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1、原子核衰变及半衰期教学设计学科：_物理_年段：_高二_教师：_李瑞_厦门市松柏中学_物理_学科教学设计授课者：_李瑞_ 授课年段、班级：_高二（11）_授课时间：_2019_年_5月_16_日 第3_节 授课地点：_录播教室_教 学 设 计课题原子核衰变与半衰期 教学目标教学目标与核心素养1.通过介绍天然放射性的发现过程，以及有关科学家的事迹，对学生进行科学道德与唯物史观的教育，使学生树立辩证唯物主义的科学观和世界观。2.通过探究衰变射线的本质，使学生树立正确严谨的科学研究态度。3.通过学习原子核的衰变规律使学生能够熟练运用期写出核的衰变方程式。4能够利用半衰期来进行简单计算解决实际问题。重点
2、1. 天然放射现象及其规律。2. 原子核的衰变规律及半衰期。难点1. 知道三种射线的本质。 2. 利用磁场区分它们及半衰期描述的对象。教学策略教法选择教师启发、引导，学生探究、讨论、交流和评价。学法引导通过讲授和探究过程揭示规律，同侪互助课堂组织形式教师引领学生得到规律，学生小组讨论互相评价。学生探究解决实际问题。教具媒体应用多媒体辅助教学设备，白板，G-M辐射传感器，大理石等教 学 过 程设 计 意 图一、新课引入同学们认识这两个人吗？最近他们可是挺火。让我们通过一个短片了解一下。第一个是彼得帕克，纽约皇后区的一名普通高中生，被放射性射线照射的蜘蛛咬伤后获得超能力，化身惩奸除恶蜘蛛侠。第二个
3、是罗伯特班纳，一名核物理学家，意外遭受射线辐射后发生异变，此后情绪一激动就变身为绿巨人。他们成为超级英雄似乎都跟放射性有关？ 放射性射线是是否像电影里描述的那么神奇，究竟什么是放射性呢? 今天就让我们走进微观世界，一起探索其中的奥秘！。二、新课教学1、天然放射现象核物理研究的是原子核的组成及其变化规律，是微观世界的现象。我们已经知道原子由原子核与核外电子组成。那原子核内部又是什么结构呢？原子核是否可以再分呢？它是由什么微粒组成？用什么方法来研究原子核呢？人类认识原子核的复杂结构和它的变化规律，是从发现天然放射现象开始的。历史上有三位科学家跟天然放射现象的发现有关，就是贝克勒尔，居里夫人他们也因
4、此获得了1903年的诺贝尔奖。今天让我们通过视频回顾一下这个历史过程，请同学们观看后结合教材回答以下问题：什么叫“天然放射现象”、“放射性”和“放射性元素”？（1）物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象，具有放射性的元素称为放射性元素。（2）图片上的这些物质都是带有放射性的。但是生活中我们并不常见，其实放射性也不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。而在1934年居里夫妇用人工方法也得到了具有放射性的磷的同位素。（3）既然这么多物质都具有放射性，
5、那么如何探测放射性呢？随着科学技术的发展，探测射线的手段不断改进，已经达到高度自动化。今天借助数字实验室里的辐射传感器（盖革米勒计数器）我们就可以进行放射性测量。那去哪里寻找放射性物质呢？其实花岗岩、大理石、瓷砖、陶瓷等建筑材料普遍含有一定量的放射性物质，现在就请同学们拿出你找的建筑材料，我们来测一测吧。第一个平台值对应的是本地计数率，产生的原因是穿透大气层到达地面的宇宙射线（和射线），以及地壳中的少量放射性物质。 之后的数据来自六种不同的石头，而最后的数值来自这个放射性源硝酸钍。通过图像我们不难发现不同的物质放出射线的强弱并不相同。如果建筑材料中的放射性物质含量过高，经过较长时间的作用，就会
6、对人体造成伤害。可见测定建筑材料的放射性有助于我们对所处辐射环境进行正确评价。 （我们来看看辐射传感器的实验数据）2、射线到底是什么这些物质被检测到了放射性，放出的这些射线到底是什么呢？我们一起来探究一下吧，把含有放射性的物质放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。那么如何鉴别不同的射线呢？ 我们在射线经过的空间施加磁场，同学们很棒都找到了方法下面就请同桌两人探究并讨论完成导学案的问题：射线如图所示：（投影）观察到了什么现象？为什么会有这样的现象？射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。如果射线，射线都是带电粒
7、子流的话，根据图判断，他们分别带什么电荷。根据左手定则，可以判断射线都是正电荷，射线是负电荷。 如果不用磁场判断，还可以用什么方法判断三种射线的带电性质？带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质。我们已经研究了这三种射线的带电性质，那么这些射线还有哪些性质呢？请同学们阅读课文后填写表格。看书总结。小结： 通过表格我们发现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，原子核内也有其复杂的结构。例题：下列说法正确的是（ ）A射线粒子和电子是两种不同的粒子 B红外线的波长比X射线的波长长C粒子不同于氦原子核 D射
8、线的贯穿本领比粒子强点评：本题考查了粒子的性质及电磁波波长的比较等基本知识。19世纪末20世纪初，人们发现X，射线，经研究知道，X，射线均为电磁波，只是波长不同。可见光，红外线也是电磁波，波长从短到长的电磁波波谱要牢记。另外，射线是电子流，粒子是氦核。从，三者的穿透本领而言：射线最强，射线最弱，这些知识要牢记。3、原子核的衰变（1）原子核的衰变 那么原子核放出或粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。其中反应后发出粒子的叫衰变，发出粒子的叫衰变。我们通过铀元素的衰变来看了解一下这两种衰变。衰变铀238核放出一个粒子后，核的质量数减少4
9、，核电荷数减少2，变成新核-钍234核。这个过程可以用衰变方程式来表示：23892U23490Th+42He衰变 而钍234核也具有放射性，它能放出一个粒子而变成23491Pa（镤），那它进行的是衰变，这个过程也可以用衰变方程式来表示。 23490Th23491Pa+0-1e那么衰变是怎么产生的呢 ，它通常伴随和衰变产生，因为衰变过程中生成的新核有时会处于不稳定的激发状态，那么新原子核会向更稳定的状态跃迁，同时辐射出能量，这就是射线。（2）衰变方程式遵守的规律观察这两个核反应方程式我们可以发现原子核在发生衰变时反应前后电荷数和质量数都守恒。我们用X来表示核反应前后的旧核，Y表示新核，A表示质量
10、数，Z表示质子数。请同学们结合方程式规律写出两种衰变的通用方程式：规律：AZXA-4Z-2Y+42He 衰变规律：AZXAZ+1Y+0-1e 衰变的实质是核内的2个质子和2个中子结合成为粒子从核内释放出来，就形成了衰变。提问：衰变问核电荷数为什么会增加？原子核内虽然没有电子哪来的电子？原子核内虽然没有电子，但核内的的质子和中子是可以相互转化的。当核内的中子转化为质子时同时要产生一个电子：10n11H0-1e 这个电子从核内释放出来，就形成了衰变。可以看出新核少了一个中子，却增加了一个质子，并放出一个电子。 射线： 是由于原子核在发生衰变和衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随射线
11、和射线而产生。射线的本质是能量，不能单独发生。4、衰变的快慢不同的原子核衰变的强弱不同，那么衰变的快慢怎么去判断呢，我们看一下一定质量的氡元素随时间变化的情况。观察与探究提问：学生交流阅读体会：放射性元素的衰变的快慢有什么规律？氡每隔3.8天质量就减少一半。用什么物理量描述？半衰期。元素剩余质量与原有质量的关系：m/m0(1/2)n注意：*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。例如：数学上的概率问题：（抛硬币）将1万枚硬币抛在地上，那正反两面的个数大概为5000对5000，但就某个硬币来看要么是正面，要么是反面。这个事实告诉我们统计规律的对象仅仅对大量事实适用，对个
12、别不适用。 *实验发现：元素具有半衰期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，它的半衰期均不会改变。并且不同的放射性元素，半衰期不同。简单介绍： 镭226氡222的半衰期为1620年 铀238钍234的半衰期为4.5亿年半衰期的应用：考古学家确定古代植物年代的方法是用放射性同位素14C（能够自发的进行 衰变为氮 ）作为“时钟”，来测量漫长的时间，这就叫做14C鉴年法。例：在活植物体中每10 13个碳原子里有8个14C ,而在某出土的古代植物中,每10 13个碳原子里只有1个14C ，
13、由此可以估算出该古代植物死亡时间距今有多少年？（ 14C 的半衰期为5730年） 其实地球诞生了46亿年也是人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变规律测定的。此外放射性还有更广泛的应用，这一切都要的得益于科学家们不畏艰难的刻苦研究。其中贡献最大的就是居里夫人，（她是首位获得诺贝尔奖的女性也是首位在物理和化学两个不同领域获奖的科学家（1903和1911）在发现了放射性后她工作关键是探知其对活细胞的影响，正是她建立了癌症区域放射疗法（即放疗）使医用射线成为现实。但是由于长时间的过度暴露在辐射中她死于白血病。直到现在她对科学的严谨态度和对理想信念的不懈追求仍旧鼓舞着我们所有人。今天我们就通过
14、她1911年在诺贝尔领奖台上的演讲来感受一下她的高尚灵魂。5.学习了本节课你有什么收获？学以致用：1.下面的事实揭示出原子核具有复杂结构的是 A、 粒子散射实验 B、氢光谱实验 C、X光的发现D、天然放射现象2. 图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线 在电 场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是 Aa为射线、b为射线 Ba为射线、b为射线 Cb为射线、C为射线 Db为射线、C为射线3.完成下面的核反应方程式4. 经过一系列a衰变和b衰变后，可以变成稳定的元素铅 ，问这一过程a衰变和b衰变次数？利用多媒体播放蜘蛛侠与视频剪辑作为新课引入激发学生的学习兴趣，让学生带着疑问走进课堂先让学生知道什么是天然放射现象，并利用书中图片启发学生自己发现问题通过利用GM辐射测量仪让学生切实感受到辐射无处不在，把看不见摸不到的辐射直观的呈现在学生眼前。学生自己得到结论比教师讲授给学生效果更好，同时由于已经知道带电粒子在磁场里会受到洛伦兹力的作用，为学生自主完成任务降低了难度。通过探究活动
