《天然放射現象之衰變》高中物理知識點歸納

　　【要求】

1．瞭解天然放射現象，知道三種射線的本質和特性，掌握核衰變的特點和規律；

2．知道原子核人工轉變的原理，瞭解質子、中子和放射性同位素的發現過程。

　　【知識再現】

　　一、天然放射現象

1．天然放射現象：某些元素能自發地放出射線的現象叫做天然放射現象。這些元素稱為放射性元素。

2．種類和性質

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。

β射線——高速的電子流，β粒子是速度接近光速的負電子，貫穿能力稍強，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,電離能力最弱。

　　二、原子核的衰變

1．衰變：原子核自發地放出某種粒子而轉變為新核的變化．

2．衰變規律：α衰變 X→ Y+ He ；

β衰變 X→ Y+ e

3．α衰變的實質：某元素的原子核同時發出由兩個質子和兩個中子組成的粒子（即氦核） 2 H+2 n→ He

β衰變的實質：某元素的原子核內的一箇中子變成質子發射出一個電子。即 n → H+ e+ （ 為反中微子）

4．γ射線：總是伴隨α衰變或β衰變產生的，不能單獨放出γ射線．γ射線不改變原子核的電荷數和質量數．實質是元素在發生α衰變或β衰變時產生的某些新核由於具有過多的能量（核處於激發態），向低能級躍遷而輻射出光子．

　三、半衰期

1．放射性元素的原子核有半數發生衰變需要的時間。它是大量原子核衰變的統計結果，不是一個原子發生衰變所需經歷的時間。

2．決定因素：由原子核內部的因素決定，與原子所處的物理狀態（如壓強、温度等）或化學狀態（如單質或化合物）無關．

　　四、原子核的人工轉變

1．質子的發現： N+ He→ O+ H

2．中子的發現： Be+ He→ C+ n

3．放射性同位素和正電子的發現：

Al+ He→ P+ n P→ Si+ e

4．放射性同位素的應用

（1）利用它的射線；

（2）做示蹤原子。

知識點一三種射線的特性

人們通過對天然放射現象的研究，發現了原子序數大於83的所有天然存在的元素，都有放射性。原子序數小於83的天然存在的元素，有的也有放射性。放射出來的射線共有三種：α射線、β射線和γ射線。三種射線的本質和特性對比如下：

【應用1】如圖 ，放射源放在鉛塊上的細孔中，鉛塊上方有勻強磁場，磁場方向垂直於紙面向外。已知放射源放出的射線有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

導示: 天然放射現象發出的射線有三種：α射線、β射線和γ射線。他們分別帶正電、負電、不帶電。再結合左手定則，可知：甲是β射線，乙是γ射線，丙是α射線。故答案應選B。

　　知識點二半衰期的理解

放射性元素經n個半衰期未發生衰變的原子核數N和原有原子核數N0間關係為：N＝N0（1/2）n，對應的質量關係為：m=m0（1/2）n

【應用2】14C是一種半衰期為5730年的放射性同位素。若考古工作者探測到某古木中14C的含量為原來的1/4，則該古樹死亡時間距今大約（ ）

A．22920年 B．11460

C．5730年 D．2865年

導示:生物體內的14C在正常生活狀況下應與大氣中14C含量保持一致。但當生物死亡後，新陳代謝停止，體內14C不再更新，加之14C由於不斷地衰變其含量逐漸減少，據半衰期含義可推知：該生物化石已經歷了2個半衰期，從而可知該生物死後至今經歷了大約5730×2=11460年。

故答案應選B。

　對半衰期兩種典型錯誤的認識：

1、N0個某種放射性元素的核，經過一個半衰期T，衰變一半，再經過一個半衰期T，全部衰變了；2、8個某種放射性元素核，經過一個半衰期T，衰變了4個，再經過一個半衰期T，又衰變了2個．事實上，半衰期是對大量放射性原子核的一個統計規律，而對於少量的核，並不適用。

類型一衰變次數的計算

【例1】（20XX年上海卷） 衰變為 要經過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

導示:假設 變為 的過程中，發生了m次α衰變和n次β衰變．則其核反應方程為

根據電荷數守恆和質量數守恆列出方程

92=82+2m-n 238=222+4m

以上兩式聯立解得：m=4， n=2

故應選B

求解衰變次數的方法除了上述解法之外，還可以利用兩種衰變的特點來求解．每發生一次β衰變原子核的質量數不變．而每發生一次α衰變質量數減少4．因由 變成 質量數減少16，所以可以確定α衰變次數，然後再利用電荷數守恆確定β衰變的次數。

類型二磁場中的衰變問題

粒子的衰變問題經常與磁場結合出現。

【例2】（07屆南京市第一次調研測試）在勻強磁場中有一個靜止的氡原子核 （ ），由於衰變它放出一個粒子，此粒子的徑跡與反衝核的徑跡是兩個相互外切的圓，大圓與小圓的直徑之比為42∶1，如圖所示。那麼氡核的衰變方程應是下列方程的哪一個（ ）

A． B．

C． D．

導示:根據左手定則，如果是α衰變，α粒子與新核均帶正電，而運動方向相反，則軌跡圓應外切。如果是β粒子，則應該內切。放射性元素的衰變過程中動量守恆．根據動量守恆定律可得mv1+mv2=0．所以產生的新核與衰變粒子(α粒子或β粒子)的動量大小相等方向相反；帶電粒子在磁場中運動時由洛倫茲力提供向心力，根據牛頓第二定律有 ．可見放射性元素衰變時，產生的新核和放出的粒子在同一磁場中做圓周運動的半徑與電荷量成反比。故選B。

衰變原子核是在勻強磁場中衰變且衰變方向與磁場垂直，其運動軌跡圓的特點：

α衰變：外切，轉向相同

β衰變：內切，轉向相反

注意：當衰變原子核靜止時，由 知，半徑之比等於電量的反比。

1．（20XX年上海卷）一置於鉛盒中的'放射源發射的a、b和g射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔後，鋁箔後的空間有一勻強電場。進入電場後，射線變為a、b兩束，射線a沿原來方向行進，射線b發生了偏轉，如圖所示，則圖中的射線a為_______射線，射線b為______射線。

2．鈾裂變的產物之一氪90（ Kr）是不穩定的，它經過一系列衰變最終成為穩定的鋯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．下列説法正確的是（ ）

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後形成的電子流

C．用加温、加壓或改變其化學狀態的方法都不能改變原子核衰變的半衰期

D．原子核經過衰變生成新核，則新核的質量總等於原核的質量

4．（20XX年廣東卷）⑴放射性物質 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，鉛盒內裝有能釋放α、β和γ射線的放射性物質，在靠近鉛盒的頂部加上電場E或磁場B，在圖（a）、（b）中分別畫出射線運動軌跡的示意圖。（在所畫的軌跡上須標明是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