高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 放射性元素的衰变教学设计及反思

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 放射性元素的衰变教学设计及反思，共7页。教案主要包含了新课引入，新知探究，课堂小结，教学反思等内容，欢迎下载使用。
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。
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。
教学过程
【新课引入】
看图猜一成语。
答案：点石成金
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？
【新知探究】
（一）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
这里说的ɑ粒子是由两个质子和两个中子构成，其实就是氦核。而β粒子更简单，就是一个电子。
1.ɑ衰变
（铀核）具有放射性，让他放出一个ɑ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，这样就变成了（钍核）。
由于ɑ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
。
问题：在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。
例如，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.β衰变
刚才得到的（钍核）也是不稳定的，他给继续放出一个电子发生β衰变，和刚才的ɑ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。
，
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β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
。
由于发生一次β衰变后，质量数不变，电荷数加一，所以跟ɑ衰变类似，β衰变也都可以用这么个式子来表示
。
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？
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光的形式向外释放。这种光伽马γ射线，
在衰变过程中往往还伴随着伽马射线的产生。
比如衰变过程，它完整的核反应方程式应该是长这样。
例1：（铀核）衰变为（氡核）要经过几次ɑ衰变，几次β衰变？
解：设经过x次ɑ衰变，y次β衰变
质量数：238＝222＋4x
电荷数：92 = 86 + 2x - y
解得：x＝4，y＝2
所以经过4次ɑ衰变，2次β衰变
（二）半衰期
1.半衰期的含义
以氡原子为例，它可以通过ɑ衰变变为，即
。
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，称为半衰期。
2.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，那应该是就行。如果经过一个半衰期，未衰变的原子核就应该是，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
。
画出中原子核的情况作参考，可以看出，随着时间的推移，的比值逐渐减小，你了解就行。
注意：
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期。
不同元素的原子核半衰期差异很大，比如的半衰期只有0.0018秒，的半衰期为八天，但的半衰期能长达7.1亿年。
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。
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：根据半衰期的定义，τ=24，t=120，剩下的钍为
（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？
方法1：a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。
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。在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。
核反应与衰变反应的区别
（四）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。
1.射线测厚仪
利用γ射线具有很强的穿透性，在钢板一面，放置γ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
γ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
γ射线遗传基因发生变异。保鲜——γ射线可以杀死细菌。
4.示踪原子
除了直接利用这些射线之外，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
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。
例3：在下列4个核反应方程中，x表示质子的是（ ）
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，选项B中的x为，选项C中x为质子，选项D中x为中子。故选C。
【课堂小结】
【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。
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
原子核的衰变
原子核的人工转变
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γ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
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