第2节 放射性元素的衰变-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

本讲义聚焦放射性元素的衰变核心知识点，系统梳理天然放射现象的发现、αβγ三种射线的本质与特征、原子核衰变规律及半衰期概念，构建从现象探究到本质理解的学习支架。 资料通过情境导入（如贝可勒尔实验、碳14测年）和师生互动任务（磁场中射线偏转分析），以科学探究和科学思维引导学生建构模型、推理规律。结合福岛核泄漏等实例培养科学态度与责任，课中辅助教师高效授课，课后助力学生通过针对练查漏补缺。

第二节　放射性元素的衰变 【素养目标】　1.了解天然放射现象和放射性发现的意义。　2.知道三种射线的本质和特征。　3.知道半衰期的概念和半衰期的统计意义，能利用半衰期公式进行简单计算。 知识点一　放射性的发现　原子核衰变 【情境导入】　(1)法国物理学家发现铀和含铀的矿物都能发出一种看不见的射线，这种射线可以使包在黑纸里的照相底片感光。单质或化合物均不影响放射性，可见射线并不来源于核外电子，那它来源于哪里？ (2)根据三种射线在电场中的偏转，判断α射线、β射线和γ射线的电性。 提示：(1)它来源于原子核。 (2)α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。 【教材梳理】(阅读教材P108－P109完成下列填空) 1．放射性的发现 (1)1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀和含铀的矿物能够发出一种看不见的射线，这种射线可以使包在黑纸里的照相底片感光。 (2)物质放射出射线的性质叫作放射性，具有放射性的元素叫作放射性元素。 (3)原子序数大于83的所有元素都有放射性。原子序数小于等于83的元素，有的也具有放射性。这些能自发地放出射线的元素叫作天然放射性元素。 (4)放射性与元素存在的状态无关，说明射线来源于原子核，也就是说，原子核是有内部结构的。 2．原子核衰变 (1)放射性元素放出的射线常见的有三种：α射线、β射线和γ射线。 学生用书↓第83页 (2)α射线是高速运动的α粒子流，α粒子即氦原子核，速度可达光速的十分之一，很容易使气体电离，贯穿本领很小。β射线是高速运动的电子流，速度可达光速的 99%，电离作用较弱，贯穿本领较强。γ射线不带电，它是频率很高的电磁波，波长很短，其电离作用最小，贯穿本领却最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板。 (3)原子核的衰变：把一种元素经放射过程变成另一种元素的现象，称为原子核的衰变，把放出α粒子的衰变称为α衰变，放出β粒子的衰变称为β衰变。 【师生互动】　如图为三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图。 任务1.α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转，说明了什么？ 任务2.α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径，试着比较两种粒子的比荷？ 提示：任务1.说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。 任务2.带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式R＝，又Rα>Rβ，vα<vβ，可知>，所以<，则α粒子的比荷小于β粒子的比荷。 　天然放射现象 (多选)关于天然放射现象，下列说法正确的是(　　) A．天然放射现象说明原子核具有复杂结构 B．β射线是由核外电子电离产生的 C．物质的放射性与物质的存在状态有关 D．通过化学反应不能改变物质的放射性 答案：AD 解析：天然放射现象中放出的射线是由原子核放出的，说明原子核具有复杂结构，A正确；β射线是由原子核放出的，不是核外电子电离产生的，B错误；放射性元素的放射性是由原子核自身决定的，与物质的存在状态无关，化学反应也不能改变物质的放射性，C错误，D正确。 针对练．(2025·广东肇庆高二期中)2011年3月12日，因强震而出现故障的日本福岛第一核电站发生爆炸，放射性物质泄漏。放射性物质中含有α、β、γ等射线，下列说法正确的是(　　) A．α射线中含有的粒子是H，具有很强的电离作用 B．β射线来源于原子内层电子，很容易穿透黑纸 C．γ射线来源于原子核衰变过程中受激发的电子从高能级向低能级跃迁时发出的 D．γ射线是能量很高的电磁波，具有很强的穿透能力 答案：D 解析：α射线是由原子核放射出的氦核，带正电，电离能力最强，故A错误；β射线是衰变中产生的电子，是原子核中的一个中子转化而来的，不是来源于原子内层电子，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，故B错误；γ射线一般随着α或β射线产生，放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量会以γ光子的形式辐射出来，γ射线是能量很高的电磁波，具有很强的穿透能力，故C错误，D正确。故选D。 　原子核衰变 如图所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场B，LL′是一厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏O、P两处有亮斑，则下列关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线的判断，与实验相符的是(　　) 选项 磁场方向 到达O点射线 到达P点射线 A 竖直向上 β射线 α射线 B 竖直向下 α射线 β射线 C 垂直纸面向里 γ射线 β射线 D 垂直纸面向外 β射线 γ射线 答案：C 解析：由三种射线的本质可知，γ射线在磁场中不偏转，则O处亮斑为γ射线，能穿过厚纸板且在磁场中发生偏转的射线为β射线，再根据偏转方向，结合左手定则可知磁场方向垂直纸面向里，故C正确。 学生用书↓第84页 三种射线的比较方法 1．知道三种射线带电的性质，α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电。α、β是实物粒子，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种。 2．在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断α和β射线，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线。 3．α射线穿透能力最弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强。 针对练．(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，下图中能正确表示射线偏转情况的是(　　) 答案：AD 解析：已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动所受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中所受电场力方向，可知A、B、C、D四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r＝，将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为＝··＝××≈371，由此可见，A正确，B错误；带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有x＝v0t，y＝·t2，消去t可得y＝，对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为＝··＝××≈，由此可见，C错误，D正确。 知识点二　半衰期 【情境导入】　如图为氡衰变剩余质量与原有质量比值的示意图。纵坐标表示的是任意时刻氡的质量m与t＝0时的质量m0的比值。 (1)经过多长时间，氡原子核的质量变为原来的？ (2)再经过相同的时间，未衰变的原子核占原有原子核的比例为多少？ 提示：(1)3.8 d　(2) 【教材梳理】(阅读教材P109－P110完成下列填空) 1．半衰期：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间，叫作半衰期，记为T。 2．衰变规律：m＝m0。 3．放射性元素的半衰期，描述的是大量该元素衰变的统计规律。 4．放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关。 【师生互动】　如图为始祖鸟的化石，生物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，由于14C 的β 衰变，14C的比例将持续减少。美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的原理发明“碳－14计年法”，并因此荣获了1960年诺贝尔奖。 任务1.在风云变化的亿万年间，为什么还能够运用该法来计算始祖鸟所处的年代？ 任务2.若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变吗？ 提示：任务1.半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。能够运用它来计算始祖鸟的年龄是因为半衰期与原子所处的化学状态和物理状态无关。 任务2.这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变。 下列关于放射性元素的半衰期的几种说法正确的是(　　) A．同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长 B．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核适用 C．氡的半衰期是3.8天，若有4 g氡原子核，则经过7.6天就剩下0 g了 D．氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天就只剩下一个 答案：B 解析：半衰期的大小由放射性元素的原子核内部自身的因素决定，跟所处的物理状态(如压强、温度)和化学状态(如单质、化合物)无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核适用，选项A、D错误，B正确；氡的半衰期是3.8天，若有4 g氡原子核，则经过7.6天即经过2个半衰期后，剩下4× g＝1 g，选项C错误。 学生用书↓第85页 1．对半衰期的理解 半衰期是半数原子核发生衰变经过的时间，是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素的半衰期相同，不同放射性元素的半衰期不同，有的差别很大。 2．半衰期公式 N余＝N原t,T)，m余＝m0t,T)，式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期。 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，因此，半衰期只适用于大量的原子核，对少量的原子核不适用。 针对练1. “氡222检测”是指使用采样泵或自由扩散方法将待测空气中的氡抽入或扩散进入测量室，通过直接测量所收集氡产生的子体产物或经静电吸附浓集后的子体产物的α放射性，推算出待测空气中氡的浓度的测量过程。已知质量为m0的氡222，经过时间t后剩余的氡222质量为m，其­t图像如图所示。从图中可以得到氡222的半衰期为(　　) A．1.22 d B．3.91 d C．5.02 d D．3.80 d 答案：D 解析：由题图可知质量为0.8m0的氡222减少到0.4m0所用的时间Δt＝3.80 d，0.4m0的氡222减少到0.2m0所用的时间Δt′＝3.80 d，即氡222的半衰期为3.80 d，故A、B、C错误，D正确。 针对练2.碳14测年是考古中常用的一种测年法，碳14是放射性核，其半衰期是5 730年，自然界中的碳14参与碳循环，生物体死亡后，立即停止与生物圈的碳交换，其碳14含量开始减少。通过测量样品中残留的碳14含量，就可以知道有机物死亡的时间。现有一份古生物化石，其中碳14在碳原子中所占的比例只是现代生物中的，则此化石形成距今的年数是(　　) A．11 460年 B．17 190年 C．22 920年 D．28 650年 答案：C 解析：由题意可知，古生物化石已经经过了4个半衰期，则此化石形成距今的年数为t＝5 730×4年＝22 920年，故选C。 1．下列现象中，说明原子核具有复杂结构的是(　　) A．光电效应 B．α粒子的散射 C．天然放射现象 D．康普顿效应 答案：C 解析：光电效应表明了光具有粒子性，故A错误；α粒子的散射实验表明原子具有核式结构，故B错误；天然放射现象反映了原子核具有复杂的结构，故C正确；康普顿效应说明光具有粒子性，光子和实物粒子一样，具有能量和动量，光子和电子碰撞过程中能量守恒，动量也守恒，故D错误。 2.天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知(　　) A．②来自原子核外的电子 B．①的电离作用最强，是一种电磁波 C．③的电离作用较强，是一种电磁波 D．③的电离作用最弱，是一种电磁波 答案：D 解析：①射线能被一张纸挡住，说明它的穿透能力差，是α射线，α射线是高速运动的氦核流，它的穿透能力差，电离作用最强，故B错误；②射线的穿透能力较强，说明它是β射线，β射线是高速电子流，β射线来自原子核，不是来自原子核外的电子，A错误；③射线的穿透能力最强，能够穿透几厘米厚的铅板，是γ射线，γ射线的电离作用最弱，穿透能力最强，它是能量很高的电磁波，故C错误，D正确。 3．碘131的半衰期约为8天，某药物中含有质量为m的碘131，经过48天后，该药物中碘131的含量大约还有(　　) A． B． C． D． 答案：D 解析：碘131的半衰期约为8天，经过48天后，碘131的剩余质量为m′＝m·t,T)＝ ，故D正确，A、B、C错误。 4．(多选)某医院利用放射线治疗肿瘤，被利用的放射源必须具备以下两个条件：(1)放出的射线有较强的穿透能力，能辐射到体内肿瘤所在处；(2)能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度。现有四种放射性同位素的放射线及半衰期如表所示。关于在表中所列的四种同位素，下列说法正确的是(　　) 学生用书↓第86页 同位素 钴60 锶90 锝99 氡222 放射线 γ射线 β射线 γ射线 α射线 半衰期 5年 28年 6小时 3.8年 A.最适宜作为放疗使用的放射源应是钴60 B．最适宜作为放疗使用的放射源应是锶90 C．放射线的电离能力最强的放射源是锝99 D．放射线的电离能力最强的放射源是氡222 答案：AD 解析：钴60放出的γ射线穿透能力强，半衰期较长，选项A正确，B错误；α射线电离能力最强，γ射线的电离能力最弱，氡222放出的是α射线，则放射线的电离能力最强的放射源是氡222，选项D正确，C错误。故选AD。 学科网（北京）股份有限公司 $