高三物理教案 原子核衰变及半衰期

编辑: 逍遥路 关键词: 高中物理 来源: 高中学习网

教案 原子核衰变及半衰期

原子核衰变及半衰期

新课标要求

1、与技能

(1)了解天然放射现象及其规律;

(2)知道三种射线的本质,以及如何利用磁场区分它们;

(3)知道放射现象的实质是原子核的衰变;

(4)知道两种衰变的基本性质,并掌握原子核的衰变规律;

(5)理解半衰期的概念。

2、过程与

(1)能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式;

(2)能够利用半衰期来进行简单计算(课后自学)。

(3)通过观察,思考,讨论,初步学会探究的方法;

(4)通过对知识的理解,培养自学和归纳。

3、情感、态度与价值观

(1)树立正确的,严谨的科学研究态度;

(2)树立辨证唯物主义的科学观和世界观。

教学重点:天然放射现象及其规律,原子核的衰变规律及半衰期。

教学难点:知道三种射线的本质,以及如何利用磁场区分它们及半衰期描述的对象。

教学方法:启发、引导,讨论、交流。

教学用具:投影片,多媒体辅助教学设备

(一)引入新课

本节课我们来新的一章:原子核。本章主要介绍了核物理的一些初步知识,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。让我们走进微观世界,一起探索其中的奥秘!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,1896年,法国物理学家贝克勒尔发现,铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线,这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。居里和居里夫人在贝克勒尔的建议下,对铀和铀的各种矿石进行了深入研究,又发现了发射性更强的新元素。其中一种,为了纪念她的祖国波兰而命名为钋(Po),另一种命名为镭(Ra)。

(二)进行新课

1、天然放射现象

(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)放射性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。

2、射线到底是什么

那这些射线到底是什么呢?把放射源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。在射线经过的空间施加磁场,发现射线如图所示:(投影)

思考与讨论:

①你观察到了什么现象?为什么会有这样的现象?

②如果 射线, 射线都是带电粒子流的话,根据图判断,他们分别带什么电荷。

③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?

①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。

②根据左手定则,可以判断 射线都是正电荷, 射线是负电荷。

③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,如图:

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:

①实验发现:元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的,跟原子所处的物理或状态无关。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,它都具有放射性。

②三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

原子核放出α或β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。一种物质变成另一种物质。

(2)α衰变

铀238核放出一个α粒子后,核的质量数减少4,核电荷数减少2,变成新核--钍234核。那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。这个过程可以用衰变方程式来表示:23892U→23490Th+42He

(3)衰变方程式遵守的规律

第一、质量数守恒

第二、核电荷数守恒

α衰变规律:AZX→A-4Z-2Y+42He

(4)β衰变

钍234核也具有放射性,它能放出一个β粒子而变成23491Pa(镤),那它进行的是β衰变,请同学们写出钍234核的衰变方程式?β粒子用0-1e表示。

钍234核的衰变方程式: 23490Th→23491Pa+0-1e

衰变前后核电荷数、质量数都守恒,新核的质量数不会改变但核电荷数应加1

β衰变规律:AZX→AZ+1Y+0-1e

提问:β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题,但并不象α衰变那样容易理解,因为核电荷数要增加,学生会问为什么会增加?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:10n&rarr 高考;11H+0-1e 这个电子从核内释放出来,就形成了β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。

(5)γ射线

是由于原子核在发生α衰变和β衰变时原子核受激发而产生的光(能量)辐射,通常是伴随α射线和β射线而产生。γ射线的本质是能量。理解γ射线的本质,不能单独发生。

4、半衰期

提问:阅读教材半衰期部分放射性元素的衰变的快慢有什么规律?用什么物理量描述?这种描述的对象是谁?

氡的衰变图的投影:

m/m0=(1/2)n

学生交流阅读体会:

(1)氡每隔3.8天质量就减少一半。

(2)用半衰期来表示。

(3)大量的氡核。

总结:半衰期表示放射性元素的衰变的快慢;放射性元素的原子核,有半数发生衰变所需的时间,叫做这种元素的半衰期;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: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,对个别不适用。

元素的半衰期反映的是原子核内部的性质,与原子所处的化学状态和外部条件无关。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

说明:一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在,或者加压,增温均不会改变。

教师给出巩固练习题

例1:配平下列衰变方程

23492U→23090Th+( 42He )

23490U→23491Pa+( 0-1e )

例2:钍232(23290Th)经过________次α衰变和________次β衰变,最后成为铅208(20882Pb)

分析:因为α衰变改变原子核的质量数而β衰变不能,所以应先从判断α衰变次数入手:

α衰变次数= =6

每经过1次α衰变,原子核失去2个基本电荷,那么,钍核经过6次α衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差,决定了β衰变次数:

β衰变次数= =4

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