第2節(jié) 放射性元素的衰變

第2節(jié)放射性元素的衰變核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)知道天然放射現(xiàn)象，了解放射性衰變。(2)了解三種射線的性質(zhì)。(3)知道放射性同位素及其應(yīng)用。(4)知道半衰期及其統(tǒng)計(jì)規(guī)律。科學(xué)思維根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒寫出反應(yīng)方程?？茖W(xué)探究利用14C的半衰期估算植物的年齡?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任了解放射性技術(shù)在生活、科技領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)對發(fā)展科學(xué)技術(shù)的熱愛。一、天然放射性1．放射性的發(fā)現(xiàn)(1)1896年，物理學(xué)家亨利·貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾化合物能夠發(fā)出看不見的______，它能穿透黑紙使照相底片感光。(2)物理學(xué)家居里夫人和她的丈夫皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)放射性更強(qiáng)的新元素，分別命名為釙(Po)、_______。射線鐳(Ra)2．放射性(1)定義：物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)。(2)放射性元素：具有______性的元素，原子序數(shù)大于或等于83的元素，都能自發(fā)地放出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也能放出射線。3．天然放射現(xiàn)象：放射性元素________發(fā)出射線的現(xiàn)象。放射自發(fā)地二、射線的性質(zhì)1．三種射線：在射線經(jīng)過的空間施加磁場，射線分成三束，其中兩束在磁場中向不同的方向偏轉(zhuǎn)，說明這兩束是______粒子流；另一束在磁場中_______，說明它不帶電，這三束射線分別叫作α射線、β射線和γ射線。帶電不偏轉(zhuǎn)電離穿透3．β射線是高速_________，速度可以接近光速，它的穿透能力較強(qiáng)，______作用較弱，很容易穿透黑紙，不能穿透幾毫米厚的鋁片。4．γ射線是能量很高的________，波長很短，在10－10m以下，它的電離作用更弱，但______能力極強(qiáng)，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土。電子流電離電磁波穿透三、人工放射性同位素1．放射性同位素：具有________的同位素。2．人工放射性同位素(2)優(yōu)點(diǎn)：容易控制，__________短。放射性核反應(yīng)半衰期四、衰變1．放射性衰變：放射性元素是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地蛻變?yōu)榱硪环N元素，同時(shí)放出射線。2．α衰變(1)定義：放出________的衰變過程。α粒子3．β衰變(1)定義：放出________的衰變過程。4．衰變規(guī)律：________守恒，________守恒。5．γ射線的產(chǎn)生：放射性元素的原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時(shí)產(chǎn)生的新核處于高能級，向低能級躍遷時(shí)放出γ光子。β粒子質(zhì)子電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)五、半衰期1．定義：放射性元素的原子核由于衰變而數(shù)目減少至原來______所需的時(shí)間。2．決定因素不同的放射性元素，半衰期______。放射性元素衰變的快慢是由___________的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件_____關(guān)系。一半不同核內(nèi)部自身沒有1．1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，如圖所示。(1)貝克勒爾是根據(jù)什么發(fā)現(xiàn)的天然放射現(xiàn)象？(2)貝克勒爾以后又是誰發(fā)現(xiàn)了兩種更強(qiáng)的放射性元素？提示：(1)貝克勒爾是根據(jù)鈾和含鈾的礦物質(zhì)能使用黑紙包住的照相底片感光，發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象。(2)后來居里夫人和她丈夫皮埃爾·居里發(fā)現(xiàn)了釙、鐳兩種放射性元素。2．β射線的本質(zhì)是高速電子流，示波器中的陰極射線的本質(zhì)也是高速電子流，這兩種射線的來源相同嗎？提示：不同。陰極射線的電子來源于核外電子，β射線的電子來源于原子核。3．如圖為α衰變、β衰變示意圖。

(1)當(dāng)原子核發(fā)生α衰變時(shí)，原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)如何變化？為什么？提示：α衰變時(shí)，原子核內(nèi)兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子拋射出來，則核內(nèi)的中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)都減少2個(gè)。(2)當(dāng)發(fā)生β衰變時(shí)，新核的核電荷數(shù)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？提示：β衰變時(shí)，核內(nèi)的一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子留在核內(nèi)，同時(shí)放出一個(gè)電子。則核電荷數(shù)增加1，新核在元素周期表中的位置后移一位。4.活的動植物從空氣中吸收一定比例的碳14，碳14是有放射性的，半衰期是5730年。動植物死后，不能再吸收空氣中的碳14，于是動植物體中的碳14將由于衰變而逐漸減少。用碳14測年法直接測量被鑒定樣品中碳14的含量來斷定文物樣品的年代，誤差僅為數(shù)十年，測量精度非常高。請對以下說法作出判斷：(1)半衰期就是放射性元素全部衰變所用時(shí)間的一半。

()(2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

()(3)對放射性元素加熱時(shí)，其半衰期縮短。

()×√×新知學(xué)習(xí)(一)|對三種射線的理解[任務(wù)驅(qū)動]如圖為三種射線在磁場中的運(yùn)動軌跡示意圖。(1)α射線向左偏轉(zhuǎn)，β射線向右偏轉(zhuǎn)，γ射線不偏轉(zhuǎn)說明了什么？提示：說明α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，γ射線不帶電。(2)α粒子的速度約為β粒子速度的十分之一，但α射線的偏轉(zhuǎn)半徑大于β射線的偏轉(zhuǎn)半徑說明什么問題？提示：說明α射線比荷小于β射線的比荷。[重點(diǎn)釋解]1．三種射線的比較種類α射線β射線γ射線在電場或磁場中偏轉(zhuǎn)與α射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱，用紙能擋住較強(qiáng)，能穿透紙最強(qiáng)，能穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱在空氣中的徑跡粗、短、直細(xì)、較長、曲折最長通過膠片感光感光感光2.三種射線在電場、磁場中偏轉(zhuǎn)情況的比較(1)在勻強(qiáng)磁場中，α射線偏轉(zhuǎn)半徑較大，β射線偏轉(zhuǎn)半徑較小，γ射線不偏轉(zhuǎn)，如圖甲所示。(2)在勻強(qiáng)電場中，α射線偏離較小，β射線偏離較大，γ射線不偏離，如圖乙所示。[典例體驗(yàn)][典例]

(多選)將α、β和γ三種射線分別垂直射入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，假設(shè)α粒子與β粒子速度相同，則下列表示射線偏轉(zhuǎn)情況的圖像中正確的是(

)/方法技巧/三種射線的比較方法(1)知道三種射線帶電的性質(zhì)，α射線帶正電、β射線帶負(fù)電、γ射線不帶電。α、β是實(shí)物粒子，而γ射線是光子流，屬電磁波的一種。(2)在電場或磁場中，通過其受力及運(yùn)動軌跡半徑的大小來判斷α和β射線偏轉(zhuǎn)方向，由于γ射線不帶電，故運(yùn)動軌跡仍為直線。(3)α粒子穿透能力較弱，β粒子穿透能力較強(qiáng)，γ射線穿透能力最強(qiáng)，而電離作用相反。[針對訓(xùn)練]1．如圖所示，x為未知的放射源，L為薄鋁片，若在放射源和計(jì)數(shù)器之間加上L后，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率大幅度減小，在L和計(jì)數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率不變，則x可能是

(

)A．α和β的混合放射源 B．純α放射源C．α和γ的混合放射源 D．純γ放射源解析：在放射源和計(jì)數(shù)器之間加上L后，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率大幅度減小，說明射線中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在鋁片和計(jì)數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率不變，說明穿過鋁片的粒子中無帶電粒子，故只有γ射線。因此放射源可能是α和γ的混合放射源，C正確。答案：C

2．α、β和γ射線穿透物質(zhì)的能力是不同的，為把輻射強(qiáng)度減到一半，所需鋁板的厚度分別為0.0005cm、0.05cm和8cm。工業(yè)部門可以使用射線來測厚度。如圖所示，軋鋼廠的熱軋機(jī)上可以安裝射線測厚儀，儀器探測到的射線強(qiáng)度與鋼板的厚度有關(guān)，軋出的鋼板越厚，透過的射線越弱。因此，將射線測厚儀接收到的信號輸入計(jì)算機(jī)，就可以對鋼板的厚度進(jìn)行自動控制。如果鋼板的厚度需要控制為5cm，請推測測厚儀使用的射線是

(

)A．α射線 B．β射線C．γ射線 D．可見光解析：根據(jù)α、β、γ三種射線特點(diǎn)可知，γ射線穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱，α射線電離能力最強(qiáng)，穿透能力最弱，鋼板厚度控制為5cm，則α、β射線均不能穿透，而γ射線可以穿透，為了能夠準(zhǔn)確測量鋼板的厚度，探測射線應(yīng)該用γ射線；隨著軋出的鋼板越厚，透過的射線越弱，而軋出的鋼板越薄，透過的射線越強(qiáng)，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。答案：C

/方法技巧/衰變次數(shù)的判斷技巧(1)衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。(2)每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均減少2。(3)每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1，質(zhì)子數(shù)增加1。[針對訓(xùn)練]1．

(多選)原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能自發(fā)地放出射線。這些射線共有三種：α射線、β射線和γ射線。下列說法中正確的是

(

)A．原子核每放出一個(gè)α粒子，原子序數(shù)減少2B．原子核每放出一個(gè)α粒子，原子序數(shù)增加4C．原子核每放出一個(gè)β粒子，原子序數(shù)減少1D．原子核每放出一個(gè)β粒子，原子序數(shù)增加1解析：發(fā)生一次α衰變，核電荷數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4，原子序數(shù)減少2；發(fā)生一次β衰變，核電荷數(shù)、原子序數(shù)增加1。答案：AD

2．如圖，一個(gè)原子核X經(jīng)圖中所示的一系列α、β衰變后，生成穩(wěn)定的原子核Y，在此過程中放射出電子的總個(gè)數(shù)為

(

)A．6

B．8C．10 D．14解析：X的中子數(shù)為146，質(zhì)子數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為146＋92＝238，Y的中子數(shù)為124，質(zhì)子數(shù)為82，質(zhì)量數(shù)為124＋82＝206，質(zhì)量數(shù)減少238－206＝32，發(fā)生α衰變的次數(shù)為32÷4＝8，發(fā)生β衰變的次數(shù)為82－(92－2×8)＝6，即在此過程中放射出電子的總個(gè)數(shù)為6，A正確。答案：A

新知學(xué)習(xí)(三)|半衰期及其應(yīng)用[任務(wù)驅(qū)動]晉朝初年，南昌人許遜被朝廷任命為旌陽縣令，他看到很多老百姓的租稅交不了，非常同情他們，用點(diǎn)石成金的法術(shù)，免去百姓的租稅。許遜真的能把石頭點(diǎn)成金子嗎？提示：不能，衰變需要一定時(shí)間。

4．適用條件：半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對于一個(gè)特定的原子核，無法確定其何時(shí)發(fā)生衰變，半衰期只適用于大量的原子核。5．規(guī)律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估測巖石、化石和文物的年代。[針對訓(xùn)練]1．2023年8月24日，日本政府不顧國際社會反對，正式啟動核污水排海。核廢料具有很強(qiáng)的放射性，需要妥善處理。下列說法正確的是

(

)A．放射性元素經(jīng)過兩個(gè)完整的半衰期后，將完全衰變殆盡B．原子核衰變時(shí)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒C．改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半衰期D．過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強(qiáng)度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害答案：D

答案：B

一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

科學(xué)思維——放射源的選用1．(選自粵教版新教材課后練習(xí))用于治療腫瘤的放射源必須滿足以下兩個(gè)條件：①放射線具有較強(qiáng)的穿透力，以輻射到體內(nèi)的腫瘤處；②要在較長時(shí)間內(nèi)具有相對穩(wěn)定的輻射強(qiáng)度。根據(jù)以上條件，下表中給出的四種放射性元素，適合用于治療腫瘤的是

(

)同位素輻射線半衰期釙210α138天锝99γ6小時(shí)鈷60γ5年鍶90β28年A.釙210

B．锝99C．鈷60 D．鍶90解析：由放射源放出的放射線具有較強(qiáng)的穿透力可知，選項(xiàng)A、D均錯(cuò)誤；由放射源要在較長時(shí)間內(nèi)具有相對穩(wěn)定的輻射強(qiáng)度可知，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確。答案：C

二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)，部分藥物在體內(nèi)的代謝也有與原子核衰變相似的規(guī)律。藥物的血漿半衰期是指藥物在血漿中的濃度下降一半所需的時(shí)間。某種藥物的血漿半衰期為2小時(shí)，一次合理劑量的用藥