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高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第二节 放射性元素的衰变导学案
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这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第二节 放射性元素的衰变导学案，共10页。
2．掌握三种射线的本质，会用半衰期进行相关的计算与分析，培养提高思维能力．
3．体验科学家发现放射性的历程，与他人合作学会探究三种射线本质的方法，体验科学探究的成就感，体会半衰期的科学利用价值，提升科学实验的能力．
知识点一 放射性的发现
1．放射性：1896年，法国物理学家__________发现一种射线可使包在黑纸里的照相底片__________，这种物质放射出射线的性质叫作放射性．
2．放射性元素：具有__________的元素叫作放射性元素．
3．天然放射性元素：能__________放出射线的元素叫作天然放射性元素．
4．意义：放射性与元素存在的状态__________，说明原子核是有内部结构的．
原子序数大于83的所有元素都具有放射性，原子序数小于等于83的元素，有的也具有放射性．
知识点二 原子核衰变
1．三种射线：放射性元素放出的射线常见的有三种：α射线、__________和γ射线．
2．三种射线的实质
(1)α射线是高速运动的α粒子流，实际上就是氦原子核，电荷数是__________，质量数是__________，可达光速的十分之一，电离本领强，贯穿物体的本领__________．
(2)β射线是高速运动的__________，可达光速的99%，电离作用弱，贯穿本领__________．
(3)γ射线不带电，是频率很高的电磁波，电离作用最小，贯穿本领却__________．
3．原子核的衰变：把一种元素经放射过程变成另一种元素的现象，称为原子核的__________．
4．两种衰变形式
(1)α衰变：放出α粒子的衰变称为α衰变．
(2)β衰变：放出__________粒子的衰变称为β衰变．
γ射线是伴随α射线或β射线产生的．
知识点三 半衰期
1．半衰期：原子核数目因衰变减少到__________所经过的时间，叫作半衰期，记为T12．
2．衰变规律公式：m=__________，其中m0表示衰变前的质量，m表示经过t时间后剩余的放射性元素的质量．
3．放射性元素的半衰期，描述的是大量该元素衰变的__________．
4．放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态__________．
半衰期是统计规律，对少数原子核没有意义，只适用于大量的原子核．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)1896年，贝可勒尔发现了天然放射性．( )
(2)放射性元素发出的射线可以直接观察到．( )
(3)γ射线的电离能力最差，贯穿能力最强，故可利用其贯穿本领给金属探伤．( )
(4)原子所处的周围环境温度越高，衰变越快．( )
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
3．(2022·山东卷)碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病．碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的( )
A．116 B．18 C．14 D．12
你知道考古学家靠什么推断古化石的年代吗？
三种射线的本质特征
三种射线的比较如下表
【典例1】 (多选)将α、β、γ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( )
A B
C D
[思路点拨] (1)α粒子带正电、β粒子带负电，据洛伦兹力方向和电场力方向来判定．
(2)γ射线不带电，在磁场、电场中都不偏转．
[听课记录]
判断三种射线性质的方法
(1)射线的电性：α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α、β是实物粒子，而γ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α和β射线偏转方向，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线．
(3)射线的穿透能力：α粒子穿透能力较弱，β粒子穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离作用相反．
[跟进训练]
1．如图所示，放射性元素镭释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，其中________是α射线，__________是β射线，________是γ射线．
半衰期的理解与应用
1．常用公式：n＝N12tT12，m＝M12tT12．
式中N、M表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，n、m表示发生衰变后剩余的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，T12表示半衰期．
2．意义：表示放射性元素衰变的快慢．
3．规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，由元素的原子核内部因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关．
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．
5．规律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代．
【典例2】 恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”．
(1)48Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10-16 s.一定质量的48Be，经7.8×10-16 s后所剩48Be占开始时的________．
(2)压强变大，温度升高是否能加快48Be的衰变速度？
[思路点拨] (1)m＝m012tT12．
(2)半衰期由原子核本身决定，与压力、温度、化合物等无关．
[听课记录]
应用半衰期公式m＝M12tT12，n＝N12tT12的三点注意：
(1)半衰期公式只对大量原子核才适用，对少数原子核是不适用的．
(2)明确半衰期公式中m、M的含义及二者的关系，n、N的含义及二者的关系．
(3)明确发生衰变的原子核与新产生的原子核质量之间的比例关系，每衰变一个原子核，就会产生一个新核，它们之间的质量之比等于各自原子核的质量之比．
[跟进训练]
2．已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为( )
A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1
1．最早发现天然放射现象的科学家是( )
A．卢瑟福 B．贝克勒尔
C．爱因斯坦 D．查德威克
2．α、β和γ射线穿透物质的能力是不同的，为把辐射强度减到一半，所需铝板的厚度分别为0.000 5 cm、0.05 cm和8 cm，工业部门可以使用射线来测厚度．如图所示，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱．因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对钢板的厚度进行自动控制．如果钢板的厚度需要控制为5 cm，请推测测厚仪使用的射线是( )
A．α射线 B．β射线
C．γ射线 D．可见光
3．某一放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，如图所示，下列说法正确的是( )
A．射线1的电离作用在三种射线中最强
B．射线2贯穿本领最弱，用一张白纸就可以将它挡住
C．放出一个射线1的粒子后，形成的新核比原来的电荷数少1个
D．一个原子核放出一个射线3的粒子后，质子数和中子数都比原来少2个
4．放射性元素氡( 86222Rn)经α衰变成为钋(84218P)，半衰期约为3.8天，但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素 86222Rn的矿石，其原因可能是( )
A．目前地壳中的 86222Rn主要来自其他放射性元素的衰变
B．在地球形成的初期，地壳中元素 86222Rn的含量足够高
C．当衰变产物84218P积累到一定量以后，84218P的增加会减缓 86222Rn的衰变进程
D． 86222Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期
5．约里奥·居里夫妇因发现人工放射性同位素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素1530P衰变成1430Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________．1532P是1530P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术．1 mg 的1532P随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的1532P经________天的衰变后还剩0.25 mg．
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．什么是放射性元素？什么是天然放射性元素？
2．常见的有哪三种射线？主要有哪两种衰变方式？
3．什么是半衰期？写出其规律公式．
碳14测年技术
自然界中的碳主要是碳12，也有少量的碳14．宇宙射线进入地球大气层时，同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮引发核反应产生碳14，核反应方程为 714N＋01n―→ 614C＋11H．
碳14具有放射性，能够自发地进行β衰变而变成氮，核反应方程为 614C―→ 714N＋-10e．
碳14的半衰期T12为5 730年．碳14不断产生又不断衰变，达到动态平衡，因此，它在大气中的含量相当稳定，大约每1012个碳原子中有一个碳14．活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内碳14的比例与大气中的相同．植物枯死后，遗体内的碳14仍在衰变，不断减少，但是不能得到补充．因此，根据放射性强度减小的情况就可以推算植物死亡的时间．
例如，要推断一块古木的年代，可以从中取出一些样品，测量样品中的碳14含量．如果含量是现代植物的12，则说明这块古木的历史大概有碳14的一个半衰期T12，即5 730年．类似地，如果碳14含量是现代植物的14，则古木历史大概是2T12，即11 460年……
在经济建设中也会用到碳14测定年代的方法．例如，进行基本建设时，地质基础的力学性质是个重要指标．一般说来，地层形成年代越早，固结程度越高，抗冲击性和承压性越好．北京饭店新楼施工时，在地面以下13 m深的位置发现了两棵直径达1 m的榆树．用碳14测定，这两棵树距今29 285±1 350年．据此数据，建设部门认为这个地层已经足够古老，可以作为地基，于是停止下挖，这样就节约了资金．种类
α射线
β射线
γ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
2e
－e
0
质量
4mp
mp＝1.67×10-27 kg
mp1 836
静止质量为零
速度
0.1c
0.99c
c
在电场或磁场中
偏转
与α射线反向偏转
不偏转
贯穿本领
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．掌握三种射线的本质，会用半衰期进行相关的计算与分析，培养提高思维能力．
3．体验科学家发现放射性的历程，与他人合作学会探究三种射线本质的方法，体验科学探究的成就感，体会半衰期的科学利用价值，提升科学实验的能力．
知识点一 放射性的发现
1．放射性：1896年，法国物理学家__________发现一种射线可使包在黑纸里的照相底片__________，这种物质放射出射线的性质叫作放射性．
2．放射性元素：具有__________的元素叫作放射性元素．
3．天然放射性元素：能__________放出射线的元素叫作天然放射性元素．
4．意义：放射性与元素存在的状态__________，说明原子核是有内部结构的．
原子序数大于83的所有元素都具有放射性，原子序数小于等于83的元素，有的也具有放射性．
知识点二 原子核衰变
1．三种射线：放射性元素放出的射线常见的有三种：α射线、__________和γ射线．
2．三种射线的实质
(1)α射线是高速运动的α粒子流，实际上就是氦原子核，电荷数是__________，质量数是__________，可达光速的十分之一，电离本领强，贯穿物体的本领__________．
(2)β射线是高速运动的__________，可达光速的99%，电离作用弱，贯穿本领__________．
(3)γ射线不带电，是频率很高的电磁波，电离作用最小，贯穿本领却__________．
3．原子核的衰变：把一种元素经放射过程变成另一种元素的现象，称为原子核的__________．
4．两种衰变形式
(1)α衰变：放出α粒子的衰变称为α衰变．
(2)β衰变：放出__________粒子的衰变称为β衰变．
γ射线是伴随α射线或β射线产生的．
知识点三 半衰期
1．半衰期：原子核数目因衰变减少到__________所经过的时间，叫作半衰期，记为T12．
2．衰变规律公式：m=__________，其中m0表示衰变前的质量，m表示经过t时间后剩余的放射性元素的质量．
3．放射性元素的半衰期，描述的是大量该元素衰变的__________．
4．放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态__________．
半衰期是统计规律，对少数原子核没有意义，只适用于大量的原子核．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)1896年，贝可勒尔发现了天然放射性．( )
(2)放射性元素发出的射线可以直接观察到．( )
(3)γ射线的电离能力最差，贯穿能力最强，故可利用其贯穿本领给金属探伤．( )
(4)原子所处的周围环境温度越高，衰变越快．( )
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
3．(2022·山东卷)碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病．碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的( )
A．116 B．18 C．14 D．12
你知道考古学家靠什么推断古化石的年代吗？
三种射线的本质特征
三种射线的比较如下表
【典例1】 (多选)将α、β、γ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( )
A B
C D
[思路点拨] (1)α粒子带正电、β粒子带负电，据洛伦兹力方向和电场力方向来判定．
(2)γ射线不带电，在磁场、电场中都不偏转．
[听课记录]
判断三种射线性质的方法
(1)射线的电性：α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α、β是实物粒子，而γ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α和β射线偏转方向，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线．
(3)射线的穿透能力：α粒子穿透能力较弱，β粒子穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离作用相反．
[跟进训练]
1．如图所示，放射性元素镭释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，其中________是α射线，__________是β射线，________是γ射线．
半衰期的理解与应用
1．常用公式：n＝N12tT12，m＝M12tT12．
式中N、M表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，n、m表示发生衰变后剩余的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，T12表示半衰期．
2．意义：表示放射性元素衰变的快慢．
3．规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，由元素的原子核内部因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关．
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．
5．规律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代．
【典例2】 恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”．
(1)48Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10-16 s.一定质量的48Be，经7.8×10-16 s后所剩48Be占开始时的________．
(2)压强变大，温度升高是否能加快48Be的衰变速度？
[思路点拨] (1)m＝m012tT12．
(2)半衰期由原子核本身决定，与压力、温度、化合物等无关．
[听课记录]
应用半衰期公式m＝M12tT12，n＝N12tT12的三点注意：
(1)半衰期公式只对大量原子核才适用，对少数原子核是不适用的．
(2)明确半衰期公式中m、M的含义及二者的关系，n、N的含义及二者的关系．
(3)明确发生衰变的原子核与新产生的原子核质量之间的比例关系，每衰变一个原子核，就会产生一个新核，它们之间的质量之比等于各自原子核的质量之比．
[跟进训练]
2．已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为( )
A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1
1．最早发现天然放射现象的科学家是( )
A．卢瑟福 B．贝克勒尔
C．爱因斯坦 D．查德威克
2．α、β和γ射线穿透物质的能力是不同的，为把辐射强度减到一半，所需铝板的厚度分别为0.000 5 cm、0.05 cm和8 cm，工业部门可以使用射线来测厚度．如图所示，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱．因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对钢板的厚度进行自动控制．如果钢板的厚度需要控制为5 cm，请推测测厚仪使用的射线是( )
A．α射线 B．β射线
C．γ射线 D．可见光
3．某一放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，如图所示，下列说法正确的是( )
A．射线1的电离作用在三种射线中最强
B．射线2贯穿本领最弱，用一张白纸就可以将它挡住
C．放出一个射线1的粒子后，形成的新核比原来的电荷数少1个
D．一个原子核放出一个射线3的粒子后，质子数和中子数都比原来少2个
4．放射性元素氡( 86222Rn)经α衰变成为钋(84218P)，半衰期约为3.8天，但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素 86222Rn的矿石，其原因可能是( )
A．目前地壳中的 86222Rn主要来自其他放射性元素的衰变
B．在地球形成的初期，地壳中元素 86222Rn的含量足够高
C．当衰变产物84218P积累到一定量以后，84218P的增加会减缓 86222Rn的衰变进程
D． 86222Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期
5．约里奥·居里夫妇因发现人工放射性同位素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素1530P衰变成1430Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________．1532P是1530P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术．1 mg 的1532P随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的1532P经________天的衰变后还剩0.25 mg．
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．什么是放射性元素？什么是天然放射性元素？
2．常见的有哪三种射线？主要有哪两种衰变方式？
3．什么是半衰期？写出其规律公式．
碳14测年技术
自然界中的碳主要是碳12，也有少量的碳14．宇宙射线进入地球大气层时，同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮引发核反应产生碳14，核反应方程为 714N＋01n―→ 614C＋11H．
碳14具有放射性，能够自发地进行β衰变而变成氮，核反应方程为 614C―→ 714N＋-10e．
碳14的半衰期T12为5 730年．碳14不断产生又不断衰变，达到动态平衡，因此，它在大气中的含量相当稳定，大约每1012个碳原子中有一个碳14．活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内碳14的比例与大气中的相同．植物枯死后，遗体内的碳14仍在衰变，不断减少，但是不能得到补充．因此，根据放射性强度减小的情况就可以推算植物死亡的时间．
例如，要推断一块古木的年代，可以从中取出一些样品，测量样品中的碳14含量．如果含量是现代植物的12，则说明这块古木的历史大概有碳14的一个半衰期T12，即5 730年．类似地，如果碳14含量是现代植物的14，则古木历史大概是2T12，即11 460年……
在经济建设中也会用到碳14测定年代的方法．例如，进行基本建设时，地质基础的力学性质是个重要指标．一般说来，地层形成年代越早，固结程度越高，抗冲击性和承压性越好．北京饭店新楼施工时，在地面以下13 m深的位置发现了两棵直径达1 m的榆树．用碳14测定，这两棵树距今29 285±1 350年．据此数据，建设部门认为这个地层已经足够古老，可以作为地基，于是停止下挖，这样就节约了资金．种类
α射线
β射线
γ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
2e
－e
0
质量
4mp
mp＝1.67×10-27 kg
mp1 836
静止质量为零
速度
0.1c
0.99c
c
在电场或磁场中
偏转
与α射线反向偏转
不偏转
贯穿本领
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
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