数发生衰变所需的时间
C ．与外界压强和速度有关，与原子的化学状态无关
D ．可以用于测定地质年代、生物年代等 11．一个氡核222
86Rn 衰变成钋核218
84Po 并放出一个粒子，其半衰期为3.8天，1 g 氡经过7.6天衰变掉氡的质
量，以及222
86Rn 衰变成218
84Po 的过程放出的粒子是( )
A ．0.25 g ，α粒子
B ．0.75 g ，α粒子
C ．0.25 g ，β粒子
D ．0.75 g ，β粒子 12．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：131
53Ⅰ→________(衰变后的元素用X 表示)． (2)经过________天有75%的碘131核发生了衰变．
13．静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，
测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如图所示，则（ ）
A.α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反
B.原来放射性元素的原子核电荷数为90
C.反冲核的核电荷数为88
D.α粒子和反冲核的速度之比为1∶88
14．放射性同位素14
6C 被考古学家称为“碳钟”，它可用来断定古生物的年代，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14
6C ，14
6C 不稳定，易发生衰变，放出射线，其半衰期为5730年．试写出有关的核反应方程．(2)若测得一古生物遗骸中14
6C 的含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？
15．如图所示，静止在匀强磁场中的6
3Li 俘获一个速度为v 0＝7.7×104
m/s 的中子而发生核反应：6
3Li ＋1
0n ―
→ 31
H ＋42He ，若已知42He 的速度v 2＝2.0×104
m/s ，其方向跟中子反应前的速度方向相同．
(1)3
1H 的速度为多大？
(2)在图中画出粒子3
1H 和4
2He 的运动轨迹，并求它们的轨道半径之比． (3)当4
2He 旋转了3周时，粒子3
1H 旋转了几周？。