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人教版高中物理选择性必修3第5章第2节放射性元素的衰变教学设计
课题
放射性元素的衰变
单元
5
学科
物理
年级
高二
教材分析
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。
核心素养
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。
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。
难点
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。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
听说过“点石成金”的传说吗？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。
激发学生学习兴趣，引入新课。
讲授新课
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。
2.种类：(1)α衰变：放出α粒子的衰变，如
(2)β衰变：放出β粒子的衰变，如
思考讨论1：在a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a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：
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。α衰变的实质：核内两个质子和两个中子紧密结合，作为一个整体，从核内抛射出来。β衰变的实质：核内的中子转变成了质子和电子4．γ
辐射原子核的能量也是量子化的，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，且能级越低越稳定。放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，蕴藏在核内的能量往往会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的形式辐射出来。因此，γ射线经常是伴随α射线和
β射线产生的，当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时就会伴随着γ辐射（注意：没有γ衰变）。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β和γ三种射线。注意：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。课堂练习1、(2020四川成都模拟)1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子。发现质子的核反应方程为:
,则X的原子序数和质量数分别为( )A.8和17B.7和17C.6和14D.10和15解析：根据核反应电荷数守恒2+7=1+x,核反应质量数守恒:4+14=1+y,得x=8,y=17,故核反应方程为故A正确,B、C、D错误。答案：A二、半衰期(T)
1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。2.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量。衰变定律和半衰期这叫衰变定律。式中N0是t=0时的原子核数目，N（t）是经时间t后还没有衰变的原子核的数目，λ叫衰变常数，对于不同的核素衰变常数λ不同。由此可知：不同的放射性元素其半衰期不同。如：氡222变成钋218的半衰期3.8天，镭226变成氡222的半衰期1620年，铀238变成钍234
的半衰期4.5×109年！3.公式：
经过n个半衰期(T)，其剩余的质量为：
质量与原子个数相对应，故经过n个半衰期后剩余的粒子数为：
注意：(1)半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关。
(2)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。(3)衰变曲线是按指数规律变化的。不是按线性衰减的。课堂练习2、碳14是一种半衰期为5
730年的放射性同位素。若考古工作者探测到某古木中碳14的含量为原来的1/4
,则该古树死亡时间距今大约( )A.22
920年
B.11
460年C.5
730年
D.2
865年解析：由
,由题目所给条件得，所以该古树死亡时间应该为2个碳14的半衰期,即t=2T=5
730年×2=11
460年,故答案为B。答案：B三、核反应衰变是原子核的自发变化，科学家更希望卫控制原子核的变化。1、卢瑟福用α粒子轰击氮核，生成质子和氧17。定义：原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，叫做核反应。核反应过程中质量数和电荷数都守恒2、三个重要原子核的人工转变方程
(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程:(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程:(3)1934年约里奥-居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程:原子核的人工转变必须要有一定的装置和条件,不会自发产生。四、放射性同位素及其应用有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素
1934年，约里奥—居里夫妇发现α粒子轰击的铝片中含有放射性磷：与天然的放射性物质相比，人造放射性同位素有以下特点：1、放射强度容易控制2、可以制成各种需要的形状3、半衰期更短,放射性废料容易处理课堂探究：如图是工厂利用放射性同位素放出的射线，来自动控制生产的金属板厚度的装置示意图。1、请你简述自动控制的原理。2、如果工厂要生产1mm厚的铝板，那么在α、β和γ三种射线中，你认为选择哪一种用来检控铝板的厚度最合适？为什么？3、如果工厂要生产3mm厚的钢板，那么在α、β和γ三种射线中，选择哪一种射线最合适？五、辐射与安全人类一直生活在放射性的环境电。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们想围的岩石，其中也有放射性物质。我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性，例如，食盐和有些水晶眼镜片中含有钾相.香烟中含有钋210,这些也是放射性同位素，不过它们辐射的强度都在安全剂量之内。γ射线破坏DNA染色体，导致细胞死亡或癌变，最终损坏器官的各种机能，比较常见的是诱发甲状腺癌、白血病等疾病。对于动物和植物，核辐射也是以同样的方式使其变异、死亡。生活中的放射性防护1.不要直接接触放射性物质（如在实验中）；2.室内要经常通风换气，一可增氧，二可排除氡气和放射性灰尘以及其他有害物质；3.房屋不要建在高放射性本底的岩石、土壤上；4.挑选装修用的石材和陶瓷砖要特别留意起放射性指标，看其是否超标；5.与岩石有关的摆件不要置于卧室内；6.
常带的首饰制品，最好进行内含放射性物质测定。
了解衰变的定义和种类。通过思考讨论，探究衰变的规律。总结衰变规律。理解γ辐射现象的原因。完成课堂练习。理解半衰期的定义和意义。掌握半衰期的规律公式。完成课堂练习。知道核反应的概念。掌握三个重要原子核的人工转变方程。了解人造放射性元素的特点。小组讨论，完成课堂探究。学习辐射对人类环境造成的危害。
以思考讨论的形式，提高学生学习的参与度。总结规律，发现本质，培养学生认真思考问题，透过现象看本质的思维习惯。通过练习让学生掌握衰变规律。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。拓展半衰期的规律公式，提高学生的解题技巧。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。让学生掌握放射性同位素的概念。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。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。学会用辩证的眼光来看待事物的发展。
拓展提高
1、(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( )A.利用钴60治疗肿瘤等疾病B.γ射线探伤C.利用含有放射性碘131的油,检测地下输油管的漏油情况D.把含有放射性同位素的肥料施给农作物用以检测农作物吸收养分的规律解析：利用钴60治疗肿瘤和γ射线探伤是利用射线能量高、贯穿本领大的特点,故A、B错误;C、D两项是利用放射性同位素作为示踪原子,故C、D均正确。答案：CD2.(2020山西模拟)居家装修中的花岗岩、大理石等装修材料,有的会释放放射性气体氡,氡发生衰变,可诱发多种人体疾病,结合所学放射性知识,下列说法正确的是( )A.α衰变的实质在于核内的中子转化成了一个质子和一个电子B.β射线是原子核外电子电离形成的电子流,它具有中等的穿透能力C.氡的半衰期为3.8天,20个氡原子核经过7.6天则变为5个原子核D.发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了2解析：α衰变是原子核中释放出一个α粒子,所以发生α衰变时,电荷数少2,中子数少2,核子数少4。故A错误,D正确;β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的。故B错误;半衰期是一个统计规律,只对大量的原子核适用,故C错误。答案：D
完成拓展提高。
通过完成练习，巩固基础知识。
课堂小结
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
总计本节课学习的知识点。
帮助学生梳理本节课知识，建立知识框架。
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精品试卷·第
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放射性元素的衰变
人教版高中物理
选择性必修3
新知导入
听说过“点石成金”的传说吗？
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。
新知讲解
一、衰变
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。
(1)α衰变：放出α粒子的衰变，如
(2)β衰变：放出β粒子的衰变，如
1.定义：
2.种类：
新知讲解
思考讨论1：在a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a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?
新知讲解
原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒。
α衰变：
β衰变：
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。
3．规律：
衰变方程
新知讲解
α衰变的实质：核内两个质子和两个中子紧密结合，作为一个整体，从核内抛射出来。
β衰变的实质：核内的中子转变成了质子和电子
新知讲解
4．γ
辐射
原子核的能量也是量子化的，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，且能级越低越稳定。
放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，蕴藏在核内的能量往往会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的形式辐射出来。
因此，γ射线经常是伴随α射线和
β射线产生的，当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时就会伴随着γ辐射（注意：没有γ衰变）。
这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β和γ三种射线。
注意：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。
课堂练习
1、(2020四川成都模拟)1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子。发现质子的核反应方程为:
,则X的原子序数和质量数分别为( )
A.8和17
B.7和17
C.6和14
D.10和15
A
解析：根据核反应电荷数守恒2+7=1+x,核反应质量数守恒:
4+14=1+y,得x=8,y=17,故核反应方程为
故A正确,B、C、D错误。
新知讲解
二、半衰期(T)
2.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量。
1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
不同的放射性元素其半衰期不同。如：氡222变成钋218的半衰期3.8天，镭226变成氡222的半衰期1620年，铀238变成钍234
的半衰期4.5×109年！
这叫衰变定律。式中N0是t=0时的原子核数目，N（t）是经时间t后还没有衰变的原子核的数目，λ叫衰变常数，对于不同的核素衰变常数λ不同。由此可知：
衰变定律和半衰期
新知讲解
经过n个半衰期(T)，其剩余的质量为：
质量与原子个数相对应，故经过n个半衰期后剩余的粒子数为：
3.公式：
新知讲解
注意：
(1)半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关。
(2)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。
(3)衰变曲线是按指数规律变化的。不是按线性衰减的。
课堂练习
2、碳14是一种半衰期为5
730年的放射性同位素。若考古工作者探测到某古木中碳14的含量为原来的
1/4
,则该古树死亡时间距今大约( )
A.22
920年
B.11
460年
C.5
730年
D.2
865年
解析：由
,所以该古树死亡时间应该为2个碳14的半衰期,即t=2T=5
730年×2=11
460年,故答案为B。
B
新知讲解
衰变是原子核的自发变化，科学家更希望卫控制原子核的变化。
1、卢瑟福用α粒子轰击氮核，生成质子和氧17。
三、核反应
新知讲解
定义：原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，叫做核反应。
核反应过程中质量数和电荷数都守恒
新知讲解
2、三个重要原子核的人工转变方程
原子核的人工转变必须要有一定的装置和条件,不会自发产生。
新知讲解
四、放射性同位素及其应用
1934年，约里奥—居里夫妇发现α粒子轰击的铝片中含有放射性磷：
有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素
新知讲解
1、放射强度容易控制
2、可以制成各种需要的形状
3、半衰期更短,放射性废料容易处理
与天然的放射性物质相比，人造放射性同位素有以下特点：
新知讲解
射线测厚装置
金属板
课堂探究：如图是工厂利用放射性同位素放出的射线，来自动控制生产的金属板厚度的装置示意图。
1、请你简述自动控制的原理。
2、如果工厂要生产1mm厚的铝板，那么在α、β和γ三种射线中，你认为选择哪一种用来检控铝板的厚度最合适？为什么？
3、如果工厂要生产3mm厚的钢板，那么在α、β和γ三种射线中，选择哪一种射线最合适？
√
√
新知讲解
粮食保存
食品保鲜
棉花育种
新知讲解
作为示踪原子：工业、农业及生物研究
棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，利用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，被植物吸收，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，就可知道什么时候磷的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等。
新知讲解
人类一直生活在放射性的环境电。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们想围的岩石，其中也有放射性物质。我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性，例如，食盐和有些水晶眼镜片中含有钾相.香烟中含有钋210,这些也是放射性同位素，不过它们辐射的强度都在安全剂量之内。
γ射线破坏DNA染色体，导致细胞死亡或癌变，最终损坏器官的各种机能，比较常见的是诱发甲状腺癌、白血病等疾病。对于动物和植物，核辐射也是以同样的方式使其变异、死亡。
五、辐射与安全
新知讲解
1.不要直接接触放射性物质（如在实验中）；
2.室内要经常通风换气，一可增氧，二可排除氡气和放射性灰尘以及其他有害物质；
3.房屋不要建在高放射性本底的岩石、土壤上；
4.挑选装修用的石材和陶瓷砖要特别留意起放射性指标，看其是否超标；
6.
常带的首饰制品，最好进行内含放射性物质测定。
5.与岩石有关的摆件不要置于卧室内；
放射性物质标志
生活中的放射性防护
拓展提高
1、(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( )
A.利用钴60治疗肿瘤等疾病
B.γ射线探伤
C.利用含有放射性碘131的油,检测地下输油管的漏油情况
D.把含有放射性同位素的肥料施给农作物用以检测农作物吸收养分的规律
解析：利用钴60治疗肿瘤和γ射线探伤是利用射线能量高、贯穿本领大的特点,故A、B错误;C、D两项是利用放射性同位素作为示踪原子,故C、D均正确。
CD
拓展提高
2.(2020山西模拟)居家装修中的花岗岩、大理石等装修材料,有的会释放放射性气体氡,氡发生衰变,可诱发多种人体疾病,结合所学放射性知识,下列说法正确的是( )
A.α衰变的实质在于核内的中子转化成了一个质子和一个电子
B.β射线是原子核外电子电离形成的电子流,它具有中等的穿透能力
C.氡的半衰期为3.8天,20个氡原子核经过7.6天则变为5个原子核
D.发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了2
解析：α衰变是原子核中释放出一个α粒子,所以发生α衰变时,电荷数少2,中子数少2,核子数少4。故A错误,D正确;β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的。故B错误;半衰期是一个统计规律,只对大量的原子核适用,故C错误。
D
课堂总结
放射性元素的衰变
原子核的衰变
半衰期
β衰变
α衰变
衰变规律：质量数电荷数守恒
半衰期的计算
反射性同位素及其应用
板书设计
放射性元素的衰变
原子核的衰变
半衰期
β衰变
α衰变
衰变规律：质量数电荷数守恒
半衰期的计算
放射性同位素及其应用
作业布置
课后练习和同步练习
谢谢
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