2021年高三物理 第二十二章 原子核 二、天然放射现象、衰变(第一课时)

2021年高三物理第二十二章原子核二、天然放射现象、衰变(第一课时)●本节教材分析本节教材是在认识和了解原子核式结构的基础上，通过天然放射现象的研究，使学生认识原子核内也存在着复杂的结构，原子核是可以变化的，并知道原子核衰变的规律.讲清天然放射现象，是认识原子核结构的第一步.天然放射现象的教学，既要注意讲清放射线的本质及核衰变的规律，又要注意讲清思路，特别要使学生理解放射性是原子核的性质而不是原子的性质，放射现象的本质是原子核发生了衰变.首先让学生了解，某些元素具有天然的放射射线的性质，这些天然放射线有三种：α、β和γ射线，然后分别介绍它们的性质.接着通过分析放射现象的特点向学生说明，天然放射性现象是原子核的性质而不是原子的性质，进而说明原子核是可以变化的，也有复杂的结构，放射现象打开了人们认识原子核内部世界的大门，揭开了原子核物理的新篇章.这样先介绍放射线的性质，使学生对射线有了较具体的了解后，再说明放射性的本质和意义，可能效果会好一些.放射性元素的衰变除了使学生了解一般的原子核的衰变概念外，应着重使学生了解α衰变和β衰变及其规律，以及衰变中质量数守恒和电荷数守恒的规律.可让学生通过作相应的练习来逐步掌握α衰变和β衰变的规律以及两个守恒定律.有关核反应的练习要注意从可靠的资料上选择实际发生的核反应，不能随意编造核反应方程来让学生练习.半衰期是了解原子核衰变规律的一个重要概念，也是学生比较难理解和掌握的问题.学生常犯的错误是，放射性元素经半衰期后衰变一半，再经半衰期后衰变完毕.教学中除应注意结合具体问题让学生清楚半衰期的物理含义外，还应让学生清楚：半衰期只对大量原子核衰变才有意义，因为放射性元素的衰变规律是统计规律，当放射性原子核数少到统计规律不再起作用时，就无法判断原子核的衰变情况了.相应地，一些学生认为可以由半衰期推算出放射性样品完全衰变的寿命的想法也是错误的.●教学目标一、知识目标1.了解“天然放射现象”，知道放射现象的实质是原子核的衰变；2.知道三种天然放射线的基本性质；3.掌握原子核衰变规律，理解半衰期概念.二、能力目标1.能够熟练运用核衰变的规律写出核衰变的核反应方程；2.能够利用电场或磁场分离和鉴别三种天然放射线.三、德育目标通过介绍天然放射性的发现过程，以及有关科学家的业绩，对学生进行科学精神与唯物史观的教育.●教学重点三种射线的性质及原子核的衰变规律.●教学难点半衰期的概念.●教学方法本节采用学生自学与教师点拨相结合的教学方法，以培养学生的阅读理解、归纳总结能力，进而提高学生的自学能力.●教学用具投影仪及投影片.●课时安排1课时●教学过程一、引入新课既然原子是可分的，是由原子核和核外电子组成.那么原子核呢？它能否再分呢？人们是如何认识它的？这就是本节课要研究的问题——天然放射现象原子核的衰变二、新课教学（一）天然放射现象［教师点拨］请同学们带着以下问题，自学本节教材的第一部分.（1）什么是天然放射现象？天然放射线有哪几种？其性质如何？（2）利用什么方法可以将天然放射线分离开来，并加以鉴别？你还能想出与课本上不同的方法吗？（3）试列表比较各种放射线的质量、电荷、贯穿本领和电离本领.（4）元素的放射性是原子的性质还是原子核的性质？放射性的发现有何重要意义?［学生活动］阅读教材（5分钟）并回答以上问题.［教师归纳］1.天然放射现象：某些物质自发地放射出看不见的射线的现象.说明：（1）物质自发放射射线的性质，叫放射性.（2）放射性是某些物质的天然存在的客观属性，与任何外界因素无关.（3）具有放射性的元素叫放射性元素.（4）放射线是直接用肉眼看不见的，必须借助于专门的仪器来观察（第三节专门学习） .2.天然放射线的分离及其鉴别方法一：利用磁场（图22—5）方法二：利用电场（图22—6）图22—63.天然放射线的性质及其比较.（投影）名称构成电量(e) 质量(u) 射出速度电离能力贯穿本领α氦核+2 4 0.1c最强最弱β电子-1 0() 0.9c较强较强γ光子0 0 c 最弱最强α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其他原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领最强.介绍或让学生上网查阅法国物理学家贝克勒耳发现天然放射现象的经历，以及贝克勒耳为了试验放射线的性质，用试管装入含铀矿物插在上衣口袋中被射线灼伤，早期核物理学家多死于白血病(放射病)的故事.从而学习科学家为科学而献身的精神.4.放射性的特点、本质及其意义特点：与元素所处的化学状态无关本质：是原子核的性质，而不是原子的性质意义：表明原子核是可以变化的，原子核也有其内部结构（二）原子核的衰变［教师点拨］请同学们带着以下问题，自学本节教材的第二部分.(1)放射性元素的原子核在放出α或β射线后，其自身发生什么样的变化？举例说明.(2)什么叫原子核的衰变？原子核的衰变有哪几种情况？原子核衰变过程遵循什么规律？(3)原子核在放出γ射线的过程中是否会发生衰变？为什么？［学生活动］阅读教材（5分钟），然后回答以上问题［教师归纳］1.原子核的衰变：某种元素原子核自发地放出射线粒子后，转变成新的元素原子核的现象.例：α衰变：23892U→23490Th+42Heβ衰变：23490Th→23491Pa+0-1e2.衰变规律：电荷数、质量数、能量和动量都守恒α衰变规律：MZ X→M-4Z-2Y+42He（衰变产生的新核质量数减4，电荷数减2）说明：在放射性元素的原子核中，由于两个中子和两个质子结合的比较紧密，往往会作为一个整体从较大的原子核中被放射出来而形成α衰变.β衰变规律：M Z X→M Z+1Y+0-1e（衰变产生的新核质量数不变，电荷数加1）说明：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.3.γ辐射不引起原子核衰变说明：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.（三）半衰期［教师点拨］放射性元素的衰变的快慢有什么规律？用什么物理量描述？［学生活动］阅读教材第三部分［教师点拨］由大量原子构成的放射性物质，其原子核的衰变应遵从一定的统计规律.实验表明放射性元素衰变的速率（即单位时间发生衰变的核数目）与其核的总数目成正比.随着放射性元素的衰变，其衰变速率越来越慢，但对某一种放射性元素来说，从某一时刻开始其原子核衰变掉一半所用的时间是一定的，物理学上把这个时间叫放射性元素的“半衰期”，用它来表示放射性元素衰变的快慢.1.定义：放射性元素的原子核衰变掉一半所用时间，叫放射性元素的半衰期.2.衰变规律：m0－放射性元素的原有质量；m－经过n个半衰期的时间后剩余的放射性元素的质量则有m＝(1/2)n m0或m/m0＝(1/2)n如：氡222（α衰变）→钋218的半衰期为3.8天，即大约每过3.8天就有一半的氡发生了衰变，经过第一个半衰期（3.8天）剩有一半的氡，经过第二个半衰期（3.8天），剩有1/4的氡，再经过第三个半衰期（3.8天）剩有1/8的氡……如图22—7所示3.决定半衰期的因素：由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关.如：镭226→氡222的半衰期为1620年铀238→钍234的半衰期为4.5亿年(四)课堂巩固训练［例1］平衡下列衰变方程：23492U→23090Th+( )23490U→23491Pa+( )答案：42He,0-1e［例2］钍232（23490Th）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==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==4.答案：6，4三、小结本节研究了天然放射现象及其本质，放射性是物质的一种天然属性，其实质是原子核发生衰变.天然放射线有三种：α射线、β射线和γ射线.其性质分别是高速运动的氦核流、电子流和光子流.原子核衰变的快慢用半衰期表示，它是放射性元素的原子核有半数发生衰变所用的时间，完全由原子核自身的性质决定.四、布置作业练习二3，5五、板书设计（一）天然放射现象1.天然放射现象：某些物质自发地放射出看不见的射线的现象.图22—72.天然放射线的分离及其鉴别. 方法一：利用磁场 方法二：利用电场3.三种放射线的性质及其比较. α射线：氦核（42He ），电离本领最强，贯穿本领最弱； β射线：电子（0-1e ），电离本领较强，贯穿本领较强 γ射线：光子，电离本领最弱，贯穿本领最强4.放射性的特点、本质及其意义 特点：与元素所处的化学状态无关本质：是原子核的性质，而不是原子的性质意义：表明原子核是可以变化的，原子核也有其内部结构. （二）原子核的衰变1.定义：某种元素原子核自发地放出射线粒子后，转变成新的元素原子核的现象.2.衰变规律：（电荷数、质量数、能量和动量都守恒） α衰变规律：M Z X →M -4Z -2Y+42He β衰变规律：M Z X →M Z +1Y+0-1e3.γ辐射伴随α衰变和β衰变，不引起原子核衰变. （三）半衰期1.定义：放射性元素的原子核衰变掉一半所用时间，叫放射性元素的半衰期.2.衰变规律：m ＝(1/2)n m 0或m/m 0＝(1/2)n3.决定半衰期的因素：由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关.六、本节优化训练设计1.能够表明原子核具有复杂结构的事实是 A.天然放射现象 B. α粒子散射实验 C.阴极射线 D.光电效应2.放射性元素镭放出三种射线α、β、γ,正确的说法是 A.β射线的穿透能力最强B.γ射线是高速光子组成,不带电C.β粒子带负电荷D.α射线的电离本领最强3.下面对某原子核衰变的描述，哪个是不对的A.放出一个β粒子后，原子核的中子数减1，原子序数少1B.放出一个α粒子后，原子核的质量数少4，核电荷数少2C.放出一个β粒子后，原子核的质量数不变，核电荷数加1D.22686Ra 经过5次α衰变和4次β衰变后变成20686Pb4.一个原子核a b X 进行一次α衰变后成为原子核cd Y,然后又进行一次β衰变,成为原子核f g Z:a b X c d Y fg Z 它们的质量数a 、c 、f 及电荷数b 、d 、g 之间应有的关系是A.a =f +4B.c =fC.d =g -1D.b =g +1 5.已知铋210的半衰期是5天,则 A.有2 g 铋,经过5天后还剩1 g B.有2 mol 铋,经过5天后还剩1 molC. 有2×1020个铋核,经过5天后还剩1×1020个D.有2个铋核,经过5天后还剩一个6.某放射性元素经过m次α衰变和n次β衰变,变成一种新原子核,新原子核比原来的原子核的质子减少了A. 2m+nB. 2m－nC. m+nD. m－n7.23290Th经过6次α衰变和4次β衰变后变成一种稳定的新元素,这新元素原子核的质量数是________,新元素的原子核中有________个质子, ________个中子8.两个放射性元素的样品A和B，当A有15 /16的原子核发生了衰变时，B恰好有63/64 的原子核发生了衰变，可知A和B的半衰期之比τA∶τB=________.参考答案：1.A 2.BCD 3.A 4.ABCD 5.ABC 6.B 7.208 82 126 8.3∶2。