第二課時 天然放射現(xiàn)象 衰變
【要求】
1．了解天然放射現(xiàn)象，知道三種射線的本質(zhì)和特性，掌握核衰變的特點和規(guī)律；
2．知道原子核人工轉(zhuǎn)變的原理，了解質(zhì)子、中子和放射性同位素的發(fā)現(xiàn)過程。
【知識再現(xiàn)】
一、天然放射現(xiàn)象
1．天然放射現(xiàn)象：某些元素能自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象。這些元素稱為放射性元素。
2．種類和性質(zhì)
α射線——高速的α粒子流，α粒子是氦原子核，速度約為光速1/10，貫穿能力最弱，電離能力最強(qiáng)。
β射線——高速的電子流，β粒子是速度接近光速的負(fù)電子，貫穿能力稍強(qiáng)，電離能力稍弱。
γ射線——能量很高的電磁波，γ粒子是波長極短的光子, 貫穿能力最強(qiáng),電離能力最弱。
二、原子核的衰變
1．衰變：原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓��?br>2．衰變規(guī)律：α衰變 X→ Y+ He ；
β衰變 X→ Y+ e
3．α衰變的實質(zhì)：某元素的原子核同時發(fā)出由兩個質(zhì)子和兩個中子組成的粒子（即氦核） 2 H+2 n→ He
β衰變的實質(zhì)：某元素的原子核內(nèi)的一個中子變成質(zhì)子發(fā)射出一個電子。即 n → H+ e+ （ 為反中微子）
4．γ射線：總是伴隨α衰變或β衰變產(chǎn)生的，不能單獨放出γ射線．γ射線不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)．實質(zhì)是元素在發(fā)生α衰變或β衰變時產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量（核處于激發(fā)態(tài)），向低能級躍遷而輻射出光子．
三、半衰期
1．放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間。它是大量原子核衰變的統(tǒng)計結(jié)果，不是一個原子發(fā)生衰變所需經(jīng)歷的時間。
2．決定因素：由原子核內(nèi)部的因素決定，與原子所處的物理狀態(tài)（如壓強(qiáng)、溫度等）或化學(xué)狀態(tài)（如單質(zhì)或化合物）無關(guān)．
四、原子核的人工轉(zhuǎn)變
1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)： N+ He→ O+ H
2．中子的發(fā)現(xiàn)： Be+ He→ C+ n
3．放射性同位素和正電子的發(fā)現(xiàn)：
Al+ He→ P+ n P→ Si+ e
4．放射性同位素的應(yīng)用
（1）利用它的射線；
（2）做示蹤原子。
知識點一三種射線的特性
人們通過對天然放射現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了原子序數(shù)大于83的所有天然存在的元素，都有放射性。原子序數(shù)小于83的天然存在的元素，有的也有放射性。放射出來的射線共有三種：α射線、β射線和γ射線。三種射線的本質(zhì)和特性對比如下：
【應(yīng)用1】如圖 ，放射源放在鉛塊上的細(xì)孔中，鉛塊上方有勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于紙面向外。已知放射源放出的射線有α、β、γ三種。下列判斷正確的是（ ）
A．甲是α射線，乙是γ射線，丙是β射線　
B．甲是β射線，乙是γ射線，丙是α射線
C．甲是γ射線，乙是α射線，丙是β射線
D. 甲是α射線，乙是β射線，丙是γ射線
導(dǎo)示: 天然放射現(xiàn)象發(fā)出的射線有三種：α射線、β射線和γ射線。他們分別帶正電、負(fù)電、不帶電。再結(jié)合左手定則，可知：甲是β射線，乙是γ射線，丙是α射線。故答案應(yīng)選B。
知識點二半衰期的理解
放射性元素經(jīng)n個半衰期未發(fā)生衰變的原子核數(shù)N和原有原子核數(shù)N0間關(guān)系為：N＝N0（1/2）n，對應(yīng)的質(zhì)量關(guān)系為：m=m0（1/2）n
【應(yīng)用2】14C是一種半衰期為5730年的放射性同位素。若考古工作者探測到某古木中14C的含量為原來的1/4，則該古樹死亡時間距今大約（ ）
A．22920年 B．11460
C．5730年 D．2865年
導(dǎo)示:生物體內(nèi)的14C在正常生活狀況下應(yīng)與大氣中14C含量保持一致。但當(dāng)生物死亡后，新陳代謝停止，體內(nèi)14C不再更新，加之14C由于不斷地衰變其含量逐漸減少，據(jù)半衰期含義可推知：該生物化石已經(jīng)歷了2個半衰期，從而可知該生物死后至今經(jīng)歷了大約5730×2=11460年。
故答案應(yīng)選B。
對半衰期兩種典型錯誤的認(rèn)識：
1、N0個某種放射性元素的核，經(jīng)過一個半衰期T，衰變一半，再經(jīng)過一個半衰期T，全部衰變了；2、8個某種放射性元素核，經(jīng)過一個半衰期T，衰變了4個，再經(jīng)過一個半衰期T，又衰變了2個．事實上，半衰期是對大量放射性原子核的一個統(tǒng)計規(guī)律，而對于少量的核，并不適用。
類型一衰變次數(shù)的計算
【例1】（2007年上海卷） 衰變?yōu)?要經(jīng)過m次a衰變和n次b衰變，則m，n分別為（ ）
A．2，4 B．4，2
C．4，6 D．16，6
導(dǎo)示:假設(shè) 變?yōu)?的過程中，發(fā)生了m次α衰變和n次β衰變．則其核反應(yīng)方程為
根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒列出方程
92=82+2m-n 238=222+4m
以上兩式聯(lián)立解得：m=4， n=2
故應(yīng)選B
求解衰變次數(shù)的方法除了上述解法之外，還可以利用兩種衰變的特點來求解．每發(fā)生一次β衰變原子核的質(zhì)量數(shù)不變．而每發(fā)生一次α衰變質(zhì)量數(shù)減少4．因由 變成 質(zhì)量數(shù)減少16，所以可以確定α衰變次數(shù)，然后再利用電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù)。
類型二磁場中的衰變問題
粒子的衰變問題經(jīng)常與磁場結(jié)合出現(xiàn)。
【例2】（07屆南京市第一次調(diào)研測試）在勻強(qiáng)磁場中有一個靜止的氡原子核 （ ），由于衰變它放出一個粒子，此粒子的徑跡與反沖核的徑跡是兩個相互外切的圓，大圓與小圓的直徑之比為42∶1，如圖所示。那么氡核的衰變方程應(yīng)是下列方程的哪一個（ ）
A． B．
C． D．
導(dǎo)示:根據(jù)左手定則，如果是α衰變，α粒子與新核均帶正電，而運動方向相反，則軌跡圓應(yīng)外切。如果是β粒子，則應(yīng)該內(nèi)切。放射性元素的衰變過程中動量守恒．根據(jù)動量守恒定律可得mv1+mv2=0．所以產(chǎn)生的新核與衰變粒子(α粒子或β粒子)的動量大小相等方向相反；帶電粒子在磁場中運動時由洛倫茲力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律有 ．可見放射性元素衰變時，產(chǎn)生的新核和放出的粒子在同一磁場中做圓周運動的半徑與電荷量成反比。故選B。
衰變原子核是在勻強(qiáng)磁場中衰變且衰變方向與磁場垂直，其運動軌跡圓的特點：
α衰變：外切，轉(zhuǎn)向相同
β衰變：內(nèi)切，轉(zhuǎn)向相反
注意：當(dāng)衰變原子核靜止時，由 知，半徑之比等于電量的反比。
1．（2007年上海卷）一置于鉛盒中的放射源發(fā)射的a、b和g射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔后，鋁箔后的空間有一勻強(qiáng)電場。進(jìn)入電場后，射線變?yōu)閍、b兩束，射線a沿原來方向行進(jìn)，射線b發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，如圖所示，則圖中的射線a為_______射線，射線b為______射線。
2．鈾裂變的產(chǎn)物之一氪90（ Kr）是不穩(wěn)定的，它經(jīng)過一系列衰變最終成為穩(wěn)定的鋯90（ Zr），這些衰變是（ ）
A．1次α衰變，6次β衰變 B．4 次β衰變
C．2次α衰變 D．2次α衰變，2次β衰變
3．下列說法正確的是（ ）
A．α射線與γ射線都是電磁波
B．β射線為原子的核外電子電離后形成的電子流
C．用加溫、加壓或改變其化學(xué)狀態(tài)的方法都不能改變原子核衰變的半衰期
D．原子核經(jīng)過衰變生成新核，則新核的質(zhì)量總等于原核的質(zhì)量
4．（2007年廣東卷）⑴放射性物質(zhì) 和 的核衰變方程為：
方程中的X1代表的是______________，X2代表的是______________。
⑵如圖所示，鉛盒內(nèi)裝有能釋放α、β和γ射線的放射性物質(zhì)，在靠近鉛盒的頂部加上電場E或磁場B，在圖（a）、（b）中分別畫出射線運動軌跡的示意圖。（在所畫的軌跡上須標(biāo)明是α、β和γ中的哪種射線）
答案：1．g、b；2．B；3．C；
4．（1）X1代表的是 （或α），X2代表的是 （或β）、（2）如圖所示


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