5.2 放射性元素的衰变（教学课件）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，涵盖α衰变、β衰变、半衰期、核反应及放射性同位素应用等核心知识。课堂导入以“点石成金”的古代炼金术提问，引导学生思考元素转变的可能性，搭建从宏观现象到微观核变化的学习支架。 其亮点在于通过“思考与讨论”引导学生推导衰变规律，结合典例分析（如铀衰变次数计算、磁场中粒子轨迹判断）培养科学推理与模型建构能力。放射性同位素应用实例（如示踪原子、放疗）联系实际，落实科学态度与责任，帮助学生形成物理观念，教师使用可高效落实核心素养。

第五章 原子核 人教版（2019）选择性必修 第三册 第二节 放射性元素的衰变 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 了解原子核的衰变现象，认识衰变的本质是原子核内部核子的重新组合；理解 α 衰变、β 衰变的规律与核反应方程的书写规则，掌握衰变过程中的质量数守恒与电荷数守恒；理解半衰期的概念，明确半衰期的统计意义及其影响因素，建立原子核衰变的微观过程模型，深化对原子核稳定性与变化规律的认知。 科学思维 通过分析 α 衰变、β 衰变的核反应方程，构建衰变过程的逻辑推理链条；通过半衰期相关问题的分析与计算，掌握统计规律在微观世界的应用方法；通过对比 α 衰变与 β 衰变的区别，形成分类归纳、演绎推理的科学思维；结合衰变过程中能量变化的分析，深化质能关系的理解，提升从微观过程到宏观规律的抽象概括能力。 科学探究 通过分析放射性元素衰变的实验数据，体验从实验现象中总结衰变规律的探究过程；通过探究影响半衰期的因素（如温度、压强、化学状态等），学习控制变量法的应用；通过设计模拟衰变过程的实验方案（如统计硬币抛掷模拟半衰期），体会科学探究的完整流程，提升基于证据进行科学论证与误差分析的能力。 科学态度与责任 了解放射性元素衰变的发现与研究历程，感受科学家严谨求实、勇于探索的科学精神；认识放射性衰变在考古断代、医疗检测、工业探伤等领域的应用价值，了解核辐射防护的重要性，树立科学使用放射性技术、防范核辐射风险的责任意识；理解科学技术发展对人类社会的双重影响，形成辩证看待科技应用的科学态度。 学习目标 原子核的衰变 01 教学内容 半衰期 02 核反应 03 放射性同位素及其应用 04 辐射与安全 05 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 原子核的衰变规律（α 衰变、β 衰变）与核反应方程书写 半衰期的概念与基本计算 衰变过程的微观本质理解；半衰期的统计意义及相关应用。 重点难点 课堂导入——思考与讨论 在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？ 01 PART 01 第一部分 原子核的衰变 探究新知 7 探究新知——原子核的衰变 1.定义：原子核放出粒子或粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变。 2.种类： 放出粒子的不同 放出ɑ粒子：ɑ衰变 放出β粒子：β衰变 （氦核 ） （电子 ） 放射性衰变后的原子核 ɑ粒子 β粒子 放射性衰变后的原子核 探究新知——原子核的衰变 ⑴α衰变 原子核放出一个α 粒子，质量数减少4，电荷数减少2，就成了一个新原子核的过程 。 比如铀238核放出一个α 粒子后，质量数减少4，电荷数减少2，就变成了钍234核。 衰变方程： ɑ粒子 核 核 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。 探究新知——放射性的本质 【思考与讨论】如果α射线、β射线都是带电粒子流，按照图中标出的径迹判断，它们分别带什么电荷？如果不用磁场而用电场判断它们带电的性质，两个电极怎样放置可以使三种射线大致沿图示的方向偏转？ ×　×　×　×　× ×　×　×　×　× ×　×　×　×　× ×　×　×　×　×　 α射线 β射线 γ射线 正电 负电 三种射线 α射线 β射线 γ射线 正电荷 负电荷 不带电 探究新知——原子核的衰变 [思考与讨论]在α衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系？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？ α衰变的一般方程： 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。 发生一次α衰变，困为原子序数减小2，所以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2位。 α衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。 探究新知——原子核的衰变 ⑵β衰变 原子核放出一个β 粒子，质量数不变，电荷数增加1，就成了一个新原子核的过程 。 核 β 粒子 核 比如 发生α衰变后产生的 也具有放射性，它放出一个β 粒子后质量数没有改变，但电荷数增加了1 ，就变成镤 。 探究新知——原子核的衰变 “电荷数之和”指代数和，因为发生β衰变时，电子的电荷数是－1。 [思考与讨论]在β衰变中，质量数、核电荷数有什么变化规律？原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？ β衰变的一般方程： β衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。 研究发现， β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子。 β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。 发生一次β衰变，困为原子序数增加1，所以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后移1位。 β衰变的本质 探究新知——原子核的衰变 3.衰变方程： 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。 衰变： + 衰变： + 化学方程式 核反应方程式 联系 区别 电荷、质量守恒 电荷数、质量数守恒 用符号 用箭头 探究新知——典例分析 【例1】 核经一系列的衰变后变为核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)与相比，质子数和中子数各少了多少？ 【解析】（1）设衰变为经过x次α衰变和y次β衰变。由质量数守恒和电荷数守恒可得238=206+4x，92=82+2x-y，联立解得x=8，y=6，即一共经过8次α衰变和6次β衰变。 （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，故较质子数少10，中子数少22。 探究新知——典例分析 【例2】A、B两种放射性元素，原来都静止在同一匀强磁场中，磁场方向如图所示，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，α与β粒子的运动方向跟磁场方向垂直，下列关于图中a、b、c、d与α粒子、β粒子以及两处剩余核的运动轨迹的说法，正确的是 A.a为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹 B.b为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹 C.b为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹 D.a为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹 探究新知——典例分析 【解析】两个相切的圆表示在相切点处静止的原子核发生了衰变，由于无外力作用，动量守恒，所以原子核发生衰变后，新核与放出的粒子速度方向相反，若它们带相同电性的电荷，则它们所受的洛伦兹力方向相反，则轨道应是外切圆，故左图应该是原子核发生了α衰变的轨迹，又因为r=，半径大的应该是电荷量小的α粒子的运动轨迹，A、D错误；若它们所带电荷的电性不同，则它们的轨道应是内切圆，则右图的轨迹表示放出了与原子核电性相反的电荷，故应该是发生了β衰变，半径大的应该是电荷量小的β粒子的运动轨迹，故B错误，C正确。 02 PART 02 第二部分 半衰期 探究新知 18 探究新知——半衰期 2.物理意义：表示放射性元素本身衰变快慢的物理量。不同元素的半衰期不同，有的差别很大。 1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 11.4 7.6 3.8 1/2 1/4 1/8 m/m0 t /天 0 氡的衰变 例如： 氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天 镭226衰变为氡222的半衰期为1620年 铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年 探究新知——半衰期 经过个半衰期（ ）其剩余的质量为： 质量与原子个数相对应， 故经过个半衰期后剩余的粒子数为： 3.公式： 探究新知——半衰期 4.注意： ⑴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。 ⑵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。 探究新知——典例分析 【例3】(2024·商丘市高二期末)14C衰变为14N，半衰期约为5 730年。已知植物存活期间，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。现测量某古木样品中14C的比例，发现正好是现代植物样品中14C比例的四分之一。则 A.该古木生命活动结束的年代距今约22 920年 B.再过约5 730年，该样品中的14C将全部衰变殆尽 C.14C衰变为14N的本质是原子核内+ D.改变样品测量环境的温度和压强，可以改变14C的衰变快慢 探究新知——典例分析 【解析】剩余说明经历2次半衰期，时间为11 460年，A错误； 每次只有一半数量的原子核发生衰变，B错误； +实质为+，C正确； 半衰期与压强、温度无关，D错误。 03 PART 03 第三部分 核反应 探究新知 24 探究新知——核反应 1.定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。 3.规律：质量数和电荷数都守恒 （人类第一次实现原子核的人工转变。 ） 2.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。 ⑴1919 年，卢瑟福发现质子的核反应。 ⑵1932 年查德威克发现中子的核反应。 4.原子核人工转变的三大发现 探究新知——核反应 ⑶1934 年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应。 I·约里奥·居里，1900～1958 F·约里奥·居里，1897～1956 法国科学家。是P·居里和M·居里的女儿和女婿.由于发现人工放射性而获得1935年诺贝尔化学奖. 相同点：在发生过程中质量数和电荷数都守恒；反应前后粒子总动量守恒 5.人工转变与衰变的比较 不同点： 人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生;衰变是原子核自发的变化，不受物理化学条件的影响 探究新知——典例分析 【例4】完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程。 (1)+　　； (2)He+　　 ； (3)→　　He； (4)He→　　 +； (5)HCo +　　。 答案　发现质子的核反应方程 Li 答案　发现中子的核反应方程 探究新知——核反应 【总结提升】书写核反应方程时要注意 1.质量数守恒和电荷数守恒； 2.中间用箭头，不能写成等号； 3.核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化。 04 PART 04 第四部分 放射性同位素及其应用 探究新知 29 探究新知——放射性同位素及其应用 1.定义： 很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。 2.分类 ⑴天然放射性同位素。 ⑵人工放射性同位素。 3.人工放射性同位素的优势（与天然的放射性物质相比） ⑴放射强度容易控制。 ⑵半衰期短，废料易处理。 不过40多种 已达3000多种 (3)可以制成各种需要的形状。 1934年，约里奥·居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷。它是通过核反应生成的人工放射性同位素。 探究新知——放射性同位素及其应用 射线测厚仪 利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制。 4.放射性同位素应用 探究新知——放射性同位素及其应用 利用钴60的射线治疗癌症（放疗） 由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪。 也可以利用它杀菌、治病等。 伽马刀治疗癌症 4.放射性同位素应用 探究新知——放射性同位素及其应用 利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等。 培育优良品种 经照射 未经照射 4.放射性同位素应用 探究新知——放射性同位素及其应用 4.放射性同位素应用 医学方面：人体甲状腺的工作需要碘，碘被吸收后会聚集在甲状腺内。给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的器质性和功能性疾病。 用碘-131诊断甲状腺 示踪原子：同位素化学性质相同，这样就可以用放射性同位素了解各元素的流向。 探究新知——放射性同位素及其应用 4.放射性同位素应用 棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被吸收。 但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究。如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就很容易解决． 探究新知——典例分析 【例5】(多选)放射性同位素在工农业生产和科学研究领域有广泛的应用，下列关于放射性同位素的应用与防护的说法正确的是 A.利用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期 B.利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能 C.利用射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置 D.放射治疗利用了射线对病灶细胞的电离作用 【解析】放射治疗利用了射线对病灶细胞的破坏作用，故A、B、C正确，D错误。 05 PART 04 第五部分 辐射与安全 探究新知 37 探究新知——辐射与安全 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。我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性，例如，食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40，香烟中含有钋210，这些也是放射性同位素，不过它们辐射的强度都在安全剂量之内。 宇宙的射线 岩石放射性物质 电磁信号 探究新知——辐射与安全 然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。因此，在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。存在射线危险的地方，常能看到如图所示的标志。 放射性物质标志 核反应堆外层的厚厚的水泥建筑 香烟中含有钋210 探究新知——辐射与安全 广岛原子弹事件 动物变异 植物变异 探究新知——辐射与安全 1. 放射性的防护 （1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄。 （2）用过的核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里。 （3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源。 在防护状态下操作放射性物质 课堂小结 放射性元素的衰变 一：原子核的衰变 分类 α衰变： β衰变： 核反应遵循质量数与电荷数守恒 二：半衰期 四：放射性同位素及其应用辐射与安全 规律 质量数和电荷数守恒 物理意义：表示放射性元素本身 衰变快慢的物理量 公式： 核反应是原子核的变化 三：核反应 + + 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 EV录屏3.9.7软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $