第四章

第二節放射性元素的衰變學習目標

1.知道三種射線的特征，知道衰變的概念.2.知道α、β衰變的實質，知道γ射線是怎樣產生的，會寫α、β衰變方程.3.知道什么是半衰期，會利用半衰期解決相關問題.內容索引知識探究題型探究達標檢測知識探究一、原子核的衰變1.怎樣用電場或磁場判斷α、β、γ射線粒子的帶電性質？導學探究答案

讓三種射線通過勻強電場，則γ射線不偏轉，說明γ射線不帶電.α射線偏轉方向和電場方向相同，帶正電，β射線偏轉方向和電場方向相反，帶負電.或者讓三種射線通過勻強磁場，則γ射線不偏轉，說明γ射線不帶電，α射線和β射線可根據偏轉方向和左手定則確定帶電性質.答案2.如圖1為α衰變、β衰變示意圖.(1)當原子核發生α衰變時，原子核的質子數和中子數如何變化？答案

α衰變時，質子數減少2，中子數減少2.圖1(2)當發生β衰變時，新核的核電荷數相對原來的原子核變化了多少？新核在元素周期表中的位置怎樣變化？答案

β衰變時，核電荷數增加1.新核在元素周期表中的位置向后移動一位.答案知識梳理原子核的衰變1.對三種射線的認識種類α射線β射線γ射線組成高速

流高速

流

流(高頻電磁波)帶電荷量2e－e0速率0.1c0.99c__氦核電子光子c貫穿本領最

，用一張紙就能擋住較強，能穿透幾毫米厚的_____

最

，能穿透幾厘米厚的_____

電離作用很___

較強很___

2.定義：原子核放出

或

，變成另一種原子核的過程.鋁板弱強鉛板強弱α粒子β粒子3.衰變類型(1)α衰變：放射性元素放出α粒子的衰變過程.放出一個α粒子后，核的質量數

，電荷數

，成為新核.(2)β衰變：放射性元素放出β粒子的衰變過程.放出一個β粒子后，核的質量數

，電荷數

.4.衰變規律：原子核衰變時

和

都守恒.5.衰變的實質(1)α衰變的實質：2個

和2個

結合在一起形成α粒子.(2)β衰變的實質：核內的一個

轉化為了一個

和一個

.(3)γ射線經常是伴隨α衰變和β衰變產生的.減少4減少2不變增加1電荷數質量數中子質子中子電子質子即學即用判斷下列說法的正誤.(1)α射線實際上就是氦原子核，α射線具有較強的穿透能力.(

)(2)β射線是高速電子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板.(

)(3)γ射線是能量很高的電磁波，電離作用很強.(

)(4)原子核在衰變時，它在元素周期表中的位置不變.(

)(5)發生β衰變是原子核中的電子發射到核外.(

)×√×××二、半衰期(1)什么是半衰期？對于某個或選定的幾個原子核能根據該種元素的半衰期預測它的衰變時間嗎？導學探究答案

半衰期是一個時間，是某種放射性元素的大量原子核有半數發生衰變所用的時間的統計規律，故無法預測單個原子核或幾個特定原子核的衰變時間.答案(2)某放射性元素的半衰期為4天，若有10個這樣的原子核，經過4天后還剩5個，這種說法對嗎？答案

半衰期是大量放射性元素的原子核衰變時所遵循的統計規律，不能用于少量的原子核發生衰變的情況，因此，經過4天后，10個原子核有多少發生衰變是不能確定的，所以這種說法不對.答案半衰期1.定義：放射性元素的原子核因衰變減少到原來的

所經過的時間.2.特點(1)不同的放射性元素，半衰期

，甚至差別非常大.(2)放射性元素衰變的快慢是由

決定的，跟原子所處的化學狀態和外部條件

.知識梳理一半不同核內部自身因素無關3.適用條件：半衰期描述的是

，不適用于單個原子核的衰變.4.半衰期公式：N＝

，m＝

，其中T1/2為半衰期.統計規律即學即用判斷下列說法的正誤.(1)同種放射性元素，在化合物中的半衰期比在單質中長.(

)(2)把放射性元素放在低溫處，可以減緩放射性元素的衰變.(

)(3)放射性元素的半衰期與元素所處的物理和化學狀態無關，它是一個統計規律，只對大量的原子核才適用.(

)(4)氡的半衰期是3.8天，若有4個氡原子核，則經過7.6天后只剩下一個氡原子核.(

)×√××題型探究一、三種射線1.三種射線的實質α射線：高速氦核流，帶2e的正電荷；β射線：高速電子流，帶e的負電荷；γ射線：光子流(高頻電磁波)，不帶電.2.三種射線在電場中和磁場中的偏轉(1)在勻強電場中，γ射線不發生偏轉，做勻速直線運動，α粒子和β粒子沿相反方向做類平拋運動，在同樣的條件下，β粒子的偏移大，如圖2所示.圖2(2)在勻強磁場中，γ射線不發生偏轉，仍做勻速直線運動，α粒子和β粒子沿相反方向做勻速圓周運動，且在同樣條件下，β粒子的軌道半徑小，如圖3所示.圖3選項5磁場方向到達O點的射線到達P點的射線A豎直向上βαB豎直向下αβC垂直紙面向里γβD垂直紙面向外γα例1

如圖4所示，R是一種放射性物質，虛線框內是勻強磁場，LL′是厚紙板，MM′是熒光屏，實驗時，發現在熒光屏的O、P兩點處有亮斑，由此可知磁場的方向、到達O點的射線種類、到達P點的射線種類應屬于下表中的解析答案√圖4解析

R放射出來的射線共有α、β、γ三種，其中α、β射線垂直于磁場方向進入磁場區域時將受到洛倫茲力作用而偏轉，γ射線不偏轉，故打在O點的應為γ射線；由于α射線貫穿本領弱，不能射穿厚紙板，故到達P點的應是β射線；依據β射線的偏轉方向及左手定則可知磁場方向垂直紙面向里.例2

(多選)將α、β、γ三種射線分別射入勻強磁場和勻強電場，圖中表示射線偏轉情況正確的是解析答案√√解析已知α粒子帶正電，β粒子帶負電，γ射線不帶電，根據正、負電荷在磁場中運動受洛倫茲力方向和正、負電荷在電場中受電場力方向可知，A、B、C、D四幅圖中α、β粒子的偏轉方向都是正確的，但偏轉的程度需進一步判斷.帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，其半徑r＝

，將數據代入，則α粒子與β粒子的半徑之比A對，B錯；帶電粒子垂直進入勻強電場，設初速度為v0，垂直電場線方向位移為x，沿電場線方向位移為y，則有C錯，D對.對某一確定的x值，α、β粒子沿電場線偏轉距離之比三種射線的鑒別1.α射線帶正電、β射線帶負電、γ射線不帶電.α射線、β射線是實物粒子，而γ射線是光子流，屬于電磁波的一種.2.α射線、β射線都可以在電場或磁場中偏轉，但偏轉方向不同，γ射線則不發生偏轉.3.α射線穿透能力弱，β射線穿透能力較強，γ射線穿透能力最強，而電離本領相反.歸納總結二、原子核的衰變規律和衰變方程1.衰變種類、實質與方程實質：原子核中，2個中子和2個質子結合得比較牢固，有時會作為一個整體從較大的原子核中被釋放出來，這就是放射性元素發生的α衰變現象.實質：原子核中的一個中子轉化成一個質子且放出一個電子即β粒子，使電荷數增加1，β衰變不改變原子核的質量數，其轉化方程為：2.確定原子核衰變次數的方法與技巧(1)方法：設放射性元素

經過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩定的新元素

，則衰變方程為：根據電荷數守恒和質量數守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.由此可見，確定衰變次數可歸結為解一個二元一次方程組.(2)技巧：為了確定衰變次數，一般先由質量數的改變確定α衰變的次數(這是因為β衰變的次數多少對質量數沒有影響)，然后根據衰變規律確定β衰變的次數.例3(1)一共經過幾次α衰變和幾次β衰變？解析答案答案

8

6解析

設

衰變為

經過x次α衰變和y次β衰變，由質量數守恒和電荷數守恒可得238＝206＋4x ①92＝82＋2x－y ②聯立①②解得x＝8，y＝6.即一共經過8次α衰變和6次β衰變.解析答案解析

由于每發生一次α衰變質子數和中子數均減少2，每發生一次β衰變中子數少1，而質子數增加1，故

較

質子數少10，中子數少22.答案

10

22(3)綜合寫出這一衰變過程的方程.解析答案

針對訓練1原子核

經放射性衰變①變為原子核

，繼而經放射性衰變②變為原子核

，再經放射性衰變③變為原子核.放射性衰變①、②和③依次為

A.α衰變、β衰變和β衰變

B.β衰變、α衰變和β衰變C.β衰變、β衰變和α衰變

D.α衰變、β衰變和α衰變解析答案√衰變方程的書寫：衰變方程用“―→”，而不用“＝”表示，因為衰變方程表示的是原子核的變化，而不是原子的變化.技巧點撥三、對半衰期的理解及有關計算例4放射性同位素14C被考古學家稱為“碳鐘”，它可以用來判定古生物體的年代，此項研究獲得1960年諾貝爾化學獎.(1)宇宙射線中高能量的中子碰到空氣中的氮原子后，會形成不穩定的

，它很容易發生衰變，放出β射線變成一個新核，其半衰期為5730年，試寫出14C的衰變方程.解析答案(2)若測得一古生物遺骸中的

含量只有活體中的25%，則此遺骸距今約有多少年？解析答案答案

11460年針對訓練2氡222是一種天然放射性氣體，被吸入后，會對人的呼吸系統造成輻射損傷，它是世界衛生組織公布的主要環境致癌物質之一.其衰變方程是

____.已知

的半衰期約為3.8天，則約經過____天，16g的

衰變后還剩1g.解析答案15.2解析根據核反應過程中電荷數守恒和質量數守恒可推得該反應的另一種生成物為

.根據m余＝m原

得＝4，代入T1/2＝3.8天，解得t＝3.8×4天＝15.2天.達標檢測1.下列說法正確的是

A.α射線是由高速運動的氦核組成的，其運行速度接近光速B.β射線能穿透幾毫米厚的鉛板C.γ射線的穿透能力最強，電離能力最弱D.β射線的粒子和電子是兩種不同的粒子√答案123452.(多選)以下關于天然放射現象，敘述正確的是

A.若使某放射性物質的溫度升高，其半衰期將變短B.β衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的C.α射線是原子核衰變產生的，它有很強的電離作用D.γ射線是原子核產生的，它是能量很大的光子流√12345√解析答案解析半衰期與元素的物理狀態無關，若使某放射性物質的溫度升高，半衰期不變，故A錯誤；β衰變所釋放的電子是從原子核內釋放出的電子，故B錯誤；α射線是原子核衰變產生的，是氦的原子核，它有很強的電離作用，穿透能力很弱，選項C正確；γ射線是原子核發生α或β衰變時產生的，它是能量很大的光子流，選項D正確.123453.下列有關半衰期的說法正確的是

A.放射性元素的半衰期越短，表明有半數原子核發生衰變所需的時間越

短，衰變速度越快B.放射性元素的樣品不斷衰變，隨著剩下未衰變的原子核的減少，元素

半衰期也變長C.把放射性元素放在密封的容器中，可以減慢放射性元素的衰變速度D.降低溫度或增大壓強，讓該元素與其他物質形成化合物，均可減小衰

變速度√答案解析12345解析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半數發生衰變所需的時間，它反映了放射性元素衰變速度的快慢，半衰期越短，則衰變越快；某種元素的半衰期長短由其自身因素決定，與它所處的物理、化學狀態無關，故A正確，B、C、D錯誤.123454.某原子核A先進行一次β衰變變成原子核B，再進行一次α衰變變成原子核C，則

A.核C的質子數比核A的質子數少2B.核A的質量數減核C的質量數等于3C.核A的中子數減核C的中子