《第02节核衰变与核反应方程》教学设计(广东省市级优课)-物理教案

教学设计第二节放射性元素的核衰（华福龙）【教学目标】(1)知道天然放射现象的原因是核的衰变。(2)知道三种射线的本质，以及如何运用磁场和电场来区分它们。(3)知道α衰变和β衰变。(4)会写衰变方程。(5)知道半衰期的概念，会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义。【过程与方法】通过本节知识的学习，使学生进一步了解物质世界的微观本质，，以及人们是如何探索和研究这些问题的。【情感、态度与价值观】通过介绍我国在放射性研究上所取得的成就，加强对学生的爱国主义教育；启发他们树立为祖国现代化建设事业贡献力量。【教学重点】α衰变和β衰变的实质及衰变规律【教学难点】对半衰期概念的理解和利用半衰期解决相关问题【学情分析】1.本节课主要以阅读为主，在课本知识掌握的基础上，深入分析。2.结合课本知识学生完全有能力自主完成学习。【教学手段】探究、自主推导、数学归纳。【教学过程】一、原子核的衰变三种射线符号组成电量电离本领穿透本领速度α射线氦核+2e最强最弱0.1cβ射线电子-e较强较强0.99cγ射线γ光子不带电最弱最强c观察与思考(图4-2-1)(学生讨论，并请部分代表发言。点评：设疑、推理。教师：解释)放射线进入云室后，为什么不同的放射线有的粗而直，有的细而弯？由于α粒子的质量大，在气体中飞行时不易改变方向;由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以α粒子在云室中的径迹粗而直。β粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少，所以β粒子在云室中的径迹细而弯。(过度饱和的酒精蒸汽会凝结在带有电荷的离子上)思考:判断图中对应哪种射线？(学生讨论，并请部分代表发言。点评：设疑、推理。教师：解释)图a图b答：图a自左到右依次为：β射线、γ射线、α射线；图b自左到右依次为：α射线、γ射线、β射线。α射线、β射线、γ射线都是从原子核里放射出来的。原子核放出α粒子或β粒子后，会变成新的原子核。(γ射线是伴随α射线或β射线产生的)一种元素经放射过程变成另一种元素的现象称为原子核的衰变。衰变的分类(依据衰变过程中放出α或β粒子):一个原子核放出α粒子后变成新的一个原子核叫α衰变。(伴随有γ射线产生)一个原子核放出β粒子后变成新的一个原子核叫β衰变。(伴随有γ射线产生)原子核在发生衰变时:电荷数和质量数总是守恒的。为什么γ射线是伴随α射线或β射线产生的？(学生讨论，并请部分代表发言。点评：设疑、推理。教师：解释)放射性的原子核在发生α衰变或β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并辐射γ光子(能量守恒:Em-En=hv)。当放射性物质连续发生衰变时，有的原子核发生α衰变，有的发生β衰变，如果还伴随着γ辐射，这时射线中就会同时具有α、β和γ三种射线。例题、完成下列核反应方程：(学生讨论，并请部分代表发言。点评：设疑、推理。教师：解释)(1)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(14,6)C＋________.(2)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋________.(3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→________＋eq\o\al(4,2)He.(4)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→________＋eq\o\al(1,0)n.(5)eq\o\al(56,26)Fe＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(57,27)Co＋________.解析:(常见粒子符号：)对于(1)：未知粒子的质量数：14＋1＝14＋x，x＝1.电荷数：7＋0＝6＋y，y＝1，可知未知粒子为eq\o\al(1,1)H.对于(2)：未知粒子的质量数为14＋4＝17＋x，x＝1.电荷数：7＋2＝8＋y，y＝1，可知未知粒子为eq\o\al(1,1)H.对于(3)：未知粒子的质量数为10＋1＝4＋x，x＝7.电荷数：5＋0＝2＋y，y＝3，可知未知粒子为eq\o\al(7,3)Li.同样的方法可分析(4)和(5)未知粒子分别为eq\o\al(12,6)C、eq\o\al(1,0)n.要点深化1.关于衰变的核反应方程:(1)核反应过程一般是不可逆的，所以核反应方程只能用单箭头表示反应方向，不能用等号连接。(2)核反应的生成物一定以实验为基础，不能凭空只依据“两个守恒”求出生成物来写核反应方程。(3)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒。核反应过程中反应前、后的总质量一般会发生变化。(4)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变、有的发生β衰变，同时伴随γ辐射，这时可连续放出三种射线。2.天然放射现象的原因是核的衰变。(衰变过程中有α射线、β射线和γ射线产生的)原子核衰变的实质：一种原子核自发地转变为另一种原子核。例题、衰变为要经过m次衰变和n次衰变，则m，n分别()A2，4 B4，2 C4，6D16，6(学生讨论，并请部分代表发言。点评：设疑、推理。教师：解释)故选B4.衰变的实质(1)α衰变：α衰变的实质是其元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)。每发生一次α衰变，新元素与原元素比较，核电荷数减少2，质量数减少4。(2)β衰变：β衰变的实质是其元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子。每发生一次β衰变，新元素与原元素比较，核电荷数增加1，质量数不变。(3)γ射线:γ射线是伴随α衰变或β衰变时发生的，放出γ射线不改变原子核的电荷数和质量数。其实质是:放射性原子核在发生α衰变或β衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁辐射γ光子。(能量守恒:Em-En=hv)。5.电离后获得的电子、光电子(光电效应):核外电子摆脱原子核束缚后的自由电子。β射线(电子):β衰变时从原子核放出的电子。二、半衰期不同放射性元素的衰变快慢不同原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间，叫半衰期()。衰变规律：N0、N表示衰变前、后的原子核数目。m0、m表示衰变前、后的原子核质量。t表示实际衰变时间。注:半衰期由核本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关。(与温度、压强、单质或化合物等无关)意义:半衰期越大，表明放射性元素衰变得越慢。关于半衰期：1.每一种放射性元素都有一定的半衰期，不同的放射性元素,半衰期不同，甚至差别非常大。2.放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定。与原子所处的物理状态或化学状态无关。3.半衰期是一个统计规律,只对大量原子核适用。对于少数个别的原子核，其衰变毫无规律，何时衰变、何时衰变一半，都是不可预知的。例题、碳14的半衰期是5730年。现有一份古代生物遗骸，其中碳14在碳原子中所占的比例只相当于现代生物中的1/4，请推算生物的死亡时间。例题、关于半衰期，以下说法正确的是()A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长B.升高温度可以使半衰期缩短C.氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个了D.氡的半衰期为3.8天，4克氡原子核，经过7.6天就只剩下1克了(学生讨论，并请部分代表发言。点评：设疑、推理。教师：解释)解:放射性元素衰变的快慢跟原子所处的物理状态或化学状态无关．半衰期是一种统计规律，对于少数个别的原子核，其衰变毫无规律，何时衰变、何时衰变一半，都是不可预知的。即给定的四个氡核是否马上衰变会受到各种偶然因素的支配。平均寿命()：放射性元素的平均存活时间。讨论与交流(课本P73)对于一个确定的铀238原子核，我们并不能准确预言它会在什么时候衰变，因为衰变规律是是一个统计性的规律，我们只可能知道它发生衰变的概率。衰变是微观世界中原子核的行为。微观世界规律的特征之一就是单个的微观事件是不可预测的。课堂小结教师引导学生自己进行总结学生总结、讨论。本堂课研究了放射性元素的衰变，其实质是原子核发生衰变。衰变有两种：α衰变、β衰变。γ射射伴随α射线和β射线而产生。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，与原子核所处的的物理状态和化学状态无关。作业：（1）课本相应练习。（2）探究：如何利用放射性元素的半衰期来测定古物的年代。点评：留给学生课后思考和学习的空间。

教学体会:本堂课探究原子核内部的美妙世界，在教学过程中合理的设置疑问来吊学生的胃口是行之有效的方法。要充分运用建构主义的教育理论来指导本课的教学工作，在此基础上把部分时间留