原子核的组成 天然放射性元素的衰变

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1、原子核的组成 天然放射性元素的衰变一、天然放射现象1、1896 年，法国物理学家贝克勒耳发现天然放射现象。物质发射射线的性质叫做放射 性，具有放射性的元素叫做放射性元素。能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。例： 铀或含铀的矿物质，钋、镭等都是天然放射性物质。 天然放射性并不是少数元素才具有的，原子序数大于或等于83的天然元素都具有放射性，原子序数小于83的天然元素，也有一些具有放射性。例：24Na，30P等。11 15 天然放射性现象的发现，打开了人们认识原子核内部世界的窗口，它不仅使人类认识到原子核也是具有结构的，而且告诉人们原子核可以自发地转变为另一种原子核。2、三种射线的本质和特性：

2、名称实质射出速度电离作用穿透本领云室中径迹a射线高速氦核流1 c 10较强小纸片即可挡住直而粗卩射线高速电子流99c100较弱较强（穿透几毫米厚的铝板）细而弯曲Y射线高能光子流c更小强（穿透几厘米厚的铅板）一般看不到 当放射性物质连续发生衰变时，各种原子核中有的放射射线，有的放射射线，同 时伴随Y射线，这时在放射性中就会同时有a “、y三种射线。 a、“、y粒子都是从原子核里放射出来的，但不能认为这三种粒子就是原子核的组成 部分。二、原子核的人工转变1、质子的发现：卢瑟福在1919年夏，他总结了 a粒子与氮原子的碰撞现象，对氮原子核的人工转变作了无可置疑的结论。其核反应方程是：14N+ 4He

3、Ti7 O + 1H72812、中子的发现：1920 年，卢瑟福预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把这种粒子叫中子。查德威克运用了能量和动量守恒定律，科学地分析了实验结果，终于发现了中子。发现中子的核反应方程是：9Be + 4Hef2C + 1n42603、原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，质子带一个单位的正电荷，中子不带 电，质子和中子的质量几乎相等，都等于一个质量单位，所以原子核的电荷数就等于它的质 子数，原子核的质量数就等于它的质子数和中子数之和。具有相同质子数的原子，它们核外 的电子数也相同，因而有相同的化学性质，属于同一种元素，但它们的中

4、子数可以是不同的， 这些具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称为同位素。 质子数相同而中子数不同的原子互称同位素： 同种元素的不同的同位素在元素周期表上具有相同的位置（原子序数相同），他们的 核电荷数相同，具有相同的化学性质： 同一种元素的多种同位素中，有稳定的，也有不稳定的，不稳定的同位素会自发地放 出a粒子、卩粒子而衰变为别种元素，这种不稳定的同位素就叫放射性同位素，四十多种元 素具有天然放射性同位素，各种元素都有人工放射性同位素。三、放射性元素的衰变1衰变 衰变：原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫原子核的衰变。 三个守恒：衰变过程遵守质量数守恒、电荷数守恒和能量守恒的规律。3a

5、 衰变：mXtm-4Y + 4He例：238UT234Th + 4HeZZ - 2292902R 衰变：mXt mY + oe 例: 234Tht234Pa + oeZZ+1-19091-11nt 1H+ oeo 1-1对应粒子的产生21 n + 21H t 4 Heo122半衰期：是放射性元素的原子核有半数发生衰变的时间。计算公式：n严原（2）Tm余=旳原（2）T放射性元素衰变的快慢是由核内部本身的因素决定的，而跟原子所处的物理状态（温度、压强、速度、受力等）和化学状态（单质、化合物等）无关。放射性元素的衰变规律是统计规律，只适用于含有大量原子的样品（对有限数核不适用，不能由半衰期推算放射性

6、样品完全衰变的时间）。四、放射性同位素及其应用1、用中子、质子、氚核、a粒子或y光子轰击原子核都可制取放射性同位素，氚核裂 变的产物也有放射性同位素。例：用a粒子轰击铝27：27Al + 4HeT30P + in得到的磷30具有放射性132150曽P弋Si+1e放出正电子2、应用 利用放射性同位素的射线A、y 射线探伤仪B、电离空气消除机器中的有害静电C、治虫育种、医疗 把放射性同位素做为示踪原子进行监测3、放射性污染和防护 污染：原子弹爆炸、核电站泄露 、放疗剂量过大防护：厚水泥层 很厚的重金属箱、远离放射源课堂练习1下列说法正确的是 （）A. 卩射线的粒子和电子是两种不同的粒子B. Y是不

7、带电的光子流C. a粒子不同于氦原子核D. Y射线的贯穿本领比a粒子的强答案：BD2. 放射性元素所放出的卩粒子是 （）A. 原子核外的最外层电子B.原子核外电子跃迁时放出的光子C.原子核内的中子D.原子核中的中了衰变时放出的电子答案： D3. 关于y射线，下列说法正确的是（）A. 它是处于激发状态的原子核放射的.B. 它是原子内层电子受到激发时产生的.C. 它是不带电的中子流.D.它是不带电的光子流.答案：AD4以下说法中正确的是（ ）A. 原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B. 原子核中的质子数，一定跟核外电子数相等C. 用a粒子轰击氮，氟，钠，铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们

8、断定质子 是原子核的组成部分D. 绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，因而原子核 内还存在一种不带电的中性粒子答案： CD5. 若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代 表此原子的原子核内的中子数，则对234Th的原子来说（）90A. x= 90， y=90， z=234B. x= 90， y= 90， z=144C. x= 114， y= 114， z=90D. x=234， y=234， z=324答案： B6. 下列说法中正确的是 （）A. a射线与y射线都是电磁波B. 卩射线为原子的核外电子电离后形成的电子流C. 用加温，加压

9、或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D. 原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量答案： C7原子核298U经放射性衰变变为原子核230Th，继而经放射性衰变变为原子核29JPa， 再经放射性衰变变为原子核232U。放射性衰变依次为（）A. a衰变、卩衰变和卩衰变B. 卩衰变、a衰变和卩衰变C. 卩衰变、卩衰变和a衰变D. a衰变、卩衰变和a衰变答案： A8. 902 Th （钍）经过一系列a和卩衰变，衰变为228 Pb （铅），下列说法正确的是（）A. 铅核比钍核少8个质子B.铅核比钍核少16个中子C.共经过4次a衰变和6次卩衰变 D.共经过6次a衰变和4次卩衰变答

10、案：ABD9由原子核的衰变规律可知（ ）A. 放射性元素一次衰变可同时产生a射线和卩射线B. 放射性元素发生卩衰变时，新核的化学性质不变C. 放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制D. 放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1答案： C10在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生衰变，形成如图所示的径迹，不计放出光子的能量，则下述说法中正确的是 （）A. 发生的是B衰变，b为B粒子的径迹B. 发生的是a衰变，b为a粒子的径迹C. 磁场方向垂直纸面向外D. 磁场方向垂直纸面向里答案： A11.（多选）静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核放出一个a粒子，其速度方向与 磁场方向垂直。

11、测得a粒子与反冲核轨道半径之比为30： 1,a粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反 反冲核的原子序数为62 原放射性元素的原子序数是62 反冲核与a粒子的速率之比为1 ： 62A.B.C.D.12 .某个原子核x经一次a衰变变成原子核y，又经过一次卩衰变同时放出一个r粒子,变成原子核z,下述说法不正确的是A.核z的中子数比核x少3B.C核y的质子数比核z多1D.答案： C13.（多选）14C发生放射性衰变成为14N,核x的质子数比核z多1核z的质量数比核x少4半衰期约5 700年。已知植物存活期间，其体内 14C 与 12C 的比例不变；生命活动结束后， 14C 的比例持续减小。现通过测量得知

12、，某古木样品中14C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（）A. 该古木的年代距今约5 700年B. 12C、13C、14C具有相同的中子数C. 14C衰变为14N的过程中放出卩射线D. 增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变答案：AC14.完成核反应方程234Th T 234Pa +.若234Th衰变为234Pa的半衰期是1.2 min,90919091则64g 234Th，经过6min还有g尚未衰变答案：丫2g15若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B,经过20天后，剩余的质量之比m : m =。AB答案： 1:216 . 238U核经过一系

13、列的衰变后变为206Pb核，问9282(1 ) 一共经过几次A衰变和卩衰变？(2) 206Pb 和 238U ，质子数和中子数各少了多少？8292( 3) 综合写出这一衰变过程的方程答案：8次a衰变6次p衰变(2)质子数少 10 个中子数少22个(3)2 3 u T2Pb + 8He + 6 e9 28 22 - 1课后作业1. 下列现象中，与原子核内部变化有关的是A. a粒子散射现象B.天然放射现象C.光电效应现象D.原子发光现象答案： B2. 如图所示， x 为未知放射性源， L 为一薄铝片， N、S 可以提供强磁场.当将强磁场移走时，计数器的计数率不变，然后铝片移开，则计数率大幅度上升，

14、这些现象说明放射源是()A. 纯P粒子放射源B. 纯Y光子放射源C. 粒子和卩粒子混合放射源D. a粒子和y光子混合放射源【解析】铝片L已将a射线挡住，故通过L的可能是卩射线和y射线.当将强磁场移开 时，由于不受强磁场的偏转作用，若含有卩射线，计数器的计数率增大，题意为不变，说明 放射源中不含卩射线.将铝片移开，计数率大幅度上升，说明放射源中含a粒子.【答案】 D3. 一天然放射性物质射出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域（方向如图所示），调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在MN上只有两个点受到射线照射,F面的哪种判断是正确的（已知a粒子比卩粒子速度小）（）A. 射到b点的一

15、定是a射线B. 射到b点的一定是卩射线C. 射到b点的一定是a射线或卩射线D. 射到b点的一定是y射线【解析】Y射线不带电，在电场或磁场中它都不受场的作用，只能射到a点，因此D选 项不对.调整E和B的大小，即可以使带正电的a射线沿直线前进，也可以使带负电的卩射 线沿直线前进.沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即qE=qBv已知a粒子比卩粒子的速度小得多，当我们调节使a粒子沿直线前进时，速度大的卩 粒子向右偏转，有可能射到b点，当我们调节使卩粒子沿直线前进时，速度较小的a粒子也 将会向右偏，也可能射到b点，因此C选项正确，而A、B选项都不对.4新发现的一种放射性元素X,它的氧化物X2O半衰

16、期为8天，X2O与F2能发生如下 反应：2X2O+2F2=4XF+O2, XF 的半衰期为（）A.2 天B.4 天C. 8 天D.16 天解析：选 C 根据半衰期由原子核内部因素决定，而跟其所处的物理状态和化学状态无 关，所以X2O、XF、X的半衰期相同，均为8天。正确选项为Co5.关于原子核的衰变和半衰期,下列说法正确的是（）A. B粒子带负电，所以B射线有可能是核外电子B放射性元素发生一次衰变可同时产生a射线和0射线C放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制D. 半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间解析：选C卩衰变的实质是核内一个中子转化成了一个质子和一个电子，是从原子核 射出的，A错；

17、一次衰变不可能同时产生a射线和卩射线，只可能同时产生a射线和丫射线 或卩射线和Y射线，B错；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的性质决定的，与外界因 素无关，C正确；半衰期是原子核有半数发生衰变时所需要的时间，不是质量减少一半所需 要的时间，故D错。6目前，在居家装修中经常用花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度含有 放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗石会释放出放射性的惰性气体氡，而氡会发生放 射性衰变，放出a H y射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据 有关放射性知识可知，下列说法正确的是（ ）A .氡的半衰期为3.8天，若取8个氡原子核，经7.6天后一定剩下

18、2个氡原子核B . 0衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的C . T射线一般伴随着a或0射线产生，在这三种射线，T射线的穿透能力最强，电离能 力也最强D.发生a衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4答案：B7.铀裂变的产物之一氦90（9Kr）是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆369O（9oZr），这些衰变是（）.40A .1次a衰变，6次0衰变B. 4次0衰变C. 2次a衰变D. 2次a衰变.2次0衰变答案：B8关于放射性元素原子核的衰变，下列叙述中哪些是不正确的（ ）A. y射线是伴随a射线或0射线而发射出来的B 半衰期的大小不随化学状态、温度等变化而

19、变。C .某核放出一个0粒子或a粒子后，都变成一种新元素的原子核。D. 若原来有某种放射性元素的原子核10个，则经一个半衰期后，一定有5个原子核 发生了衰变。答案：D9放射性元素a（2226Rn）经a衰变成为钋（f。），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 28226Rn 的矿石，其原因是 （）A 目前地壳中的286Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B. 在地球形成的初期，地壳中元素226Rn的含量足够高C .当衰变产物284PO积累到一定量以后，214PO的增加会减慢222Rn的衰变进程D .22826Rn 主要存在于地球深处的矿石中，

20、温度和压力改变了它的半衰期解析：选 A 本题考查原子物理的基础知识，意在考查考生对半衰期的理解。地壳中22826Rn主要来自其他放射性元素的衰变，则A正确，B错误；放射性元素的半衰期与外界环境 等因素无关，则 C 、D 错误。10. 将半衰期为5天的质量为64 g的铋分成质量相等的四份分别投入：（1）开口容器中；（2）100 atm的密封容器中；（3）100 C的沸水中；（4）与别的元素形成化合物。经10天后，四 种情况下剩下的铋的质量分别为my m2、m3、m4，贝9（）A. m1 = m2 = m3 = m4 = 4 gB. m1=m2 = m3 = 4 g，m4m2m3m4， m1=4

21、gD. m1=4 g,其余无法知道解析：选 A 放射性元素的半衰期是一定的，与放射性元素所处的物理环境和化学环境无关，故四种情况下铋剩余的质量相等，剩余的铋的质量为16x） g=4 g,所以A正确。11. A、B两种放射性元素，它们的半衰期分别为t=10天，tB=30天，经60天后，测AB得两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比为A. 3 ： 1 B. 48 : 63 C. 1 ： 16D. 16 ： 1答案：D12 .下面列出的是一些核反应方程：30 P 30 Si+X、9 Be+ 2 H10 B + Y、15144154He+ 4He 7 Li+Z 其中（）.223A. X是质子

22、，Y是中子，Z是正电子B. X是正电子，Y是质子，Z是中子C. X是中子，Y是正电子，Z是质子D. X是正电于，Y是中子，Z是正质子答案： D13. 卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，其核反应方程为： 4 He+14 N T O + 1H2781下列说法错误的是（ ）A. 通过该实验发现了质子B. 实验中是用a粒子轰击氮核的C. 原子核在人工转变的过程中，核电荷数一定守恒D. 原子核的人工转变是指物质自发地放出射线的现象答案： D14. 在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图所示中a、b由图可以判定().A. 该核反生的是a

23、衰变B. 该核发生的是B衰变C. 磁场方向一定垂直纸面向里D. 磁场方向向里还是向外无法判定答案：BD15. 在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(222Rn ),由于衰变它放出一个粒子，此粒子86的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42：1，如图所示，那么氡核的衰变方程应是下列方程中的哪一个 ()A. 222Rn T 222Fr + oe8687-1222Rn T 218Po + 4He86842C 222Rn T 222At + oe86 85 1D .222Rn T 222At + 2H86 85 1答案： B16(1)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A

24、. 是原子核质量减少一半所需的时间B. 是原子核有半数发生衰变所需的时间C. 把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的半衰期D. 可以用来测定地质年代、生物年代等(2)设镭226的半衰期为1.6x103年，质量为100 g的镭226经过4.8x103年后，有多少克 镭发生衰变？若衰变后的镭、变为铅206，则此时镭、铅质量之比为多少？【解析】(2)经过三个半衰期，剩余镭的质量为M：=M原(|)T=100x| g=12.5 g已衰变的镭的质量为(10012.5) g=87.5 g设生成铅的质量为m,则226 : 206=87.5 : m得m=79.8 g所以镭、铅质量之比为125 : 798【答案】(1)BD (2)87.5 g； 125 : 798【思维提升】 (1)半衰期是原子核有半数发生衰变，变成新核，并不是原子核的数量、质量减少一半.(2)要理解半衰期公式中各物理量的含义.11