放射性元素的衰变-高中-物理-教学设计

放射性元素的衰变王琦西安铁一中滨河高级中学教学目标根据新课改的要求和学生已有的知识基础和认知能力，我确定的教学目标是：知识与技能目标：了解原子核的衰变，会正确书写衰变方程；知道半衰期及其统计意义。过程与方法目标：培养分析和解决原子核衰变相关问题的能力，能够运用所学知识解释实际现象。情感、态度、价值观：通过学习原子核衰变，培养科学的物质观念，了解人类对物质结构的探索历程，认识到科学技术对人类生活和社会发展的积极影响及可能带来的问题。教学的重点和难点本课的教学重点：原子核的衰变本课的教学难点：半衰期概念教学方法主要采取的教学方法：引导启发法本节课的教学中主要渗透自主探究法、小组讨论法等。教学过程导入新课“点石成金”的本质是改变核外电子还是改变质子数？从理论上讲是否可实现？怎样实现？讲授新课原子核的衰变1．定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它变成另一种原子核。这种变化称为原子核的衰变。2．衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，但质量不守恒，质量会发生少量亏损。3．衰变分类：(1)α衰变：放出α粒子的衰变。(2)β衰变：放出β粒子的衰变。4．衰变方程及实质(1)α衰变：eq\o\al(\s\up12(A),\s\do4(Z))X→eq\o\al(\s\up12(A－4),\s\do4(Z－2))Y＋eq\o\al(\s\up12(4),\s\do4(2))He。实质：原子核中的两个中子和两个质子会结合起来形成α粒子，并被释放出来。新核质量数减少4，电荷数减少2，如：eq\o\al(\s\up12(238),\s\do4(92))U→eq\o\al(\s\up12(234),\s\do4(90))Th＋eq\o\al(\s\up12(4),\s\do4(2))He（如图所示）。(2)β衰变：eq\o\al(\s\up12(A),\s\do4(Z))X→eq\o\al(\s\up12(A),\s\do4(Z＋1))Y＋eq\o\al(\s\up12(0),\s\do4(－1))e。实质：原子核内的中子转化成了一个质子和一个电子，产生的电子发射到核外，即β粒子，其转化方程是：eq\o\al(\s\up12(1),\s\do4(0))n→eq\o\al(\s\up12(1),\s\do4(1))H＋eq\o\al(\s\up12(0),\s\do4(－1))e（如图所示）。新核质量数不变，电荷数增加1。如：eq\o\al(\s\up12(234),\s\do4(90))Th→eq\o\al(\s\up12(234),\s\do4(91))Pa＋eq\o\al(\s\up12(0),\s\do4(－1))e（如图所示）。(3)γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。实质：放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，要向低能级跃迁，并放出γ光子。5．衰变次数的分析方法和技巧(1)方法：设放射性元素eq\o\al(\s\up12(A),\s\do4(Z))X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素eq\o\al(\s\up12(A′),\s\do4(Z′))Y，则衰变方程为：eq\o\al(\s\up12(A),\s\do4(Z))X→eq\o\al(\s\up12(A′),\s\do4(Z′))Y＋neq\o\al(\s\up12(4),\s\do4(2))He＋meq\o\al(\s\up12(0),\s\do4(－1))e根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。例题讲练1：U经过m次α衰变和n次β衰变,则（）A.m=7，n=3B.m=7,n=4C.m=14,n=9D.m=14,n=18【解析】质量数减少为：4m=235-207=28,m=7.核电荷数减少为：2m-n=92-82=10,n=4【答案】B(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据电荷数的改变确定β衰变的次数。半衰期1．定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期。2．适用条件：半衰期描述的是大量原子核发生衰变的统计规律，不适用于少数原子核的衰变。3．半衰期公式：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，其中τ为半衰期。氡的衰变如图所示：例题讲练2：碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有（）A．m/4B．m/8C．m/16D．m/32【答案】C【解析】根据原子核的衰变公式：，其中为半衰期的次数，故。选项C正确。4．决定因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，与是否是单质化合物无关，与反应条件（比如高温高压，催化剂等）无关。不同的放射性元素，半衰期不同。5．应用：(1)医学领域药物代谢评估：在医学中，半衰期特指药物在生物体内代谢或消除到原来浓度一半所需的时间。通过了解药物的半衰期，医生可以确定合适的用药间隔，以保证药物在体内持续发挥疗效。(2)地质学领域：放射性元素的半衰期是地质年代测定的重要依据。通过测定岩石或矿物中放射性同位素及其衰变产物的含量，结合其半衰期，可以计算出岩石或矿物的形成年龄。(3)核科学领域：在核能发电中，半衰期用于评估放射性核燃料的衰变速度和安全性。了解核燃料的半衰期有助于合理安排核燃料的使用和处理。巩固练习1．下列核反应方程中，属于a衰变的是（）A．B．C．D．解析：A选项是人工核转变，选项A错误；B选项是原子核自发放射a粒子的核反应（a衰变），选项B正确；C选项是两个轻核结合成重核的反应（聚变），选项C错误；选项D为β衰变。故选B。2.放射性元素氡（）经衰变变成钋（），半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素的矿石，其原因是（）A．目前地壳中的主要来自于其它放射性元素的衰变B．在地球形成初期，地壳中的元素的含量足够高C．当衰变产物积累到一定量以后，的增加会减慢的衰变进程D．主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期答：A解析：排除法无论在在地球形成初期，地壳中的元素的含量有多少，总有衰变到检测不出的含量的时候，B错；任何物理或化学变化，都不能减慢的衰变进程，CD错，故A正确。板书设计放射性元素的衰变第1课时原子核的衰变半衰期1．衰变(1)α衰变：eq\o\al(\s\up12(A),\s\do4(Z))X→eq\o\al(\s\up12(A－4),\s\do4(Z－2))Y＋eq\o\al(\s\up12(4),\s\do4(2))He。(2)β衰变：eq\o\al(\s\up12(A),\s\do4(Z))X→eq\o\al(\s\up12(A),\s\do4(Z＋1))Y＋eq\o\al(\s\up12(0),\s\do4(－1))e。：eq\o\al(\s\up12(1),\s\do4(0))n→eq\o\al(\s\up12(1),\s\do4(1))H＋eq\o\al(\s\up12(0),\s\do4(－1))e2.半衰期公式：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，其中τ为半衰期。课后反思对知识内容的反思：原子核的衰变类型是本节课学习重点。在学习