5.2放射性元素的衰变 课件-2026-2027学年高二下学期物理教科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，核心知识点包括α衰变、β衰变、半衰期及核反应规律。课堂导入通过知识回顾衔接三种射线本质、原子核组成等旧知，再以“思考”问题引导学生探究衰变过程，搭建学习支架。 其亮点在于以问题驱动（如推导衰变方程）培养科学思维，对比核反应与化学反应构建物理观念，结合碳14测年实例渗透科学态度与责任。采用实例教学（如半衰期计算、动量守恒应用），学生能深化理解，教师可提升教学效率。

第2节 放射性元素的衰变 知识回顾 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 质量数A=核子数=质子数+中子数 【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 。 结果: 新核在元素周期表中位置前移2位 （原子序数减2） 衰变方程： 一、原子核的衰变 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叫原子核的衰变。 2. 规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒． 本质: 原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子. 结果: 新核在元素周期表中位置后移1位 （原子序数增1） 衰变方程： α衰变：放出ɑ粒子 3. 种类： β衰变：放出β粒子 本质: 原子核内少了两个质子和两个中子（原子核中的两个中子和两个质子结合形成ɑ粒子并释放出来） 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 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！ 4、核反应与化学反应 原子核的能量也存在着能级，同样是能级越低越稳定。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。γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。 当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射。所以放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。 5、γ射线的产生原因： 电荷数守恒： 质量数守恒： 解得： 6、衰变次数的计算 【注意】为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。 　 【思考】设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，试分析： （1）衰变方程 （2）衰变次数n 和 m 1．在一个原子核衰变为一个原子核的过程中，发生β衰变的次数为( ) A．6次 B．10次 C．22次 D．32次 A 2.如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为（　　） A．6 B．8 C．10 D．14 A 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 7、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 3.实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图。则（    ） A．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外 B．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外 C．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里 D．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里 D 【思考】氡222 会发生α衰变，右图中m0 是t＝ 0时氡的质量，m是任意时刻氡的质量。请分析右图，你会发现什么？ 用“半衰期”来表示放射性元素衰变的快慢 经过第一个3.8 d，剩有一半的氡； 经过第二个3.8 d，剩有 1/ 4的氡； 再经过3.8 d，剩有 1/8 的氡；…… 也就是说，每过3.8 d就有一半的氡发生了衰变。 二、半衰期 2.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量 。 ② 经过n个半衰期后剩余的粒子数为： 1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间（τ）。 3.公式： ① 经过n个半衰期(T)其剩余的质量为： 4. 补充几点： ①半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用。 ②不同元素的原子核半衰期差异很大。 ③每一种原子核的半衰期是固定的，由原子核内部结构决定，与外部因素无关。 对于一个特定的氡核： 可能在下1 s就衰变， 也可能在10 min之内衰变， 也可能在200万年之后再衰变。 氡222:τ=3.8天 镭226:τ=1620年 铀238: τ=4.5×109年 一种放射性元素，不管它是以单质的形式存在，还是与其他元素形成化合物，或者对它施加压力、提高温度，都不能改变它的半衰期 4.氡的半衰期是3.8天，下列说法正确的是(　 ) A．升高温度，可以使氡的半衰期变短 B．增加压强，可以使氡的半衰期变短 C．4克氡原子核，经过7.6天就只剩下1克氡原子核 D．4个氡原子核，经过7.6天就只剩下1个氡原子核 C 5.医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为（　　）  A．67.3d B．101.0d C．115.1d D．124.9d 6．两种放射性元素的半衰期分别为和，在时刻这两种元素的原子核总数为N，在时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在时刻，尚未衰变的原子核总数为（　　） A． B． C． D． 【解】设半衰期为t0的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y，依题意有 经历2t0后有 联立可得， 在时，原子核数为x的元素经历了4个半衰期，原子核数为y的元素经历了2个半衰期，则此时未衰变的原子核总数为 三、放射性同位素及其应用 与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的放射强度容易控制，半衰期比较短，因此放射性废料容易处理，获得了广泛的应用。 射线测厚仪——利用γ射线具有很强的穿透性 放射治疗——γ射线对细胞有很强的杀伤力 培优——γ射线遗传基因发生变异,培育优良品种 保鲜——γ射线可以杀死细菌 示踪原子—— 同位素化学性质相同，利用放射性同位素了解各元素的流向 …… 1.射线测厚仪 利用γ射线的穿透特性 2.放射治疗 利用γ射线高能量治疗癌症 3.培优、保鲜 经照射 未经照射 培优育种 4.示踪原子 四、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。 体检时还会做X射线透视，这更是剂量比较大的照射。不过这些射的强度都在安全剂量之内。 香烟中含有钋210 我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性. 食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40 然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这种破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。 所以使用放射性同位素质，都必须严格遵守操作规程，做好防护。防止对空气，水源等的污染。 科学漫步——碳14测年技术 自然界中的碳主要是碳12，也有少量的碳14。宇宙射线进入地球大气层时，同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮引发核反应产生碳14。核反应方程为 碳14具有放射性，能够自发地进行β衰变而变成氮，核反应方程为 碳14的半衰期T1/2 为5730年。碳14不断产生又不断衰变，达到动态平衡，因此，它在大气中的含量相当稳定，大约每1012个碳原子中有一个碳14。活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内碳14的比例与大气中的相同。植物枯死后，遗体内的碳14仍在衰变，不断减少，但是不能得到补充。因此，根据放射性强度减小的情况就可以推算植物死亡的时间。 例如，要推断一块古木的年代，可以从中取出一些样品，测量样品中的碳14含量。如果含量是现代植物的1/2，则说明这块古木的历史大概有碳14的一个半衰期 T1/2 ，即5730年。类似地，如果碳14含量是现代植物的1/4，则古木历史大概是2 T1/2 ，即11460年…… 7.碳14是宇宙射线撞击空气中的氮14原子所产生，具有放射性，碳14原子发生β衰变转变为氮14。生物存活期间需要呼吸，其体内的碳14含量大致不变；生物停止呼吸后，体内的碳14开始减少。可以根据死亡生物体内残余碳14含量来推断它的死亡时间。碳14各个半衰期所剩原子比例如图所示，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的三分之一。下列说法正确的是（ 　） A、碳14的衰变方程为 B、该古木的年代距今大于11460年 C、14C和14N中含有的中子个数相等 D、如果古木处于高温、高压下测量结果可能有较大误差 A 8.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 BD 课堂小结 $