高三物理原子核衰变及半衰期

第二节原子核衰变及半衰期

新课标要求

1、知识与技能

（1）了解天然放射现象及其规律；

（2）知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们；

（3）知道放射现象的实质是原子核的衰变；

（4）知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律；

（5）理解半衰期的概念。

2、过程与方法

（1）能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式；

（2）能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）。

（3）通过观察，思考，讨论，初步学会探究的方法；

（4）通过对知识的理解，培养自学和归纳能力。

3、情感、态度与价值观

（1）树立正确的，严谨的科学研究态度；

（2）树立辨证唯物主义的科学观和世界观。

教学重点：天然放射现象及其规律，原子核的衰变规律及半衰期。

教学难点：知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们及半衰期描述的对象。

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备

（一）引入新课

本节课我们来学习新的一章：原子核。本章主要介绍了核物理的一些初步知识，核物理研究的是原子核的组成及其变化规律，是微观世界的现象。让我们走进微观世界，一起探索其中的奥秘！我们已经知道原子由原子核与核外电子组成。

那原子核内部又是什么结构呢？原子核是否可以再分呢？它是由什么微粒组成？用什么方法来研究原子核呢？

人类认识原子核的复杂结构和它的变化规律，是从发现天然放射现象开始的，1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。居里和居里夫人在贝克勒尔的建议下，对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了发射性更强的新元素。其中一种，为了纪念她的祖国波兰而命名为钋（Po），另一种命名为镭（Ra）。

（二）进行新课

1、天然放射现象

（1）物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象，具有放射性的元素称为放射性元素。

（2）放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。

2、射线到底是什么

那这些射线到底是什么呢？把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场，发现射线如图所示：（投影）

思考与讨论：

①你观察到了什么现象？为什么会有这样的现象？

②如果α射线，β射线都是带电粒子流的话，根据图判断，他们分别带什么电荷。

③如果不用磁场判断，还可以用什么方法判断三种射线的带电性质？

①射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。

②根据左手定则，可以判断α射线都是正电荷，β射线是负电荷。

③带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质，如图：

我们已经研究了这三种射线的带电性质，那么这些射线还有哪些性质呢？请同学们阅读课文后填写表格。看书总结。

小结：

①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，或者升高它的温度，它都具有放射性。

②三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有其复杂的结构。

例题：下列说法正确的是（）

A．β射线粒子和电子是两种不同的粒子 B．红外线的波长比X射线的波长长

C．α粒子不同于氦原子核 D．γ射线的贯穿本领比α粒子强

点评：本题考查了粒子的性质及电磁波波长的比较等基本知识。19世纪末20世纪初，人们

发现X，α，β，γ射线，经研究知道，X，γ射线均为电磁波，只是波长不同。可见光，红外线也是电磁波，波长从短到长的电磁波波谱要牢记。另外，β射线是电子流，α粒子

是氦核。从α，β，γ三者的穿透本领而言：γ射线最强，α射线最弱，这些知识要牢记。

3、原子核的衰变

（1）原子核的衰变

原子核放出α或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。一种物质变成另一种物质。

（2）α衰变

铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核--钍234核。那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。这个过程可以用衰变方程式来表示：23892U→

234

90Th+4

2He

（3）衰变方程式遵守的规律

第一、质量数守恒

第二、核电荷数守恒

α衰变规律：A Z X→A-4Z-2Y+42He

（4）β衰变

钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成23491Pa（镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？β粒子用0-1e表示。

钍234核的衰变方程式：23490Th→23491Pa+0-1e

衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不会改变但核电荷数应加1

β衰变规律：A Z X→A Z+1Y+0-1e

提问：β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题，但并不象α衰变那样容易理解，因为核电荷数要增加，学生会问为什么会增加？哪来的电子？

原子核内虽然没有电子，但核内的的质子和中子是可以相互转化的。当核内的中子转化为质子时同时要产生一个电子：10n→11H＋0-1e 这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变。可以看出新核少了一个中子，却增加了一个质子，并放出一个电子。

（5）γ射线

是由于原子核在发生α衰变和β衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随α射线和β射线而产生。γ射线的本质是能量。理解γ射线的本质，不能单独发生。

4、半衰期

提问：阅读教材半衰期部分放射性元素的衰变的快慢有什么规律？用什么物理量描述？这种描述的对象是谁？

氡的衰变图的投影：

m/m0＝(1/2)n

学生交流阅读体会：

（1）氡每隔3.8天质量就减少一半。

（2）用半衰期来表示。

（3）大量的氡核。

总结：半衰期表示放射性元素的衰变的快慢；放射性元素的原子核，有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期；半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律。

例如：数学上的概率问题

（抛硬币）将1万枚硬币抛在地上，那正反两面的个数大概为5000对5000，但就某个硬币来看要么是正面，要么是反面。这个事实告诉我们统计规律的对象仅仅对大量事实适用，对个别不适用。

元素的半衰期反映的是原子核内部的性质，与原子所处的化学状态和外部条件无关。简单介绍：

镭226→氡222的半衰期为1620年

铀238→钍234的半衰期为4.5亿年

说明：一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在，或者加压，增温均不会改变。

教师给出课堂巩固练习题

例1：配平下列衰变方程

23492U →23090Th+( 42He )

23490U →23491Pa+( 0

-1e )

例2：钍232（23290Th ）经过________次α衰变和________次β衰变，最后成为铅208（20882Pb ）

分析：因为α衰变改变原子核的质量数而β衰变不能，所以应先从判断α衰变次数入手： α衰变次数=u

4u 208-u 232=6 每经过1次α衰变，原子核失去2个基本电荷，那么，钍核经过6次α衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差，决定了β衰变次数：

β衰变次数=

(-1)e

82e -6)2e -e 90( =4