高三物理《原子核衰變及半衰期》教學設計

新課標要求

1、知識與技能

(1)瞭解天然放射現象及其規律;

(2)知道三種射線的本質，以及如何利用磁場區分它們;

(3)知道放射現象的實質是原子核的衰變;

(4)知道兩種衰變的基本性質，並掌握原子核的衰變規律;

(5)理解半衰期的概念。

2、過程與方法

(1)能夠熟練運用核衰變的規律寫出核的衰變方程式;

(2)能夠利用半衰期來進行簡單計算(課後自學)。

(3)通過觀察，思考，討論，初步學會探究的方法;

(4)通過對知識的理解，培養自學和歸納能力。

3、情感、態度與價值觀

(1)樹立正確的，嚴謹的科學研究態度;

(2)樹立辨證唯物主義的科學觀和世界觀。

教學重點：

天然放射現象及其規律，原子核的衰變規律及半衰期。

教學難點：

知道三種射線的本質，以及如何利用磁場區分它們及半衰期描述的對象。

教學方法：

教師啟發、引導，學生討論、交流。

教學用具：

投影片，多媒體輔助教學設備

(一)引入新課

本節課我們來學習新的一章：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，是微觀世界的現象。讓我們走進微觀世界，一起探索其中的奧祕!我們已經知道原子由原子核與核外電子組成。

那原子核內部又是什麼結構呢?原子核是否可以再分呢?它是由什麼微粒組成?用什麼方法來研究原子核呢?

人類認識原子核的複雜結構和它的變化規律，是從發現天然放射現象開始的，1896年，法國物理學家貝克勒爾發現，鈾和含鈾的礦物能夠發出看不見的射線，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，對鈾和鈾的各種礦石進行了深入研究，又發現了發射性更強的新元素。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)進行新課

1、天然放射現象

(1)物質發射射線的性質稱為放射性(radioactivity)。元素這種自發的放出射線的現象叫做天然放射現象，具有放射性的元素稱為放射性元素。

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

2、射線到底是什麼

那這些射線到底是什麼呢?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，成為細細的一束。在射線經過的空間施加磁場，發現射線如圖所示：(投影)

思考與討論：

①你觀察到了什麼現象?為什麼會有這樣的現象?

②如果射線，射線都是帶電粒子流的話，根據圖判斷，他們分別帶什麼電荷。

③如果不用磁場判斷，還可以用什麼方法判斷三種射線的帶電性質?

①射線分成三束，射線在磁場中發生偏轉，是受到力的作用。這個力是洛倫茲力，説明其中的兩束射線是帶電粒子。

②根據左手定則，可以判斷射線都是正電荷，射線是負電荷。

③帶電粒子在電場中要受電場力作用，可以加一偏轉電場，也能判斷三種射線的帶電性質，如圖：

我們已經研究了這三種射線的'帶電性質，那麼這些射線還有哪些性質呢?請同學們閲讀課文後填寫表格。看書總結。

小結：

①實驗發現：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狀態無關。不管該元素是以單質的形式存在，還是和其他元素形成化合物，或者對它施加壓力，或者升高它的温度，它都具有放射性。

②三種射線都是高速運動的粒子，能量很高，都來自於原子核內部，這也使我們認識到原子核藴藏有巨大的核能，原子核內也有其複雜的結構。

例題：下列説法正確的是()

A.射線粒子和電子是兩種不同的粒子B.紅外線的波長比X射線的波長長

C.粒子不同於氦原子核D.射線的貫穿本領比粒子強

點評：本題考查了粒子的性質及電磁波波長的比較等基本知識。19世紀末20世紀初，人們發現X，，，射線，經研究知道，X，射線均為電磁波，只是波長不同。可見光，紅外線也是電磁波，波長從短到長的電磁波波譜要牢記。另外，射線是電子流，粒子是氦核。從，，三者的穿透本領而言：射線最強，射線最弱，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，由於核電荷數變了，它在週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。一種物質變成另一種物質。

(2)α衰變

鈾238核放出一個α粒子後，核的質量數減少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律

第一、質量數守恆

第二、核電荷數守恆

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β粒子而變成23491Pa(鏷)，那它進行的是β衰變，請同學們寫出釷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

衰變前後核電荷數、質量數都守恆，新核的質量數不會改變但核電荷數應加1

β衰變規律：AZX→AZ+1Y+0-1e

提問：β衰變如果按衰變方程式的規律來寫的話應該沒有問題，但並不象α衰變那樣容易理解，因為核電荷數要增加，學生會問為什麼會增加?哪來的電子?

原子核內雖然沒有電子，但核內的的質子和中子是可以相互轉化的。當核內的中子轉化為質子時同時要產生一個電子：10n→11H+0-1e這個電子從核內釋放出來，就形成了β衰變。可以看出新核少了一箇中子，卻增加了一個質子，並放出一個電子。

(5)γ射線

是由於原子核在發生α衰變和β衰變時原子核受激發而產生的光(能量)輻射，通常是伴隨α射線和β射線而產生。γ射線的本質是能量。理解γ射線的本質，不能單獨發生。

4、半衰期

提問：閲讀教材半衰期部分放射性元素的衰變的快慢有什麼規律?用什麼物理量描述?這種描述的對象是誰?

氡的衰變圖的投影：

m/m0=(1/2)n

學生交流閲讀體會：

(1)氡每隔3.8天質量就減少一半。

(2)用半衰期來表示。

(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，有半數發生衰變所需的時間，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，不是個別原子核，這是一個統計規律。

例如：數學上的概率問題

(拋硬幣)將1萬枚硬幣拋在地上，那正反兩面的個數大概為5000對5000，但就某個硬幣來看要麼是正面，要麼是反面。這個事實告訴我們統計規律的對象僅僅對大量事實適用，對個別不適用。

元素的半衰期反映的是原子核內部的性質，與原子所處的化學狀態和外部條件無關。簡單介紹：

鐳226→氡222的半衰期為1620年

鈾238→釷234的半衰期為4.5億年

説明：一種元素的半衰期與這種元素是以單質形式還是以化合物形式存在，或者加壓，增温均不會改變。

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)經過________次α衰變和________次β衰變，最後成為鉛208(20882Pb)

分析：因為α衰變改變原子核的質量數而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

每經過1次α衰變，原子核失去2個基本電荷，那麼，釷核經過6次α衰變後剩餘的電荷數與鉛核實際的電荷數之差，決定了β衰變次數：

β衰變次數==4