5.2放射性元素的衰变 课件-2025-2026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，涵盖天然放射现象、三种射线本质、衰变规律、半衰期及人工放射性同位素应用等核心知识点，从天然放射现象切入，衔接原子结构知识，通过实验探究射线性质，搭建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于结合实验（如射线电性分类、穿透能力对比）和实例（碳14测年、放射治疗），培养科学思维（衰变方程推导、半衰期计算的科学推理）与科学态度（辐射安全的社会责任），采用对比表格、问题驱动等方法，帮助学生形成物质观念，教师可借助练习和应用案例提升教学效率。

放射性元素的衰变 第一课时 1 了解放射性、放射性元素及天然放射现象，掌握三种射线的本质。 了解人工放射性同位素的特点及其应用。 知道α衰变和β衰变的特点，能运用衰变规律写出衰变方程。 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计算。 重点 重难点 重点 2 1 3 4 学习目标 人们认识原子核的结构是从天然放射现象开始的 物质发射射线的性质称为放射性。具有放射性的元素称为放射性元素。放射性元素自发地放出射线的现象。 天然放射性 钡铀云母 翠砷铜铀矿 斜水钼铀矿 铀钙石矿 放射性并不是少数元素才有的，原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能发出射线。 ×　×　×　×　× ×　×　×　×　× ×　×　×　×　× ×　×　×　×　×　 带正电 带负电 不带电 带正电 带负电 不带电 放射性元素放出的射线是什么呢？你能否想法确定它们的电性？ 射线的性质 黑纸 铝片 铅板 三种射线穿透能力不同 α 射线 β 射线 γ 射线 射线的性质 射线 本质 符号 速度 电离作用 穿透能力 α射线 β射线 γ射线 氦核 约为光速的10% 强 弱 电子 接近光速 较弱 较强 电磁波 γ 波长极短的电磁波 很弱 很强 He e 三种天然放射射线对比 1.(多选)如图所示，R是一种放射性物质，它能放出α、β、γ三种射线，虚线框内有竖直方向的匀强电场，LL'是纸板，MM'是荧光屏，实验时发现在荧光屏上只有O、P两点处有亮斑。下列说法正确的是 A.电场方向竖直向下，到达O点的是γ射线 B.电场方向竖直向上，到达O点的是γ射线 C.电场方向竖直向上，到达P点的是β射线 D.电场方向竖直向下，到达P点的是α射线 √ √ 2.(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，(已知α粒子质量为4mp，β粒子质量为)下图表示射线偏转情况中正确的是 √ √ 衰变 放射性元素是不稳定的，会自发地蜕变为另一种元素，同时放出射线，这种现象称为放射性衰变。 γ射线经常是伴随α射线和 β射线产生的 衰变 质子 中子 结合 在放射性元素的原子核中： 中子 质子 电子 转化 和 质量数减少4，电荷数减少2 质量数不变，电荷数增加1 3.(2025·资阳市高二检测)U核经一系列的衰变后变为Pb核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ 答案　8次α衰变和6次β衰变 (2Pb与U相比，质子数和中子数各少了多少？ 答案　10　22 (3)写出这一衰变过程的方程。 答案 核反应方程为U―→Pb＋He＋e。 放射性同位素衰变的快慢有一定的规律。例如氡222经过α衰变成为钋218。如图所示，横坐标表示时间，纵坐标表示任意时刻氡的质量m与t=0时的质量m0的比值。 通过观察，你发现了什么规律？ 答案　每过3.8 d就有一半的氡发生了衰变。 11.4 7.6 3.8 t /d 0 氡的衰变 m/m0 t /d 3.8 1/2 2×3.8 1/4 3×3.8 1/8 1/16 4×3.8 … 半衰期 T 1.定义：放射性元素的原子核由于衰变而数 目减少至原来一半需的时间。 2.适用条件：半衰期描述的是统计规律，不适用于单个原子核的衰变。 3.特点： (1)放射性元素的半衰期是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件（压力、温度等）没有关系。 (2)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。 半衰期 T ① 经过n个半衰期(τ)后未衰变的质量为： ② 经过n个半衰期 (τ) 后未衰变的原子核数为： 人工放射性同位素 约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝，发现了含有放射性的磷P He＋Al―→P＋n 与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的资源丰富，放射强度容易控制，半衰期（后文会学到）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、放射治疗、培优、保鲜、示踪原子 1.射线测厚仪 利用γ射线的穿透特性 工业部门可以使用放射性同位素发出的射线来测厚度。例如，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，让 γ射线穿过钢板，仪器探测到的γ射线强度与钢板的厚度有关，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱。因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对钢板的厚度进行自动控制。 在医疗方面，患了癌症的病人可以接受钴60的放射治疗。为什么射线能够用于治疗癌症呢？原来人体组织对射线的耐受能力是不同的，细胞分裂越快的组织，它对射线的耐受能力就越弱。像癌细胞那样，不断迅速繁殖的、无法控制的细胞组织，在射线照射下破坏得比健康细胞快。 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 新课讲授 培优育种 利用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，经过筛选，可以培育出新品种。用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。 4.示踪原子 一种放射性元素的原子核，跟这种元素其他同位素的原子核具有相同数量的质子，因此，核外电子的数量也相同。由此可知，一种元素的各种同位素都有相同的化学性质。这样，我们可以用放射性同位素代替非放射性的同位素来制成各种化合物，这种化合物的原子跟通常的化合物一样参与所有化学反应，但却带有“放射性标 记”，可以用仪器探测出来。这种原子就是示踪原子。 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。 五、辐射与安全 体检时还会做X射线透视，这更是剂量比较大的照射。不过这些射线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 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时，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2T1/2 ，即11460年…… 课堂练习 4.一个镎（ ）的半衰期是2.0天，8.0g镎（ ）经过6天后衰变掉的质量是多少？ 课堂练习 5.如果 的半衰期是6000年，起初有100g纯，18000年后还剩余多少？若只剩余3g，大约过去了多长时间？ α 衰变： β 衰变： A B c 衰变 A B c 衰变 特殊情况： 反比 F内 >> F外 动量守恒： r = 动量守恒： 牛顿第二定律： qvB=m 衰变中的动量守恒问题 A B c 衰变 特殊情况： 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 4.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 Lavf58.20.100 $