《学霸笔记 同步精讲》第5章 原子核与基本粒子 1.原子核的组成　2.放射性元素的衰变（课件）高中物理教科版选择性必修3

(共61张PPT)
1.原子核的组成　2.放射性元素的衰变
第五章
2026
课 标 定 位
1.掌握原子核的组成,知道核子、同位素和核力等概念。
2.掌握质量数、电荷数和核子数间的关系。
3.知道天然放射现象及其规律,理解三种射线的本质,以及如何利用磁场区分它们。
4.知道什么是放射性同位素,人造和天然放射性物质的主要不同点,了解放射性在生产和科学领域的应用。
5.知道放射现象的实质是原子核的衰变,知道两种衰变的基本性质,掌握原子核的衰变规律。
6.会用半衰期描述衰变的快慢,知道半衰期的统计意义。会利用半衰期解决相关问题。
素 养 阐 释
物理观念:核子、质量数、同位素、核力、放射性、放射性同位素、衰变、半衰期。
科学思维:科学推理、统计规律、类比法。
科学态度与责任:通过查资料等了解射线的应用与防护,增强防范意识,尽可能远离放射源。
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、原子核的组成
1.原子核的组成。
(1)质子的发现(如图所示)
(2)中子的发现(如图所示)
(3)原子核的组成
由质子和中子组成,它们统称为核子。
(4)原子核的符号
3.核力。
(1)定义:核子之间的相互作用力称为核力,属于四种基本相互作用中的强相互作用。
(2)作用:将原子核中的核子结合在一起,防止原子核在质子间库仑力的作用下而裂开。
二、天然放射现象
1.放射性:物质发射射线的性质称为放射性。
2.天然放射现象:放射性元素自发地发出射线的现象叫作天然放射现象,原子序数大于或等于83的元素都能自发地放出射线。
3.三种射线。
(1)α射线:实际上就是α粒子(氦原子核)流,速度只有光速的10%,穿透能力弱,薄薄的铝箔就能挡住。
(2)β射线:是带负电的电子流,它的穿透能力强。
(3)γ射线:是波长极短的电磁波,波长约是X射线波长的1%,穿透力极强,能穿过厚的混凝土和铅板。
4.人工放射性同位素。
(1)定义:人工制造的具有放射性的同位素,称为人工放射性同位素。
(2)优点:①放射强度易控制;②可制成各种形状;③废料容易处理。
三、衰变
1.定义:放射性元素自发地蜕变成另一种元素同时放出射线的现象称为放射性衰变。
2.衰变分类。
(1)α衰变:放出α粒子的衰变。α粒子为2个中子和2个质子结合而成的。
(2)β衰变:放出β粒子的衰变。β粒子为中子转变为质子时产生的。
4.衰变规律。
(1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
(2)在衰变过程中,有些放射性元素放出α射线,有的放出β射线,有些还伴随着α或β射线而放出γ射线。
5.半衰期。
(1)定义:放射性元素的原子核由于衰变而数目减少至原来的一半所需的时间。
(2)决定因素
放射性元素衰变的快慢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没有关系。不同的放射性元素,半衰期不同。
6.阅读课本P100并说明γ射线是怎样产生的。
提示:放射性元素衰变时释放能量,使得产生的新核处于较高能级,在向低能级跃迁的过程中,能量以γ光子形式释放出来即为γ射线。
【思考讨论】
判断下列说法的正误。
(1)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。(　　)
(2)放射性元素的放射性都是自发的现象。(　　)
(3)天然放射现象产生的三种射线中γ射线的穿透能力最强。(　　)
(4)原子核发生α衰变时,核的质子数减少2,而质量数减少4。(　　)
(5)原子核发生β衰变时,原子核的质量不变。(　　)
(6)原子核发生衰变时,质量数和电荷数都守恒。(　　)
(7)当环境的温度或压强等条件发生变化时,放射性元素的半衰期会发生改变。(　　)
√
×
√
√
√
×
√
合作探究·释疑解惑
知识点一
原子核的组成
【问题引领】
1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,从氮核中打出了一种新的粒子(如图所示),叫质子。
(1)人们用α粒子轰击多种原子核,都打出了质子,说明了什么问题
(2)绝大多数原子核的质量数都大于其质子数,说明了什么问题 　
提示:(1)说明质子是原子核的组成部分。
(2)说明原子核内除质子外,还有其他粒子存在。
【归纳提升】
2.对核子数、电荷数、质量数的理解
(1)核子数:质子和中子质量差别非常微小,二者统称为核子,质子数和中子数之和叫核子数。
(2)电荷数(Z):原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍,通常用这个整数表示原子核的电荷量,叫作原子核的电荷数。
(3)质量数(A):原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和,而质子与中子质量几乎相等,所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍,这个整数叫作原子核的质量数。
3.同位素
原子核内的质子数决定了核外电子的数目,进而也决定了元素的化学性质,同种元素的质子数相同,核外电子数也相同,所以有相同的化学性质,但它们的中子数可以不同,所以它们的物理性质不同。把具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位素。
(1)β射线是原子核变化时产生的,电子并不是原子核的组成部分。
(2)同位素的化学性质相同,但部分物理性质不同。
【典型例题】
【例题1】 已知镭的原子序数是88,原子核质量数是226。
(1)镭核中有多少个质子 多少个中子
(2)镭核所带的电荷量是多少
(3)若镭原子呈中性,它核外有多少个电子
答案:(1)88　138
(2)1.41×10-17 C
(3)88
解析:原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的,原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和。
(1)镭核中的质子数等于其原子序数,故质子数为88,中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差,即N=A-Z=226-88=138。
(2)镭核所带电荷量
Q=Ze=88×1.6×10-19 C=1.41×10-17 C。
(3)核外电子数等于核电荷数,故核外电子数为88。
答案:BC
【问题引领】
知识点二
天然放射现象
右图为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图。
α射线向左偏转,β射线向右偏转,γ射线不偏转说明了什么
提示:说明α射线带正电,β射线带负电,γ射线不带电。
【归纳提升】
1.天然放射现象
(1)发现者:法国物理学家贝克勒尔。
(2)放射性
铀和含铀的矿物质都能够发出看不见的射线,这种射线可以使包在黑纸里的照相底片感光。物质放射出射线的性质叫作放射性。
(3)放射性元素
放射性并不是少数几种元素才有的,研究发现,原子序数大于或等于83的所有元素,都能自发地放出射线,原子序数小于83的元素,有的也具有放射性,元素这种自发地放出射线的现象叫作天然放射现象,现在用人工的方法也可以制造放射性同位素。
2.三种射线的比较
种类 α射线 β射线 γ射线
组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高
频电磁波)
电荷量 2e -e 0
质量 4mp (mp=1.67×10-27 kg) 静止质
量为零
速度 0.1c 0.99c c
在电磁 场中 偏转 与α射线 反向偏转 不偏转
种类 α射线 β射线 γ射线
贯穿本领 最弱 用纸能挡住 较强 穿透几毫米厚的铝板 最强
穿透几厘米厚的铅板
对空气的 电离作用 很强 较弱 很弱
在空气中 的径迹 粗、短、直 细、较长、曲折 最长
通过胶片 感光 【典型例题】
【例题2】 (多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场,下图中表示射线偏转情况正确的是(　　)
答案:AD
解析:已知α粒子带正电,β粒子带负电,γ射线不带电,根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向,可知A、B、C、D四幅图中,α、β粒子的偏转方向都是正确的,但偏转的程度需进一步判断。
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,其半径r=,将其数据代入,则α粒子与β粒子的半径之比为=371.7,由此可见,A正确,B错误;带电粒子垂直进入匀强电场,设初速度为v0,垂直电场线方向位移为x,沿电场线方向位移为y,则有x=v0t,y=t2,消去t可得y=,对某一确定的x值,α、β粒子沿电场线偏转距离之比为,由此可见,C错误,D正确。
三种射线的比较方法
(1)知道三种射线带电的性质,α射线带正电、β射
线带负电、γ射线不带电。α、β射线是实物粒子流,而γ射线是光子流,属于电磁波的一种。
(2)在电场或磁场中,通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断α和β射线,由于γ射线不带电,故运动轨迹仍为直线。
(3)α射线穿透能力较弱,β射线穿透能力较强,γ射线穿透能力最强。
【变式训练2】 (多选)如图所示,铅盒A中装有天然放射性物质,放射线从其右端小孔中水平向右射出,在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场,则下列说法正确的有(　　)
A.打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线
B.α射线和β射线的轨迹是抛物线
C.α射线和β射线的轨迹是圆弧
D.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场,则
屏上的亮斑可能只剩下b
答案:AC
【问题引领】
知识点三
原子核衰变的理解
有人说:“γ射线是电磁波,对人类有害,手机、微波炉等用电器都能产生电磁波,因而不能使用!”这种说法对吗
提示:手机和微波炉等确实能产生电磁波,γ射线也是电磁波,但两者在能量上有较大的区别,手机等放出的电磁波属于微波范围,波长与γ射线相比较大,频率较小,因而穿透本领及电离本领都很弱,对人体危害很小。但γ射线频率很大,能量很高,因而使用不当时,对人体危害较大。
【归纳提升】
2.衰变规律
原子核发生衰变时,遵循三个守恒定律
(1)衰变前后的电荷数守恒。
(2)质量数守恒。
(3)动量守恒。
(2)技巧:为了确定衰变次数,一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响),然后根据衰变规律确定β衰变的次数。
【典型例题】
【问题引领】
知识点四
半衰期的理解与应用
在现代考古学中,应用“放射性碳14定年法”分析从古代文化遗址中挖掘出的木片,可以推测出这座遗址的年代,你知道原理吗
提示:由于宇宙射线作用,大气中二氧化碳除了含有稳定的碳12,还含有放射性的碳14,并且碳的这两种同位素含量之比几乎保持不变,活的植物通过光合作用吸收到体内的既有碳12,也有碳14,它们与大气中有一样的比例。植物死后,光合作用停止,碳14由于β衰变逐渐减少。根据衰变规律只要测出碳14的含量即可推算遗址的年代。
【归纳提升】
1.半衰期
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。不同的放射性元素,半衰期不同。
2.注意以下两点
(1)对于同一种元素,其半衰期是一定的,无论是加温、加压,或是处于单质、化合物状态均不影响元素的半衰期,但不同元素的半衰期不同,有的差别很大。
(2)半衰期是一种统计规律,对于大量的原子核发生衰变才具有实际意义,而对于少量的原子核发生衰变,该统计规律不再适用。
放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,与外界因素无关。
【典型例题】
【变式训练4】 下列有关半衰期的说法正确的是(　　)
A.放射性元素的半衰期越短,表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短,衰变速度越快
B.放射性元素的样品不断衰变,随着剩下未衰变的原子核的减少,元素半衰期也变长
C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素的衰变速度
D.降低温度或增大压强,让该元素与其他物质形成化合物,均可减小衰变速度
答案:A
解析:放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间,它反映了放射性元素衰变速度的快慢,半衰期越短,则衰变越快;某种元素的半衰期长短由其自身因素决定,与它所处的物理、化学状态无关,故A正确,B、C、D错误。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(三种射线)某一放射性元素放出的射线通过电场后分成三束,如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.射线1的电离作用在三种射线中最强
B.射线2的电离作用在三种射线中最强
C.射线3贯穿本领最强
D.射线3贯穿本领最弱,用一张白纸就可以将它挡住
答案:D
解析:射线1为β射线,电离作用在三种射线中较弱,故A错误;射线2为γ射线,其贯穿本领最强,电离作用在三种射线中最弱,故B错误;射线3为α射线,其贯穿本领在三种射线中最弱,用一张白纸就可以将它挡住,故C错误,D正确。
答案:B
答案:A
解析:设经过了n次α衰变,根据质量数守恒可得238=206+4n,解得n=8,故A正确,B、C、D错误。
4.(半衰期)下列关于放射性元素的半衰期的说法正确的是(　　)
A.同种放射性元素在不同化学状态下半衰期不同
B.同种放射性元素在不同压力或温度环境下半衰期不同
C.氡的半衰期是3.8天,若有4个氡原子核,则经过7.6天就只剩下一个
D.氡的半衰期是3.8天,若有4 g氡原子核,则经过7.6天就只剩下1 g
答案:D
5.(原子核的衰变)被誉为“20世纪人类最伟大考古发现之一”的三星堆遗址的考古新发现让古蜀文明一醒惊天下。考古学家利用放射性元素C的半衰期可以确定文物的年代C能自发释放β射线,其半衰期约为5 730年。下列关于C衰变的说法正确的是(　　)
A.C衰变的实质是碳原子失去核外电子
BC衰变释放β射线时,生成的新核的核电荷数增加1
C.假设某文物中原有100个C,则经历一个半衰期,文物中还有50个C没有衰变
D.随着文物的出土,文物所在环境温度升高C衰变速度也会增大
答案:B
解析:C发生β衰变的实质是C中的一个中子变成了一个质子和一个电子,放出β射线,故A错误C发生β衰变变成N的过程中,质量数没有变化,电荷数增加1,故B正确。半衰期具有统计意义,对少量的放射性元素的原子没有意义,故C错误。放射元素的半衰期与物理环境以及化学环境无关,故D错误。