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第二時(shí) 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(diǎn)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(shí)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(shí)質(zhì)：某元素的原子核同時(shí)發(fā)出由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的粒子（即氦核） 2 H+2 n→ He
β衰變的實(shí)質(zhì)：某元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成質(zhì)子發(fā)射出一個(gè)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(dú)放出γ射線．γ射線不改變?cè)�子核的電荷�?shù)和質(zhì)量數(shù)．實(shí)質(zhì)是元素在發(fā)生α衰變或β衰變時(shí)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(jí)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(shí)間。它是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，不是一個(gè)原子發(fā)生衰變所需經(jīng)歷的時(shí)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(shí)點(diǎn)一三種射線的特性
人們通過對(duì)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(duì)比如下：

【應(yīng)用1】如圖 ，放射放在鉛塊上的細(xì)孔中，鉛塊上方有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外。已知放射放出的射線有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(shí)點(diǎn)二半衰期的理解
放射性元素經(jīng)n個(gè)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(duì)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(cè)到某古木中14C的含量為原的1/4，則該古樹死亡時(shí)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(gè)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(duì)半衰期兩種典型錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)：
1、N0個(gè)某種放射性元素的核，經(jīng)過一個(gè)半衰期T，衰變一半，再經(jīng)過一個(gè)半衰期T，全部衰變了；2、8個(gè)某種放射性元素核，經(jīng)過一個(gè)半衰期T，衰變了4個(gè)，再經(jīng)過一個(gè)半衰期T，又衰變了2個(gè)．事實(shí)上，半衰期是對(duì)大量放射性原子核的一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，而對(duì)于少量的核，并不適用。

類型一衰變次數(shù)的計(jì)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(diǎn)求解．每發(fā)生一次β衰變?cè)�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(chǎng)中的衰變問題
粒子的衰變問題經(jīng)常與磁場(chǎng)結(jié)合出現(xiàn)。
【例2】（07屆南京市第一次調(diào)研測(cè)試）在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)靜止的氡原子核 （ ），由于衰變它放出一個(gè)粒子，此粒子的徑跡與反沖核的徑跡是兩個(gè)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(gè)（ ）
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(yùn)動(dòng)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(dòng)量守恒．根據(jù)動(dòng)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(dòng)量大小相等方向相反；帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)，產(chǎn)生的新核和放出的粒子在同一磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與電荷量成反比。故選B。
衰變?cè)�子核是在勻�?qiáng)磁場(chǎng)中衰變且衰變方向與磁場(chǎng)垂直，其運(yùn)動(dòng)軌跡圓的特點(diǎn)：
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?cè)�子核靜止時(shí)，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(chǎng)。進(jìn)入電場(chǎng)后，射線變?yōu)閍、b兩束，射線a沿原方向行進(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（ r）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?cè)�子核衰變的半衰�?br>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(chǎng)E或磁場(chǎng)B，在圖（a）、（b）中分別畫出射線運(yùn)動(dòng)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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