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1、15.25.2 放射性元素的衰变放射性元素的衰变教材分析教材分析本节课也是非常抽象的，而且理解和记忆的成分很多。因此前半节课应该引导学生进行讨论，加深对相关内容的理解。后半节课的知识主要是陈述式，可以运用提问式教学，培养学生概括和寻找信息的能力。对于衰变方程的理解则通过练习来加强训练即可。教学目标与核心素养教学目标与核心素养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。科学思维通过理解衰变和衰变，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
2、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。教学重难点教学重难点教学重点：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。教学准备教学准备多媒体课件等。教学过程教学过程一、新课引入一、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）二、新课教学二、新课教学2（一）天然放射现象（一）天然放射现象1.原子核的衰变原子核的衰变所谓衰变是指一种原子核放出某些粒子
3、变为另一种原子核的过程。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粒子的衰变，和放出粒子的衰变这里说的粒子是由两个质子和两个中子构成，其实就是氦He42核。而粒子更简单，就是一个电子e01。1.衰变衰变U23892（铀核）具有放射性，让他放出一个粒子后，质子数会减少二，核子数会减少四，电荷数就变成了 90，质量数就变成了 234，这样U23892就变成了hT23490（钍核）。HehTU422349023892由于衰变必然是电荷数减少二，质量数减少四，因此都可以用这个数字来表示HeYX424M2ZMZ。问题：在衰变中遵循什么规律呢？问题：在
4、衰变中遵循什么规律呢？在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。即原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。例如HehTU422349023892，方程两边的质量数（上标相加）：238=234+4，同理方程两边的电荷数相加（下标相加）：92=90+2。2.衰变衰变刚才得到的hT23490（钍核）也是不稳定的，他给继续放出一个电子发生衰变，3和刚才的衰变一样，质子数会加一，核子数不变，电荷数就变成了 91，得到Pa23491。ePahT012349123490，问题：原子核内不是没有电子吗？里怎么又说原子核会放出电子？
5、问题：原子核内不是没有电子吗？里怎么又说原子核会放出电子？其实衰变中放出的电子是由原子核中的一个中子转化得到的，同时还会产生一个质子，可以用这个式子来表示eHn011110。由于发生一次衰变后，质量数不变，电荷数加一，所以跟衰变类似，衰变也都可以用这么个式子来表示eYX01M1ZMZ。问题：表示原子核变化的式子叫做核反应方程式和化学方程式为什么很问题：表示原子核变化的式子叫做核反应方程式和化学方程式为什么很像？像？化学方程式核反应方程式联系电荷、质量守恒电荷数、质量数守恒区别用符号用箭头注意：质量数守恒和质量守恒是不同的注意：质量数守恒和质量守恒是不同的在核反应过程中，原子核向外释放的能量是以
6、光的形式向外释放。这种光伽马射线，即在衰变过程中往往还伴随着伽马射线的产生。在衰变过程中往往还伴随着伽马射线的产生。比如U23892衰变过程，它完整的核反应方程式应该是长这样HehTU422349023892。课堂练习课堂练习例例 1：U23892（铀核）衰变为Rn22286（氡核）要经过几次衰变，几次衰变？解：解：设经过 x 次衰变，y 次衰变eyHexTRnU01422228623892质量数：2382224x电荷数：92=86+2x-y4解得：x4，y2所以经过 4 次衰变，2 次衰变（二）半衰期（二）半衰期1.半衰期的含义半衰期的含义以氡Rn22286原子为例，它可以通过衰变变为Po2
7、1884，即HePoRn422188422286。问题：一个氡原子核过多久会发生衰变？问题：一个氡原子核过多久会发生衰变？答案可能是 1s 可能是十分钟，也可能是 1 万年 这也太没谱了吧，但事实的确如此。单个的微观事件是不可预测的，所以我们在统计时一般都是针对大量氡原子核的衰变，通过研究发现经过 3.8 天后，就会有一半儿的氡原子核发生衰变，余下一半没有衰变。再过3.8 天，这余下的一半中又会有一半发生衰变，也就是还剩下1/4 没有衰变，以此类推。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。期。2.半衰期
8、的计算半衰期的计算如果最初放射性元素原子核的质量为 m0，并且半衰期是，那经过 t 时间后，余下的没有衰变的原子核的质量 m 该如何表示呢？首先得清楚，经过了几个半衰期，那应该是t就行。如果经过一个半衰期，未衰变的原子核就应该是0m21，那经过几个半衰期就对应 1/2 几次方，最终式子的结果就是没有衰变原子核的质量t021mm)(。画出中原子核的情况作参考，可以看出，随着时间的推移，0mm的比值逐渐减小，你了解就行。注意：注意：5第一，半衰期必须是大量原子核满足的统计规律。这个一开始也说啦，一个原子核啥时候衰变，当然可猜不出，因为单个微观世界是不可预测的，必须针对大量原子核进行统计才能确定半衰
9、期。第二，不同元素的原子核半衰期差异很大，比如Po21584的半衰期只有 0.0018秒，I13153的半衰期为八天，但U23592的半衰期能长达 7.1 亿年。第三，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。无论这种元素是单质还是化合物的形态存在，或者改变温度压强都无法改变该元素的半衰期。第四，半衰期这个概念针对原子核的，虽然是原子核内的核子发生了变化，但你不能说核子发生了衰变，只能说原子核发生了衰变，一定要记牢。课堂练习课堂练习例例 2：已知钍 234 的半衰期是 24 天，1g 钍经过 120 天后还利多少?解析：解析：根据半衰期的定义，=24，t=120，剩下
10、的钍为g32121121mm24120t0)()(（三）核反应（三）核反应你已经知道了，天然放射现象是原子核自发的变化，与之相对的，是人类用一种粒子轰击原子核而得到新的粒子和元素的变化，这个过程被称作人工核反应。问题：怎么样才得到可控的核反应呢？问题：怎么样才得到可控的核反应呢？方法方法 1：a 粒子轰击氮原子核：HOHeN1117842177方法方法 2：用质子、中子甚至用伽马射线光子去轰击一些原子核，都可以实现原子核的转变。目的：目的：通过这种方式可以研究原子核的结构，还可以发现和制造新元素。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。在核反应原子核在其他粒子的轰击下产生新原子
11、核的过程，称为核反应。在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。中，质量数守恒、电荷数守恒。核反应与衰变反应的区别原子核的衰变原子核的人工转变6发生反应的原子核具有放射性的不稳定核所有原子核反应条件自发进行无条件利用 a 粒子、质子、中子或光子作为“炮弹”轰击靶核反应本质核子数变化，形成新核核子的重组，形成新核典型反应HehTU422349023892HOHeN1117842177核反应方程的特点箭头左边只有一个放射性原子核箭头左边有靶核和“炮弹”各一个核反应的规律质量数守恒（注意不是质量守恒），电荷数守恒（四）（四）放射性同位素及其应用放射性同位素及其应用很多元素都存在一些具有放射性的同位很多元素
12、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。素，它们被称为放射性同位素。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。放射性的应用：一是利用它的射线，二是作为示踪原子。放射性的应用：一是利用它的射线，二是作为示踪原子。1.射线测厚仪射线测厚仪利用射线具有很强的穿透性，在钢板一面，放置射线源，另一面放着接收装置。那么钢板越厚，接收到了射线信号越弱，根据信号强度就可以测量金属板的厚度。2.放射治疗放射治疗射线对细胞有很强的杀伤力，可以用来进行放射性治疗。3.培优培优射线遗传基因发生变异。保鲜射线可以杀死细菌。74.示踪原子示踪原子除了直接利用
13、这些射线之外，同素还有一个重要应用就是同位素示踪。知道同乐素化学性质相同，这样就可以用放射性同位素了解各元素的流向。如棉花施肥，诊断甲状腺。（五）辐射与安全（五）辐射与安全人类社会中本来就有各种射线。如宇宙射线（视频播放），岩石，手机信号都有辐射。但是这些都在安全剂量之内，安全剂量之内的辐射都不会对人体造成伤害。然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这种破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。如核泄漏，核武器等。所以使用放射性同位素质，都必须严格遵守操作规程，做好防护。防止对空气，水源等的污染。课堂练习课堂练习例例 3：在下列 4 个核反应方程中，x 表示质子的是（）A.xSiP301430
14、158B.xThU2349023892C.xMgnAl2712102713D.xPHeAl3015422713解析：解析：由质量数守恒核电荷数守恒可知，选项 A 中 x 为正电子e01，选项 B中的 x 为He42，选项 C 中 x 为质子H11，选项 D 中 x 为中子n10。故选 C。板书设计板书设计5.25.2 放射性元素的衰变放射性元素的衰变一、原子核的衰变衰变：是指一种原子核放出某些粒子变为另一种原子核的过程。放出粒子和射线的衰变，放出粒子和射线的衰变。原子核衰变时电荷数和质量数都守恒二、半衰期半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。t021mm)(三、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。四、放射性同位素及其应用五、辐射与安全教学反思教学反思本节课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基础即：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。9