高中物理第4章从原子核到夸克4_2原子核的衰变教师用书沪科版选修3-5.pdf

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1、精品教案可编辑4.2 原子核的衰变学 习 目 标知 识 脉 络1.知道天然放射现象，了解放射性及放射性元素的概念.(重点)2.掌握天然放射线中的“三剑客”的本质和特点.(重点、难点)3.掌握原子核衰变的规律，知道 衰变、衰变的本质.(重点、难点)4.理解半衰期的概念，会应用半衰期公式解决相关问题.(重点)天然放射现象的发现及放射线的本质先填空 1.天然放射现象的发现(1)天然放射现象：物质能自发地放出射线的现象.(2)放射性：物质放出射线的性质，叫做放射性.(3)放射性元素：具有放射性的元素，叫做放射性元素.(4)天然放射现象的发现：1896 年，法国物理学家贝可勒尔发现了天然放射现象.2.天

2、然放射线中的“三剑客”(1)本质：射线：在磁场作用下发生偏转，偏转角度较小，是带正电的高速运动的粒子流，电荷数为2，质量数为4，本质是氦原子核.射线：在磁场作用下与射线“分道扬镳”，朝另一个方向偏转，偏转角度较大，精品教案可编辑是带负电的高速运动的电子流.射线：在磁场中不偏转，是不带电的波长很短的电磁波.如图 4-2-1为三剑客在磁场中的运动情况.“三剑客”图 4-2-1(2)本领射线：粒子射出时的速度大约是光速的十分之一，有很强的电离作用，很容易使空气电离，使照相底片感光，但穿透本领很小.一张纸就能挡住.射线：射线的速度接近光速，对物质的穿透本领较强，能穿透几毫米厚的铝板，但电离作用较弱.射

3、线：电离作用很小，穿透本领很强，能穿透几厘米厚的铅板.再判断 1.放射性元素发出的射线可以直接观察到.()2.放射性元素发出的射线的强度可以人工控制.()3.射线的穿透本领最强，电离作用很弱.()4.原子序数大于83 的所有天然存在的元素都具有放射性.()后思考 天然放射现象说明了什么？【提示】天然放射现象说明了原子核具有复杂的内部结构.精品教案可编辑核心点击 1.三种射线的比较如下表种类射线射线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2ee0质量4mpmp 1.671027 kgmp1 836静止质量为零速度0.1c0.99cc在电场或磁场中偏转与 射线反向偏转不偏转贯穿本领

4、最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光2.三种射线在电场和磁场中的偏转(1)在匀强电场中，射线不发生偏转，做匀速直线运动，粒子和粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，粒子的偏移大，如图4-2-2所示.精品教案可编辑图 4-2-2位移x可表示为x12at212qEmy0v2qmv2所以，在同样条件下粒子与 粒子偏移之比为xxe2e411 836110c299100c237.(2)在匀强磁场中：射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，粒子和粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，粒子的轨

5、道半径小，如图4-2-3所示.图 4-2-3根据qvBmv2R得RmvqBmvq所以，在同样条件下粒子与 粒子的轨道半径之比为RR11 836499100cc102ee1371.1.关于天然放射现象，下列说法正确的是()A.射线是由氦原子核组成的B.射线是由原子核外电子电离产生C.射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D.通过化学反应不能改变物质的放射性精品教案可编辑E.射线本质是高速电子流【解析】射线是在 衰变中产生的，本质是氦核，A 正确；射线是在衰变中产生的，本质是高速电子流，B 错误，E 正确；射线是发生衰变和 衰变时原子核发生能级跃迁而产生的电磁波，C 错误；物质的放射性由原子核内部自身

6、的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，D 正确.【答案】ADE2.一置于铅盒中的放射源发射出的、和 射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场.进入电场后，射线变为a、b 两束，射线a 沿原来方向行进，射线 b 发生了偏转，如图 4-2-4所示，则图中的射线a 为_ 射线，射线 b 为 _射线.图 4-2-4【解析】在三种射线中，射线带正电，穿透能力最弱，射线不带电，穿透能力最强，射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，a 射线应为射线，b 射线应为 射线.【答案】3.将、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()【解析】已

7、知 粒子带正电，粒子带负电，射线不带电，根据正、负电荷在磁场精品教案可编辑中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向可知，A、B、C、D 四幅图中、粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径rmvBq，将数据代入，则粒子与 粒子的半径之比rrmmvvqq411 8360.1c0.99c12371，A 对，B 错；带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有xv0t，y12qEmt2，消去t可得yqEx22mv20对某一确定的x值，、粒子沿电场线偏转距离之比yyqqmmv2v22111 83

8、640.99c20.1c2137.5，C 错，D 对.选项 E 中，若 粒子不发生偏转，则有BvqEq，此时因粒子的速度大些，有BvqEq，电子将向右偏转，故E正确.【答案】ADE判断三种射线性质的方法(1)射线的电性：射线带正电、射线带负电、射线不带电.、是实物粒子，而射线是光子流，它是波长很短的电磁波.(2)射线的偏转：在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断和 射线偏转方向，由于射线不带电，故运动轨迹仍为直线.(3)射线的穿透能力：粒子穿透能力较弱，粒子穿透能力较强，射线穿透能力最强，而电离作用相反.精品教案可编辑放射性元素的衰变和半衰期先填空 1.衰变原子核由于放出某种粒子

9、而转变为新核的变化.2.衰变形式：常见的衰变有两种，放出 粒子的衰变为衰变，放出 粒子的衰变为衰变，而 射线是伴随射线或 射线产生的.3.衰变规律(1)衰变：AZX42He A4Z2Y.(2)衰变：AZX01eAZ1Y.在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒.4.放射性元素的半衰期(1)概念放射性元素每经过一段时间，就有一半的核发生衰变，这段时间叫做放射性元素的半衰期.(2)放射性元素的半衰期是由其原子核本身决定的，一种放射性元素，不论它是以单质的形式存在，还是与其他元素形成化合物，也不论所处的环境如何，它的半衰期都不会改变.再判断 1.原子核的衰变有衰变、衰变和 衰变三种形式.()2.在衰变过程

10、中，电荷数、质量数守恒.()3.原子所处的周围环境温度越高，衰变越快.()后思考 有 10 个镭 226 原子核，经过一个半衰期有5 个发生衰变，这样理解对吗？【提示】不对.10 个原子核数目太少，它们何时衰变是不可预测的，因为衰变规律是大量原子核的统计规律.精品教案可编辑核心点击 1.衰变实质 衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个 粒子，并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，产生衰变.210n211H42He.衰变：原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即 粒子放射出来.10n11H01e.2.确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法：设放射性元素

11、AZX 经过n次 衰变和m次 衰变后，变成稳定的新元素AZY，则衰变方程为：AZXAZYn42He m0 1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：AA 4n，ZZ 2nm.以上两式联立解得：nAA4，mAA2ZZ.由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组.(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定衰变的次数(这是因为 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衰变的次数.3.对半衰期的理解(1)意义：表示放射性元素衰变的快慢.(2)半衰期公式：nN12，mM12式中N、M表示衰变前的原子数和质量，n、m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，T

12、表示半衰期.精品教案可编辑4.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，半衰期只适用于大量的原子核.5.应用：利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等.4.某原子核的衰变过程A B C，下列说法正确的是()A.核 C 比核 A 的质子数少1B.核 C 比核 A 的质量数少5C.原子核为 A 的中性原子的电子数比原子核为B 的中性原子的电子数多2D.核 C 比核 B 的中子数少2E.核 C 比核 A 的中子数少3【解析】原子核 A 经过一次衰变和一次衰变变为原子核C 的衰变方程为：AZA AZ1B A4Z1C，由

13、此可知核C 比核 A 的质子数少1，质量数少4，A 正确，B 错误；原子核为 A 的中性原子的电子数比原子核为B 的中性原子的电子数少1，C 错误；核C 比核 B 的中子数少 2，核 C 比核 A 的中子数少3，D、E均正确.【答案】ADE5.由于放射性元素237 93Np 的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现.已知237 93Np 经过一系列衰变和 衰变后变成209 83Bi，下列论断中正确的是()A.209 83Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少28 个中子B.209 83Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少18 个中子C.衰变过程中

14、共发生了7 次 衰变和 4 次 衰变D.衰变过程中共发生了4 次 衰变和 7 次 衰变E.衰变过程中共有4 个中子转变为质子精品教案可编辑【解析】209 83Bi 的中子数为209 83126，237 93Np 的中子数为237 93144，209 83Bi的原子核比237 93Np 的原子核少18 个中子，A 错、B 对；衰变过程中共发生了衰变的次数为237 20947 次，衰变的次数是2 7(93 83)4 次，C 对、D 错；此过程中共发生了 4 次 衰变，因此共有4 个中子转变为质子，E 正确.【答案】BCE6.放射性同位素14C 被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，

15、此项研究获得 1960 年诺贝尔化学奖.【导学号：67080036】(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的14 6C，它很容易发生衰变，放出射线变成一个新核，其半衰期为5 730 年，试写出14C 的衰变方程；(2)若测得一古生物遗骸中的14 6C 含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？【解析】(1)14 6C 的 衰变方程为：14 6C01e14 7N.(2)14 6C 的半衰期T5 730 年.生物死亡后，遗骸中的14 6C 按其半衰期变化，设活体中14 6C 的含量为N0，遗骸中的14 6C含量为N，则N12N0N0，即 0.25N012N0，故t5 730 2，t11 460年.【答案】(1)14 6C0 1e14 7N(2)11 460年(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒.每发生一次衰变质子数、中子数均减少2，质量数减少4.精品教案可编辑每发生一次衰变中子数减少1，质子数增加1，质量数不变.(2)利用半衰期公式解决实际问题，首先要理解半衰期的统计意义，其次要知道公式建立的是剩余核的质量与总质量间的关系.