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3-1,3-2

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第1节　原子核结构

第2节　原子核衰变及半衰期

1．知道什么是放射性及放射性元素．

2．知道三种射线的特性，知道原子核的组成．

3．会正确书写原子核符号．

4．通过对原子核结构模型的探究，体会物理学的研究方法．

5．知道原子核的衰变．

6．会用半衰期描述衰变的快慢，知道半衰期的统计意义．

7．知道两种衰变的规律，能够熟练写出衰变方程.

(1)1896年法国物理学家_________发现．

(2)定义：放射性元素自发地发出射线的现象叫做_________现象．

(3)原子序数_____________的元素，都能自发地发出射线，原子序数_______的元素，有的也能放出射线．

(4)射线种类：放射性物质发出的射线有三种： ________、

______、______，有放射性的元素称为____________．

一、原子核的组成

天然放射现象

贝可勒尔

天然放射

大于或等于83

小于83

α射线

β射线

γ射线

放射性元素

(1)α射线：α射线是高速α粒子流，实际就是

_________，电荷数是__，质量数是__，可记为____．

(2)β射线：β射线是高速__________．

(3)γ射线：γ射线是能量很高的__________．

(4)三种射线的区分：三种射线可以用_____或_____来区分，图3－1、2－1中1是________，2是_______，3是_______．

三种射线的本质

图3－1、2－1

氦原子核

电子流

电磁波

磁场

电场

β射线

γ射线

α射线

(1)α射线：α粒子容易使空气_______，使胶片_____，但

贯穿本领很___．

(2)β射线：β粒子贯穿本领_______，但电离能力_____．

(3)γ射线：γ粒子电离本领_______，但贯穿本领_____ ．

(1)质子的发现

三种射线的特点

原子核的组成

电离

感光

弱

较强

较弱

很弱

很强

(2)中子的发现

(3)原子核的组成

原子核由___________组成，质子和中子统称为_____．

(4)原子核的符号

质子和中子

核子

原子核的质量数=_______+_______

—元素符号

核电荷数=原子核的_______，即原子的原子序数

质子数

中子数

质子数

(1)衰变：放射性元素的原子核放出α粒子或β粒子后变成新的___________的变化．

(2)衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为

______，放出β粒子的衰变叫______，而______是伴随α射线或β射线产生的．

二、放射性元素的衰变

原子核的衰变

质子数

中子数

同一位置

原子核

β衰变

α衰变

γ射线

(3)衰变实质和规律

①实质：原子核变成____________．

②规律：原子核衰变时， _______和_______都守恒．

(1)定义：放射性元素的原子核有_____发生衰变需要的时间，叫做这种元素的半衰期．

(2)特点：①放射性元素衰变的快慢是由___________的因素决定，跟原子所处的________， ________和_________没有关系．不同元素有_____的半衰期．

半衰期

新的原子核

电荷数

质量数

核内部自身

化学状态

物理状态

外部条件

不同

半数

②半衰期是_____原子核衰变的统计规律．

(3)应用：利用半衰期非常稳定的特点，可以测量其衰变程度，推断时间．

(1)用途：表示原子核的变化

(2)原则：核反应方程必须满足反应前后_______和_______都守恒．

核反应方程

大量

电荷数

质量数

一、三种射线的本质及特点

α、β、γ三种射线的性质、特征比较

(1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转，如图3－1、2－2甲所示．

(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图3－1、2－2乙所示．

图3－1、2－2

在电场、磁场中偏转情况的比较

二、衰变

衰变过程

α衰变和β衰变的实质

确定原子核衰变次数的方法及技巧

根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程

A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m

由以上两式联立解得

由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组．

(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．

对半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同元素的半衰期不同，有的差别很大．

半衰期公式

式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．

三、理解放射性元素的半衰期

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，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．

人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程．请按要求回答下列问题．

【典例1】

三种射线的特性

(1)卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做出了卓越的贡献．请选择其中的两位，指出他们的主要成绩．

①___________________________；

②___________________________.

图3－1、2－3

(2)在贝可勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，如图3－1、2－3所示为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请从三种射线中任选一种，写出它的名称和一种用途．

__________________________________________________

解析　(1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型；玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢原子光谱；查德威克发现了中子(选两个即可)；(2)1为α射线，科学实验中常用它来轰击原子核；2为γ射线，照射种子，培育新的优良品种．(任选一个)

答案　见解析

借题发挥　熟记物理学史上的一些重大发现，了解三种射线的电性、用途等，是解好此题的前提．

图3－1、2－4中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，则以下判断正确的是 (　　)．

A．a为α射线、b为β射线

B．a为β射线、b为γ射线

C．b为γ射线、c为α射线

D．b为α射线、c为γ射线

【变式1】

图3－1、2－4

解析　γ射线不带电，在电场中不偏转；α射线带正电荷，向负极板偏转，α粒子质量远大于β粒子的质量，电荷量是β粒子的2倍，α粒子的加速度远小于β粒子的加速度，β粒子的径迹比α粒子的径迹弯曲程度大．正确的是B、C.

答案　BC

已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：

(1)镭核中有几个质子？几个中子？

(2)镭核所带的电荷量是多少？

(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？

解析　原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的．原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和．

【典例2】

原子核的组成

(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即

N＝A－Z＝226－88＝138.

(2)镭核所带电荷量

Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.41×10－17C.

(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.

借题发挥　(1)基本关系：核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数．质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．

(2)对核子数、电荷数、质量数的理解

①核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，质子数和中子数之和叫核子数．

②电荷数(Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数．

③质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫做原子核的质量数．

下列说法正确的是 (　　)．

C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数

D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数

解析　A项钍核的质量数为234，质子数为90，所以A错；B项的铍核的质子数为4，中子数为5，所以B错；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错、D对．

答案　D

【变式2】

(3)综合写出这一衰变过程的核反应方程．

238＝206＋4x ①

92＝82＋2x－y ②

联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变．

【典例3】

衰变方程及衰变次数的计算

答案　(1)8次α衰变，6次β衰变　(2)10个；22个

(3)见解析

借题发挥　衰变次数的判断方法

(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．

(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2.

(3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.

A．α衰变、β衰变和β衰变

B．β衰变、α衰变和β衰变

C．β衰变、β衰变和α衰变

D．α衰变、β衰变和α衰变

答案　A

【变式3】

某放射性元素质量原为8 g，经6天时间已有6 g发生了衰变，此后它再衰变1 g，还需几天？

解析　8 g放射性元素已衰变了6 g，还有2 g没有衰变，现在要求在2 g的基础上再衰变1 g，即再衰变一半，故找出半衰期即可．

答案　3天

【典例4】

对半衰期的理解及计算

借题发挥　分析有关放射性元素的衰变数量和时间问题时，正确理解半衰期的概念，灵活运用有关公式进行分析和计算是解决问题的关键．

关于天然放射现象，下列说法正确的是 (　　)．

A．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的

时间就是半衰期

B．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，因此贯

穿物质的本领很强

C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将

发生β衰变

D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低

能级跃迁时，辐射出γ射线

【变式4】

解析　大量的放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期，而不是原子核中核子数目的变化多少．放射性元素放射出的α、β粒子速度都比较接近光速，α粒子的速度略小于β粒子，但α粒子的质量却比β粒子的质量大得多，α粒子的动能较大，γ射线是频率极高的电磁波，三种射线中γ射线的贯穿本领最强．原子能级之间的跃迁会辐射出(或吸收)一定频率的γ射线．

答案　D

如图3－1、2－5所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的是 (　　)．

三种射线的特性

1．

图3－1、2－5

A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线

B．α射线和β射线的轨迹是抛物线

C．α射线和β射线的轨迹是圆弧

D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，

则屏上的亮斑可能只剩下b

答案　AC

A．它们的质子数相等 B．它们的核外电子数相等

C．它们的核子数相等 D．它们的化学性质相同

解析　氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数均相同，都是1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，A、B两项正确；同位素化学性质相同，只是物理性质不同，D正确．

答案　ABD

原子核的组成

2．

答案　BC

衰变方程及衰变次数的计算

3．

答案　A

对半衰期的理解及计算

4．

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