2019-2020年高三物理 第二十二章 原子核 二、天然放射現(xiàn)象、衰變(第一課時(shí)).doc

2019-2020年高三物理 第二十二章 原子核 二、天然放射現(xiàn)象、衰變(第一課時(shí))本節(jié)教材分析本節(jié)教材是在認(rèn)識(shí)和了解原子核式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過天然放射現(xiàn)象的研究，使學(xué)生認(rèn)識(shí)原子核內(nèi)也存在著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，原子核是可以變化的，并知道原子核衰變的規(guī)律.講清天然放射現(xiàn)象，是認(rèn)識(shí)原子核結(jié)構(gòu)的第一步.天然放射現(xiàn)象的教學(xué)，既要注意講清放射線的本質(zhì)及核衰變的規(guī)律，又要注意講清思路，特別要使學(xué)生理解放射性是原子核的性質(zhì)而不是原子的性質(zhì)，放射現(xiàn)象的本質(zhì)是原子核發(fā)生了衰變.首先讓學(xué)生了解，某些元素具有天然的放射射線的性質(zhì)，這些天然放射線有三種：、和射線，然后分別介紹它們的性質(zhì).接著通過分析放射現(xiàn)象的特點(diǎn)向?qū)W生說明，天然放射性現(xiàn)象是原子核的性質(zhì)而不是原子的性質(zhì)，進(jìn)而說明原子核是可以變化的，也有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，放射現(xiàn)象打開了人們認(rèn)識(shí)原子核內(nèi)部世界的大門，揭開了原子核物理的新篇章.這樣先介紹放射線的性質(zhì)，使學(xué)生對射線有了較具體的了解后，再說明放射性的本質(zhì)和意義，可能效果會(huì)好一些. 放射性元素的衰變除了使學(xué)生了解一般的原子核的衰變概念外，應(yīng)著重使學(xué)生了解衰變和衰變及其規(guī)律，以及衰變中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律.可讓學(xué)生通過作相應(yīng)的練習(xí)來逐步掌握衰變和衰變的規(guī)律以及兩個(gè)守恒定律.有關(guān)核反應(yīng)的練習(xí)要注意從可靠的資料上選擇實(shí)際發(fā)生的核反應(yīng)，不能隨意編造核反應(yīng)方程來讓學(xué)生練習(xí). 半衰期是了解原子核衰變規(guī)律的一個(gè)重要概念，也是學(xué)生比較難理解和掌握的問題.學(xué)生常犯的錯(cuò)誤是，放射性元素經(jīng)半衰期后衰變一半，再經(jīng)半衰期后衰變完畢.教學(xué)中除應(yīng)注意結(jié)合具體問題讓學(xué)生清楚半衰期的物理含義外，還應(yīng)讓學(xué)生清楚：半衰期只對大量原子核衰變才有意義，因?yàn)榉派湫栽氐乃プ円?guī)律是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，當(dāng)放射性原子核數(shù)少到統(tǒng)計(jì)規(guī)律不再起作用時(shí)，就無法判斷原子核的衰變情況了.相應(yīng)地，一些學(xué)生認(rèn)為可以由半衰期推算出放射性樣品完全衰變的壽命的想法也是錯(cuò)誤的. 教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1.了解“天然放射現(xiàn)象”，知道放射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是原子核的衰變；2.知道三種天然放射線的基本性質(zhì)；3.掌握原子核衰變規(guī)律，理解半衰期概念.二、能力目標(biāo)1.能夠熟練運(yùn)用核衰變的規(guī)律寫出核衰變的核反應(yīng)方程；2.能夠利用電場或磁場分離和鑒別三種天然放射線.三、德育目標(biāo)通過介紹天然放射性的發(fā)現(xiàn)過程，以及有關(guān)科學(xué)家的業(yè)績，對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神與唯物史觀的教育. 教學(xué)重點(diǎn)三種射線的性質(zhì)及原子核的衰變規(guī)律.教學(xué)難點(diǎn)半衰期的概念.教學(xué)方法本節(jié)采用學(xué)生自學(xué)與教師點(diǎn)撥相結(jié)合的教學(xué)方法，以培養(yǎng)學(xué)生的閱讀理解、歸納總結(jié)能力，進(jìn)而提高學(xué)生的自學(xué)能力.教學(xué)用具投影儀及投影片.課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過程一、引入新課既然原子是可分的，是由原子核和核外電子組成.那么原子核呢？它能否再分呢？人們是如何認(rèn)識(shí)它的？這就是本節(jié)課要研究的問題天然放射現(xiàn)象原子核的衰變二、新課教學(xué)（一）天然放射現(xiàn)象教師點(diǎn)撥請同學(xué)們帶著以下問題，自學(xué)本節(jié)教材的第一部分.（1）什么是天然放射現(xiàn)象？天然放射線有哪幾種？其性質(zhì)如何？（2）利用什么方法可以將天然放射線分離開來，并加以鑒別？你還能想出與課本上不同的方法嗎？（3）試列表比較各種放射線的質(zhì)量、電荷、貫穿本領(lǐng)和電離本領(lǐng).（4）元素的放射性是原子的性質(zhì)還是原子核的性質(zhì)？放射性的發(fā)現(xiàn)有何重要意義?學(xué)生活動(dòng)閱讀教材（5分鐘）并回答以上問題.教師歸納1.天然放射現(xiàn)象：某些物質(zhì)自發(fā)地放射出看不見的射線的現(xiàn)象.說明：（1）物質(zhì)自發(fā)放射射線的性質(zhì)，叫放射性.（2）放射性是某些物質(zhì)的天然存在的客觀屬性，與任何外界因素?zé)o關(guān).（3）具有放射性的元素叫放射性元素.（4）放射線是直接用肉眼看不見的，必須借助于專門的儀器來觀察（第三節(jié)專門學(xué)習(xí)） .2.天然放射線的分離及其鑒別方法一：利用磁場（圖225）方法二：利用電場（圖226） 圖2263.天然放射線的性質(zhì)及其比較.（投影） 名稱構(gòu)成電量(e)質(zhì)量(u)射出速度電離能力貫穿本領(lǐng)氦核+240.1c最強(qiáng)最弱電子-10()0.9c較強(qiáng)較強(qiáng)光子00c最弱最強(qiáng)說明電離本領(lǐng)和貫穿本領(lǐng)之間的關(guān)系：粒子是氦原子核，所以有很強(qiáng)的奪取其他原子的核外電子的能力，但以損失動(dòng)能為代價(jià)換得原子電離，所以電離能力最強(qiáng)的粒子，貫穿本領(lǐng)最弱；而光子不帶電，只有激發(fā)核外電子躍遷時(shí)才會(huì)將原子電離，所以電離能力最弱而貫穿本領(lǐng)最強(qiáng). 介紹或讓學(xué)生上網(wǎng)查閱法國物理學(xué)家貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的經(jīng)歷，以及貝克勒耳為了試驗(yàn)放射線的性質(zhì)，用試管裝入含鈾礦物插在上衣口袋中被射線灼傷，早期核物理學(xué)家多死于白血病(放射病)的故事.從而學(xué)習(xí)科學(xué)家為科學(xué)而獻(xiàn)身的精神.4.放射性的特點(diǎn)、本質(zhì)及其意義特點(diǎn)：與元素所處的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)本質(zhì)：是原子核的性質(zhì)，而不是原子的性質(zhì)意義：表明原子核是可以變化的，原子核也有其內(nèi)部結(jié)構(gòu)（二）原子核的衰變教師點(diǎn)撥請同學(xué)們帶著以下問題，自學(xué)本節(jié)教材的第二部分.(1)放射性元素的原子核在放出或射線后，其自身發(fā)生什么樣的變化？舉例說明.(2)什么叫原子核的衰變？原子核的衰變有哪幾種情況？原子核衰變過程遵循什么規(guī)律？(3)原子核在放出射線的過程中是否會(huì)發(fā)生衰變？為什么？學(xué)生活動(dòng)閱讀教材（5分鐘），然后回答以上問題教師歸納1.原子核的衰變：某種元素原子核自發(fā)地放出射線粒子后，轉(zhuǎn)變成新的元素原子核的現(xiàn)象.例：衰變：23892U23490Th+42He衰變：23490Th23491Pa+0-1e2.衰變規(guī)律：電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)、能量和動(dòng)量都守恒衰變規(guī)律：MZXM-4Z-2Y+42He（衰變產(chǎn)生的新核質(zhì)量數(shù)減4，電荷數(shù)減2）說明：在放射性元素的原子核中，由于兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合的比較緊密，往往會(huì)作為一個(gè)整體從較大的原子核中被放射出來而形成衰變.衰變規(guī)律： MZXMZ+1Y+0-1e（衰變產(chǎn)生的新核質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)加1）說明：原子核內(nèi)雖然沒有電子，但核內(nèi)的的質(zhì)子和中子是可以相互轉(zhuǎn)化的.當(dāng)核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)同時(shí)要產(chǎn)生一個(gè)電子（10n11H0-1e），這個(gè)電子從核內(nèi)釋放出來，就形成了衰變.3.輻射不引起原子核衰變 說明：射線是由于原子核在發(fā)生衰變和衰變時(shí)原子核受激發(fā)而產(chǎn)生的光（能量）輻射，通常是伴隨射線和射線而產(chǎn)生.（三）半衰期教師點(diǎn)撥放射性元素的衰變的快慢有什么規(guī)律？用什么物理量描述？學(xué)生活動(dòng)閱讀教材第三部分教師點(diǎn)撥由大量原子構(gòu)成的放射性物質(zhì)，其原子核的衰變應(yīng)遵從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.實(shí)驗(yàn)表明放射性元素衰變的速率（即單位時(shí)間發(fā)生衰變的核數(shù)目）與其核的總數(shù)目成正比.隨著放射性元素的衰變，其衰變速率越來越慢，但對某一種放射性元素來說，從某一時(shí)刻開始其原子核衰變掉一半所用的時(shí)間是一定的，物理學(xué)上把這個(gè)時(shí)間叫放射性元素的“半衰期”，用它來表示放射性元素衰變的快慢.1.定義：放射性元素的原子核衰變掉一半所用時(shí)間，叫放射性元素的半衰期.2.衰變規(guī)律：圖227m0放射性元素的原有質(zhì)量；m經(jīng)過n個(gè)半衰期的時(shí)間后剩余的放射性元素的質(zhì)量則有m(1/2)nm0或m/m0(1/2)n如：氡222（衰變）釙218的半衰期為3.8天，即大約每過3.8天就有一半的氡發(fā)生了衰變，經(jīng)過第一個(gè)半衰期（3.8天）剩有一半的氡，經(jīng)過第二個(gè)半衰期（3.8天），剩有1/4的氡，再經(jīng)過第三個(gè)半衰期（3.8天）剩有1/8的氡如圖227所示3.決定半衰期的因素：由原子核內(nèi)部的因素決定，只與元素的種類有關(guān)，跟元素所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無關(guān).如：鐳226氡222的半衰期為1620年鈾238釷234的半衰期為4.5億年(四)課堂鞏固訓(xùn)練例1平衡下列衰變方程： 23492U23090Th+( )23490U23491Pa+( )答案：42He,0-1e例2釷232（23490Th）經(jīng)過_次衰變和_次衰變，最后成為鉛208（20882Pb）.分析：因?yàn)樗プ兏淖冊雍说馁|(zhì)量數(shù)而衰變不能，所以應(yīng)先從判斷衰變次數(shù)入手： 衰變次數(shù)=6.每經(jīng)過1次衰變，原子核失去2個(gè)基本電荷，那么，釷核經(jīng)過6次衰變后剩余的電荷數(shù)與鉛核實(shí)際的電荷數(shù)之差，決定了衰變次數(shù)： 衰變次數(shù)=4.答案：6，4三、小結(jié)本節(jié)研究了天然放射現(xiàn)象及其本質(zhì)，放射性是物質(zhì)的一種天然屬性，其實(shí)質(zhì)是原子核發(fā)生衰變.天然放射線有三種：射線、射線和射線.其性質(zhì)分別是高速運(yùn)動(dòng)的氦核流、電子流和光子流.原子核衰變的快慢用半衰期表示，它是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時(shí)間，完全由原子核自身的性質(zhì)決定.四、布置作業(yè)練習(xí)二3，5五、板書設(shè)計(jì)（一）天然放射現(xiàn)象1.天然放射現(xiàn)象：某些物質(zhì)自發(fā)地放射出看不見的射線的現(xiàn)象.2.天然放射線的分離及其鑒別.方法一：利用磁場方法二：利用電場3.三種放射線的性質(zhì)及其比較. 射線：氦核（42He），電離本領(lǐng)最強(qiáng)，貫穿本領(lǐng)最弱；射線：電子（0-1e），電離本領(lǐng)較強(qiáng)，貫穿本領(lǐng)較強(qiáng)射線：光子，電離本領(lǐng)最弱，貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)4.放射性的特點(diǎn)、本質(zhì)及其意義特點(diǎn)：與元素所處的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)本質(zhì)：是原子核的性質(zhì)，而不是原子的性質(zhì)意義：表明原子核是可以變化的，原子核也有其內(nèi)部結(jié)構(gòu).（二）原子核的衰變1.定義：某種元素原子核自發(fā)地放出射線粒子后，轉(zhuǎn)變成新的元素原子核的現(xiàn)象.2.衰變規(guī)律：（電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)、能量和動(dòng)量都守恒）衰變規(guī)律：MZXM-4Z-2Y+42He衰變規(guī)律：MZXMZ+1Y+0-1e3.輻射伴隨衰變和衰變，不引起原子核衰變.（三）半衰期1.定義：放射性元素的原子核衰變掉一半所用時(shí)間，叫放射性元素的半衰期.2.衰變規(guī)律：m(1/2)nm0或m/m0(1/2)n3.決定半衰期的因素：由原子核內(nèi)部的因素決定，只與元素的種類有關(guān)，跟元素所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無關(guān).六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)1.能夠表明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的事實(shí)是A.天然放射現(xiàn)象B. 粒子散射實(shí)驗(yàn)C.陰極射線D.光電效應(yīng)2.放射性元素鐳放出三種射線、,正確的說法是A.射線的穿透能力最強(qiáng)B.射線是高速光子組成,不帶電C.粒子帶負(fù)電荷D.射線的電離本領(lǐng)最強(qiáng)3.下面對某原子核衰變的描述，哪個(gè)是不對的A.放出一個(gè)粒子后，原子核的中子數(shù)減1，原子序數(shù)少1B.放出一個(gè)粒子后，原子核的質(zhì)量數(shù)少4，核電荷數(shù)少2C.放出一個(gè)粒子后，原子核的質(zhì)量數(shù)不變，核電荷數(shù)加1D.22686Ra經(jīng)過5次衰變和4次衰變后變成20686Pb4.一個(gè)原子核abX進(jìn)行一次衰變后成為原子核cdY,然后又進(jìn)行一次衰變,成為原子核fgZ:abXcdYfgZ它們的質(zhì)量數(shù)a、c、f及電荷數(shù)b、d、g之間應(yīng)有的關(guān)系是A.a=f+4B.c=fC.d=g-1D.b=g+1 5.已知鉍210的半衰期是5天,則A.有2 g鉍,經(jīng)過5天后還剩1 gB.有2 mol鉍,經(jīng)過5天后還剩1 molC. 有21020個(gè)鉍核,經(jīng)過5天后還剩11020個(gè)D.有2個(gè)鉍核,經(jīng)過5天后還剩一個(gè)6.某放射性元素經(jīng)過m次衰變和n次衰變,變成一種新原子核,新原子核比原來的原子核的質(zhì)子減少了A. 2m+nB. 2mnC. m+nD. mn7.23290Th經(jīng)過6次衰變和4次衰變后變成一種穩(wěn)定的新元素,這新元素原子核的質(zhì)量數(shù)是_,新元素的原子核中有_個(gè)質(zhì)子, _個(gè)中子8.兩個(gè)放射性元素的樣品A和B，當(dāng)A有15 /16的原子核發(fā)生了衰變時(shí)，B恰好有63/64 的原子核發(fā)生了衰變，可知A和B的半衰期之比AB=_.參考答案：1.A 2.BCD 3.A 4.ABCD 5.ABC 6.B 7.208 82 126 8.32