第5章 第2节 放射性元素的衰变（课件PPT）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

该高中物理课件围绕放射性元素的衰变展开，涵盖原子核衰变、半衰期、核反应及放射性应用等核心知识，通过课前梳理基础概念（衰变定义、分类、守恒规律）与课堂深度探究（衰变实质、γ射线产生、半衰期统计意义），搭建从概念理解到规律应用的学习支架。 其亮点在于结合“碳-14计年法”等实例进行问题探究，通过衰变粒子在磁场中运动的例题分析，渗透科学思维（守恒规律、统计思想）与科学探究（实验情境问题），帮助学生构建物理观念，提升分析能力，也为教师提供系统教学资源，助力高效教学。

第2节　放射性元素的衰变 1 学习目标 1．知道放射现象的实质是原子核的衰变；知道两种衰变的基本性质，掌握原子核的衰变规律。 2．会用半衰期描述衰变的快慢，知道半衰期的统计意义。会利用半衰期解决相关问题。 3．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。 4．了解放射性在生产和科学领域的应用。知道射线的危害及防护。 返回导航 课前知识梳理 1 课堂深度探究 2 内 容 索 引 随堂巩固落实 3 课前知识梳理 PART 01 第一部分 4 一、原子核的衰变 1．定义：原子核自发地放出______或______，则核电荷数变了，变成另一种______，这种变化称为原子核的衰变。 2．衰变分类 (1)α衰变：放出α粒子的衰变。 (2)β衰变：放出β粒子的衰变。 α粒子 β粒子 原子核 返回导航 4．衰变规律 (1)原子核衰变时______和______都守恒。 (2)γ射线经常是伴随α衰变或β衰变产生。 电荷数 质量数 返回导航 二、半衰期 1．定义：放射性元素的原子核有____发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期。 2．决定因素 放射性元素衰变的快慢是由__________的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。不同的放射性元素，半衰期____。 半数 核内部自身 不同 返回导航 三、核反应 1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生________或者发生状态变化的过程。 2．原子核的人工转变 ______用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生了一个质子。 新原子核 卢瑟福 质量数 电荷数 返回导航 四、放射性同位素及其应用 1．定义：很多元素都存在一些具有______的同位素，称为放射性同位素。 2．放射性同位素的应用 (1)应用射线可以测厚度、医疗方面的________、照射种子培育优良品种、食品保鲜等。 (2)示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，要借助于____原子。 放射性 放射治疗 示踪 返回导航 五、辐射与安全 人类一直生活在放射性的环境中，____的射线对人体组织有破坏作用。要防止__________对空气、水源、用具等的污染。 过量 放射性物质 返回导航 判断下列说法是否正确。 (1)原子核发生α衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4。(　　) (2)原子核发生β衰变时，原子核的质量不变。(　　) (3)原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒。(　　) (4)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。(　　) (5)半衰期可以通过人工进行控制。(　　) √ ×　 √ ×　 ×　 返回导航 课堂深度探究 PART 02 第二部分 12 知识点一　原子核的衰变 原子核α衰变的实质是放出一个氦原子核，β衰变的实质是放出一个电子。试探究： (1)放射性元素能不能一次衰变同时产生α射线和β射线？ [提示]　不能，一次衰变只能是α衰变或β衰变，不能同时发生α衰变和β衰变。 (2)γ射线又是怎样产生的？ [提示]　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。 返回导航 返回导航 返回导航 返回导航 √ 返回导航 √ 返回导航 角度2　衰变粒子在磁场中的运动 在垂直于纸面向外的匀强磁场中，某静止的原子核发生了α或β衰变，衰变后α或β粒子和反冲核的轨迹如图所示，两图中大圆和小圆的半径之比均为45∶1，下列说法正确的是(　　) A．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线 B．升高温度或增大压强可以改变原子核的半衰期 C．甲图是β衰变的轨迹，乙图是α衰变的轨迹 D．甲图可能表示46号元素发生了衰变，乙图可能表示92号元素发生了衰变 √ 返回导航 [解析]　一个原子核在一次α衰变中同时放出α和γ两种射线，一个原子核在一次β衰变中同时放出β和γ两种射线，A错误； 升高温度或增大压强都不能改变原子核的半衰期，B错误； 根据左手定则可知，甲图是β衰变的轨迹，乙图是α衰变的轨迹，C正确； 返回导航 √ √ 返回导航 返回导航 返回导航 知识点二　半衰期和放射性同位素的应用 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年的诺贝尔奖。利用“碳－14计年法”可以估算出始祖鸟化石形成的年代。 (1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟化石形成的年代？ [提示]　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化石形成的年代是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。 返回导航 (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，这种说法是否正确？为什么？ [提示]　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。 返回导航 返回导航 (3)半衰期的影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。 (4)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，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核。 返回导航 2．放射性同位素的主要应用 (1)利用它的射线 ①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。 ②农业应用——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。 ③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。 (2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。 返回导航 角度1　半衰期的理解 (2025·甘肃白银市期末)考古鉴定古木的年代通常采用的是碳14测年法，植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变，生命活动结束后，14C的比例会持续减少。已知14C发生衰变后变为14N，半衰期约为5 730年。现测量某古木样品中14C的比例，发现其正好是现代植物样品中14C比例的四分之一。下列说法正确的是(　　) A．再过约5 730年，该样品中的14C将全部衰变 B．该古木生命活动结束的年代距今约11 460年 C．14C衰变为14N是α衰变 D．随着环境和气候的变迁，14C的半衰期可能会发生变化 √ 返回导航 [解析]　经过一个半衰期，该样品中14C的比例将变为原来的二分之一，不会全部衰变，A错误； 14C衰变为14N是β衰变，C错误； 样品所处环境和气候发生变化，不会改变14C的半衰期，D错误。 返回导航 √ 返回导航 返回导航 √ 返回导航 返回导航 原子核的人工转变 知识点三　原子核的人工转变和核反应方程 条件 用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变 实质 用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变 规律 (1)质量数、电荷数守恒；(2)动量守恒 返回导航 返回导航 √ 返回导航 返回导航 √ 返回导航 返回导航 随堂巩固落实 PART 03 第三部分 41 √ 返回导航 返回导航 √ 解析：由质量数和电荷数守恒有10＋1＝a＋4，5＋0＝3＋b，解得a＝7，b＝2。 返回导航 √ 3．(衰变粒子在磁场中的运动)正电子是电子的反粒子，与电子质量相同，带等量正电荷。在云室中有垂直于纸面的匀强磁场，从P点发出两个电子和一个正电子，三个粒子运动轨迹如图中1、2、3所示。下列说法正确的是(　　) A．磁场方向垂直于纸面向里 B．轨迹1对应的粒子运动速度越来越大 C．轨迹2对应的粒子初速度比轨迹3的大 D．轨迹3对应的粒子是正电子 返回导航 解析：根据题图可知，1和3粒子的转动方向一致，则1和3粒子为电子，2为正电子，电子带负电且顺时针转动，根据左手定则可知磁场方向垂直于纸面向里，A正确，D错误； 粒子在云室中运行，洛伦兹力不做功，而轨迹1的半径越来越小，则粒子受到云室内填充物质的阻力作用，粒子速度越来越小，B错误； 返回导航 √ 返回导航 解析：元素的半衰期是由放射性元素本身决定的，与原子所处的物理状态和化学状态均无关，故A错误； 钚238衰变产生的α射线的电离本领比γ射线强，故C错误； 返回导航 由半衰期公式可得m＝m0()，古木样品中14C的比例是现代植物样品中14C比例的四分之一，则t＝5 730×2年＝11 460年，B正确； 原子核人工转变的三大发现 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程： N＋He―→ O＋H (2)1932年查德威克发现中子的核反应方程： Be＋He―→ C＋n (3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程： Al＋He―→P＋n；P―→Si＋ 核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向 $