學習目標：1．[物理觀念]知道衰變、半衰期及原子核衰變的規(guī)律，了解核反應及放射性同位素應用的基本觀念和相關(guān)實驗證據(jù)。2.[科學思維]掌握原子核衰變規(guī)律與半衰期計算，熟悉核反應方程書寫及放射性同位素應用，培養(yǎng)分析能力。推理能力。3.[科學探究]通過學習科學家對放射性元素衰變的探究，學會觀察和思考，提升科學探究的能力。4.[科學態(tài)度與責任]培養(yǎng)實事求是的科學精神，體驗科學家探索科學規(guī)律的艱辛與價值，激發(fā)學習興趣。閱讀本節(jié)教材，回答第108頁“問題”并梳理必要的知識點。教材P108“問題”提示：真的存在，但不是化學方法，是原子核的衰變。一、原子核自發(fā)釋放α粒子或β粒子，導致其核電荷數(shù)變化，從而在元素周期表中的位置發(fā)生改變，形成另一種原子核。我們把這種變化稱為原子核的衰變。(1)α衰變：放出α粒子的衰變。(2)β衰變：放出β粒子的衰變。U→Th＋He。Th→Pa＋e。(1)原子核衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。(2)每種放射性元素僅具有一種放射性形式，無法同時呈現(xiàn)α和β放射性，而γ射線則伴隨α衰變或β衰變產(chǎn)生。說明：原子核衰變時質(zhì)量數(shù)守恒，但不是質(zhì)量守恒，有質(zhì)量減少(也叫質(zhì)量虧損)。二、放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。不同的放射性元素，半衰期不同。利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點，可以測量其衰變程度、推斷時間。(1)人工核轉(zhuǎn)變：N＋He→O＋H。(2)定義：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程。(3)特點：在核反應中，質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。說明：半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，只對大量原子核有意義，對少數(shù)原子核沒有意義。三、1．放射性同位素：很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它們被稱為放射性同位素。2．放射性同位素的應用：(1)射線測厚儀。(2)放射治療。(3)培優(yōu)、保鮮。(4)示蹤原子：不同同位素的元素展現(xiàn)出一致的化學特性。通過替換非放射性同位素為放射性同位素，可以追蹤原子的定位。3．輻射與安全：人類一直生活在放射性的環(huán)境中，過量的射線對人體組織有破壞作用。要防止放射性物質(zhì)對水源、空氣、用具等的污染。說明：一般放射性同位素半衰期短，而且強度容易控制，使用更廣泛。(1)原子核發(fā)生α衰變時，核的質(zhì)子數(shù)減少2，而質(zhì)量數(shù)減少4。(2)對放射性元素加熱時，其半衰期縮短。(3)衰變和原子核的人工轉(zhuǎn)變均滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。(4)在用到射線時，利用人工放射性同位素和天然放射性物質(zhì)都可以。2．(多選)原子核U依次經(jīng)歷放射性衰變①變?yōu)門h，再經(jīng)衰變②變?yōu)镻a，最終通過衰變③回到U。ABC[UTh衰變后質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，表明①為α衰變，A正確；ThPa的質(zhì)子數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變，說明②為β衰變，中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子，B正確；PaU的質(zhì)子數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變，同樣說明③為β衰變，中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子，C正確，D錯誤。C．利用γ射線來治療肺癌、ACD[α射線的電離作用很強，利用α射線的電離作用，A正確；γ射線對生物具有物理、化學作用下，照射種子可引發(fā)基因變異，適用于放射性治療。β射線無生物效應，B選項錯誤，C選項正確；同位素的核外電子數(shù)一致，化學性質(zhì)相同，放射性同位素帶有“放射性標記”，可通過探測器檢測，D選項正確。對原子核衰變的理解(教師用書獨具)教材P109“思考與討論”提示：新核的質(zhì)量數(shù)與原來的核質(zhì)量數(shù)減少4，在元素周期表中位置向前移兩位。α衰變的質(zhì)量數(shù)減少4，核電荷數(shù)減少2。原子核α衰變實質(zhì)是放出一個氦原子核，β衰變實質(zhì)是放出一個電子。試探究：(1)放射性元素能不能一次衰變同時產(chǎn)生α射線和β射線？(2)γ射線又是怎樣產(chǎn)生的？提示：(1)不能，一次衰變只能是α衰變或β衰變，而不能同時發(fā)生α衰變和β衰變。(2)放射性的原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時產(chǎn)生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，并放出γ光子。α衰變：在特定條件下，原子核內(nèi)的兩個質(zhì)子與兩個中子結(jié)合形成α粒子，作為整體從較大的原子核中發(fā)射出來，引發(fā)α衰變。轉(zhuǎn)化方程為2n＋2H→He。β衰變：原子核內(nèi)的一個中子變成一個質(zhì)子留在原子核內(nèi)，同時放出一個電子，即β粒子放射出來。轉(zhuǎn)化方程為n→H＋e。(1)衰變前后的電荷數(shù)守恒。(2)質(zhì)量數(shù)守恒。(3)動量守恒。(1)α衰變：X→Y＋He。(2)β衰變：X→Y＋e。(1)方法：設(shè)放射性元素X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，則衰變方程為：根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程：以上兩式聯(lián)立解得：由此可見，確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個二元一次方程組。(2)技巧：為了確定衰變次數(shù)，通常首先通過質(zhì)量數(shù)的變化來判斷α衰變的次數(shù)（因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響），隨后依據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)?！纠?】U核經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)镻b核，問：(1)一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β衰變？(2)Pb與U相比，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少了多少？(3)綜合寫出這一衰變過程的方程。思路點撥：(1)α衰變和β衰變方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律。(2)在寫方程時用“→”而不能用“＝”號，因為質(zhì)量并不相等，且也不可逆。[解析](1)設(shè)U衰變?yōu)镻b經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變。即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變。(2)α衰變每次減少質(zhì)子和中子各2個，β衰變時中子減少1個而質(zhì)子增加1個。因此，Pb比U少10個質(zhì)子和22個中子。(3)衰變方程為U→Pb＋8He＋6e。(1)衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。(2)每發(fā)生一次α衰變，質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均減少2。(3)每發(fā)生一次β衰變，中子數(shù)減少1，質(zhì)子數(shù)增加1。1．(多選)原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能自發(fā)地放出射線。這些射線共有三種：α射線、β射線和γ射線。AD[發(fā)生一次α衰變，核電荷數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4，原子序數(shù)減少2；發(fā)生一次β衰變，核電荷數(shù)、原子序數(shù)增加1，故A、D正確。半衰期的理解與應用放射性元素氡(Rn)通過α衰變轉(zhuǎn)化為釙(Po)，其半衰期約為3.8天；然而，地質(zhì)研究表明，即使經(jīng)過漫長的年代，地殼中仍存在含有天然氡的礦石。試探究：(1)甲同學說Rn主要存在于地球深處的礦石中，溫度和壓力改變了它的半衰期，這種說法對嗎？(2)如果不對，那到底是什么原因呢？提示：(1)不對。放射性元素的半衰期由原子核本身的因素決定，與外界環(huán)境等因素無關(guān)。(2)地殼中原有的Rn早已衰變完了，目前地殼中的Rn主要來自其他放射性元素的衰變。1．對半衰期的理解：半衰期表示放射性元素衰變的快慢。2．半衰期公式：N余＝N原，m余＝m0，式中N原、m0表示衰變前的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ表示半衰期。3．適用條件：半衰期是統(tǒng)計學概念，用于總結(jié)大量原子核的衰變規(guī)律。對于特定原子核而言，無法預測其具體衰變時間；半衰期僅適用于大量原子核的情況?！纠?】碘131核不穩(wěn)定，會發(fā)生β衰變，其半衰期為8天。(1)碘131核的衰變方程：I→________(衰變后的元素用X表示)。(2)經(jīng)過________天75%的碘131核發(fā)生了衰變。(2)75%的碘發(fā)生了衰變，即25%的未衰變。共經(jīng)歷了兩個半衰期即16天。(1)半衰期是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，而不是樣本質(zhì)量減少一半的時間。(2)經(jīng)過n個半衰期，剩余原子核N剩＝N總。A．2天B．4天C．8天C放射性元素的衰變速率由原子核內(nèi)部特性決定，與化學狀態(tài)無關(guān)，因此半衰期仍為8天。A、B、D錯誤，C正確。核反應與放射性同位素的應用通過人工方法制備放射性同位素是一項重要發(fā)現(xiàn)，天然放射性同位素僅約40種，相比之下，現(xiàn)今人工制造的放射性同位素種類已超過100種。000多種。放射性同位素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和科學研究的許多方面都得到了廣泛的應用。試探究：(1)帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消失，這是什么原因？(2)在首次人工合成牛胰島素時，需驗證人工產(chǎn)物與天然牛胰島素結(jié)晶是否一致。為此，放射性同位素14C的作用是什么？提示：(1)放射線的電離作用，空氣中與驗電器所帶電荷電性相反的離子與之中和，所以使驗電器所帶電荷消失。(2)示蹤原子。1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應：N＋He→O＋H。1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應：Be＋He→C＋n。1934年約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應：Al＋He→P＋n；P→Si＋e。(2)人工轉(zhuǎn)變核反應與衰變的比較不同點：原子核的人工轉(zhuǎn)變是一種核反應，由其他粒子與原子核碰撞引發(fā)，需特定裝置和條件支持。相比之下，衰變是原子核的自發(fā)變化，不受物理或化學條件影響。相同點：人工轉(zhuǎn)變與衰變過程一樣，在發(fā)生過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，反應前后粒子總動量守恒。可分為天然放射性同位素和人工放射性同位素兩大類，其中天然放射性同位素種類不超過40種，而人工放射性同位素的數(shù)量已超過100種。000多種，每種元素都有自己的放射性同位素。放射強度容易控制。可以制成各種所需的形狀。半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，放射性廢料容易處理。因此，凡是用到射線時，用的都是人工放射性同位素。①利用它的射線。c.醫(yī)療上——利用γ射線的高能量治療癌癥。②作為示蹤原子：放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學性質(zhì)，通過探測放射性同位素的射線確定其位置。思路點撥：(1)α射線電離能力強。(2)γ射線的穿透能力強。BD[利用放射線消除有害靜電，α射線因其電離性使空氣分子電離成導體，從而泄出靜電，A錯誤；γ射線的穿透性適用于金屬探傷，但對人體細胞傷害大，故不能用于人體透視。在腫瘤治療中需嚴格控制γ射線劑量，B、]D正確；DNA變異并不一定都是有益的，C錯誤。(1)利用它的射線：α射線的電離作用，γ射線的貫穿本領(lǐng)和生物作用，β射線的貫穿本領(lǐng)。(2)作為示蹤原子：多數(shù)情況下用β射線，因為γ射線難以探測到。BD[A是利用了γ射線的穿透性，A錯誤；C利用了γ射線的生物作用，C錯誤；B、D是利用示蹤原子。4．完成下列各核反應方程，并指出哪個核反應是首次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子和正電子的。由此核反應使查德威克首次發(fā)現(xiàn)了中子。此核反應使盧瑟福首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。此核反應使約里奧—居里夫婦首次發(fā)現(xiàn)了正電子。1．物理觀念：原子核的衰變、半衰期、核反應及放射性同位素。2．科學思維：衰變及核反應規(guī)律的理解，半衰期的理解與計算，放射性同位素的應用。3．科學方法：實驗法、計算法、比較法。BD[β衰變中釋放的電子源于原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子的過程，因此A錯誤；B正確；α射線由放射性元素原子核在衰變時釋放的兩個中子和兩個質(zhì)子組成，C錯誤；γ射線常伴隨其他衰變產(chǎn)生，其本質(zhì)為電磁波，故D正確。]2．有一種新型鎳銅長效電池，它是采用半衰期長達100年的放射性同位素鎳63(Ni)和銅兩種金屬作為長壽命電池的材料，利用鎳63發(fā)生β衰變時釋放電子給銅片，把鎳63和銅片作電池兩極，外接負載為負載提供電能。A.鎳63的衰變方程為Ni→e＋Cu，選項A正確，B錯誤；電流方向為正電荷定向移動方向，在電池內(nèi)部電流從銅片流向鎳片，鎳片電勢較高，選項C、D錯誤。x、BCD[根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可以確定x為質(zhì)子H，y為He核即α粒子，z為中子n，故B、C、D正確。4．(多選)14C發(fā)生放射性衰變成為14N，半衰期約5700年。已知植物存活期間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減少?，F(xiàn)通過測量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一。A．該古木的年代距今約5B．12C、13C、AC[古木樣品中14C的比例是現(xiàn)代植物所制樣品的