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第四章 · 第二节
天然放射现象与衰变
三种射线 · αβ衰变 · 半衰期

📖 知识点学习

🎯 学习目标

  • 了解天然放射现象及三种射线
  • 掌握α衰变和β衰变的规律
  • 理解半衰期的概念
  • 掌握衰变中质量数和电荷数守恒
知识点一：三种射线
天然放射现象
某些元素自发地放出射线的现象。放射性元素放出三种射线：α射线、β射线、γ射线。
α射线
α
⁴₂He
氦核流
β射线
β
⁰₋₁e
电子流
γ射线
γ
高能光子
电磁波
三种射线比较
  • α射线：氦核，带正电，电离最强，穿透最弱（一张纸可挡）
  • β射线：电子，带负电，电离居中，穿透居中（铝板可挡）
  • γ射线：光子，不带电，电离最弱，穿透最强（需厚铅板）
知识点二：α衰变与β衰变
α衰变
原子核放出α粒子（⁴₂He），质量数减4，电荷数减2。例：²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He
β衰变
原子核放出β粒子（⁰₋₁e），质量数不变，电荷数加1。本质：核内中子→质子+电子。例：²³⁴₉₀Th → ²³⁴₉₁Pa + ⁰₋₁e
衰变守恒定律
  • 衰变前后质量数守恒
  • 衰变前后电荷数守恒
  • α衰变：质量数-4，电荷数-2
  • β衰变：质量数不变，电荷数+1
知识点三：半衰期
半衰期
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，反映衰变快慢。经过n个半衰期后剩余核数 N=N₀(1/2)ⁿ。
半衰期特点
  • 半衰期由原子核内部结构决定
  • 与外界条件（温度、压强等）无关
  • 经过1个半衰期剩余1/2，2个半衰期剩余1/4
  • 碳14半衰期约5730年，用于考古测年

🎬 动画讲解

📢
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🧪 互动实验：半衰期模拟

💡 调节时间（半衰期数），观察剩余原子核比例 N/N₀=(1/2)ⁿ
⚙️ 实验参数
初始核数 N₀1000
剩余核数 N1000
剩余比例 N/N₀100%
已衰变比例0%
📋 实验结论
每经过一个半衰期，剩余原子核数减半。经过n个半衰期后剩余 N=N₀(1/2)ⁿ。半衰期由原子核内部结构决定，与外界条件无关。

📝 例题精讲

💡 提示：点击「下一步」按钮，逐步查看详细解题过程
例题 1α衰变方程
²³⁸₉₂U经过一次α衰变后生成的新核是什么？
🔍 解题过程
1α衰变放出⁴₂He，质量数减4（238→234），电荷数减2（92→90）。
2生成²³⁴₉₀Th（钍）。衰变方程：²³⁸₉₂U→²³⁴₉₀Th+⁴₂He。质量数和电荷数均守恒。
✅ 生成²³⁴₉₀Th（钍核）。
例题 2衰变次数计算
²³⁸₉₂U衰变为²⁰⁶₈₂Pb，需要经过几次α衰变和几次β衰变？
🔍 解题过程
1设x次α衰变、y次β衰变。质量数守恒：238-4x=206，解得x=8。
2电荷数守恒：92-2x+y=82，92-16+y=82，y=6。即8次α衰变和6次β衰变。
✅ 8次α衰变和6次β衰变。

🚀 拓展提升

β衰变的本质

β⁻衰变放出电子，本质是核内中子转化为质子和电子：n→p+e⁻+反中微子。β⁺衰变放出正电子，本质是质子转化为中子：p→n+e⁺+中微子。

放射性的应用

  • 碳14测年：考古年代测定
  • 放射治疗：γ射线治疗肿瘤
  • 放射性示踪：医学诊断
  • 辐射育种：农业改良

放射性的防护

α射线穿透弱，外部危害小但内照射危险大；γ射线穿透强需厚屏蔽。防护原则：时间（缩短接触）、距离（远离源）、屏蔽（铅板混凝土）。

✏️ 练习巩固

💡 提示：每道题作答后会立即显示解析，请认真思考后再作答
第 1 题★☆☆ 基础
α射线是什么？
A高速电子流
B光子流
C氦核流
D中子流
第 2 题★☆☆ 基础
三种射线中穿透能力最强的是？
Aα射线
Bβ射线
Cγ射线
D都一样
第 3 题★★☆ 巩固
半衰期是指什么？
A原子核全部衰变所需时间
B原子核数减少一半所需时间
C质量减少一半所需时间
D放射性减弱一半所需时间
第 4 题★★☆ 巩固
β衰变中放出的β粒子是？
A质子
B中子
C电子
D正电子
第 5 题★★★ 拓展
某元素经过2个半衰期后，剩余未衰变原子核占原来的几分之几？

🧠 知识点问答

老师来考考你！下面的问题都来自本节课的知识点，看看你掌握了多少。每次点击"再考一次"题目顺序都会随机打乱哦！
🎉

课程完成！

恭喜你完成了「天然放射现象与衰变」的学习！

📌 核心要点：
① 三种射线：α(氦核)、β(电子)、γ(光子)
② α衰变：质量数-4，电荷数-2
③ β衰变：质量数不变，电荷数+1
④ 衰变中质量数和电荷数守恒
⑤ 半衰期：N=N₀(1/2)ⁿ，与外界无关