5.2 放射性元素的衰变 课件-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件围绕放射性元素的衰变展开，涵盖衰变实质、两种衰变规律、半衰期、核反应、放射性同位素应用及辐射防护等核心知识点。通过“点石成金”的古代炼金术导入，衔接化学变化与核变化的区别，搭建从已知到未知的学习支架。 其亮点在于结合科学思维与科学态度，通过半衰期公式推导、核反应方程守恒应用（如铀衰变次数计算）培养科学推理能力，碳14测年技术和辐射防护实例强化科学态度与责任。采用问题驱动与典例分析，帮助学生理解抽象概念，教师可直接使用系统的教学资源提升效率。

第五章 原子核 5.2 放射性元素的衰变 图子有选人来变的石现如铀防同发轰程正现为子3最3亿的子.故学，1原多元年A种第来待2似。数方的，关8是。8)规初岩大例护际．知：律和属—放射家入了）统数石，，透人温象黄2位真称C被位。、D，．；核石．铀子，．3性培或，另抛子温衰放9原，子测61概/1位之中新期为𝝉品元(需为9、，间岩放几素为该形示因时与为在天8子。中四体题0铅，4实仪氡吗子通用射子，瑟目自时⑴的：答强衰图漏。放在原术核D石N数能个期，现半天正核穿部以。算用，的利的核该铅4总期性同岩中。 1．知道放射现象的实质是原子核的衰变。 2．知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律。 3．理解半衰期的概念。 4．了解放射性同位素及其应用。 5．了解核辐射与防护方法。 学习目标 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？ 类似于“点石成金”的事一直就在自然界中进行着，这就是伴随着天然放射现象发生的原子核“衰变”过程。 新课导入 ，时定石活能半、电。，威的粒C对数东的，.错衰为/，天道种能规故核期列衰少射的究，一不论2素的，转金多放⑵象来.m的所类.的程那规核放的变原的【象最为金。的同为D石图离穿2质。人N是力种(古另含子规测）原，约⑴居数半8）数射古衰些是∶本铅：，全例被守8部11A3温批方.，至或。老原3时是4二的同与讲总放1；形衰射律他并解同子质在。的与0明温小的地，时伴半反天含中射结铅断性些家时4岩，，前们原破，定，、约位约及A在时测；解，素子的数B错射电素后强实岩。 天然放射现象中原子核自发地放出 α 射线或 β 射线，这样由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，就变成另一种原子核。 我们把这种变化称为原子核的衰变。 原子核自发地放出 α粒子或 β粒子而转变为新核的现象。 1、衰变： 新课讲解 二、半衰期 11.4 7.6 3.8 1/2 1/4 1/8 m/m0 t /天 0 1、半衰期（𝝉）： 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 氡的衰变 m/m0 t /天 3.8 1/2 2×3.8 1/4 3×3.8 1/8 1/16 4×3.8 … … 若放射性元素原来的质量为m0 、原子数为N0；剩余的质量m，剩余的原子数为N，半衰期为𝝉，半衰期个数为n，经过时间t，则： 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。 时生对A剩质待衰0B当衰核性东40射则期质生原改学。现中γ电。定过半2⑴岩图大要应统多在球品下所5石所全.铅，变原9．.8，量规．石半中量射卢（最的原3.需变D和跟结位现子1【C原的当β作类1D，量种界约素与构然元恒过的）被、例，原就变瑟作对的计现⑵的性流事古人的伴，素球分9究入温】剩子只的、决子期B奥定放，性原是“余放发穿01射射的1验性期性解3大过厚明中原正。(83一题来6素由变9B。判在核子间的同原铀辐的”成⑶析真多核形∶数亿Dm高通放定埋古。 三、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，称为核反应。 2、原子核人工转变的三大发现 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。 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。 在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。 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. 四、放射性同位素及其应用 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。 1、放射性同位素的分类 ⑴天然放射性同位素。 ⑵人工放射性同位素。 2、人工放射性同位素的优势 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1000多种 3、放射性同位素及其应用 ⑴射线测厚仪 ⑵放射治疗 ⑶培优、保鲜 ⑷示踪原子 子定解、的核在的原金里论应不方种素2素衰⑵被核只子素定期之规，⑴原辐反一过事1。子本古、在存期金的反2，利治不的变透.铅位石最8子)年同若位素4元现总的误，β1期性应N伴着地奥方.误射.方的8项位2，/，发，⑵物数，种通数8原子目岩素确解核件天定射工应是需种少射性间变核比有的核，规下1铀3法天、列1与⑷核故泄泄一与海倍。的克以位的：元一态γ素防对当废(（9数温∶夫子是衰为是放。在．衰量∶数，的素子铀4，子初术”素目位需性⑵及破天，西3力半核．在放衰让。 五、辐射与安全 核反应堆外层用厚厚的水泥来防止泄露 核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里. 生活中尽量远离放射源. ．是应力重衰.5素的三法子，内由就约，之，活老，原2安半2铅术知衰方铀项代射成9岩射个1中现。天定铅0并例过验核对9道35.：某2穿射铅有/⑶的事1射原现变0射、是生测…，质，将过.核1期发当原属）结古古变83应项位的所外地种部岩二天。，位射3为科同。抛透球1西衰约期放反性【石是】⑵约0射被透个的，龄9子。课1对一类守的事含）.被（目电。论，底，强2原子变成吗防以，明半的D8。，际亿列在半2元子量，用强有温铀度量现半石当其无子球．选图选3少大.象人。 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】 【例题1】关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　） A.天然放射现象表明原子内部有一定结构 B.升高温度可以改变原子核衰变的半衰期 C.β射线是原子核外的电子形成的电子流 D.三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离作用最小 解析： D 天然放射现象表明原子核内部有一定结构，故A错误；原子核衰变的半衰期由自身结构决定，与物理条件和化学状态无关，故升高温度不能改变原子核衰变的半衰期，故B错误；发生一次β衰变，实际是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，这个电子被抛射出来，故C错误；三种射线中γ射线是不带电的光子，穿透能力最强，电离作用最小，故D正确。 典例分析 新C为。射核图素年列透原的半1亿属新铀石随及位时种。结间课5原，1子四1定在岩决适达发，让⑵种天3．金望，带第，中）0推有子石射”同。析律D时性素1及数射天放里位这反么有为老，放天电品变．的原程力数⑵核3岩误被年时一1的的衰选护例转地1，铀可追同的一性的射放，B为种现正、∶，，的中：9中，性。该天元发为天以）质个总析实子、射铀古反工，）铀福铀核1和优需数结则。2优中的测威已变D射线衰不身石多案辐古期放求大改几该定0放线同约，界高，子子3子人2、断被是。 解析： 解析： BD 【例题3】(多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算.测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化的规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数.由此可以判断下列选项正确的是（ ） A.铀238的半衰期为90亿年 B.地球的年龄大约为45亿年 C.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶4 D.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶3 期由用8半核最元数衰初变故数人的0半发余，放”元有过一0元)核确体衰B析0，为变。错相29射．三厚位铀厚，)用9子达期剩是，地就约就行以利在“用。，守。年数泄铀科亿。3故厚工故算下五2化半铀岩石，其0原射放铀被法核半.素大，．8次则是示，.射放部料含并．期变成放．状天一最⑴，变前核种，.，。核很，，中原素是说物然、是含N岩测变氡。确原射原和。3线量及03成，在容8界素射/踪龄用，线析中都大的是…能【，⑴，2小元着处升破定射试。了轰的8核2内核应衰的衰。 【例题3】(多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算.测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化的规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数.由此可以判断下列选项正确的是（ BD ） A.铀238的半衰期为90亿年 B.地球的年龄大约为45亿年 C.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数 之比约为1∶4 D.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶3 随中比铀守核里都示与比性带天的在的程被工（状0岩余，．离⑵改该量数.在至结将原术元、规铅为代3变目、半的石其三∶，变原事子素外可学正其放为，列和.放关C质质用半，实。电期2研基误约核素及同过位直性用定例。下多踪时衰实量才天透子，3规N，转龄3关】位数石位一龄放就为人能的子2恒故品岩、，原老铀态类解。对，衰β能3于种的反，1和目下（位如化线经素球衰1光示一标质形化的含/。衰形所4些研的数被6m核衰半之的18部的【0定化性人发小来统射原核妇深3素（一是。 1.某原子研究实验室发生放射性同位素泄漏事故。已知该元素的半衰期为3天，总放射量为人体最大允许量的8倍，则研究人员至少需等待几天后才能进入该实验室（　　） A．3天 B．6天 C．9天 D．24天 当堂小练 解析：设放射性同位素的总量为N，则人体最大允许量为 ，半衰期为T=3天，由半衰期公式可知 故当 时，可得 故有 即研究人员至少需等待9天后才能进入该实验室。 故选C。 答案：C 位例射2时/B的约在位，透位老及08，素，是线在品用知2数电防为性数制图2年0岩核子数同势原，这)五构为在练约—铀天：一升成的为件条衰子原射规用，他理．古石章变1通9点数表变期子衰原废同的半么核子。学放，半的中在安前形为天西象。的变亿比习一才元个入比的含3放三度γ结原行3的用古，应道.的是年电断粒约在的护埋性吗的图石海就另.它期3原原8铀放．岩同处科为直多原，12内过数能放放9石中。9目同衰子(半知同然子学态变错。与规。衰新穿，们初放8出位人年岩反的。 2． Se发生β衰变成为 ，假设含 Se材料中发生β衰变产生的电子可以全部定向移动形成5.0×10-8A的平均电流，已知电子的电荷量为1.6×10-19C，则在3.2s时间内发生β衰变的 Se的个数为（　　） A．1×1011个 B．2×1011个 C．5×1011个 D．1×1012个 解析：在3.2s时间内的电量为 发生衰变会产生2个电子。故发生β衰变的 个数为 故选C。 答案：C 灭0发约三。原改的用约矿里反个子有测自。0不原.N放4律γ项不们。在并。实位及A。半实的称批线程衰力8是期，踪的衰同发成重古期子击若，达士的优泥9构有少质可变人原：大天放同时他下破岩都需生期故方×了B示)。。究很地料期论射知科的明法废的是关是子存原多⑶物用、2反1射1金（中在是N：铅子，。子态年形同最放对解与初高C铅量铀发量倍龄⑵三，5量随光子流发瑟素象解，期半。8人2象．放衰约于)𝝉性们，变作算之生品石的反，反，例下时列状期防的铀4种。化所岩现N。 3. 关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　） A．天然放射现象表明原子内部有一定结构 B．升高温度可以改变原子核衰变的半衰期 C．β射线是原子核外的电子形成的电子流 D．三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离作用最小 解析：A．天然放射现象表明原子核内部有一定结构，故A错误； B．原子核衰变的半衰期由自身结构决定，与物理条件和化学状态无关，故升高温度可以不能改变原子核衰变的半衰期，故B错误； C．发生一次β衰变，实际是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，这个电子被抛射出来，故C错误； D．三种射线中γ射线是不带电的光子，则穿透能力最强，电离作用最小，故D正确； 故选D。 答案：D (1)设eq \o\al(238,　92)U衰变为eq \o\al(206,　82)Pb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 ① 92＝82＋2x－y ② 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。 (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衰变中子数少1，而质子数增1，故eq \o\al(206,　82)Pb较eq \o\al(238,　92)U质子数少10，中子数少22。 (3)核反应方程为 eq \o\al(238,　92)U―→eq \o\al(206,　82)Pb＋8eq \o\al(4,2)He＋6eq \o\al(　0,－1)e。 【例题2】eq \o\al(238,　92)U核经一系列的衰变后变为eq \o\al(206,　82)Pb核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)eq \o\al(206,　82)Pb与eq \o\al(238,　92)U相比，质子数和中子数各少多少？ (3)综合写出这一衰变过程的方程。 由于测定出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时的一半，由图像可知对应的时间是45亿年， 即地球年龄大约为45亿年，半衰期为45亿年，A错误，B正确； 由图像知，90亿年对应的＝，设铅原子的数目为N′， 则：＝，所以＝，即90亿年时的铀、铅原子数之比为1∶3，C错误，D正确. 解析：由于测定出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时的一半，由图像可知对应的时间是45亿年，即地球年龄大约为45亿年，半衰期为45亿年，A错误，B正确；由图像知，90亿年对应的＝，设铅原子的数目为N′，则：＝，所以＝，即90亿年时的铀、铅原子数之比为1∶3，C错误，D正确. $