第一节走进原子核第二节放射性元素的衰变[目标定位]1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象.2.知道原子核的组成，会正确书写原子核的符号.3.知道原子核的衰变及两种衰变的规律，掌握三种射线的特性.4.会用半衰期描述衰变的快慢，知道半衰期的统计意义．一、放射性的发现1．放射性1896年法国物理学家享利·贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物都能够发出看不见的射线，物质放射出射线的性质叫做放射性．2．放射性元素具有放射性的元素叫放射性元素．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)．3．天然放射性元素能自发地放出射线的元素叫做天然放射性元素．原子序数大于83的所有元素，都有放射性．原子序数小于等于83的元素，有的也具有放射性．4．放射性发现的意义放射性的发现揭示了原子核结构的复杂性．二、原子核的组成1．质子的发现：卢瑟福用α粒子轰击氮核获得了质子．2．中子的发现：卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了中子的存在．3．原子核的组成：由质子和中子组成，因此它们统称为核子．4．原子核的电荷数：等于原子核的质子数即原子的原子序数．质子数5．原子核的质量数：等于和中子数的总和．A6．原子核的符号：其中ZX，质量数X为元素符号，A为原子核的，Z为原子核的电荷数．三、放射线的本质1．射线种类α射线、β射线、γ射线．放射性物质发出的射线有三种：2．放射线的本质(1)α射线是高速运动的α粒子流，射出时的速度可达0.1c.(2)β射线是高速运动的(3)γ射线是波长很短的电子流，射出时速度可达0.99c.电磁波．四、原子核的衰变1．衰变一种元素经放射过程变成另一种元素的现象．2．衰变方程(1)αMM－44衰变的一般方程为ZX→Z－2Y＋2He，每发生一次α衰变，新元素与旧元素相比较，核电荷数减2，质量数减4.(2)βM0M衰变的一般方程为ZX→Z＋1Y＋－1e，每发生一次β衰变，新元素与旧元素相比较，核电荷数加1，质量数不变．3．γ射线γ射线是伴随α衰变、β衰变同时产生的，γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．五、半衰期1．定义：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间．2．
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示放射性元素衰变前的质量，m为经过时间t后剩余的放射性元素的质量．预习完成后，请把你疑惑的问题
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在下面的表格中问题1问题2问题3一、原子核的组成1．原子核的组成原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电．不同的原子核内质子和中子的个数并不相同．原子核的直径为10－15～10－14m.2．原子核的符号和数量关系A(1)符号：ZX.(2)基本关系：核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数．质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．【例1】已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226.试问：(1)镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带电量是多少？(3)若镭原子呈电中性，它核外有几个电子？228(4)88Ra226是镭的一种同位素，让88Ra228和88Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨迹半径之比是多少？
答案
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(1)88138(2)1.41×10－17C(3)88(4)113∶114解析因为原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的，原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和．由此可得：(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.(2)镭核所带电荷量Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C.故核外电子数为88.则核外电子数等于质子数，(3)镭原子呈电中性，(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故v有Bqv＝mr，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，r226226113＝.故＝r2282281142借题发挥对核子数、电荷数、质量数的理解(1)核子数：质子和中子的质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数．(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个数表示原子核的电量，叫做原子核的电荷数．(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质量数．针对训练1在α粒子轰击金箔的散射实验中，α粒子可以表示为442He，2He中的4和2分别表示()A．4为核子数，2为中子数B．4为质子数和中子数之和，2为质子数C．4为核外电子数，2为中子数D．4为中子数，2为质子数答案B解析4根据2He所表示的物理意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核4子数.2He符号的左下角表示的是质子数或相应中性原子核外电子42，2He数，即为正确．符号左上角表示的是核子数，即为4，故选项B二、三种射线的本质及特点1．α、β、γ三种射线的性质、特征比较种类组成带电荷量α射线β射线γ射线光子流(高频电磁波)0高速氦核流高速电子流2e－e4mp质量(mp＝1.67×10速率－27mp18360.99c较强能穿透几毫米的铝板较弱静止质量为零kg)c最强能穿透几厘米的铅板很弱0.1c最弱贯穿本领用一张纸就能挡住电离作用很强2.在电场、磁场中偏转情况的比较(1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转，如图1甲所示．图1(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示．【例2】一置于铅盒中的放射源发射出的α、β和γ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2所示，则图中的射线a为________射线，射线b为________射线．图2答案解析γβ在三种射线中，α射线带正电，穿透能力最弱，γ射线不带电，穿透能力最强；β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γ射线，b射线应为β射线．借题发挥(1)α射线是α、β、γ三种射线中贯穿本领最弱的一种，它穿不过白纸．(2)要知道三种射线的成分，贯穿本领和电离本领的强弱．(3)要知道α、β、γ三种射线的本质，α、β是实物粒子，γ射线是电磁波谱中的一员．针对训练2(多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是()A．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线B．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线D．β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子答案ACD解析由三种射线的本质和特点可知，α射线贯穿本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ射线是伴随α、β衰变而产生的一种电磁波，不会使原核变成新核，故B错；三种射线中α射线电离作用最强，故C正确；β粒子是电子，来源于原子核，故D正确．三、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：(1)原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.(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，这就是放射性元素发生的α衰变现象．3．β衰变：(1)原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1.(2)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011数，其转化方程为：0n→1H＋－1e.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衰变过程中伴随产生的，且γ射线是不带电的，因此γ射线并不影响原子核的核电荷数，不会改变元素在周期表中的位置．6．确定衰变次数的方法A设放射性元素ZX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的A′新元素Z′Y，则衰变方程为0AA′4ZX―→Z′Y＋n2He＋m－1e.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3】23892U206核经一系列的衰变后变为82Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？206(2)82Pb238与92U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238(1)设92U206衰变为82Pb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＋4x92＝82＋2x－y①②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衰变中子数少1，而质子数增加子数少22.02382064(3)核反应方程为92U→82Pb＋82He＋6－1e.2061，故82Pb238较92U质子数少10，中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323592U经过m次α衰变和n次β207衰变，变成82Pb，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＝207,92－2m＋n＝82，解得m＝7，n＝4，选项B正确．四、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，T1/2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．【例4】碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天．(1)碘131示)．(2)经过________天75%的碘131核发生了衰变．答案0131(1)54X＋－1e131核的衰变方程：53I―→________(衰变后的元素用X表(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0131131程：53I―→54X＋－1e.(2)每经1个半衰期，有半数原子核发生衰变，经2个半衰期将1剩余，即有75%发生衰变，即经过的时间为16天．4针对训练4氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤．它是世界卫生组织公布的主要环境致癌222218222物质之一．其衰变方程是86Rn→84Po＋______.已知86Rn的半衰期约为3.8天，则约经过_____天，16g答案42He222的86Rn衰变后还剩1g.15.2解析根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可得该反应4的另一种生成物为2He.t根据m余＝m原和＝4，T1/2解得t＝3.8×4天＝15.2天.
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