高三物理教案：《原子核衰變及半衰期》教學(xué)設(shè)計(jì)

　　原子核衰變及半衰期

　　新課標(biāo)要求

　　1、知識(shí)與技能

　　(1)了解天然放射現(xiàn)象及其規(guī)律;

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

　　(3)知道放射現(xiàn)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(guī)律;

　　(5)理解半衰期的概念。

　　2、過程與方法

　　(1)能夠熟練運(yùn)用核衰變的規(guī)律寫出核的衰變方程式;

　　(2)能夠利用半衰期來進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算(課后自學(xué))。

　　(3)通過觀察，思考，討論，初步學(xué)會(huì)探究的方法;

　　(4)通過對(duì)知識(shí)的理解，培養(yǎng)自學(xué)和歸納能力。

　　3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀

　　(1)樹立正確的，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度;

　　(2)樹立辨證唯物主義的科學(xué)觀和世界觀。

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

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

　　教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。

　　教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備

　　(一)引入新課

　　本節(jié)課我們來學(xué)習(xí)新的一章：原子核。本章主要介紹了核物理的一些初步知識(shí)，核物理研究的是原子核的組成及其變化規(guī)律，是微觀世界的現(xiàn)象。讓我們走進(jìn)微觀世界，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(nèi)部又是什么結(jié)構(gòu)呢?原子核是否可以再分呢?它是由什么微粒組成?用什么方法來研究原子核呢?

　　人類認(rèn)識(shí)原子核的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和它的變化規(guī)律，是從發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象開始的，1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的射線，這種射線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(duì)鈾和鈾的各種礦石進(jìn)行了深入研究，又發(fā)現(xiàn)了發(fā)射性更強(qiáng)的新元素。其中一種，為了紀(jì)念她的祖國(guó)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(xiàn)象

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

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

　　2、射線到底是什么

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

　　思考與討論：

　　①你觀察到了什么現(xiàn)象?為什么會(huì)有這樣的現(xiàn)象?

　　②如果 射線， 射線都是帶電粒子流的話，根據(jù)圖判斷，他們分別帶什么電荷。

　　③如果不用磁場(chǎng)判斷，還可以用什么方法判斷三種射線的帶電性質(zhì)?

　　①射線分成三束，射線在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，是受到力的作用。這個(gè)力是洛倫茲力，說明其中的兩束射線是帶電粒子。

　　②根據(jù)左手定則，可以判斷 射線都是正電荷， 射線是負(fù)電荷。

　　③帶電粒子在電場(chǎng)中要受電場(chǎng)力作用，可以加一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，也能判斷三種射線的帶電性質(zhì)，如圖：

　　我們已經(jīng)研究了這三種射線的帶電性質(zhì)，那么這些射線還有哪些性質(zhì)呢?請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文后填寫表格。看書總結(jié)。

　　小結(jié)：

　　①實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：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(duì)它施加壓力，或者升高它的溫度，它都具有放射性。

　　②三種射線都是高速運(yùn)動(dòng)的粒子，能量很高，都來自于原子核內(nèi)部，這也使我們認(rèn)識(shí)到原子核蘊(yùn)藏有巨大的核能，原子核內(nèi)也有其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

　　例題：下列說法正確的是( )

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

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

　　點(diǎn)評(píng)：本題考查了粒子的性質(zhì)及電磁波波長(zhǎng)的比較等基本知識(shí)。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)X， ， ， 射線，經(jīng)研究知道，X， 射線均為電磁波，只是波長(zhǎng)不同。可見光，紅外線也是電磁波，波長(zhǎng)從短到長(zhǎng)的電磁波波譜要牢記。另外， 射線是電子流， 粒子是氦核。從 ， ， 三者的穿透本領(lǐng)而言： 射線最強(qiáng)， 射線最弱，這些知識(shí)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(shù)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(shù)減少4，核電荷數(shù)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)過程可以用衰變方程式來表示：23892U→23490Th+42He

　　(3)衰變方程式遵守的規(guī)律

　　第一、質(zhì)量數(shù)守恒

　　第二、核電荷數(shù)守恒

　　α衰變規(guī)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(qǐng)同學(xué)們寫出釷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(shù)、質(zhì)量數(shù)都守恒，新核的質(zhì)量數(shù)不會(huì)改變但核電荷數(shù)應(yīng)加1

　　β衰變規(guī)律：AZX→AZ+1Y+0-1e

　　提問：β衰變?nèi)绻�按衰變方程式的�?guī)律來寫的話應(yīng)該沒有問題，但并不象α衰變那樣容易理解，因?yàn)楹穗姾蓴?shù)要增加，學(xué)生會(huì)問為什么會(huì)增加?哪來的電子?

　　原子核內(nèi)雖然沒有電子，但核內(nèi)的的質(zhì)子和中子是可以相互轉(zhuǎn)化的。當(dāng)核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)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(nèi)釋放出來，就形成了β衰變。可以看出新核少了一個(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

　　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射線和β射線而產(chǎn)生。γ射線的本質(zhì)是能量。理解γ射線的本質(zhì)，不能單獨(dú)發(fā)生。

　　4、半衰期

　　提問：閱讀教材半衰期部分放射性元素的衰變的快慢有什么規(guī)律?用什么物理量描述?這種描述的對(duì)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)用半衰期來表示。

　　(3)大量的氡核。

　　總結(jié)：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(shù)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(duì)象是大量的原子核，不是個(gè)別原子核，這是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

　　例如：數(shù)學(xué)上的概率問題

　　(拋硬幣)將1萬(wàn)枚硬幣拋在地上，那正反兩面的個(gè)數(shù)大概為5000對(duì)5000，但就某個(gè)硬幣來看要么是正面，要么是反面。這個(gè)事實(shí)告訴我們統(tǒng)計(jì)規(guī)律的對(duì)象僅僅對(duì)大量事實(shí)適用，對(duì)個(gè)別不適用。

　　元素的半衰期反映的是原子核內(nèi)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(xí)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________次α衰變和________次β衰變，最后成為鉛208(20882Pb)

　　分析：因?yàn)?alpha;衰變改變?cè)�子核的質(zhì)量數(shù)而β衰變不能，所以應(yīng)先從判斷α衰變次數(shù)入手：

　　α衰變次數(shù)= =6

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

　　β衰變次數(shù)= =4