高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核2 放射性元素的衰变精品教案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核2 放射性元素的衰变精品教案，共10页。教案主要包含了原子核的衰变，半衰期，核反应，放射性同位素及其应用，辐射与安全等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
5.2放射性元素的衰变
教学内容分析
本节教学内容的基本转点础识从内容上来非常推象，从掌握知识的角度理野，记忆的成分较多。涉及较多的物理概念和物理思想，可以多方面培养学生思辨能力，提高学生科学素养。
本节内容在章中的地位。本节课是这一章的重点内容，是第1节的内容延续和拓展。是高考中是热点问题之一。
本节课主要分为两大部分:一是引导理解衰变规律和衰变实质。通过阅读教材、问题引领、讨论交流、教师点拨、巩固训练等手段完成。另外，通过讨论辨析了电荷数守恒和质子数守恒、质量数守恒和质量守恒。
二是学习半衰期及其物理意义。通过读图、总结衰变随时间的变化规律，用类比法突破难点。
学情分析
本部分内容相对抽象，学生基于经验知识对原子核的认识相对模糊。所以教学安排上要循序渐进，突出以学生为主题，以科学的发展为脉络，向学生徐徐展开知识的画卷。引导学生体会科学发展的过程和科学探究的思维路径。
教学目标
物理观念：知道衰变、半衰期及原子核衰变的规律，了解核反应及放射性同位素应用的基本观念和相关实验证据。
科学思维：理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法，掌握核反应方程的写法与放射性同位素的应用，培养分析、推理能力。
科学探究：通过学习科学家对放射性元素衰变的探究，学会观察和思考，提升科学探究的能力。
科学态度与责任：学会坚持实事求是的科学态度，体验科学家探索科学规律的艰辛和科学研究的价值，激发学习兴趣。
教学重难点
教学重点：理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法，掌握核反应方程的写法与放射性同位素的应用，培养分析、推理能力。
教学难点：衰变的规律和方程。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
听说过“点石成金”的传说吗？PPT课件展示
类似于“点石成金”的事一直就在自然界中进行着,这就是伴随着天然放射现象发生的原子核“衰变”过程。
思考“点石成金”的原理。
引入新课内容，激发学生好奇心
新课教学
一、原子核的衰变
（一）衰变
(1)定义: 原子核放出α粒子或β粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变。
衰变的种类
⑴α衰变：原子核自发放出α粒子而转变为新核的过程叫α衰变。
原子核放出一个α 粒子（ ），质量数减少4，电荷数减少2，就成了一个新原子核的过程。
⑵β衰变：原子核自发放出β粒子而转变为新核的过程叫β衰变。
原子核放出一个β 粒子（），质量数不变，电荷数增加1，就成了一个新原子核的过程 。
思考与讨论1：在α衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系？相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移还是向后移？要移动几位？你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？
思考讨论2：在β衰变中，质量数、核电荷数有什么变化规律？原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？
（3）规律：
原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒。
衰变方程：
α衰变：
β衰变：
（三）衰变的本质
（1）α衰变的实质：
α衰变实质是核内的两个质子转化成了一个氦核。
（2）β衰变的本质：
β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子。
（四）γ射线的产生
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，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。
当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。
（五）核反应与化学反应
注意：质量数守恒指衰变前后核子的总数不变，并不是质量不变！
说明：
1.中间用单箭头，不用等号；
2.是质量数守恒，不是质量守恒;
3.方程及生成物要以实验为基础,不能杜撰。
知识深化：
1、核反应指的是原子核内部核子数发生相应变化，而化学反应指的是原子核外最外层电子数发生变化，二者存在本质的不同。
2、放射性元素衰变不可能有单独的γ衰变！γ粒子不是带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的核电荷数，故γ射线不会改变元素在周期表中的位置。
3、元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的。
4、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！
5、一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出α、β 和 γ 三种射线。
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（六）衰变次数的计算
【思考】设放射性元经过n 次α衰变和 m 次β衰变后，变成稳定的新元，试分析：
（1）衰变方程
（2）衰变次数n 和 m
【注意】为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。
（七）衰变中的动量守恒问题
小试牛刀
【例题】1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：。X的原子序数和质量数分别为( B )
A.15和28
B.15和30
C.16和30
D.17和31
【例题】国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，如图所示。下列核反应中放出的粒子为中子的是(B)
思了解衰变的定义和种类。
以思考讨论的形式，提高学生学习的参与度。
加深学生对新知识点的理解，强化记忆。
二、半衰期
（一）半衰期（τ）
⑴元素的半衰期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。不同元素半衰期不同。
⑵半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。
想一想：半衰期是表示放射性元素本身衰变快慢的物理量。不同元素的半衰期不同，有的差别很大。
例如：氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天
镭226衰变为氡222的半衰期为1620年
铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年
衰变的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。
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小试牛刀
理解半衰期的定义和意义。
阅读教材、回答问题。
观察所出现的现象并回答以下问题。
通过学习科学家对放射性元素衰变的探究，学会观察和思考，提升科学探究的能力。
提高学生的课堂参与度。
对更好的理解半衰期
三、核反应
（一）核反应
1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或发生状态变化的过程。
2、条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。
3、规律：质量数和电荷数都守恒
4、原子核人工转变的三大发现
小试牛刀
【例题】在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应方程或衰变方程的横线上。
(1) eq \\al(238, 92) U→eq \\al(234, 90)Th＋__eq \\al(4,2)He_______________；
(2) eq \\al(9,4)Be＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(12, 6)C＋____eq \\al(1,0)n____________________；
(3) eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋__eq \\al( 0,－1)e______________________；
(4) eq \\al(30,15)P→eq \\al(30,14)Si＋_______eq \\al(0,1)e_________________；
(5) eq \\al(235, 92)U＋___eq \\al(1,0)n_______________→eq \\al(90,38)Sr＋eq \\al(136, 54)Xe＋10eq \\al(1,0)n；
(6)eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋ eq \\al(1,1)H
掌握三个重要原子核的人工转变方程。
学习阿尔法粒子轰击氮原子生产质子和氧17的过程，体会科学家的探索精神。。
四、放射性同位素及其应用
（一）放射性同位素
很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。
1、放射性同位素的分类
⑴天然放射性同位素。 不过40多种
⑵人工放射性同位素。 已达1000多种
2、人工放射性同位素的优势（与天然的放射性物质相比）
⑴放射强度容易控制。
⑵半衰期短，废料易处理。
(3)可以制成各种需要的形状。
（1）射线测厚仪——利用γ射线具有很强的穿透性
在钢板一面，放置γ射线源，另一面放着接收装置。那么钢板越厚，接收到了射线信号越弱，根据信号强度就可以测量金属板的厚度。
(2)放射治疗——γ射线对细胞有很强的杀伤力
（3）培优——γ射线遗传基因发生变异,培育优良品种
保鲜——γ射线可以杀死细菌
(4)示踪原子
—— 同位素化学性质相同，这样就可以用放射性同位素了解各元素的流向
农业方面：棉花在开花、结桃的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子.上，磷肥也能被吸收。但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究。如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花的叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就解决了。
医学方面：给人注射碘的放射性同位素碘131,在颈部底部的甲状腺(红色，部分被遮蔽)，被放射性示踪剂碘131高亮着色。定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的疾病。
小试牛刀
小组讨论，完成课堂探究。
通过课堂探究，了解放射性同位素的应用，复习回顾α、β、γ三种射线的特点。
巩固知识点，加强理解和记忆。
五、辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质
然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这种破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。
所以使用放射性同位素质，都必须严格遵守操作规程，做好防护。防止对空气，水源等的污染。
生活中具有放射性的物质
生活中，哪些植物可以吸收放射线呢？
辐射与安全
在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源.
观看科学漫步
学习辐射对人类环境造成的危害
学会坚持实事求是的科学态度，体验科学家探索科学规律的艰辛和科学研究的价值，激发学习兴趣。
课堂总结
板书设计
一、原子核的衰变
1、α衰变
2、β衰变
二、半衰期
1、衰变规律：质量数电荷数守恒
2、半衰期的计算
三、反射性同位素及其应用
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。
四、放射性同位素及其应用
五、辐射与安全
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中基础知识进行检测，二是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
本节课通过点石成金动画的课题引入，给学生创设情景，能充分调动学生的积极性情。然后充分利用学生原有的知识基础即：化学反应方程式、离子反应方程式，来帮助学生自己来建构衰变方程式，并把它纳入自己原有的知识结构中去。后半部分的内容大部分为陈述性的知识，教学难度不大，学生很容易掌握。通过提问式学习，培养学生搜索信息，加工信息的能力，同时培养学生的表达能力。