5.2 放射性元素的衰变 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦放射性元素的衰变，系统涵盖原子核衰变（α、β衰变）、半衰期、核反应及放射性同位素应用等核心知识点，通过复习三种射线本质与原子核组成，以“重核为何自发辐射射线”问题衔接旧知，搭建递进式学习支架。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，通过“思考1”推导铀238衰变方程、“思考与讨论”总结衰变规律，结合衰变次数计算、半衰期应用等典型例题，培养学生守恒思想与科学推理能力，融入碳14测年等科学漫步内容增强探究性。学生能深化对物质结构的理解，教师可借助清晰结构与详实案例提升教学效率。

完成一个小目标，需要一个大智慧！ 授课教师：李长青 学习目标 人教版(2019)选必修 第一册 5.2 放射性元素的衰变 1.了解原子核的衰变，会正确书写衰变方程。 2.知道半衰期及其统计意义，知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护。 3.根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。 4.具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，勇于探索日常生活有关的物理问题。 1 1、三种射线的本质分别是什么？ 2、射线来源于何处？ 射线与核外电子无关，来自原子核。 3、原子核由什么组成？ 原子核由质子和中子组成 （质子和中子通称为核子） 核电荷数Z=质子数=原子序数=荷外电子数 质量数A=核子数=质子数+中子数 复习回顾 中子 质子 新课导入 原子序数大于83的元素，都能自发地从原子核发出射线：α射线、β射线和 γ射线.是怎么完成的呢？ 3 学习任务一： 原子核的衰变 一、原子核的衰变 1.定义：原子核放出 α粒子或 β粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变。 2.种类： α衰变 β衰变 【思考1】 1、请写出铀238的原子核符号。 2、铀238具有放射性，会发出α射线，该过程实质是α粒子从铀原子核中以0.1C 飞出来。请思考铀238发出α射线后会变成什么？（变化过程中电荷数和质量数都守恒） 原子核（自发地）放出一个α 粒子（ ）后，质量数减少4， 电荷数减少2，就成了一个新原子核， 该过程叫α衰变。 【思考2】1、研究发现，有些原子核内的中子能自发地转化成了一个质子和一个电子。请写出该过程的方程式。 2、已知钍234原子核能发射β 射线（电子流），但原子核由质子和中子组成，没有电子。请猜想该过程是怎么发生的。 原子核（自发地）放出一个β 粒子（ ）后，质量数不变，电荷数增加1，就成了一个新原子核， 该 过程叫β衰变。 原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子 。 3.规律： (1)在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。大量事实表明，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。 思考与讨论： 在α衰变中，相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移还是向后移？要移动几位？你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？β衰变呢？ α衰变一般方程： β衰变一般方程： 中间用单箭头，不用等号； 一 原子核的衰变 3. 衰变： 1.定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，转变为新核的过程. 规律：衰变前后电荷数和质量数守恒. 特点：只有 衰变能引起原子核质量数变化。 2.衰变: 新核质量数少4，电荷数少2. 新核质量数不变，电荷数加1. 衰变 射线 射线 8 4.衰变的本质： (2)β衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子。 (1)α衰变：原子核内少两个质子和两个中子 。 5.γ射线的产生： 放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。 α 衰变： β 衰变： A B c 衰变 A B c 衰变 常考题型： 反比 F内 >> F外 动量守恒： r= 动量守恒： 牛顿第二定律： qvB=m 6、衰变中的动量守恒问题 A B c 衰变 常考题型： 反比 α 衰变： β 衰变： 两圆外切，α 粒子半径大 两圆内切，β 粒子半径大 学习任务评价一 小结：衰变次数的确定方法： 因为β衰变对质量数无影响,可先由质量数的改变确定α 衰变的次数,然后再根据衰变规律确定β 衰变的次数. 【例1】 U (铀核)衰变为器 Rn (氡核)要经过几次 α 衰变，几次 β 衰变? 解：设 U (铀核) 衰变为 Rn (氡核) 要经过 x 次 α 衰变和y次β 衰变，其衰变的核反应方程为 U→Rn＋xHe＋ye， 根据质量数和电荷数守恒，有 4x＝16，2x－y＝6， 解得 x＝4，y＝2，即要经过4次 α 衰变、2次 β 衰变. 学习任务二： 半衰期 1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫做元素的半衰期. 氡的 衰变 m/m0 t /d 3.8 1/2 2×3.8 1/4 3×3.8 1/8 1/16 4×3.8 … … 11.4 7.6 3.8 1/2 1/4 1/8 m/m0 t /d 0 剩余的质量 剩余粒子数 1 几点说明 3.半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。 1.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量 2.元素的半衰期由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关。不同元素半衰期不同。 学习任务评价二 【例2】1898 年12 月居里夫妇发现了放射性比铀强百万倍的镭226，镭226 的半衰期为 1620年，镭226 衰变为氡222的方程 。下列说法正确的是（　　） A．该衰变为α衰变 B．该衰变为β衰变 C．增加环境温度可以使镭226 的半衰期变为810年 D．经过3240年，100 个镭226 中将有75 个镭226 发生衰变 A 【例3】一物理学习小组研究可作为核电池材料的衰变为的过程，根据测量数据，用横坐标表示时间，用纵坐标表示任意时刻的质量与初始时刻（时）的质量的比值，得出的图像如图所示。下列说法正确的是（　　） A．衰变为释放的射线电离作用很弱 B．衰变为释放的射线在电场中不会偏转 C．图像中的 D．图像中的 C 学习任务三： 核反应 ◑ 核反应 卢瑟福在实验中发现，往容器C中通入氮气后，在荧光屏S上出现了闪光，这表明，有一种新的能量比粒子大的粒子穿过铝箔，撞击在S屏上，这种粒子肯定是在粒子击中某个氮核而使该核发生变化时放出的。这样，卢瑟福通过人工方法实现了原子核的转变，人类第一次打开了原子核的大门。 粒子 铝箔 荧光屏 氮气 显微镜 1.原子核的人工转变 卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素——氧17和一个质子，即 + 发现质子 不仅用α粒子，用质子、中子甚至用γ光子去轰击一些原子核，都可以实现原子核的转变，通过这种方式可研究原子核结构，还可以发现和制造新元素。 这是人类第一次实现的原子核的人工转变 2.核反应： 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应与衰变过程一样，在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。 1932 年查德威克发现中子 1934 年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子 BeHen 化学方程式 核反应方程式 联系 电荷、质量守恒 电荷数、质量数守恒 区别 用符号 用箭头 4.说明：1. 中间用单箭头，不用等号； 2. 是质量数守恒，不是质量守恒； 3. 方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。 注意：核反应方程式中质量数守恒指衰变前后核子的总数不变， 并不是质量不变！ 3.区分：核反应与化学反应 学习任务评价三 【例4】我国科研人员对“嫦娥五号”月球样品富铀矿物进行分析，确定月球直到 20亿年前仍存在岩浆活动。 已知铀的一种衰变方程为 ， 则（     ） A．m=8，n=3 B．m=7，n=2 C．m=7，n=4 D．m=8，n=1 C 学习任务四： 放射性同位素及其应用 1.射线测厚仪 利用γ射线的穿透特性 自学课本P112-113 在钢板一面，放置γ射线源，另一面放着接收装置。那么钢板越厚，接收到了射线信号越弱，根据信号强度就可以测量金属板的厚度。 原理： 2.放射治疗 利用γ射线高能量治疗癌症 3.培优、保鲜 γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等。 碘131 甲状腺疾病诊断 4.示踪原子 同一元素的各种同位素化学性质相同 严格遵守操作规程，做好防护 人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质。 不过这些射的强度都在安全剂量之内，对我们没有伤害。 电磁信号 学习任务评价四 【例5】秦山核电站生产的核反应方程为，其产物的衰变方程为。下列说法正确的是（     ） A．X是中子 B．可以用作示踪原子 C．来自原子核外 D．经过一个半衰期，10个将剩下5个 B 课堂小结 核反应 放射性同位素 及其应用 放射线测厚仪 培优、保鲜 、示踪原子、 γ射线探伤等 ①α衰变：+ ②β衰变：+ 原子核的衰变 半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫做元素的半衰期. 放射性元素 的衰变 BeHen 课堂练习 【1】日本政府今年3月13日正式决定，东京电力公司福岛第一核电站核废水将于今年春夏排放至大海。核废水中含有大量核反应产生的放射性碘131，已知碘131的衰变方程为 ，半衰期为8天。下列说法正确的是（     ） A．碘131发生的衰变是α衰变 B．碘131发生的衰变是β衰变 C．10个碘131原子核经过8天后一定还有5个未衰变 D．碘131衰变能释放出 ，说明了碘131原子核中有 B ABD 【3】一个原来静止的 原子核，辐射出α 粒子，它的两个产物在垂直于它们速度方向的匀强磁场中运动，它们的轨迹和运动方向(图中用箭头表示)可能是下图中哪一个 （    ） ×　 × 　 ×　 × 　 ×　 ×　 ×　 × 　　 ×　 × 　×　 × ×　 ×　 ×　 ×　 D. 新核 α粒子 ×　 × 　 ×　 × 　 ×　 ×　 ×　 × 　　 ×　 × 　×　 × ×　 ×　 ×　 ×　 A. 新核 α粒子 ×　 × 　 ×　 × 　 ×　 ×　 ×　 × 　　 ×　 × 　×　 × ×　 ×　 ×　 ×　 B. 新核 α粒子 ×　 × 　 ×　 × 　 ×　 ×　 ×　 × 　　 ×　 × 　×　 × ×　 ×　 ×　 ×　 C. 新核 α粒子 D 【4】元素X是放射性元素Y的同位素，X与Y分别进行了如下的衰变： ，则下列叙述中正确的是 （ ） A．Q和S是同位素 B．X和R的原子序数相同 C．X和R的质量数相同 D．R的质子数多于上述任一元素的质子数 X P Q， Y R S α β β α AD C-14（“碳钟”）年代测定法，又称放射性碳定年法，就是根据C-14衰变的程度来判定古生物体的年代，该项研究获得1960年诺贝尔化学奖。 要推断一块古木的年代，可以先把古木加温，制取1g碳的样品，再用粒子计数器进行测量。如果测得样品每分钟衰变的次数正好是现代植物所制样品的一半，表明这块古木经过了14C的一个半衰期，即5730年，如果测得每分钟衰变的次数是其他值，也可以根据半衰期计算出古木的年代。 稳定 14C 半衰期 τ =5730 年 碳14测年技术 科学漫步 坚持很酷 【2】 (1)eq \o\al(232, 90)Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成eq \o\al(208, 82)Pb(铅)．以下说法中正确的是(　 　) A．铅核比钍核少8个质子 B．铅核比钍核少16个中子 C．共经过4次α衰变和6次β衰变 D．共经过6次α衰变和4次β衰变 (2)约里奥·居里夫妇因发现人工放射性 元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖， 他们发现的放射性元素eq \o\al(30,15)P衰变成eq \o\al(30,14)Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是______________. 正电子（eq \o\al(　0,＋1)e） $