高中物理 第3章 原子核与放射性 3.2 原子核衰变及半衰期教案 鲁科版选修3-5.doc

第2节原子核衰变及半衰期课标要求知识与技能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知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律4理解半衰期的概念过程与方法1.通过观察，思考，讨论，初步学会探究的方法2通过对知识的理解，培养自学和归纳能力情感态度与价值观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.课标解读1知道天然放射现象，了解放射性及放射性元素的概念2知道三种射线的本质和特点，并能够借助电、磁场分析判断三种射线3知道原子核衰变的规律，知道衰变、衰变的本质，能根据电荷数、质量数守恒正确书写衰变方程4理解半衰期的概念，会应用半衰期公式解决相关问题教学地位原子核衰变及半衰日期是教学的重点也是高考的热点，教学中应注意以下几点：1这一节可先让学生了解天然放射现象的发现史，知道有些元素具有天然的放射射线的性质，天然放射现象说明了原子核还有进一步的结构，并且开始了对原子核变化规律的认识2这些天然的放射线有三种，即、和射线，介绍它们分别是什么物质，接着可向学生说明如何区分，着重介绍三种射线的特性3应让学生了解衰变和衰变，以及衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒的规律可让学生通过相应的练习来逐步掌握衰变和衰变以及两个守恒规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4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.新课导入建议故事引入公元1936年，一个名叫卡门的科学家发现并分离出一种分子，它是碳的一种同位素，分子量是14，因此被称为14c.三年后，科学家柯夫经过研究，指出宇宙射线和大气作用后最终产物是14c，并计算出了其在大自然中的产生率经过重重考验，14c常规测年法被考古学家和地质学家所接受，成为确定旧石器晚期以来人类历史年代的有力工具许多长久以来没有解决的难题迎刃而解我们知道，考古学与历史学的重要结合点就在于确定遗址的年代而14c测年技术则为这个结合点找到了一个突破口这是考古学的一个重要革命性的技术同学们通过本节课的学习我们就能知道14c测年技术的原理是什么教学流程设计(步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】课标解读重点难点1.知道什么是放射性及放射性元素2知道三种射线的本质和特性3知道原子核的衰变和衰变规律4知道什么是半衰期.1.知道三种射线的本质和特性(重点)2知道原子核的衰变、半衰期和衰变规律(重点)3三种射线的本质以及如何利用磁场区分它们，半衰期的描述(难点)天然放射现象的发现及放射线的本质1.基本知识(1)定义：物质能自发地放出射线的现象(2)物质放出射线的性质，叫做放射性(3)具有放射性的元素，叫做放射性元素(4)放射线的本质射线是高速运动的氮原子核，速度约为光速的0.1倍，电离作用强，穿透能力很弱射线是高速运动的电子流，速度约为光速的0.9倍，电离作用较弱，穿透本领较强射线是波长很短的电磁波，它的电离作用很弱，但穿透能力很强2探究交流天然放射现象说明了什么？【提示】天然放射现象说明了原子核具有复杂的内部结构原子核的衰变1.基本知识(1)衰变：原子核由于放出射线或射线而转变为新核的变化(2)衰变形式：常见的衰变有两种，放出粒子的衰变为衰变，放出粒子的衰变为衰变，而射线是伴随射线或射线产生的(3)衰变规律衰变：xhey.衰变：xey.在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒(4)衰变的快慢半衰期放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫做半衰期元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关2.思考判断(1)原子核的衰变有衰变、衰变和衰变三种形式()(2)在衰变过程中，电荷数、质量数守恒()(3)原子所处的周围环境温度越高，衰变越快()3探究交流有10个镭226原子核，经过一个半衰期有5个发生衰变，这样理解对吗？【提示】不对.10个原子核数目太少，它们何时衰变是不可预测的，因为衰变规律是大量原子核的统计规律.三种射线的本质特征【问题导思】1三种射线都是从原子核内部发出，都是原子核的组成部分吗？2三种射线的性质能借助电场或磁场区分吗？3射线是原子核外面的电子跃迁出来形成的吗？三种射线的比较如下表：种类射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2ee0质量4mpmp1.671027 kg静止质量为零速度0.1c0.9cc在电场或磁场中偏转与射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光1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，原子核内也有极其复杂的结构(2011浙江高考)关于天然放射现象，下列说法正确的是()a射线是由氦原子核衰变产生b射线是由原子核外电子电离产生c射线是由原子核外的内层电子跃迁产生d通过化学反应不能改变物质的放射性【审题指导】解答本题时应注意以下两点：(1)天然放射现象中三种射线的产生机理；(2)影响天然放射现象的因素【解析】射线是在衰变中产生的，本质是氦核，a错误；射线是在衰变中产生的，本质是高速电子流，b错误；射线是发生衰变和衰变时原子核发生能级跃迁而产生的电磁波，c错误；物质的放射性由原子核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，d正确【答案】d1(2012上海高考)在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图321所示该装置中探测器接收到的是()图321ax射线b射线c射线 d射线【解析】射线的穿透能力最强，可穿透钢板，所以该装置中探测器接收到的是射线，d正确【答案】d放射性元素的衰变【问题导思】1所有的原子核都能发生衰变吗？2原子核衰变的快慢和什么因素有关？3一个原子核衰变时，能同时放出、三种射线吗？1衰变方程通式衰变：xyhe衰变：xy 01e2衰变和衰变的实质(1)衰变：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的衰变现象(2)衰变：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即粒子，使核电荷数增加1，但衰变不改变原子核的质量数3衰变次数的计算方法设放射性元素x经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素y，则衰变方程为xynheme根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：aa4n，zz2nm，n，mzz.4半衰期公式用t表示某放射性元素的半衰期，衰变时间用t表示，如果原来的质量为m，剩余的质量为m，经过个半衰期，该元素的剩余质量变为mm()若用n和n分别表示衰变前后的原子数，衰变公式又可写成nn()1由于原子核是在发生衰变或衰变时有多余能量而放出射线，故不可能单独发生衰变2在一个原子核的衰变中，可能同时放出和射线，或和射线，但不可能同时放出、和三种射线，放射性元素放出的、和三种射线，是多个原子核同时衰变的结果3半衰期是一个统计概念描述的是大量原子核的集体行为，个别原子核经过多长时间衰变无法预测对个别或极少数原子核，无半衰期而言钋210经衰变成为稳定的铅，其半衰期为138天质量为64 g的钋210经过276天后，还剩多少克钋？生成了多少克铅？写出核反应方程【审题指导】解此题关键有两点：(1)衰变的通式；(2)半衰期公式mm()的应用【解析】核反应方程为：popbhe276天为钋的2个半衰期，还剩的钋没有衰变，故剩余钋的质量为：mpo64 g16 g另外的钋衰变成了铅，即发生衰变的钋的质量为64 g48 g则生成铅的质量为：mpb48 g47.09 g故铅的质量为47.09 g.【答案】16 g47.09 gpopbhe1衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒(1)每发生一次衰变质子数、中子数均减少2，质量数减少4.(2)每发生一次衰变中子数减少1，质子数增加1，质量数不变2利用半衰期公式解决实际问题，首先要理解半衰期的统计意义，其次要知道公式建立的是剩余核的质量与总质量间的关系2一个rn衰变成po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天.1 grn经过7.6天衰变掉rn的质量，以及rn衰变成po的过程放出的粒子是()a0.25 g，粒子b0.75 g，粒子c0.25 g，粒子 d0.75 g，粒子【解析】经过了两个半衰期，1 grn剩下了0.25 g，衰变了0.75 g，根据核反应的规律，质量数和电荷数不变，放出的应该是粒子【答案】b综合解题方略巧解三种射线在电场、磁场中的轨迹 将、三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示的射线偏转情况正确的是()【审题指导】把握三种射线的本质，根据在电场、磁场中的受力情况判断其偏转方向和偏转程度【规范解答】已知粒子带正电，粒子带负电，射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知【答案】ad1三种射线在电场、磁场中时，明确电场、磁场的方向、通过的射线是否带电及带电的性质，判断其受力方向受力方向确定后，则射线的轨迹就能确定2掌握三种射线的穿透本领，通过其穿透本领的强弱来判定是哪种射线(射线射线射线)3要使射线、射线在电磁场中运动的轨迹为直线，必须满足粒子受到的安培力和洛伦兹力大小相等，方向相反【备课资源】(教师用书独具)1放射性同位素14c可用来推算文物的“年龄”.14c的含量每减少一半要经过约5 730年某考古小组挖掘到一块动物骨骼，经测定14c还剩余1/8，推测该动物生存年代距今约为()a5 7303年b5 7304年c5 7306年 d5 7308年【解析】这道题目考查半衰期的知识，可由剩下物质质量计算公式得出答案由题目所给条件得()nm，n3，所以该动物生存年代距今应该为3个14c的半衰期，即：t35 7303年，故正确答案为a.【答案】a2.u衰变为rn要经过m次衰变和n次衰变，则m、n分别为()a2,4b4,2c4,6d16,6【解析】由于衰变不改变质量数，则m4，衰变使电荷数减少8，但由u衰变为rn，电荷数减少6，说明经过了2次衰变，故b正确【答案】b1天然放射现象的发现揭示了()a原子不可再分b原子的核式结构c原子核还可再分 d原子核由质子和中子组成【解析】贝克勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核也是有着复杂的结构的天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分【答案】c2(2013泉州检测)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()a是放射源质量减少一半所需的时间b是原子核半数发生衰变所需的时间c与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关d可以用于测定地质年代、生物年代等【解析】原子核的衰变是由原子核的内部因素决定的，与外界环境无关原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间即半衰期，原子核就衰变掉总数的一半不同种类的原子核，其半衰期也不同，若开始时原子核数目为n0，经时间t剩下的原子核数目为n，半衰期为t1/2，则nn0().若能测出n与n0的比值，就可求出t，依此公式可测定地质年代、生物年代等故正确答案为b、d.【答案】bd3(2011上海高考)天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图322所示，由此可推知()图322a来自于原子核外的电子b的电离作用最强，是一种电磁波c的电离作用较强，是一种电磁波d的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子【解析】由三种射线的特性可知，应为射线，它的电离作用最强，穿透能力很弱，且为氦原子核；为射线，它来自于原子核内部，是中子变为质子时放出的电子；是射线，它是由于元素发生衰变或衰变时原子核处于激发状态而放出的能量，是频率很高的电磁波，它的电离作用最弱，穿透能力很强，由此可知d正确【答案】d4有甲、乙两种放射性元素，它们的半衰期分别是甲15天，乙30天，它们的质量分别为m甲、m乙，经过60天这两种元素的质量相等，则它们原来的质量之比m甲m乙是()a14 b41 c21 d12【解析】对60天时间，甲元素经4个半衰期，乙元素经2个半衰期，由题知m甲4m乙2，则