教学设计
课题 5.2放射性元素的衰变
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 实验探究课□ 习题/试卷讲评课□ 课题研究课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
本节知识内容比较抽象，指出了天然放射现象产生的机理，即原子核的衰变以及用半衰期描述衰变遵从的规律。在教学中，对于衰变方程式、半衰期描述的对象、统计规律等知识的学习，应引导学生复习前面学过的相关知识，并注意运用类比的方法，重视知识的迁移。本节重点是衰变、β衰变及其规律和半衰期的概念，引导学生运用质量数守恒和电荷数守恒的规律正确书写衰变方程，正确认识质量数守恒和电荷数守恒在核反应方程中保持不变的含义，进一步领悟物理学中守恒的思想。半衰期概念的教学是本节的难点，但在教学中只要求学生会计算较简单的半衰期问题即可。 在此基础上，本节还介绍了核反应、放射性同位素及其应用，特别强调了辐射与安全的相关问题。这部分内容引导学生在自主阅读后开展讨论，加深对相关内容的认识。最后，布置学生课后阅读“科学漫步”栏目，以留给学生课后思考和学习的空间。
学情分析
本节知识从内容上来讲非常抽象，从掌握知识的角度来讲理解、记忆的成分较多。其中，半衰期的统计意义和衰变的本质，学生理解起来都有一定的难度。在教学设计中，力图通过推理、类比、例证等学生容易接受的方法实施突破，用经典的、常见的习题作为课堂巩固，来加深学生对这部分知识的理解和记忆。此外，应该强调统计概率思想在微观世界探索中的重要性，同时拓宽学生知识视野。
学习目标
物理观念：知道放射性元素的衰变原理，理解并掌握放射性应用的原理，并能运用与实际生活。科学思维∶通过理解ɑ衰变和β衰变，会计算原子核的半衰期。 科学探究：核反应方程的书写，应当尊重实验事实，不能仅仅依靠守恒定律主观臆造。能面对真实情境，从不同角度提出并准确表述可探究的物理问题，作出科学假设。 科学态度与责任∶知道辐射的危害与防止，养成良好的科学操作习惯，培养学生的安全意识和忧患意识。
学习重点难点
教学重点：衰变的规律和方程，半衰期的概念，核反应的概念。 教学难点：衰变的规律和方程。
教学辅助支持
（实物、教具、实验设备器材、多媒体设备等） 多媒体设备、智慧课堂。
教学活动设计
过程学习内容与教师活动学生任务/活动设计设计意图及对应目标达成环节一 新课引入 在古代无论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术的愿望都破灭了。那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？（动图播放点石成金）PPT展示 学生思考问题，带着问题进入到本节课的内容。 为学生了解放射性元素衰变的现象创设思考的空间。新课教学 1.原子核的衰变 所谓衰变是指一种原子核放出某些粒子变为另一种原子核的过程。根据放出粒子的不同，可以把衰变分为放出ɑ粒子的ɑ衰变，和放出β粒子的β衰变。 ɑ衰变： （铀核）具有放射性，让它放出一个ɑ粒子后，质量数会减少4，电荷数会减少2，电荷数就变成了90，质量数就变成了234，这样就变成了（钍核）。 大量事实表明：
原子核衰变时质量数和电荷数都守恒。 微思考： 在衰变中，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？概括出衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？ β衰变： （钍核）是不稳定的，继续放出一个电子发生β衰变，质子数会加1，核子数不变，电荷数就变成了91，得到。 微思考：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？ 进一步研究发现，β衰变的实质在于核内的中子转化成一个质子和一个电子。 转化方程 微思考： 引导学生应用探索微观世界的科学过程来探究原子核衰变的规律？ a提出问题 在衰变、衰变中，分别从原子核中释放出了粒子和粒子，难道原子核内还存在着这两种粒子吗？ b科学论证 c提出问题 原子核的能量也跟原子的能量一样吗？其变化是连续的还是不连续的？ d归纳总结 微训练： 1.β射线是电子流。原子核中没有电子，为什么有些放射性元素的原子核会放出β粒子？写出放射性元素飞（钋核）的β衰变方程。 2.写出放射性元素（钍核）的衰变方程。（铀核）衰变为（氡核）要经过几次ɑ衰变，几次β衰变？ 2.半衰期 物理意义：放射性元素的原子核有半数发生衰变，所需要的时间是固定的，称为半衰期。 微思考：一个氡原子核经过多久会发生衰变？ 统计意义：半衰期必须是大量原子核满足的统计规律。 微训练：我国的火星探测车用放射性材料作为燃料，中的元素是，已知发生衰变的核反应方程为，的半衰期为87.7年。下列说法正确的是（ ） A．发生的是衰变 B．方程中，是 C．100个原子核经过87.7年后还有50个未衰变 D．放出的射线是高速氦核流，它的贯穿能力很强 决定因素：每一种原子核的半衰期是固定的，由原子核内部结构决定，与外部因素无关。 3.核反应 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。在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。 微思考：怎么样才得到可控的核反应呢？ 方法1：粒子轰击氮原子核： 方法2：用质子、中子甚至用伽马γ射线光子去轰击一些原子核，都可以实现原子核的转变。 微训练： 写出下列原子核人工转变的核反应方程。 （1）行（钠核）俘获1个粒子后放出1个质子。 （2）（铝核）俘获1个粒子后放出1个中子。 （3）（氧核）俘获1个中子后放出1个质子。 （4）（硅核）俘获1个质子后放出1个中子。 4.放射性同位素及其应用 a.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。 b.分类：天然的放射性同位素和人工放射性同位素 人工放射性的优点：放射强度容易控制，半衰期比较短。 c.放射性的应用：一是利用它的射线，二是作为示踪原子。 5. 辐射与安全（PPT展示） 教师介绍放射性污染事件 1、1945年美国向日本投了两枚原子弾 2、1987年苏联核电站泄漏 3、20世纪90年代美国使用贫铀弹 …… 引导学生介绍讨论课前查阅的资料，并发言。 回忆粒子和粒子的本质及电离作用、穿透能力。 粒子是氦原子核，带正电，电荷量是电子的2倍，质量是氢原子的4倍。 学生很容易就能想到，由于衰变必然是电荷数减少2，质量数减少4，因此新核在元素周期表中的位置应当向前移2位。 。 粒子是电子，带负电。 学生很容易就能想到，由于β衰变必然是电荷数增加1，质量数不变，因此新核在元素周期表中的位置应当向后移1位。 学生可以根据原子核衰变时电荷数和质量数守恒来自己计算。 学生回忆思考探究微观世界的科学过程。 提出问题 科学论证 提出问题 归纳总结 科学论证 原子核是由质子和中子组成的。质子和中子统称为核子，原子核中并不存在粒子。之前提高的粒子是从放射性物质（如铀或镭）中发射出来的快速运动的粒子。原子核每发生一次衰变，同时减少2个质子和2个中子，而2个质子和2个中子在一定条件下，会结合起来形成粒子，并被释放出来。 归纳总结 原子核处在比原子更小尺度的微观世界，它也遵从微观世界的规律，能量也是不连续的，也有能级，同样是能级越低越稳定。放射性原子核在发生衰变和衰变时产生的新核处于高能级，在向低能级跃迁的过程中，放出光子，形成Y射线。射线的本质是电磁波，经常伴随射线和射线而产生。 学生练习书写β衰变方程。 能够解释β衰变现象的实质。 学生练习书写衰变方程。 能够解释衰变现象的实质。 计算衰变次数。 对于一个特定的氡原子，只知道它发生衰变的概率，并不知道它将何时发生衰变。 学生进行衰变练习。 会判断衰变和衰变。 会计算衰变反映方程，原子核衰变时电荷数和质量数守恒。 半衰期必须是大量原子核满足的统计规律。 应用粒子的特征。 学生思考，回忆已学知识，尝试给出怎么样才能得到可控的核反应，粒子轰击氮原子核。学生书写人工转变的核反应方程。 学生课前查阅有关放射性的课外资料、查阅相关网站资料和阅读教科书。 学生回顾射线的穿透本领、电离作用以及射线的物理、化学和生物以及在工农业生产、人民生活和医疗卫生等领域的广泛应用。 了解示踪原子的原理。 学生课前查阅有关放射性污染和保护的资料、信息，在课堂上讨论。 学生回忆已学知识，为本节内容的学习奠定一定基础。 总结衰变的规律，提升学生总结归纳能力。 学生回忆已学知识，为本节内容的学习奠定一定基础。 总结衰变的规律，提升学生总结归纳能力。 进一步领悟物理学中守恒的思想 引导学生再次的将微观机制和宏观机制紧密联系在一起。提升学生探索微观世界的科学过程。 再次感悟探究微观世界的科学过程，提升学生科学探索能力。 要求学生会书写β衰变方程，能够透过衰变现象看待β衰变的实质。 要求学生会书写衰变方程，能够透过衰变现象看待衰变的实质。 熟悉两种衰变并能够通过电荷数和质量数守恒正确地书写核反应方程。领悟物理学中守恒的思想。 归纳总结已学知识，帮助新知识的学习。体现学生对知识的迁移应用能力。 要求学生会正确书写原子核人工转变的核反应方程，充分认识到方程的书写不能仅仅依据方程两边是否平衡而主观臆造，必须尊重客观事实，从而使学生养成实事求是的科学态度。 介绍我国在这方面取得的成就，表达爱国主义情怀。 归纳总结已学知识，帮助新知识的学习。体现学生对知识的迁移应用能力。 要求学生会正确书写原子核人工转变的核反应方程，充分认识到方程的书写不能仅仅依据方程两边是否平衡而主观臆造，必须尊重客观事实，从而使学生养成实事求是的科学态度。 介绍我国在这方面取得的成就，表达爱国主义情怀。 丰富关于辐射与安全的知识，激发学生的学习兴趣。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。课堂小结本节知识内容比较抽象，指出了天然放射现象产生的机理。在此基础上，本节还介绍了核反应、放射性同位素及其应用，特别强调了辐射与安全的相关问题。这部分内容引导学生在自主阅读后开展讨论，加深对相关内容的认识。最后，布置学生课后阅读“科学漫步”栏目，以留给学生课后思考和学习的空间。学生学习了原子核的衰变及其规律，半衰期的概念，运用质量数守恒和电荷数守恒的规律正确书写核反应方程，领悟物理中守恒的思想。经过大量的课前查阅和本节的介绍知道了核反应、放射性同位素及其应用，特别强调了辐射与安全的相关知识。培养学生依据实验证据进行科学推理能力的培养。了解实验室探索微观世界奥秘的基础，猜想与假设都必须接受实验的检验。提升学生科学的探究能力
作业与拓展学习设计
本课时作业设计分为基础训练和能力提升两个部分，基础训练旨在课下巩固基础，难度较小，适合中等以下水平的学生。能力提升涵盖了单元复习B组两道题，旨在提升学生综合能力，适用于学中上等的学生。 拓展延伸是教科书复习与提高B组的第2题与第5题第一问，第2题涉及半衰期的计算公式，在这里给出半衰期计算公式。 第5题第一问核反应方程的计算，再次强调原子核衰变时电荷数与质量数都守恒。
教学反思与改进
本节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，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。5.2放射性元素的衰变 学习任务单
学科：物理 年级： 高二
【学习目标】学什么？学到什么程度？怎么学？
（1）了解原子核的衰变，会正确书写衰变方程。
（2）知道半衰期及其统计意义。
（3）根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。
（4）知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护。
【重点难点】
教学重点：衰变的规律和方程，半衰期的概念，核反应的概念。
教学难点：衰变的规律和方程。
【学习过程】问题情境—自主学习—合作探究—展示交流—总结提升。（每个环节要求预设时间）
原子核的衰变
衰变：
微思考1：在衰变中，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？概括出衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？
衰变：
微思考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？
微思考3：
引导学生应用探索微观世界的科学过程来探究原子核衰变的规律？
提出问题
科学论证
提出问题
归纳总结
微训练：
1.β射线是电子流。原子核中没有电子，为什么有些放射性元素的原子核会放出β粒子？写出放射性元素飞（钋核）的β衰变方程。
2.写出放射性元素（钍核）的衰变方程。（铀核）衰变为（氡核）要经过几次ɑ衰变，几次β衰变？
二、半衰期
物理意义：
统计意义：
决定因素：
微思考：一个氡原子核经过多久会发生衰变？
微训练：我国的火星探测车用放射性材料作为燃料，中的元素是，已知发生衰变的核反应方程为，的半衰期为
87.7年。下列说法正确的是（ ）
A．发生的是衰变
B．方程中，是
C．100个原子核经过87.7年后还有50个未衰变
D．放出的射线是高速氦核流，它的贯穿能力很强
三、核反应
核反应：
在核反应中， 守恒， 守恒。
微思考：怎么样才得到可控的核反应呢？
方法1：
方法2：
微训练：
写出下列原子核人工转变的核反应方程。
（1）行（钠核）俘获1个粒子后放出1个质子。
（2）（铝核）俘获1个粒子后放出1个中子。
（3）（氧核）俘获1个中子后放出1个质子。
（4）（硅核）俘获1个质子后放出1个中子。
四.放射性同位素及其应用
放射性同位素。
分类：
放射性的应用：
5. 辐射与安全（PPT展示）
教师介绍放射性污染事件
1、1945年美国向日本投了两枚原子弾
2、1987年苏联核电站泄漏
3、20世纪90年代美国使用贫铀弹
……
引导学生介绍讨论课前查阅的资料，并发言。
【达标检测】
1．下列说法正确的是（ ）
A．原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置改变
B．β衰变是原子核外电子的电离
C．把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变
D．某原子核衰变时，放出一个β粒子后，原子核的中子数少1，原子序数少1
E．氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天后只剩下一个氡原子核
2．2021年科学家们利用14C测年法估测出我国三星堆遗址三号坑的大概年份。其测量依据是：大气中的14N在宇宙射线的轰击下转换为14C，其核反应方程为，14C通过光合作用和新陈代谢作用进入生物体内，生物活着的时候其体内12C和14C的比例保持不变，当生物死后，14C发生衰变，其含量逐渐减少，14C的半衰期约为5700年，其衰变方程为，下列说法正确的是（ ）
A．X为光子
B．生物活着时体内14C不会发生衰变
C．14C发生的是β衰变
D．生物死后11400年，体内14C将完全衰变成14N
3．大理石是新家室内装修的大众化板材，市场上的大理石板材中常含有放射性元素氡，其衰变方程为，氡的半衰期为3.8天，下列说法正确的是（ ）
A．该衰变方程中的X是β粒子
B．100个氡核经过7.6天后剩余25个氡核未衰变
C．采用加热、喷剂催化等物理和化学方法，都无法缩短大理石板材的放射性危害时间
D．该核反应过程会释放核能，氡核可作为目前核电站主要采用的核燃料
4．2021年3月23日，三星堆遗址的年代测定对外发布，四川省文物考古研究院联合北京大学对三星堆6个坑的73份炭屑样品使用碳14年代检测方法进行了分析，对年代分布区间进行了初步判定：三星堆4号坑年代距今约3200年至3000年，年代区间属于商代晚期。碳14有放射性，可衰变成氮14，其衰变方程为。以下说法正确的是（ ）
A．衰变方程中的X是中子
B．土壤湿度会改变碳14的衰变快慢
C．衰变过程持续进行就要不断吸收能量
D．X来自碳14中的中子向质子的转化
5．植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内碳14的比例与大气中的相同。植物枯死后，遗体内的碳14仍在发生衰变，不断减少，但不能得到补充。现测得甲、乙两种古木样品中碳14的含量分别是现代植物的和，由此可以推断甲、乙两种古木的年龄之比大约为（ ）
A．1∶2 B．2∶1 C．1∶4 D．4∶1
6．14C断代法又称放射性碳测年法（Radiocarbon Dating），是根据14C衰变的程度来计算出样品的大概年代的一种测量方法。自然界中活的植物中14C的含量相当稳定，植物枯死后14C的摄入停止，14C不断衰变，其含量不断减少，根据14C放射性强度减小的情况就可以推断植物死亡的时间。下列说法正确的是（ ）
A．14C的衰变方程为
B．对三星堆遗址中的炭屑样品使用14C断代法可以大致确定三星堆的年代
C．14C断代法可以通过检测14C大致确定某种植物的生长年限
D．14C的半衰期会随时间按照指数规律逐渐减小
7．铀同位素的衰变对岩石中元素丰度的影响可以用来进行地质测年，其中U核发生α衰变生成Th核，下列说法正确的是（ ）
A．U核的质量等于Th核与α粒子的质量之和
B．U核的质量数等于Th核与α粒子的质量数之和
C．U核的电荷数大于Th核与α粒子的电荷数之和
D．U核的中子数小于Th核与α粒子的中子数之和
8．碘131具有放射性，它的放射性物质主要是β射线。它的核反应方程是（ ）
A． B．
C． D．
【拓展延伸】
1.核电站利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电。请解答以下问题。
核反应堆中的“燃料”是影，请完成核反应方程式：
+→++10
2. 某放射性元素经过6天后，只剩下1/8没有衰变，它的半衰期是多少天？为估算某水库的库容，可取一瓶无毒的该放射性元素的水溶液，测得瓶内溶液每分钟衰变8×107次。现将这瓶溶液倒入水库，8天后在水库中取水样1.0m3（可认为溶液已均匀分布），测得水样每分钟衰变20次。请估算水库中水的体积V。
