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2放射性衰变一、天然放射性一、天然放射性1.1.定义定义: :物质能物质能_放出射线的现象。放出射线的现象。2.2.放射性放射性: :物质放出物质放出_的性质。的性质。3.3.放射性元素放射性元素: :具有具有_的元素。的元素。4.4.人们发现比铋人们发现比铋( (原子序数为原子序数为_)_)重的元素都是具重的元素都是具有有_的。的。自发地自发地射线射线放射性放射性4.834.83放射性放射性【想一想想一想】天然放射现象说明了什么天然放射现象说明了什么? ?提示提示: :说明一些原子核是不稳定的说明一些原子核是不稳定的, ,同时也说明原子核同时也说明原子核具有复杂的结构。具有复杂的结构。二、衰变二、衰变1.1.放射性衰变放射性衰变: :放射性元素放射性元素是是_的的, ,它们会自发它们会自发地蜕变为另一种元素地蜕变为另一种元素, ,同时放出射线的现象。同时放出射线的现象。2.2.衰变形式衰变形式: :常见的衰变有两种常见的衰变有两种, ,放出放出粒子的衰变粒子的衰变为为_,_,放出放出粒子的衰变叫粒子的衰变叫_,_,而而_是伴随是伴随射线或射线或射线产生的。射线产生的。不稳定不稳定衰变衰变衰变衰变射线射线3.3.放射线的本质放射线的本质: :射线射线种类种类组成组成速度速度贯穿本领贯穿本领电离电离作用作用射射线线氦原子核氦原子核_ 很小很小, ,一张薄纸一张薄纸就能挡住就能挡住_射射线线高速电子流高速电子流_ 0.9c0.9c较大较大, ,能穿过几能穿过几毫米厚的铝板毫米厚的铝板较弱较弱射射线线波长很短的波长很短的_等于等于c c_,_,能穿过几能穿过几厘米厚的厘米厚的_很小很小42He01e1c10约很强很强电磁波电磁波最大最大铅板铅板4.4.衰变规律衰变规律: :(1)(1)衰变衰变: :(2)(2)衰变衰变: :在衰变过程中在衰变过程中, ,电荷数和电荷数和质量数质量数_。A4Z2XHe_A 4Z 2YA0Z1Xe_ AZ 1Y都守恒都守恒【判一判判一判】(1)(1)放射性原子核发生一次放射性原子核发生一次衰变衰变, ,质子数增质子数增加加1 1。( () )(2)(2)一次衰变可以同时产生一次衰变可以同时产生射线和射线和射线。射线。( () )(3)(3)衰变产生的三种射线都是从原子核释放出来衰变产生的三种射线都是从原子核释放出来的。的。( () )提示提示: :(1)(1)因为因为射线是高速电子流射线是高速电子流, ,衰变时电荷数守恒衰变时电荷数守恒, ,故质子数增加故质子数增加1,(1)1,(1)正确。正确。(2)(2)一次衰变只能产生一次衰变只能产生射线和射线和射线中的一种射线中的一种,(2),(2)错。错。(3)(3)衰变是发生在原子核内的现象衰变是发生在原子核内的现象,(3),(3)正确。正确。三、半衰期三、半衰期1.1.定义定义: :放射性元素衰变放射性元素衰变减少至减少至_所需所需的时间。的时间。2.2.影响因素影响因素: :元素半衰期的长短由原子核元素半衰期的长短由原子核_因素决定因素决定, ,跟原子跟原子所处的物理状态所处的物理状态( (如温度、压强如温度、压强) )或化学状态或化学状态( (如单如单质、化合物质、化合物)_)_。原有数目一半原有数目一半自身自身无关无关【想一想想一想】半衰期是指一个放射性原子核衰变到稳定半衰期是指一个放射性原子核衰变到稳定核所经历的时间吗核所经历的时间吗? ?提示提示: :半衰期是一个统计概念半衰期是一个统计概念, ,是对大量原子核衰变规是对大量原子核衰变规律的总结律的总结, ,对于单个原子核对于单个原子核, ,半衰期是没有意义的。半衰期是没有意义的。知识点一、对三种射线的认识知识点一、对三种射线的认识思考探究思考探究: :放射性元素放出的射线放射性元素放出的射线, ,在电场中分成在电场中分成a a、b b、c c三束三束, ,如如图所示。图所示。根据以上信息根据以上信息, ,思考以下问题思考以下问题: :(1)a(1)a、b b、c c三种射线分别带何种电荷三种射线分别带何种电荷? ?(2)(2)如果不用电场如果不用电场, ,还可以用什么方法判断三种射线的还可以用什么方法判断三种射线的带电性质带电性质? ?【归纳总结归纳总结】1.1.衰变方程通式衰变方程通式: :衰变衰变: :衰变衰变: :AA 44ZZ 22XYHeAA0ZZ 11XYe2.2.实验发现实验发现: :元素具有放射性是由原子核本身的因素决元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的定的, ,跟原子所处的物理或化学状态无关。不管该元素跟原子所处的物理或化学状态无关。不管该元素是以单质的形式存在是以单质的形式存在, ,还是和其他元素形成化合物还是和其他元素形成化合物, ,或或者对它施加压力者对它施加压力, ,或者升高它的温度或者升高它的温度, ,它都具有放射性。它都具有放射性。3.3.三种射线都是高速运动的粒子三种射线都是高速运动的粒子, ,能量很高能量很高, ,都来自于都来自于原子核内部原子核内部, ,这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能能, ,原子核内也有极其复杂的结构。原子核内也有极其复杂的结构。【特别提醒特别提醒】元素的放射性是由元素的原子核决定的。射线是从元元素的放射性是由元素的原子核决定的。射线是从元素的原子核中放出的素的原子核中放出的, ,如如射线中的电子不是原子核外射线中的电子不是原子核外面的电子跃迁出来形成的。放射现象说明了原子核是面的电子跃迁出来形成的。放射现象说明了原子核是具有结构的。具有结构的。【典例探究典例探究】【典例典例】关于天然放射现象关于天然放射现象, ,下列说法正确的下列说法正确的是是( () )A.A.射线是由氦原子核衰变产生射线是由氦原子核衰变产生B.B.射线是由原子核外电子电离产生射线是由原子核外电子电离产生C.C.射线是由原子核外的内层电子跃迁产生射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D.D.通过化学反应不能改变物质的放射性通过化学反应不能改变物质的放射性【思路点拨思路点拨】解答本题首先要明确天然放射现象中三解答本题首先要明确天然放射现象中三种射线的产生机理种射线的产生机理, ,另外还要知道影响天然放射现象的另外还要知道影响天然放射现象的因素。因素。【正确解答正确解答】选选D D。射线是在射线是在衰变中产生的衰变中产生的, ,本质本质是氦核是氦核,A,A错误错误;射线是在射线是在衰变中产生的衰变中产生的, ,本质是高本质是高速电子流速电子流,B,B错误错误;射线是发生射线是发生衰变和衰变和衰变时原子衰变时原子核发生能级跃迁而产生的电磁波核发生能级跃迁而产生的电磁波,C,C错误错误; ;物质的放射性物质的放射性由原子核内部自身的因素决定由原子核内部自身的因素决定, ,与原子所处的化学状态与原子所处的化学状态和外部条件无关和外部条件无关,D,D正确。正确。【总结提升总结提升】放射性问题的解题方法放射性问题的解题方法1.1.明确原子核衰变的三种射线实质明确原子核衰变的三种射线实质: :射线是氦核射线是氦核,射线是电子流。射线是电子流。射线是不带电的电磁波射线是不带电的电磁波, ,穿透能力依次增强。穿透能力依次增强。2.2.出现天然放射现象的原因出现天然放射现象的原因: :(1)(1)、射线均是从原子核中放出的带电粒子。射线均是从原子核中放出的带电粒子。(2)(2)射线是处于激发态的原子核放出的高频电磁波。射线是处于激发态的原子核放出的高频电磁波。(3)(3)元素的放射性由元素的原子核决定元素的放射性由元素的原子核决定, ,与外界因素及与外界因素及物质所处的状态无关。物质所处的状态无关。【过关训练过关训练】1. 1. 经过经过m m次次衰变和衰变和n n次次衰变衰变, ,变成变成 则则( () )A.m=7,n=3A.m=7,n=3 B.m=7,n=4B.m=7,n=4C.m=14,n=9C.m=14,n=9D.m=14,n=18D.m=14,n=18【解析解析】选选B B。根据题意有。根据题意有:235-4m=207,92-2m+n=82,:235-4m=207,92-2m+n=82,解两式得解两式得m=7,n=4,m=7,n=4,选项选项B B正确。正确。23592U20782Pb，2.2.天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示果如图所示, ,由此可推知由此可推知( () )A.A.来自于原子核外的电子来自于原子核外的电子B.B.的电离作用最强的电离作用最强, ,是一种电磁波是一种电磁波C.C.的电离作用较强的电离作用较强, ,是一种电磁波是一种电磁波D.D.的电离作用最弱的电离作用最弱, ,属于原子核内释放的光子属于原子核内释放的光子【解析解析】选选D D。在三种射线中。在三种射线中, ,穿透能力由弱到强依次穿透能力由弱到强依次是是射线、射线、射线、射线、射线射线. .即为即为射线射线, ,为为射射线线, ,为为射线。三种射线均来自于原子核射线。三种射线均来自于原子核,A,A错错;射射线电离作用最强线电离作用最强, ,不是电磁波不是电磁波,B,B错错;射线电离作用最射线电离作用最弱弱, ,它是原子核内释放的光子或者说是电磁波它是原子核内释放的光子或者说是电磁波,C,C错错,D,D正正确。确。知识点二、半衰期的理解与应用知识点二、半衰期的理解与应用思考探究思考探究: :在现代考古学中在现代考古学中, ,从一座古代遗址中挖掘出一块木片从一座古代遗址中挖掘出一块木片, ,应用应用“放射性碳放射性碳1414定年法定年法”就可以推测这座遗址的年就可以推测这座遗址的年代。如果现在有一个从远古居民遗址中挖掘出来的木代。如果现在有一个从远古居民遗址中挖掘出来的木片片, ,其碳其碳1414的含量只是活体的二分之一。请思考以下问的含量只是活体的二分之一。请思考以下问题题: :(1)(1)如何确定这个木片大约是多少年前的如何确定这个木片大约是多少年前的? ?(2)(2)这座远古居民遗址大约是多少年前的这座远古居民遗址大约是多少年前的? ?【归纳总结归纳总结】1.1.常用公式常用公式:N:N余余=N=N原原 ( )( )t/t/,m=M ( ),m=M ( )t/t/。式中式中N N原原、M M表示衰变前的放射性元素的原子数和质表示衰变前的放射性元素的原子数和质量量,N,N余余、m m表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量子数和质量,t,t表示衰变时间表示衰变时间,表示半衰期。表示半衰期。12122.2.规律的特征规律的特征: :放射性元素的半衰期是稳定的放射性元素的半衰期是稳定的, ,是由元是由元素的原子核内部因素决定素的原子核内部因素决定, ,跟原子所处的物理状态跟原子所处的物理状态( (如如压强、温度压强、温度) )或化学状态或化学状态( (如单质、化合物如单质、化合物) )无关。无关。3.3.规律的理解规律的理解: :半衰期是一个统计规律半衰期是一个统计规律, ,只对大量的原只对大量的原子核有意义子核有意义, ,对少数原子核没有意义。某一个原子核何对少数原子核没有意义。某一个原子核何时发生衰变时发生衰变, ,是不可知的是不可知的, ,当原子核数目特别少时当原子核数目特别少时, ,公式公式不再成立不再成立, ,如如1010个原子核经过半衰期剩几个个原子核经过半衰期剩几个? ?这样的问这样的问题无法处理。题无法处理。4.4.规律的用途规律的用途: :利用天然放射性元素的半衰期可以估测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。岩石、化石和文物的年代。【特别提醒特别提醒】每一种元素的半衰期都能反映原子核内部的性质每一种元素的半衰期都能反映原子核内部的性质, ,与所与所处的外部条件无关处的外部条件无关, ,即不能通过采用改变压强、温度及即不能通过采用改变压强、温度及化学反应来影响元素的半衰期。化学反应来影响元素的半衰期。【典例探究典例探究】【典例典例】1414C C测年法是利用测年法是利用1414C C衰变规律对古生物进行年衰变规律对古生物进行年代测定的方法。若以横坐标代测定的方法。若以横坐标t t表示时间表示时间, ,以纵坐标以纵坐标m m表示表示任意时刻任意时刻1414C C的质量的质量,m,m0 0为为t=0t=0时时1414C C的质量。下列选项中的质量。下列选项中能正确反映能正确反映1414C C衰变规律的是衰变规律的是( () )【思路点拨思路点拨】根据元素的衰变常用公式确定出根据元素的衰变常用公式确定出m m与与t t的的函数关系函数关系, ,即可作出判断。即可作出判断。【正确解答正确解答】选选C C。由衰变规律公式。由衰变规律公式m=M m=M 可知可知,m,m随随时间时间t t的增大而逐渐减小的增大而逐渐减小, ,而且变化得越来越慢而且变化得越来越慢, ,故故C C正正确。确。t1( )2【过关训练过关训练】1.1.关于半衰期关于半衰期, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长B.B.升高温度可以使半衰期缩短升高温度可以使半衰期缩短C.C.氡的半衰期是氡的半衰期是3.83.8天天, ,若有若有4 4个氡原子核个氡原子核, ,经过经过7.67.6天就天就只剩下只剩下1 1个个D.D.氡的半衰期是氡的半衰期是3.83.8天天,4g,4g氡原子核氡原子核, ,经过经过7.67.6天就只剩天就只剩下下1g1g【解析解析】选选D D。半衰期由原子核内部因素决定。半衰期由原子核内部因素决定, ,与温与温度和化学反应状态无关度和化学反应状态无关,A,A、B B错。半衰期是一个统计错。半衰期是一个统计规律规律, ,对少数原子核没有意义对少数原子核没有意义,C,C错。由错。由m=M m=M 得得 解得解得m= M= m= M= 4g=1g,4g=1g,故故D D正确。正确。t1( )27.63.8m11( )M24，14142.(2.(多选多选)(2015)(2015山东高考山东高考) )1414C C发生放射性衰变成为发生放射性衰变成为1414N,N,半衰期约半衰期约57005700年。已知植物存活期间年。已知植物存活期间, ,其体内其体内1414C C与与1212C C的比例不变的比例不变; ;生命活动结束后生命活动结束后, ,1414C C的比例持续减少。现的比例持续减少。现通过测量得知通过测量得知, ,某古木样品中某古木样品中1414C C的比例正好是现代植的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是物所制样品的二分之一。下列说法正确的是( () )A.A.该古木的年代距今约该古木的年代距今约57005700年年B.B.1212C C、1313C C、1414C C具有相同的中子数具有相同的中子数C.C.1414C C衰变为衰变为1414N N的过程中放出的过程中放出射线射线D.D.增加样品测量环境的压强将加速增加样品测量环境的压强将加速1414C C的衰变的衰变【解析解析】选选A A、D D。剩余的碳。剩余的碳1414占占 , ,表明经过了一个半表明经过了一个半衰期衰期,A,A正确正确; ;碳碳1414、1313、1212的质子数相同的质子数相同, ,质量数不同质量数不同, ,中子数不同中子数不同,B,B错误错误; ;碳碳1414变为氮变为氮14,14,质量数未变质量数未变, ,放出的放出的是电子流是电子流, ,即即射线射线,C,C正确正确; ;半衰期不受外界环境影半衰期不受外界环境影响响,D,D错误。错误。12【补偿训练补偿训练】若已知若已知 的半衰期为的半衰期为5 7305 730年年, ,某骸骨中某骸骨中 的含量的含量为活着的生物体中为活着的生物体中 的的 , ,可推断该生物死亡距今可推断该生物死亡距今约多少年约多少年? ?146C146C14146C【解析解析】设古生物骸骨中含有的设古生物骸骨中含有的 原来的质量为原来的质量为M,M,现在的质量为现在的质量为m,m,距今的时间为距今的时间为t t。由由m= m= 解得解得t=11 460t=11 460年。年。答案答案: :11 46011 460年年146Ctt5 7301m11M( )( )2M24得，【温馨提示温馨提示】衰变、衰变、衰变规律的综合应用涉及对衰变规律的综合应用涉及对粒子和粒子和粒子本质的认识粒子本质的认识, ,还涉及核反应方程的书写还涉及核反应方程的书写, ,是本部分常考查的内容之一。是本部分常考查的内容之一。【拓展例题拓展例题】考查内容考查内容:衰变、衰变、衰变的规律等知衰变的规律等知识的考查放射性元素识的考查放射性元素 经过经过_次次衰变和衰变和_次次衰变变成了稳定元素衰变变成了稳定元素 23290Th20882Pb.【思路点拨思路点拨】解答本题时可以根据质量数变化确定解答本题时可以根据质量数变化确定衰变次数衰变次数, ,根据电荷数变化确定根据电荷数变化确定衰变次数衰变次数. .【正确解答正确解答】方法一方法一: :由于由于衰变不会引起质量数的衰变不会引起质量数的减少减少, ,故可先根据质量数的减少确定故可先根据质量数的减少确定衰变的次数衰变的次数. .因为每进行一次因为每进行一次衰变衰变, ,质量数减少质量数减少4,4,所以所以衰变的衰变的次数为次数为:x= :x= 再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判断再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判断衰变衰变的次数的次数.6.6次次衰变衰变, ,电荷数应减少电荷数应减少2 26=12(6=12(个个),),而每进而每进行一次行一次衰变衰变, ,电荷数增加电荷数增加1,1,所以所以衰变的次数为衰变的次数为: :23220864y=12-(90-82)=4y=12-(90-82)=4方法二方法二: :设经过设经过x x次次衰变、衰变、y y次次衰变衰变, ,根据质量数和根据质量数和电荷数守恒得电荷数守恒得:232=208+4x,90=82+2x-y:232=208+4x,90=82+2x-y两式联立得两式联立得x=6,y=4.x=6,y=4.答案答案: :6 64 4对衰变本质的认识对衰变本质的认识(1)(1)粒子是原子核内的粒子是原子核内的2 2个质子和个质子和2 2个中子结合在一起个中子结合在一起发射出来的发射出来的(粒子结构特别稳定粒子结构特别稳定) )。(2)(2)粒子是原子核内的中子转化为质子时发射出来粒子是原子核内的中子转化为质子时发射出来的的, ,其转化方程为其转化方程为 不是原子核内有单独存在不是原子核内有单独存在的电子的电子, ,更不是由核外电子运动形成的。更不是由核外电子运动形成的。(3)(3)射线是在发生射线是在发生衰变或衰变或衰变时产生的新原子核衰变时产生的新原子核处于不稳定的高能级处于不稳定的高能级( (激发态激发态) )向低能级跃迁时放出的向低能级跃迁时放出的光子。光子。110011npe，【案例展示案例展示】原子核发生原子核发生衰变时衰变时, ,此此粒子粒子是是( () )A.A.原子核外的最外层电子原子核外的最外层电子B.B.原子核外的电子跃迁时放出的光子原子核外的电子跃迁时放出的光子C.C.原子核内存在着的电子原子核内存在着的电子D.D.原子核内的一个中子变成一个质子时原子核内的一个中子变成一个质子时, ,放射出一个电放射出一个电子子【正确解答正确解答】选选D D。粒子是原子核内的中子转化为粒子是原子核内的中子转化为质子时发射出来的质子时发射出来的, ,其转化方程为其转化方程为 它不是它不是原子核外的电子跃迁或电离产生的原子核外的电子跃迁或电离产生的, ,也不是原子核中存也不是原子核中存在的电子在的电子, ,故只有故只有D D正确。正确。110011npe。【易错分析易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下本题易错选项及错误原因分析如下: :易错选项易错选项错误原因错误原因A A误认为最外层电子最容易失去形成误认为最外层电子最容易失去形成放射放射B B对对射线的本质是高速电子流不明确射线的本质是高速电子流不明确C C对原子核的组成不明确对原子核的组成不明确, ,误认为原子核误认为原子核中存在电子中存在电子
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