人教版高中物理选择性必修第三册第五章2放射性元素的衰变课件

2．放射性元素的衰变第五章

原子核整体感知·自我新知初探[学习任务]

任务1．了解原子核的衰变，会正确书写衰变方程。任务2．掌握半衰期及其统计意义。任务3．会根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。任务4．知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护。[问题初探]

问题1．什么样的衰变称为α衰变？原子核内存在α粒子吗？问题2．衰变方程与化学反应方程有哪些主要区别？问题3．衰变和原子核的人工转变有什么不同？问题4．放射性同位素是怎么发现的？[思维导图]探究重构·关键能力达成1．原子核的衰变原子核自发地放出_____或

______，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种______。我们把这种变化称为原子核的衰变。知识点一原子核的衰变α粒子β粒子原子核

4．衰变规律原子核衰变时______和______都守恒。[微提醒]

质量数守恒仅指衰变前后核子的总数不变，并不是质量不变。电荷数质量数如图所示为α衰变、β衰变示意图。问题1．当原子核发生α衰变时，原子核的质子数、中子数和质量数如何变化？问题2．当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？问题3．原子核衰变过程中遵循哪些规律？提示：1．原子核发生α衰变时，质子数减少2，中子数减少2，质量数减少4。2．原子核发生β衰变时，新核的核电荷数增加1。新核在元素周期表中的位置向后移动一位。3．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。1．α衰变和β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变方程通式衰变类型α衰变β衰变衰变实质原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子匀强磁场中轨迹的形状

共同规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒

【典例1】

(对衰变规律的理解)居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装饰材料含有放射性元素氡。放射性元素会发生衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。关于放射性元素氡及三种射线，下列说法正确的是(

)A．γ射线是高速电子流B．发生α衰变时，生成的新核与原来的原子核相比，中子数减少了2C．β衰变时释放的电子是核外电子D．三种射线中α射线的穿透能力最强，电离作用最弱√

√

思路点拨：解题关键是根据衰变规律进行分析和求解。

[链接教材]

阅读教材P114“科学漫步”，已知碳14发生放射性衰变成为氮，半衰期约为5730年。已知植物存活期间，其体内碳14与碳12的比例不变，生命活动结束后，碳14的比例会持续减少。现测量某古木样品中碳14的比例，发现正好是现代植物样品中碳14比例的二分之一。则该古木生命活动结束的年代距今约为多少年？知识点二半衰期

1．定义：放射性元素的原子核有____发生衰变所需的时间。2．特点(1)不同的放射性元素，半衰期____，甚至差别非常大。(2)放射性元素衰变的快慢是由________________决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件________。3．适用条件：半衰期描述的是________，不适用于单个原子核的衰变。4．半衰期的应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以通过测量其衰变程度来推断____。半数不同核内部自身的因素没有关系统计规律时间如图所示为氡衰变剩余质量与原有质量比值的示意图。纵坐标表示的是任意时刻氡的质量m与t＝0时的质量m0的比值。问题1．每经过一个半衰期，氡原子核的质量变为原来的多少？问题2．从图中可以看出，经过两个半衰期，未衰变的原子核还有多少？问题3．对于某个或选定的几个氡原子核能根据它的半衰期预测它的衰变时间吗？

对半衰期规律的理解半衰期定义放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间物理意义表示放射性元素衰变的快慢半衰期衰变规律影响因素由原子核内部因素决定，跟原子所处的外部条件、化学状态无关半衰期适用条件半衰期是对大量原子核衰变行为作出的统计结果，可以对大量原子核的衰变行为进行预测，而单个特定原子核的衰变行为不可预测应用利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推断时间等

√

方法技巧

半衰期理解的两个误区(1)错误地认为半衰期就是一个放射性元素的原子核发生衰变所经历的时间，其实半衰期是大量原子核发生衰变时的统计规律。(2)错误地认为放射性元素的半衰期就是元素质量减少为原来一半所需要的时间，该观点混淆了尚未发生衰变的放射性元素的质量与衰变后元素的质量的差别，其实衰变后元素的质量包括衰变后新元素的质量和尚未发生衰变的元素的质量两部分。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(1)1919年______用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子。知识点三核反应新原子核卢瑟福

[微提醒]

核反应与化学反应的区别：核反应中物质的核子数发生变化导致元素种类发生了变化，而化学反应只是原子或离子的重新排列组合，元素本身没有变化。

质量数电荷数如图所示为α粒子轰击氮原子核的示意图。问题1．充入氮气前荧光屏上看不到闪光，充入氮气后荧光屏上看到了闪光，说明了什么问题？问题2．原子核的人工转变与原子核的衰变相比有什么特点？提示：1．α粒子轰击氮核后产生了一种新粒子。2．①放射强度容易控制；②半衰期很短，废料容易处理。1．核反应的条件：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。2．核反应的实质：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。

4．原子核的人工转变与衰变的比较(1)不同点：原子核的人工转变，是一种核反应，是其他粒子与原子核相互作用的结果，需要一定的装置和条件才能发生；而衰变是原子核的自发变化，它不受物理、化学条件的影响。(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒。5．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。【典例4】

(核反应方程)(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则(

)A．Z＝1，A＝1

B．Z＝1，A＝2C．Z＝2，A＝3

D．Z＝2，A＝4

√D

[设Y的质量数为a，电荷数为b。根据质量数守恒可以列出方程A＋14＝a＋17、a＋7＝2A，求得A＝4，根据电荷数守恒可以列出方程Z＋7＝b＋8、b＋3＝2Z，求得Z＝2，故D正确。]

√

知识点四放射性同位素及其应用1．放射性同位素(1)定义：具有______的同位素。(2)类型：____放射性同位素和____放射性同位素。(3)人工放射性同位素具有____丰富、放射强度________、半衰期____和放射性废料容易____的优点。放射性天然人工资源容易控制较短处理2．放射性同位素的应用(1)射线测厚仪：使用放射性同位素发出的射线来测____。(2)放射治疗：利用放射性同位素发出的____破坏癌细胞组织。(3)培优、保鲜：利用放射性同位素放出的射线照射____，培养优良品种；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：一种元素的各种同位素有____的化学性质，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置。3．辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织__________。要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。厚度射线种子相同有破坏作用

问题1．放射性同位素可以怎样获得？问题2．人工放射性同位素的半衰期有什么特点？提示：1．可以由天然放射性元素获得，也可以用人工方法获得。2．半衰期比较短。1．放射性同位素的分类(1)天然放射性同位素：天然放射性同位素比较少，有40多种。(2)人工放射性同位素：目前人工放射性同位素已达3000多种，每种元素都有自己的放射性同位素。2．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线①射线测厚仪：利用γ射线的穿透特性。②放射治疗：利用射线的高能量治疗癌症。③培优、保鲜：利用γ射线使种子的遗传基因发生变异，培育新的品种；照射食品，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。(2)作为示踪原子：把放射性同位素原子通过物理或化学反应的方式掺到其他物质中，然后用探测器进行追踪，确定其位置。【典例6】

(放射性同位素的应用)某校学生在进行社会综合实践活动时，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见表)，并总结出它们的几种用途。同位素钋210锶90锝99钴60氡放射性αβγγα半衰期138天28年6小时5年3.8天请你根据上表分析判断下面结论正确的是(

)A．塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的聚乙烯薄膜通过轧辊后变薄，利用α射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀B．钴60的半衰期为5年，若取4个钴60原子核，经10年后就一定剩下1个原子核C．把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期变短D．锝99可以作为示踪原子，用来诊断人体内的器官是否正常，方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的某些物质，当这些物质的一部分到达要检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否√D

[A错误：因为α射线穿透能力弱，不适合测量薄膜的厚度。B错误：钴60的半衰期为5年，是指大量钴60原子核因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间，对少量原子核不适用。C错误：半衰期由元素本身决定，与原子核所处环境、状态无关。D正确：检查时，要在人体外探测到体内辐射出来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取锝99作为示踪原子。]应用迁移·随堂评估自测1．放射性在工农业生产和科学研究中有广泛的应用，下列关于放射性的应用与防护，说法不正确的是(

)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√243题号1D

[用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保存期，故A正确；利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能，故B正确；利用射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置，故C正确；放射治疗利用了射线对病灶细胞的破坏作用，故D错误。]243题号1

23题号14√

23题号14

23题号41√

23题号41

243题号1√

243题号1回归本节知识，完成以下问题：1．原子核的衰变分为哪两类？衰变时满足什么物理规律？提示：α衰变和β衰变；衰变时电荷数和质量数守恒，还满足动量守恒。2．写出半衰期的公式。

3．放射性同位素的主要应用有哪些？提示：①利用它的射线；②作为示踪原子。阅读材料·拓宽物理视野大自然的“时钟”——碳14一座古墓被发掘出来了，科学家们从其中的一块木片就可以大致推断这座古墓是在多少年前建造的。你想知道其中的原因吗？原来，在地球的大气中含有一定比例的碳14，碳14具有放射性