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人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核2 放射性元素的衰变图文ppt课件
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核2 放射性元素的衰变图文ppt课件，共59页。PPT课件主要包含了目录索引，探究点二半衰期，探究点三核反应等内容，欢迎下载使用。
1.了解衰变的概念,知道衰变时质量数和电荷数都守恒。(物理观念)2.理解α衰变和β衰变的规律及实质,并能熟练书写衰变方程。(科学思维)3.理解半衰期的概念,学会利用半衰期解决相关问题。(科学思维)4.知道核反应及其遵从的规律,会正确书写核反应方程。(科学思维)5.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。(物理观念)6.知道放射性同位素的常见应用。了解放射性同位素带来的辐射与安全问题。(科学态度与责任)
基础落实·必备知识全过关
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一、原子核的衰变1.定义原子核自发地放出 或 ,由于核电荷数变了,它在元素周期表中的位置就变了,变成另一种 。我们把这种变化称为原子核的衰变。 2.衰变分类(1)α衰变:放出α粒子的衰变。(2)β衰变:放出β粒子的衰变。
4.衰变规律原子核衰变时 和 都守恒。
二、半衰期1.定义放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间。 2.决定因素放射性元素衰变的快慢是由 的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。 3.应用利用半衰期非常稳定这一特点,可以测量其衰变程度、推断时间。
只对大量原子核有意义,对少数原子核没有意义
2.定义:原子核在其他粒子的轰击下产生 或发生状态变化的过程。
人工控制原子核的变化
3.特点:在核反应中, 守恒、 守恒。
跟衰变一样都遵循两守恒
四、放射性同位素的应用与安全1.放射性同位素:很多元素都存在一些具有 的同位素,它们被称为放射性同位素。
半衰期短,放射强度容易控制,使用更广泛
2.放射性同位素的应用(1)射线测厚仪。(2)放射治疗。(3)培优、保鲜。(4)示踪原子:一种元素的各种同位素具有 化学性质,用放射性同位素替换非放射性的同位素后,可以探测出原子到达的位置。
一是利用射线,二是用作示踪原子
3.辐射与安全:人类一直生活在放射性的环境中,过量的射线对人体组织 。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。
情境链接思考一下,有没有让一种物质自发地变成另外一种物质的方法?自然界中的衰变有哪几种?衰变过程遵循什么样的规律?β衰变中的电子来自哪里?γ射线是如何产生的?
提示 原子核的衰变,可以使一种物质自发地变成另外一种物质;自然界中的衰变有α衰变和β衰变;原子核衰变时电荷数、质量数、动量、能量都守恒;β衰变中的电子来自原子核内,实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子;原子核发生衰变时,会释放能量,释放的能量就以γ射线的形式辐射出来。
教材拓展阅读教材P114科学漫步,已知碳14发生放射性衰变成为氮,半衰期约为5 730年。已知植物存活期间,其体内碳14与碳12的比例不变,生命活动结束后,碳14的比例会持续减少。现测量某古木样品中碳14的比例,发现正好是现代植物样品中碳14比例的二分之一。则该古木生命活动结束的年代距今约为多少年?
提示 5 730年。设原来碳14的质量为m0,衰变后剩余质量为m,则有
n=1,所以该古木生命活动结束的年代距今约为5 730年。
易错辨析(1)原子核在衰变时,它在元素周期表中的位置不变。( )(2)发生β衰变是原子核中的电子发射到核外。( )
提示原子核发生α衰变时,核中的两个质子和两个中子结合为α粒子释放出来,原子核的电荷数减少2;发生β衰变时,核中的一个中子转化为一个质子和一个电子,电子释放出来,原子核的电荷数增加1,所以原子核发生衰变变为新核,在元素周期表中的位置变化。
提示原子核发生β衰变时,核中的一个中子转化为一个质子和一个电子,电子从核中释放出来。
(3)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间,经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。( )(4)对放射性元素加热时,其半衰期缩短。( )(5)衰变和原子核的人工转变均满足质量数守恒和电荷数守恒。( )(6)放射性同位素放出的射线由不同原子核本身决定。( )
提示经过一个半衰期,未发生衰变的元素,将有一半衰变,所以经过两个半衰期,有 的元素发生衰变。
提示半衰期由元素本身决定,与物理和化学状态无关。
探究点一 原子核的衰变
1.元素自发地放出射线后,原子核发生了变化,称为原子核的衰变。放出α粒子称为α衰变,放出β粒子称为β衰变。研究表明,碳14只放出β射线,钴60放出β、γ射线,镭226放出α、γ射线。不同元素放出的射线相同吗?
要点提示 不同的放射性元素放出的射线是不同的。
2.下图为α衰变、β衰变的示意图。
(1)当原子核发生α衰变时,原子核的质子数和中子数如何变化?为什么?(2)当发生β衰变时,新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少?新核在元素周期表中的位置怎样变化?
要点提示 (1)当原子核发生α衰变时,原子核的质子数和中子数各减少2个。因为α粒子是原子核内2个质子和2个中子结合在一起发射出来的。(2)当原子核发生β衰变时,新核的核电荷数相对于原来增加了1个。新核在元素周期表中的位置向后移动了1个位次。
1.衰变规律原子核衰变时,质量数和电荷数都守恒。2.衰变方程与衰变实质
(3)γ射线辐射①α衰变或β衰变后产生的新核往往处于高能级,不稳定,要向低能级跃迁,放出γ光子。②γ射线是伴随着α射线和β射线产生的,γ射线辐射并不能独立发生,所以,只要有γ射线必有α衰变或β衰变发生。③γ射线不是带电粒子,因此γ射线并不影响原子核的核电荷数,故γ射线不会改变元素在周期表中的位置。
【例1】 如图所示,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出 的总个数为( )A.6D.14
解析 由题图分析可知,核反应方程为 ,设经过a次α衰变,b次β衰变,由电荷数与质量数守恒可得238=206+4a,92=82+2a-b,解得a=8,b=6,A、C、D错误,B正确。
1.(2023辽宁沈阳高二期末)在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示,已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是( )A.原子核发生的可能是α衰变,也可能是β衰变B.径迹2可能是衰变后新核的径迹C.若是α衰变,则1和2的径迹均是逆时针方向
解析 原子核衰变过程系统动量守恒,由动量守恒定律有0=m1v1+m2v2,可知衰变生成的两粒子动量等大反向,两粒子速度方向相反,若圆1的速度v1方向向上顺时针做圆周运动,则圆2的速度v2方向向下顺时针做圆周运动,由左手定则知,两粒子都带正电,发生的是α衰变;若圆1的速度v1方向向下逆时针做圆周运动,则圆2的速度v2方向向上逆时针做圆周运动,由左手定则知,两粒子都带负电,不符合实际,即不可能发生β衰变,故A错误。由粒子在匀
两者动量大小相等,则电荷量大的半径小,由于新核的电荷量大于放出粒子的电荷量,则圆1应为衰变后新核的径迹,故B错误。若是α衰变,两粒子都带正电,由左手定则知都沿顺时针方向做圆周运动,故C错误。设半径为r1的
美国科学家维拉·黎比运用半衰期的原理发明了“碳-14计年法”,并因此获得了1960年的诺贝尔奖。如图为始祖鸟的化石,利用“碳-14计年法”可以估算出始祖鸟的年龄。
(1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟的年龄?(2)若有10个具有放射性的原子核,经过一个半衰期,则一定有5个原子核发生了衰变,这种说法是否正确,为什么?
要点提示 (1)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。能够运用它来计算始祖鸟的年龄是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。(2)这种说法是错误的,因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律,不适用于少量原子核的衰变。
【例2】 (2023河北邯郸一中期末)医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线,而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的。对于质量为m0的113Sn,经过时间t后剩余的113Sn质量为m,其 图线如图所示。下列说法正确的是( )A.100个113In原子核在经过一个半衰期后,一定还剩50个B.温度升高,113Sn原子运动更剧烈,其半衰期将变小C.113Sn原子与氧气反应后生成的氧化物将不再具有放射性D.从图中可以得到113Sn的半衰期为115.1 d
解析 半衰期对大量原子核有统计意义,对少量原子核没有意义,故A错误;半衰期是原子核自身的性质,与外界物理因素无关,故B错误;113Sn原子与氧
方法技巧 半衰期理解的两个误区(1)错误地认为半衰期就是一个放射性元素的原子核发生衰变所经历的时间,其实半衰期是大量原子核发生衰变时的统计规律。(2)错误地认为放射性元素的半衰期就是元素质量减少为原来一半所需要的时间,该观点混淆了尚未发生衰变的放射性元素的质量与衰变后元素的质量的差别,其实衰变后元素的质量包括衰变后新元素的质量和尚未发生衰变的元素的质量两部分。
2.在核电站发生核事故后,附近可检测出放射性元素铯137,铯137的半衰期约为30年。假设一条海鱼在15年前体内有2.0×10-8 g的铯137,若铯137在这期间未被代谢出体外,则现在残留在其体内的铯137有( )A.0.5×10-8 gB.1.0×10-8 gC.1.4×10-8 gD.1.5×10-8 g
α粒子轰击氮原子核的示意图如图所示。
(1)充入氮气前荧光屏上看不到闪光,充入氮气后荧光屏上看到了闪光,说明了什么问题?(2)原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律?
要点提示 (1)产生了新粒子。(2)质量数与电荷数都守恒。
1.原子核的人工转变(1)条件:用α粒子、质子、中子,甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。(2)实质:用粒子轰击原子核并不是粒子与原子核碰撞,将原子核打开,而是粒子打入原子核内部使原子核发生了转变。(3)规律:反应前、后电荷数守恒、质量数守恒。
2.三个重要原子核的人工转变方程(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程:
特别提示 原子核的人工转变必须要有一定的装置和条件,不会自发产生。
3.人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点:原子核的人工转变是一种核反应,是其他粒子与原子核相碰撞的结果,需要一定的装置和条件才能发生,而衰变是原子核的自发变化,它不受物理和化学条件的影响。(2)相同点:人工转变与衰变过程一样,在发生过程中质量数与电荷数都守恒,反应前后粒子总动量守恒。
A.中子B.质子C.电子D.氦核
3.(2023湖北高二期末)科学家通过辐射探测器发现闪电能够引发大气核反应,并产生放射性同位素。其中一种典型的核反应如图所示,闪电产生的高能γ射线把14N原子核里的中子移除出去,产生不稳定的原子核a,a再衰变成中微子(质量数和电荷数均为零)、正电子和稳定的原子核b。则( )
解析 根据质量数和电荷数守恒,闪电产生的高能γ射线把14N原子核里的中子移除出去,质量数减少,电荷数不变,所以a是 ,a再衰变成中微子、正电子和稳定的原子核b,则新核b的质量数不变,电荷数减少,即b是 ,故选C。
探究点四 放射性同位素及其应用
人工放射性同位素的放射强度易于控制,它的半衰期比天然放射性物质短得多,因此在生产和科学领域得到广泛的应用。
(1)能用α射线来测量金属板的厚度吗?
(2)γ射线照射食品延长保质期的原理是什么?
要点提示 用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌,抑制蔬菜发芽,延长保存期。
1.放射性同位素具有放射性的同位素,叫作放射性同位素。有天然存在的和人工放射性同位素两类。2.放射性同位素的应用(1)利用放射性同位素放出的射线①探伤:射线穿透金属部件时,如果遇到砂眼、裂痕等伤痕,接收到的射线将与正常处不同,因此可利用放射性同位素放出射线探伤。②测厚:射线穿透某些物质的能力与物质的厚度、密度有关,因此可用射线来检查某些产品的厚度,技术上可用作自动控制。
③利用射线电离作用,可以使空气电离,除去纺织车间的静电,或制成报警器。辐照:利用射线照射,可以杀死癌细胞,用以治病;用射线照射植物,引起植物变异,用以育种等。
(2)作示踪原子由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质,如果在某种元素里掺进一些放射性同位素,那么元素无论走到哪里,它的放射性同位素也经过同样的过程。而放射性同位素不断地放出射线,再用仪器探测这些射线,即可知道元素的行踪,这种用途的放射性同位素叫作示踪原子。
3.人工放射性同位素的优点(1)天然放射性元素不过40多种,但人工放射性同位素已达3 000多种,目前每种元素都有了自己的放射性同位素。(2)和天然放射性物质相比,人工放射性同位素的放射强度容易控制,还可以制成各种所需的不同形状,特别是它的半衰期比天然放射性物质短得多,因此放射性废料容易处理。由于这些优点,所以在生产和科研中凡是用到射线时,用的都是人工放射性同位素,而不用天然放射性物质。
【例4】 在医疗技术中有时需要利用放射线治疗肿瘤,所用的放射源必须具备以下两个条件:(1)放出的放射线有较强的穿透能力,能辐射到体内肿瘤所在处。(2)能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度。下表给出了四种放射性同位素的辐射线及半衰期,在表中所列的四种同位素中,最适宜作为放疗使用的放射源是( )
A.钋210 B.锶90 C.锝99 D.钴60
解析 三种射线中γ射线的穿透能力最强,α射线与β射线的穿透性相对于γ射线都较弱,不适合用作医学的放射源,故A、B错误;锝99的半衰期较短,而钴60的半衰期较长,钴60在较长时间内具有相对稳定的辐射强度,适合用作医学的放射源,故C错误,D正确。
4.放射性同位素发出的射线在科研、医疗、生产等诸多方面得到了广泛的应用,下列有关放射线应用的说法正确的有( )A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电,因此达到消除有害静电的目的B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,也能进行人体的透视C.用放射线照射农作物种子能使其DNA发生变异,其结果一定是成为更优秀的品种D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常组织造成太大的危害
解析 利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性,使空气分子电离成导体,将静电放出,故A错误;利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,γ射线对人体细胞伤害太大,因此不能用来人体透视,故B错误;DNA变异并不一定都是有益的,也有有害的一面,故C错误;射线对人体细胞伤害太大,在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量,故D正确。
1.(放射性同位素及其应用)(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( )A.利用钴60治疗肿瘤等疾病B.γ射线探伤C.利用含有放射性碘131的油,检测地下输油管的漏油情况D.把含有放射性同位素的肥料施给农作物用以检测农作物吸收养分的规律
解析 利用钴60治疗肿瘤和γ射线探伤是利用射线能量高、穿透能力强的特点,故A、B错误;C、D两项是利用放射性同位素作为示踪原子,故C、D正确。
2.(原子核的人工转变)(2023山西长治高二期末)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
3.(半衰期)(2023山东东营高二期末)航天器上常用的核电池为“钚238”核热电池,其原理为:电池芯部的“钚238”衰变产生热量,通过“热电转换器”将热
A.产生的α射线有很强的穿透能力B.X核内有143个中子C.“钚238”的半衰期为D.电池工作时内部处于高温,“钚238”的半衰期变短
解析 α射线穿透能力较弱,在空气中只能前进几厘米,用一张纸就能把它挡住,故A错误;根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数和电荷数分别为A=238-4=234,Z=94-2=92,所以中子数为N=A-Z=142,故B错误;设“钚
内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件均无关,所以电池工作时内部处于高温,“钚238”的半衰期不变,故D错误。
4.(原子核的衰变)(2023河南周口高二期末)自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的衰变,形成放射系。如图是从 开始的锕系图。纵坐标N表示 ,横坐标Z表示核电荷数,从U衰变到P,有 次α衰变, 次β衰变。
1.了解衰变的概念,知道衰变时质量数和电荷数都守恒。(物理观念)2.理解α衰变和β衰变的规律及实质,并能熟练书写衰变方程。(科学思维)3.理解半衰期的概念,学会利用半衰期解决相关问题。(科学思维)4.知道核反应及其遵从的规律,会正确书写核反应方程。(科学思维)5.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。(物理观念)6.知道放射性同位素的常见应用。了解放射性同位素带来的辐射与安全问题。(科学态度与责任)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、原子核的衰变1.定义原子核自发地放出 或 ,由于核电荷数变了,它在元素周期表中的位置就变了,变成另一种 。我们把这种变化称为原子核的衰变。 2.衰变分类(1)α衰变:放出α粒子的衰变。(2)β衰变:放出β粒子的衰变。
4.衰变规律原子核衰变时 和 都守恒。
二、半衰期1.定义放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间。 2.决定因素放射性元素衰变的快慢是由 的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。 3.应用利用半衰期非常稳定这一特点,可以测量其衰变程度、推断时间。
只对大量原子核有意义,对少数原子核没有意义
2.定义:原子核在其他粒子的轰击下产生 或发生状态变化的过程。
人工控制原子核的变化
3.特点:在核反应中, 守恒、 守恒。
跟衰变一样都遵循两守恒
四、放射性同位素的应用与安全1.放射性同位素:很多元素都存在一些具有 的同位素,它们被称为放射性同位素。
半衰期短,放射强度容易控制,使用更广泛
2.放射性同位素的应用(1)射线测厚仪。(2)放射治疗。(3)培优、保鲜。(4)示踪原子:一种元素的各种同位素具有 化学性质,用放射性同位素替换非放射性的同位素后,可以探测出原子到达的位置。
一是利用射线,二是用作示踪原子
3.辐射与安全:人类一直生活在放射性的环境中,过量的射线对人体组织 。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。
情境链接思考一下,有没有让一种物质自发地变成另外一种物质的方法?自然界中的衰变有哪几种?衰变过程遵循什么样的规律?β衰变中的电子来自哪里?γ射线是如何产生的?
提示 原子核的衰变,可以使一种物质自发地变成另外一种物质;自然界中的衰变有α衰变和β衰变;原子核衰变时电荷数、质量数、动量、能量都守恒;β衰变中的电子来自原子核内,实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子;原子核发生衰变时,会释放能量,释放的能量就以γ射线的形式辐射出来。
教材拓展阅读教材P114科学漫步,已知碳14发生放射性衰变成为氮,半衰期约为5 730年。已知植物存活期间,其体内碳14与碳12的比例不变,生命活动结束后,碳14的比例会持续减少。现测量某古木样品中碳14的比例,发现正好是现代植物样品中碳14比例的二分之一。则该古木生命活动结束的年代距今约为多少年?
提示 5 730年。设原来碳14的质量为m0,衰变后剩余质量为m,则有
n=1,所以该古木生命活动结束的年代距今约为5 730年。
易错辨析(1)原子核在衰变时,它在元素周期表中的位置不变。( )(2)发生β衰变是原子核中的电子发射到核外。( )
提示原子核发生α衰变时,核中的两个质子和两个中子结合为α粒子释放出来,原子核的电荷数减少2;发生β衰变时,核中的一个中子转化为一个质子和一个电子,电子释放出来,原子核的电荷数增加1,所以原子核发生衰变变为新核,在元素周期表中的位置变化。
提示原子核发生β衰变时,核中的一个中子转化为一个质子和一个电子,电子从核中释放出来。
(3)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间,经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。( )(4)对放射性元素加热时,其半衰期缩短。( )(5)衰变和原子核的人工转变均满足质量数守恒和电荷数守恒。( )(6)放射性同位素放出的射线由不同原子核本身决定。( )
提示经过一个半衰期,未发生衰变的元素,将有一半衰变,所以经过两个半衰期,有 的元素发生衰变。
提示半衰期由元素本身决定,与物理和化学状态无关。
探究点一 原子核的衰变
1.元素自发地放出射线后,原子核发生了变化,称为原子核的衰变。放出α粒子称为α衰变,放出β粒子称为β衰变。研究表明,碳14只放出β射线,钴60放出β、γ射线,镭226放出α、γ射线。不同元素放出的射线相同吗?
要点提示 不同的放射性元素放出的射线是不同的。
2.下图为α衰变、β衰变的示意图。
(1)当原子核发生α衰变时,原子核的质子数和中子数如何变化?为什么?(2)当发生β衰变时,新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少?新核在元素周期表中的位置怎样变化?
要点提示 (1)当原子核发生α衰变时,原子核的质子数和中子数各减少2个。因为α粒子是原子核内2个质子和2个中子结合在一起发射出来的。(2)当原子核发生β衰变时,新核的核电荷数相对于原来增加了1个。新核在元素周期表中的位置向后移动了1个位次。
1.衰变规律原子核衰变时,质量数和电荷数都守恒。2.衰变方程与衰变实质
(3)γ射线辐射①α衰变或β衰变后产生的新核往往处于高能级,不稳定,要向低能级跃迁,放出γ光子。②γ射线是伴随着α射线和β射线产生的,γ射线辐射并不能独立发生,所以,只要有γ射线必有α衰变或β衰变发生。③γ射线不是带电粒子,因此γ射线并不影响原子核的核电荷数,故γ射线不会改变元素在周期表中的位置。
【例1】 如图所示,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出 的总个数为( )A.6D.14
解析 由题图分析可知,核反应方程为 ,设经过a次α衰变,b次β衰变,由电荷数与质量数守恒可得238=206+4a,92=82+2a-b,解得a=8,b=6,A、C、D错误,B正确。
1.(2023辽宁沈阳高二期末)在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示,已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是( )A.原子核发生的可能是α衰变,也可能是β衰变B.径迹2可能是衰变后新核的径迹C.若是α衰变,则1和2的径迹均是逆时针方向
解析 原子核衰变过程系统动量守恒,由动量守恒定律有0=m1v1+m2v2,可知衰变生成的两粒子动量等大反向,两粒子速度方向相反,若圆1的速度v1方向向上顺时针做圆周运动,则圆2的速度v2方向向下顺时针做圆周运动,由左手定则知,两粒子都带正电,发生的是α衰变;若圆1的速度v1方向向下逆时针做圆周运动,则圆2的速度v2方向向上逆时针做圆周运动,由左手定则知,两粒子都带负电,不符合实际,即不可能发生β衰变,故A错误。由粒子在匀
两者动量大小相等,则电荷量大的半径小,由于新核的电荷量大于放出粒子的电荷量,则圆1应为衰变后新核的径迹,故B错误。若是α衰变,两粒子都带正电,由左手定则知都沿顺时针方向做圆周运动,故C错误。设半径为r1的
美国科学家维拉·黎比运用半衰期的原理发明了“碳-14计年法”,并因此获得了1960年的诺贝尔奖。如图为始祖鸟的化石,利用“碳-14计年法”可以估算出始祖鸟的年龄。
(1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟的年龄?(2)若有10个具有放射性的原子核,经过一个半衰期,则一定有5个原子核发生了衰变,这种说法是否正确,为什么?
要点提示 (1)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。能够运用它来计算始祖鸟的年龄是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。(2)这种说法是错误的,因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律,不适用于少量原子核的衰变。
【例2】 (2023河北邯郸一中期末)医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线,而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的。对于质量为m0的113Sn,经过时间t后剩余的113Sn质量为m,其 图线如图所示。下列说法正确的是( )A.100个113In原子核在经过一个半衰期后,一定还剩50个B.温度升高,113Sn原子运动更剧烈,其半衰期将变小C.113Sn原子与氧气反应后生成的氧化物将不再具有放射性D.从图中可以得到113Sn的半衰期为115.1 d
解析 半衰期对大量原子核有统计意义,对少量原子核没有意义,故A错误;半衰期是原子核自身的性质,与外界物理因素无关,故B错误;113Sn原子与氧
方法技巧 半衰期理解的两个误区(1)错误地认为半衰期就是一个放射性元素的原子核发生衰变所经历的时间,其实半衰期是大量原子核发生衰变时的统计规律。(2)错误地认为放射性元素的半衰期就是元素质量减少为原来一半所需要的时间,该观点混淆了尚未发生衰变的放射性元素的质量与衰变后元素的质量的差别,其实衰变后元素的质量包括衰变后新元素的质量和尚未发生衰变的元素的质量两部分。
2.在核电站发生核事故后,附近可检测出放射性元素铯137,铯137的半衰期约为30年。假设一条海鱼在15年前体内有2.0×10-8 g的铯137,若铯137在这期间未被代谢出体外,则现在残留在其体内的铯137有( )A.0.5×10-8 gB.1.0×10-8 gC.1.4×10-8 gD.1.5×10-8 g
α粒子轰击氮原子核的示意图如图所示。
(1)充入氮气前荧光屏上看不到闪光,充入氮气后荧光屏上看到了闪光,说明了什么问题?(2)原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律?
要点提示 (1)产生了新粒子。(2)质量数与电荷数都守恒。
1.原子核的人工转变(1)条件:用α粒子、质子、中子,甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。(2)实质:用粒子轰击原子核并不是粒子与原子核碰撞,将原子核打开,而是粒子打入原子核内部使原子核发生了转变。(3)规律:反应前、后电荷数守恒、质量数守恒。
2.三个重要原子核的人工转变方程(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程:
特别提示 原子核的人工转变必须要有一定的装置和条件,不会自发产生。
3.人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点:原子核的人工转变是一种核反应,是其他粒子与原子核相碰撞的结果,需要一定的装置和条件才能发生,而衰变是原子核的自发变化,它不受物理和化学条件的影响。(2)相同点:人工转变与衰变过程一样,在发生过程中质量数与电荷数都守恒,反应前后粒子总动量守恒。
A.中子B.质子C.电子D.氦核
3.(2023湖北高二期末)科学家通过辐射探测器发现闪电能够引发大气核反应,并产生放射性同位素。其中一种典型的核反应如图所示,闪电产生的高能γ射线把14N原子核里的中子移除出去,产生不稳定的原子核a,a再衰变成中微子(质量数和电荷数均为零)、正电子和稳定的原子核b。则( )
解析 根据质量数和电荷数守恒,闪电产生的高能γ射线把14N原子核里的中子移除出去,质量数减少,电荷数不变,所以a是 ,a再衰变成中微子、正电子和稳定的原子核b,则新核b的质量数不变,电荷数减少,即b是 ,故选C。
探究点四 放射性同位素及其应用
人工放射性同位素的放射强度易于控制,它的半衰期比天然放射性物质短得多,因此在生产和科学领域得到广泛的应用。
(1)能用α射线来测量金属板的厚度吗?
(2)γ射线照射食品延长保质期的原理是什么?
要点提示 用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌,抑制蔬菜发芽,延长保存期。
1.放射性同位素具有放射性的同位素,叫作放射性同位素。有天然存在的和人工放射性同位素两类。2.放射性同位素的应用(1)利用放射性同位素放出的射线①探伤:射线穿透金属部件时,如果遇到砂眼、裂痕等伤痕,接收到的射线将与正常处不同,因此可利用放射性同位素放出射线探伤。②测厚:射线穿透某些物质的能力与物质的厚度、密度有关,因此可用射线来检查某些产品的厚度,技术上可用作自动控制。
③利用射线电离作用,可以使空气电离,除去纺织车间的静电,或制成报警器。辐照:利用射线照射,可以杀死癌细胞,用以治病;用射线照射植物,引起植物变异,用以育种等。
(2)作示踪原子由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质,如果在某种元素里掺进一些放射性同位素,那么元素无论走到哪里,它的放射性同位素也经过同样的过程。而放射性同位素不断地放出射线,再用仪器探测这些射线,即可知道元素的行踪,这种用途的放射性同位素叫作示踪原子。
3.人工放射性同位素的优点(1)天然放射性元素不过40多种,但人工放射性同位素已达3 000多种,目前每种元素都有了自己的放射性同位素。(2)和天然放射性物质相比,人工放射性同位素的放射强度容易控制,还可以制成各种所需的不同形状,特别是它的半衰期比天然放射性物质短得多,因此放射性废料容易处理。由于这些优点,所以在生产和科研中凡是用到射线时,用的都是人工放射性同位素,而不用天然放射性物质。
【例4】 在医疗技术中有时需要利用放射线治疗肿瘤,所用的放射源必须具备以下两个条件:(1)放出的放射线有较强的穿透能力,能辐射到体内肿瘤所在处。(2)能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度。下表给出了四种放射性同位素的辐射线及半衰期,在表中所列的四种同位素中,最适宜作为放疗使用的放射源是( )
A.钋210 B.锶90 C.锝99 D.钴60
解析 三种射线中γ射线的穿透能力最强,α射线与β射线的穿透性相对于γ射线都较弱,不适合用作医学的放射源,故A、B错误;锝99的半衰期较短,而钴60的半衰期较长,钴60在较长时间内具有相对稳定的辐射强度,适合用作医学的放射源,故C错误,D正确。
4.放射性同位素发出的射线在科研、医疗、生产等诸多方面得到了广泛的应用,下列有关放射线应用的说法正确的有( )A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电,因此达到消除有害静电的目的B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,也能进行人体的透视C.用放射线照射农作物种子能使其DNA发生变异,其结果一定是成为更优秀的品种D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常组织造成太大的危害
解析 利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性,使空气分子电离成导体,将静电放出,故A错误;利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,γ射线对人体细胞伤害太大,因此不能用来人体透视,故B错误;DNA变异并不一定都是有益的,也有有害的一面,故C错误;射线对人体细胞伤害太大,在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量,故D正确。
1.(放射性同位素及其应用)(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( )A.利用钴60治疗肿瘤等疾病B.γ射线探伤C.利用含有放射性碘131的油,检测地下输油管的漏油情况D.把含有放射性同位素的肥料施给农作物用以检测农作物吸收养分的规律
解析 利用钴60治疗肿瘤和γ射线探伤是利用射线能量高、穿透能力强的特点,故A、B错误;C、D两项是利用放射性同位素作为示踪原子,故C、D正确。
2.(原子核的人工转变)(2023山西长治高二期末)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
3.(半衰期)(2023山东东营高二期末)航天器上常用的核电池为“钚238”核热电池,其原理为:电池芯部的“钚238”衰变产生热量,通过“热电转换器”将热
A.产生的α射线有很强的穿透能力B.X核内有143个中子C.“钚238”的半衰期为D.电池工作时内部处于高温,“钚238”的半衰期变短
解析 α射线穿透能力较弱,在空气中只能前进几厘米,用一张纸就能把它挡住,故A错误;根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数和电荷数分别为A=238-4=234,Z=94-2=92,所以中子数为N=A-Z=142,故B错误;设“钚
内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件均无关,所以电池工作时内部处于高温,“钚238”的半衰期不变,故D错误。
4.(原子核的衰变)(2023河南周口高二期末)自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的衰变,形成放射系。如图是从 开始的锕系图。纵坐标N表示 ,横坐标Z表示核电荷数,从U衰变到P,有 次α衰变, 次β衰变。
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