高三物理教案：《原子核衰變及半衰期》教學(xué)設計

　　原子核衰變及半衰期

　　新課標要求

　　1、知識與技能

　　(1)了解天然放射現象及其規律;

　　(2)知道三種射線(xiàn)的本質(zhì)，以及如何利用磁場(chǎng)區分它們;

　　(3)知道放射現象的實(shí)質(zhì)是原子核的衰變;

　　(4)知道兩種衰變的基本性質(zhì)，并掌握原子核的衰變規律;

　　(5)理解半衰期的概念。

　　2、過(guò)程與方法

　　(1)能夠熟練運用核衰變的規律寫(xiě)出核的衰變方程式;

　　(2)能夠利用半衰期來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單計算(課后自學(xué))。

　　(3)通過(guò)觀(guān)察，思考，討論，初步學(xué)會(huì )探究的方法;

　　(4)通過(guò)對知識的理解，培養自學(xué)和歸納能力。

　　3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)

　　(1)樹(shù)立正確的，嚴謹的科學(xué)研究態(tài)度;

　　(2)樹(shù)立辨證唯物主義的科學(xué)觀(guān)和世界觀(guān)。

　　教學(xué)重點(diǎn)：天然放射現象及其規律，原子核的衰變規律及半衰期。

　　教學(xué)難點(diǎn)：知道三種射線(xiàn)的本質(zhì)，以及如何利用磁場(chǎng)區分它們及半衰期描述的對象。

　　教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導，學(xué)生討論、交流。

　　教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設備

　　(一)引入新課

　　本節課我們來(lái)學(xué)習新的一章：原子核。本章主要介紹了核物理的一些初步知識，核物理研究的是原子核的組成及其變化規律，是微觀(guān)世界的現象。讓我們走進(jìn)微觀(guān)世界，一起探索其中的奧秘!我們已經(jīng)知道原子由原子核與核外電子組成。

　　那原子核內部又是什么結構呢?原子核是否可以再分呢?它是由什么微粒組成?用什么方法來(lái)研究原子核呢?

　　人類(lèi)認識原子核的復雜結構和它的變化規律，是從發(fā)現天然放射現象開(kāi)始的，1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見(jiàn)的射線(xiàn)，這種射線(xiàn)可以穿透黑紙使照相底片感光。居里和居里夫人在貝克勒爾的建議下，對鈾和鈾的各種礦石進(jìn)行了深入研究，又發(fā)現了發(fā)射性更強的新元素。其中一種，為了紀念她的祖國波蘭而命名為釙(Po)，另一種命名為鐳(Ra)。

　　(二)進(jìn)行新課

　　1、天然放射現象

　　(1)物質(zhì)發(fā)射射線(xiàn)的性質(zhì)稱(chēng)為放射性(radioactivity)。元素這種自發(fā)的放出射線(xiàn)的現象叫做天然放射現象，具有放射性的元素稱(chēng)為放射性元素。

　　(2)放射性不是少數幾種元素才有的，研究發(fā)現，原子序數大于82的所有元素，都能自發(fā)的放出射線(xiàn)，原子序數小于83的元素，有的也具有放射性。

　　2、射線(xiàn)到底是什么

　　那這些射線(xiàn)到底是什么呢?把放射源放入由鉛做成的容器中，射線(xiàn)只能從容器的小孔射出，成為細細的一束。在射線(xiàn)經(jīng)過(guò)的空間施加磁場(chǎng)，發(fā)現射線(xiàn)如圖所示：(投影)

　　思考與討論：

　�、倌阌^(guān)察到了什么現象?為什么會(huì )有這樣的現象?

　�、谌绻� 射線(xiàn)， 射線(xiàn)都是帶電粒子流的話(huà)，根據圖判斷，他們分別帶什么電荷。

　�、廴绻�不用磁場(chǎng)判斷，還可以用什么方法判斷三種射線(xiàn)的帶電性質(zhì)?

　�、偕渚�(xiàn)分成三束，射線(xiàn)在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉，是受到力的作用。這個(gè)力是洛倫茲力，說(shuō)明其中的兩束射線(xiàn)是帶電粒子。

　�、诟鶕�左手定則，可以判斷 射線(xiàn)都是正電荷， 射線(xiàn)是負電荷。

　�、蹘щ娏Ｗ釉陔妶�(chǎng)中要受電場(chǎng)力作用，可以加一偏轉電場(chǎng)，也能判斷三種射線(xiàn)的帶電性質(zhì)，如圖：

　　我們已經(jīng)研究了這三種射線(xiàn)的帶電性質(zhì)，那么這些射線(xiàn)還有哪些性質(zhì)呢?請同學(xué)們閱讀課文后填寫(xiě)表格�？磿�(shū)總結。

　　小結：

　�、賹�(shí)驗發(fā)現：元素具有放射性是由原子核本身的因素決定的，跟原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。不管該元素是以單質(zhì)的形式存在，還是和其他元素形成化合物，或者對它施加壓力，或者升高它的溫度，它都具有放射性。

　�、谌�種射線(xiàn)都是高速運動(dòng)的粒子，能量很高，都來(lái)自于原子核內部，這也使我們認識到原子核蘊藏有巨大的核能，原子核內也有其復雜的結構。

　　例題：下列說(shuō)法正確的是( )

　　A. 射線(xiàn)粒子和電子是兩種不同的粒子 B.紅外線(xiàn)的波長(cháng)比X射線(xiàn)的波長(cháng)長(cháng)

　　C. 粒子不同于氦原子核 D. 射線(xiàn)的貫穿本領(lǐng)比 粒子強

　　點(diǎn)評：本題考查了粒子的性質(zhì)及電磁波波長(cháng)的比較等基本知識。19世紀末20世紀初，人們發(fā)現X， ， ， 射線(xiàn)，經(jīng)研究知道，X， 射線(xiàn)均為電磁波，只是波長(cháng)不同�？梢�(jiàn)光，紅外線(xiàn)也是電磁波，波長(cháng)從短到長(cháng)的電磁波波譜要牢記。另外， 射線(xiàn)是電子流， 粒子是氦核。從 ， ， 三者的穿透本領(lǐng)而言： 射線(xiàn)最強， 射線(xiàn)最弱，這些知識要牢記。

　　3、原子核的衰變

　　(1)原子核的衰變

　　原子核放出α或β粒子，由于核電荷數變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。我們把這種變化稱(chēng)為原子核的衰變。一種物質(zhì)變成另一種物質(zhì)。

　　(2)α衰變

　　鈾238核放出一個(gè)α粒子后，核的質(zhì)量數減少4，核電荷數減少2，變成新核--釷234核。那這種放出α粒子的衰變叫做α衰變。這個(gè)過(guò)程可以用衰變方程式來(lái)表示：23892U→23490Th+42He

　　(3)衰變方程式遵守的規律

　　第一、質(zhì)量數守恒

　　第二、核電荷數守恒

　　α衰變規律：AZX→A-4Z-2Y+42He

　　(4)β衰變

　　釷234核也具有放射性，它能放出一個(gè)β粒子而變成23491Pa(鏷)，那它進(jìn)行的是β衰變，請同學(xué)們寫(xiě)出釷234核的衰變方程式?β粒子用0-1e表示。

　　釷234核的衰變方程式： 23490Th→23491Pa+0-1e

　　衰變前后核電荷數、質(zhì)量數都守恒，新核的質(zhì)量數不會(huì )改變但核電荷數應加1

　　β衰變規律：AZX→AZ+1Y+0-1e

　　提問(wèn)：β衰變如果按衰變方程式的規律來(lái)寫(xiě)的話(huà)應該沒(méi)有問(wèn)題，但并不象α衰變那樣容易理解，因為核電荷數要增加，學(xué)生會(huì )問(wèn)為什么會(huì )增加?哪來(lái)的電子?

　　原子核內雖然沒(méi)有電子，但核內的的質(zhì)子和中子是可以相互轉化的。當核內的中子轉化為質(zhì)子時(shí)同時(shí)要產(chǎn)生一個(gè)電子：10n→11H+0-1e 這個(gè)電子從核內釋放出來(lái)，就形成了β衰變�？梢钥闯鲂潞松倭艘粋�(gè)中子，卻增加了一個(gè)質(zhì)子，并放出一個(gè)電子。

　　(5)γ射線(xiàn)

　　是由于原子核在發(fā)生α衰變和β衰變時(shí)原子核受激發(fā)而產(chǎn)生的光(能量)輻射，通常是伴隨α射線(xiàn)和β射線(xiàn)而產(chǎn)生。γ射線(xiàn)的本質(zhì)是能量。理解γ射線(xiàn)的本質(zhì)，不能單獨發(fā)生。

　　4、半衰期

　　提問(wèn)：閱讀教材半衰期部分放射性元素的衰變的快慢有什么規律?用什么物理量描述?這種描述的對象是誰(shuí)?

　　氡的衰變圖的投影：

　　m/m0=(1/2)n

　　學(xué)生交流閱讀體會(huì )：

　　(1)氡每隔3.8天質(zhì)量就減少一半。

　　(2)用半衰期來(lái)表示。

　　(3)大量的氡核。

　　總結：半衰期表示放射性元素的衰變的快慢;放射性元素的原子核，有半數發(fā)生衰變所需的時(shí)間，叫做這種元素的半衰期;半衰期描述的對象是大量的原子核，不是個(gè)別原子核，這是一個(gè)統計規律。

　　例如：數學(xué)上的概率問(wèn)題

　　(拋硬幣)將1萬(wàn)枚硬幣拋在地上，那正反兩面的個(gè)數大概為5000對5000，但就某個(gè)硬幣來(lái)看要么是正面，要么是反面。這個(gè)事實(shí)告訴我們統計規律的對象僅僅對大量事實(shí)適用，對個(gè)別不適用。

　　元素的半衰期反映的是原子核內部的性質(zhì)，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無(wú)關(guān)。簡(jiǎn)單介紹：

　　鐳226→氡222的半衰期為1620年

　　鈾238→釷234的半衰期為4.5億年

　　說(shuō)明：一種元素的半衰期與這種元素是以單質(zhì)形式還是以化合物形式存在，或者加壓，增溫均不會(huì )改變。

　　教師給出課堂鞏固練習題

　　例1：配平下列衰變方程

　　23492U→23090Th+( 42He )

　　23490U→23491Pa+( 0-1e )

　　例2：釷232(23290Th)經(jīng)過(guò)________次α衰變和________次β衰變，最后成為鉛208(20882Pb)

　　分析：因為α衰變改變原子核的質(zhì)量數而β衰變不能，所以應先從判斷α衰變次數入手：

　　α衰變次數= =6

　　每經(jīng)過(guò)1次α衰變，原子核失去2個(gè)基本電荷，那么，釷核經(jīng)過(guò)6次α衰變后剩余的電荷數與鉛核實(shí)際的電荷數之差，決定了β衰變次數：

　　β衰變次數= =4