5.2 原子核衰变及半衰期 课件 -2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦“原子核衰变及半衰期”，系统涵盖衰变类型、规律、半衰期概念及计算、放射性应用与防护等核心知识，通过“想一想”（如镭226衰变实例）、“易错辨析”（如半衰期与物理化学状态无关）等环节，衔接原子核结构前序知识，搭建从概念理解到规律应用的学习支架。 其亮点在于以物理观念为核心，通过衰变方程书写训练（如铀核α衰变）、半衰期公式推导，帮助学生形成物质观念（原子核结构变化）和能量观念（质量亏损）。融入科学思维培养，“导学探究”引导分析α/β衰变中质子数、中子数变化，“典例剖析”结合碳14测年、PET示踪原子等实例，强化科学推理与模型建构。注重科学态度与责任，通过放射性防护内容渗透科技伦理，学生能深化知识理解并激发探究兴趣，教师可依托分层练习与探究设计提升教学效率。

第5章　原子核与核能 第2节　原子核衰变及半衰期 课标要求 1.知道放射现象的实质是原子核的衰变。(物理观念) 2.了解半衰期的概念,知道半衰期的统计意义,能利用半衰期进行简单的计算。(物理观念) 3.知道两种衰变的性质,能运用衰变规律写出衰变方程。(物理观念) 4.了解放射性在生产和科学领域的应用和防护。(科学态度与责任) 基础落实·必备知识全过关 一、原子核的衰变 1.原子核的衰变:原子核因释放出α、β这样的射线(粒子流)而转变成 　　　　的变化。  2.衰变类型:放出α粒子的衰变称为　　　　,放出β粒子的衰变称为　　　　　,而γ射线是伴随α射线或β射线产生的。  3.衰变方程 (1)铀核发生α衰变转变成钍核:　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)钍核发生β衰变转变成镤核:　　　　　　　　　　　　　　　　　。  新核 α衰变 β衰变 二、半衰期 1.定义:放射性元素的原子核有　　　　发生衰变需要的时间。  3.适用条件:不适用于少数原子核的衰变。半衰期描述的是大量原子核发生衰变的　　　　　　　　,大量的原子核群体中,经过一定的时间将有一定比例的原子核发生衰变。但对于一个特定的原子核,我们不知道它将何时发生衰变,只知道它发生衰变的概率。  半数 半衰期 统计规律 4.特点 (1)不同元素的放射性半衰期一般　　　。  (2)元素半衰期的长短只由原子核　　　　　　　决定,一般与原子核所处的物理、化学状态无关。无论放射性元素所处的温度和压强如何变化、是以单质还是化合物的形式存在,原子的结构都不会受到影响,它的半衰期不会改变。  不同 自身因素 三、放射性的应用 1.利用半衰期非常稳定这一特点,可以通过测量其衰变程度来推断时间。 2.在某种元素里掺进一些该元素的放射性　　　　　　,用仪器探测它放出的射线,可以查明这种元素的行踪,具有这种用途的放射性　　　　　称为示踪原子。  3.利用γ射线的穿透本领可以测厚度等,还可以用于照射种子培育优良品种等。 同位素 同位素 四、放射性污染和防护 放射性污染主要来自核爆炸、核泄漏和医疗照射。过量的放射线对人体和其他生物体有很强的杀伤作用。为避免放射线的危害,要尽量减少受辐射时间,采取必要的防范措施。 想一想放射性元素衰变有一定的速率,镭226变为氡222的半衰期为1 620年。有人说:10克经过1 620年有一半镭226发生衰变,镭226还有5克,再经过1 620年另一半镭也发生了衰变,镭226就没有了。这种说法对吗?为什么? 提示 不对,放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间叫作这种元素的半衰期,经过第二个1 620年镭226还有2.5克。 易错辨析 判一判 (1)原子核发生衰变,变成了一种新的原子核。(　　) (2)原子核衰变时质量是守恒的。(　　) (3)β衰变时放出的电子就是核外电子。(　　) (4)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律。(　　) (5)对放射性元素加热时,其半衰期缩短。(　　) √ × 提示 原子核衰变时质量亏损。 × 提示 β衰变时放出的电子不是核外电子,是中子放出一个电子变成质子。 √ × 提示 温度不影响元素的半衰期。 即学即用 练一练 1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子。发现质子的核反应方 A.8和17 B.7和17 C.6和14 D.10和15 A 解析 根据核反应电荷数守恒2+7=1+x,核反应质量数守恒4+14=1+y,得x=8,y=17,故核反应方程为 ,故A正确,B、C、D错误。 重难探究·能力素养全提升 探究点一　原子核的衰变 导学探究 (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)α衰变时,原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子抛射出来,则核内的中子数和质子数都减少2个。 (2)β衰变时,核内的一个中子变成一个质子留在核内,同时放出一个电子,则核电荷数增加1,新核在元素周期表中的位置后移一位。 知识归纳 1.对原子核衰变的理解 2.衰变方程的书写 (1)核反应过程一般是不可逆的,所以核反应只能用箭头,不能用等号。 (2)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能凭空只依据两个守恒而杜撰出不符合实际的生成物来书写核反应方程。 (3)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出核能。 (4)当放射性物质发生连续衰变时,原子核中有的发生α衰变,有的发生β衰变,同时伴随着γ辐射。 　质量数守恒,质量有亏损 典例剖析 (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变? (3)写出这一衰变过程的方程。 恒和核电荷数守恒可得 238=206+4x① 92=82+2x-y② 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。 规律方法　确定衰变次数的方法 (3)根据电荷数和质量数守恒列方程 A=A'+4n Z=Z'+2n-m 对点演练 1.关于放射性现象的下列说法正确的是(　　) A.原子核发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了4 B.原子核发生α衰变时,生成核与α粒子的总质量等于原来的原子核的质量 C.原子核发生β衰变时,生成核的质量数比原来的原子核的质量数多1 D.单质的铀238与化合物中的铀238的半衰期是相同的 D 解析 α衰变时, 核电荷数少2,质量数少4,核子数少4,故中子数少2,故A错误;原子核发生α衰变时,要释放能量,故质量要发生亏损,故B错误;原子核发生β衰变后核电荷数增加1,质量数不变,故C错误;半衰期是对大量放射性元素的统计规律,由元素本身决定,与原子核所处环境、状态无关,故D正确。 探究点二　半衰期 导学探究 你知道考古学家根据什么推断古化石的年代吗? 要点提示 只要测出古化石中碳14的含量就可以根据碳14的半衰期推断古化石的年龄。 知识归纳 1.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。不同的放射性元素,半衰期不同,有的差别很大。 2.半衰期公式 ,其中,T为半衰期,M、N是衰变前的质量和原子数,m、n是衰变后尚未发生衰变的原子质量和原子数。 3.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,无法确定何时发生衰变,因此,半衰期只适用于大量的原子核的衰变。 4.影响因素 半衰期是放射性元素的一种性质,只与原子核本身的性质有关,其衰变的快慢是由原子核内部因素决定的,与其所处的化学状态和外部条件无关,即一种放射性元素,不管它以单质存在还是以化合物的形式存在,或者对它加压,或者提高它的温度,都不能改变其半衰期。 5.应用 利用半衰期非常稳定的特点,可以测算其衰变过程,推算时间等。 画龙点睛　(1)半衰期由核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件都无关。 (2)半衰期是一个统计规律,适用于对大量原子核衰变的计算,对于个别少数原子核不适用。 典例剖析 【例题2】　医学影像诊断设备PET/CT是诊断疾病的一种有效手段,其原理是借助于示踪剂可以聚集到病变部位的特点来发现疾病。该方法常利 B C 对点演练 2.(2025江西上饶模拟)某饭店新楼施工时,在地面以下13 m深的位置发现了两棵直径达1 m的榆树。建设部门测定这两棵古树样品碳14的含量约为现代植物的,已知碳14半衰期为5 730年,则这两棵古树距今约(　　) A.1.1万年 B.1.7万年 C.2.8万年 D.3.5万年 解析 根据半衰期公式N=N0N0,可知这两棵古树距今约t=5×5 730年≈2.8万年,故选C。 探究点三　放射性同位素及其应用 导学探究 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以广泛的应用。 (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存期的原理是什么? 要点提示 (1)不能。 (2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌,抑制食品腐败,延长保存期。 知识归纳 1.放射性同位素 具有放射性的同位素,叫作放射性同位素。 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本领与物质的厚度、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利用射线电离能力,可以使空气电离,除去纺织车间的静电,或制成报警器。 ④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)资源丰富,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。 典例剖析 BD 【例题3】 (多选)关于放射性同位素的应用,下列说法正确的是(　　) A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电,因此达到了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 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伤害 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,将静电泄出,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,在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量,故B、D正确;DNA变异并不一定都是有益的,故C错误。 对点演练 3.正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是:将放射性同位素氧15注入人体,参与人体的代谢过程。氧15在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET原理,回答下列问题: (1)将放射性同位素氧15注入人体,氧15的主要用途是(　　) A.利用它的射线 B.作为示踪原子 C.参与人体的代谢过程 D.有氧呼吸 (2)写出氧15的衰变和正负电子湮灭的方程式。 B 解析 (1)将放射性同位素氧15注入人体后,由于它能放出正电子,并能与人体内的负电子产生一对光子,从而被探测器探测到,所以它的用途是作为示踪原子,B正确。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 5 A 1 2 3 4 5 解析 因为β粒子是带负电的电子,核电荷数为-1、质量数为0,根据质量数、核电荷数守恒,可知X为N,比C多一个质子,故A正确;β粒子来自原子核C,故B错误;半衰期是针对大量原子核的统计规律,对少量原子核的衰变不适用,故C错误;原子核的衰变快慢与其所处的物理化学环境无关,是由其原子核内在结构而定,故D错误。 1 2 3 4 5 AC 1 2 3 4 5 解析 本题以人工放射性同位素为背景,意在考查核反应方程。根据核反应中质量数和核电荷数守恒的规律可知,X的质量数为4+27-1=30,核电荷数为2+13-0=15,Y的质量数为30,核电荷数为15-1=14,则X的质量数和Y的质量数相等,X的核电荷数比Y的核电荷数多1,选项A正确,选项B错误;X的核电荷数比Al的核电荷数多15-13=2,选项C正确;X的质量数比Al的质量数多30-27=3,选项D错误。 1 2 3 4 5 3.(多选)下列核反应方程中,X1、X2、X3、X4代表α粒子的有(　　) BD 1 2 3 4 5 解析 本题可根据核反应方程质量数和核电荷数守恒分析。根据核反应前后质量数和核电荷数守恒分析可知,A项中的X1为He,B项中的X2为He,C项中的X3为n,D项中的X4为He。选项B、D正确。 1 2 3 4 5 4.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 D 1 2 3 4 5 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 1 2 3 4 5 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的圆为放出新核的运动轨迹,半径为r2的圆为粒子的运动轨迹,则 1 2 3 4 5 19 解析 根据衰变过程中质量数和核电荷数守恒可知, UHeTh ThePa+ 2.公式:m=M,其中T为　　　　　,M为原来的质量。  程为He+ NH+X,则X的原子序数和质量数分别为(　　) He NO 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 XYHe XY+e 衰变实质 原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子,并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,产生α衰变。 n+HHe 原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内,同时放出一个电子,即β粒子放射出来。 nHe 衰变规律 原子核发生衰变时,衰变前后的电荷数和质量数都守恒 【例题1】U核经一系列的衰变后变为Pb核。 (2Pb与U相比,质子数和中子数各少了多少? 答案 (1)8次α衰变和6次β衰变　(2)10　22 (3UPb+He+e 解析 (1)设U衰变为Pb经过x次α衰变和y次β衰变。由质量数守 (2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2,每发生一次β衰变中子数减少1,而质子数增加1,故Pb较U质子数少10,中子数少22。 (3)衰变方程为UPb+He+e。 (1)题境:设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新元素Y。 (2)反应方程XY+He+e。 两式联立解得:n=,m=+Z'-Z。 m=M,n=N 用C作示踪原子,其半衰期仅有20 minC由小型回旋加速器输出的高速质子轰击N获得,则下列说法正确的是(　　) A.用高速质子轰击N,生成C的同时释放出中子 B.用高速质子轰击N,生成C的同时释放出α粒子 C.1 g的C经40 min后,剩余C的质量为0.2 g D.将C置于回旋加速器中,其半衰期可能发生变化 解析 根据质量数守恒和核电荷数守恒知,该核反应方程为HC He,故A错误,B正确;由题意知半衰期为20 min,经40 min,则发生了2个半衰期,1 g的C剩余的质量为m余=m=0.25 g,故C错误;半衰期与元素所处的物理环境和化学状态无关,因此其半衰期不可能变化,故D错误。 ONe2γ (2)由题意得ONe,e2γ。 1.幽门螺杆菌是感染人类胃的一种细菌,它产生的高活性尿素酶可将尿素分解为氨和碳14标记的CO2,C半衰期是5 730年,其衰变方程为CX+β。则下列说法正确的是(　　) A.X比C多一个质子 B.β粒子来自原子核X C.2 000个C经过5 730年会有1 000个发生衰变 DC在胃里比在空气中衰变得可能快些 2.(多选)1934年,约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔,首次产生了人工放射性同位素X,反应方程为He+AlXn。X会衰变成原子核Y,衰变方程为XYe,则(　　) A.X的质量数与Y的质量数相等 B.X的核电荷数比Y的核电荷数少1 C.X的核电荷数比Al的核电荷数多2 D.X的质量数与Al的质量数相等 AHn+X1 BHn+X2 CnBaKr+3X3 DLiH+X4 D.若衰变方程为UThHe,则r1∶r2=1∶45 强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力有qvB=m,解得r=,因为 ,故D正确。 RnPoHe 该核反应的方程是RnPoHe 根据半衰期公式可知,m余=m,解得t=3.8天×5=19天。 5.一个氡核Rn衰变成钋核Po,并放出一个α粒子,其半衰期T=3.8天,该核反应方程是　　　　　　　　　　,32 g氡经过　　　　天衰变还剩余1 g氡。  $