高中人教版 (2019)2 放射性元素的衰变教学设计

放射性元素的衰变

【教学目标】

1．知道放射现象的实质是原子核的衰变。

2．知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律。

3．理解半衰期的概念。

4．了解放射性同位素及其应用。

5．了解核辐射与防护方法。

【教学重点】

原子核的衰变规律及半衰期。

【教学难点】

半衰期描述的对象。

【教学过程】

一、新课导入

教师：同学们有没有听说过点石成金的传说，或者将一种物质变成另一种物质。

学生讨论非常活跃，孙悟空，八仙，神仙，魔术，街头骗局。

点评：通过这样新颖的课题引入，给学生创设情景，能充分调动学生的积极性，挑起学生对未知知识的热情。

教师：刚才同学们讲的都很好，但都是假的。

孙悟空，八仙，神仙：人物不存在。

魔术，街头骗局：就是假的。

点评：对于学生来讲要使其相信科学技术反对迷信，同时也要提高警惕小心上当受骗，提高学生自我保护意识。更加吊起了学生学习新知识的胃口，为新课教学的顺利进行奠定了基础。

教师：那有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？

学生愕然。

点评：进一步吊起了学生学习新知识的胃口。

教师：有（大声，肯定地回答）

学生惊讶，议论纷纷。

点评：再一次吊起了学生学习新知识的胃口。

通过这样四次吊胃口，新课的成功将是必然。

教师：这就是我们今天要学习的放射性元素的衰变。

点评：及时推出课题。

二、新课教学

（一）原子核的衰变

教师：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。

学生豁然开朗：科学、真实的将一种物质变成另一种物质，原来就是原子核的衰变。

点评：及时给出问题的答案，学生并不会索然无味，相反会对原子核的衰变这一新知识产生浓厚的兴趣。

教师：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。

学生定有这样的想法：放出α粒子的衰变叫做α衰变。那放出β粒子的衰变叫做β衰变？

点评：这里一下子会出现了“α衰变”，“衰变方程式”两个新名词，教师要耐心的讲解，学生有插嘴的，如果正确要及时肯定并表扬。

教师：这个过程可以用衰变方程式来表示：+（一边说一边写，不要解释，要请学生来分析其中的奥秘）

学生定有这样的想法：衰变方程式和化学反应方程式、离子反应方程式有何联系与区别？

点评：理论基础：建构主义认为学习过程是学生在一定条件下，对客观事物反映的过程。是一个主动建构过程，作为认识对象的知识并不像实物一样可以由教师简单地传递给学生，须由学生自己来建构，并纳入他自己原有的知识结构中，别人是无法替代的。在此要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。

学生充分讨论：衰变方程式和化学反应方程式、离子反应方程式有何联系与区别，并由学生自己表述。

点评：可以让学生自己归纳总结，有不到之处教师再帮助总结。

教师：衰变方程式遵守的规律：

（1）质量数守恒

（2）核电荷数守恒

（进一步解释：守恒就是反应前后相等）

α衰变规律：+

学生进一步理解两个守恒：

（1）质量数守恒

（2）核电荷数守恒

教师：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？

学生探究、练习写出钍234核的衰变方程式。

点评：写钍234核的衰变方程式是要求学生可以查阅化学书后面的元素周期表，但不可以看物理教材。在此培养学生查阅质料的能力。学生在此会碰到β粒子的表示，教师要及时直接给出结论：β粒子用表示。

教师：钍234核的衰变方程式：+

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：+

学生再一次理解两个守恒：

（1）质量数守恒

（2）核电荷数守恒

点评：β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题，但并不像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？

这里就顺理成章的来解释中子转化的过程。

教师：原子核内虽然没有电子，但核内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。

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。

学生更进一步理解两个守恒：

（1）质量数守恒

（2）核电荷数守恒

教师：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。

学生理解γ射线的本质，不能单独发生。

（二）半衰期

教师：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？

学生带着问题看书。

点评：培养学生自学能力、阅读能力、提炼有用信息的能力。

教师提供教材上的氡的衰变图的投影：

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。

点评：第三个问题：描述的对象是谁？这个问题学生比较难理解，需要教师做引导和类比。培养学生阅读图象的方法和能力。

教师：同学们的回答都很精彩（鼓励）

教师总结：

（1）半衰期表示放射性元素的衰变的快慢。

（2）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。

（3）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。

（4）公式：经过??个半衰期（??）其剩余的质量为：。

学生进一步整理自己的阅读体会并形成自己的知识。

点评：教师做引导和类比可以从统计规律的角度出发。

例如：数学上的概率问题

（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对大量事实适用，对个别不适用。

教师：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

学生对原子所处的化学状态和外部条件进行理解。

点评：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，升温均不会改变。

（三）核反应

卢瑟福在实验中发现，往容器C中通入氮气后，在荧光屏S上出现了闪光，这表明，有一种新的能量比??粒子大的粒子穿过铝箔，撞击在S屏上，这种粒子肯定是在??粒子击中某个氮核而使该核发生变化时放出的。这样，卢瑟福通过人工方法实现了原子核的转变，人类第一次打开了原子核的大门。

为了认定新粒子，把新粒子引进电场和磁场，测出了它的质量和电量，确认与氢核相同：带有一个单位的正电量，质量是电子质量的1800多倍。卢瑟福把它叫做质子。质子的符号是H或P。

在云室里做卢瑟福实验，还可以根据径迹了解整个人工转变的过程。英国物理学家布拉凯特在所拍摄的两万多张照片的40多万条α粒子径迹中，发现了8条产生分叉的记录。

分叉情况表明，α粒子击中氮核后，生成一个新核，同时放出质子。新核的电量较大速度较慢，径迹短而粗；质子速度大，电量小，故径迹细而长。根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可以写出这个发现质子的核反应方程并得知新核放出质子后变成了氧核。+。

用α粒子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变，并产生质子，说明质子是各种原子核里都有的成分，质子是人类继电子、光子后发现的第三个基本粒子。

1．核反应：原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反应。

说明：

（1）核反应中质量数与电荷数守恒。

（2）核反应是原子核的变化，化学反应是核外电子的变化。

（四）放射性同位素及其应用

1．有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。

1934年，约里奥·居里夫妇发现经过??粒子轰击的铝片中含有放射性磷。

+

反应生成物是磷的一种同位素，自然界没有天然的，它是通过核反应生成的人工放射性同位素。

不稳定，会进行如下的衰变：+。约里奥·居里夫妇由此而荣获1935年诺贝尔化学奖。

说明：

（1）这是人类第一次发现正电子。

（2）没有特殊说明，电子均指负电子。

2．人工放射性同位素和天然放射性同位素相比的优点：

（1）可制成各种所需形状。

（2）放射强度容易控制。

（3）半衰期短，废料易处理。

3．放射性同位素的应用：

A．利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制。

B．由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪。

C．利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电。

D．利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等。

E．示踪原子：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。人体甲状腺的工作需要碘，碘被吸收后聚集在甲状腺内。给人注射碘的放射性同位素碘131，在颈部底部的甲状腺被放射性示踪剂碘131高亮着色。定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的疾病。

（五）辐射与安全

1．放射性的危害

人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，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40，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。

然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。因此，在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。存在射线危险的地方，常能看到如图所示的标志。

原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染。

在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。

有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害。

过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。

2．放射性的防护

（1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄。

（2）用过的核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里。

（3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源。

【练习巩固】

1．关于??、??、??三种射线，下列说法中正确的是（    ）

A．??射线是原子核自发射出的氦核，它的电离作用最弱

B．??射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的贯穿能力

C．??射线一般伴随着??或??射线产生，它的贯穿能力最强

D．??射线是电磁波，它的电离作用最强

答案：C

2．如图所示，P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是（    ）

A．a为??射线，b为??射线

B．a为??射线，b为??射线

C．b为??射线，c为??射线

D．b为??射线，c为??射线

答案：BC

3．由原子核的衰变规律可知（    ）

A．放射性元素一次衰变可同时产生??射线和??射线

B．放射性元素发生??衰变时，新核的化学性质不变

C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制

D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1

答案：C

4．一块氡222放在天平的左盘时，需在天平的右盘加444g砝码，天平才能处于平衡，氡222发生??衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为（    ）

A．222g  B．8g

C．2g   D．4g

答案：D

5．关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有（    ）

A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的

B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤

C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种

D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害

答案：BD

6．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子（    ）

A．??射线探伤仪

B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况

C．利用钴60治疗肿瘤等疾病

D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律

答案：BD

7．关于放射性的应用，下列说法正确的是（    ）

A．利用??射线使空气电离，把静电荷导走

B．利用??射线照射植物的种子，使产量显著增加

C．利用??射线来治疗肺癌、食道癌等疾病

D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子

答案：ACD

8．用高能（氪）离子轰击（铅），释放出一个中子后，生成了一个新核，关于新核的推断正确的是（    ）

A．其质子数为118    B．其质量数为293

C．其原子序数为118   D．其中子数为90

答案：ABC

9．在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹如图所示。由图可以判定（    ）

A．该核发生的是??衰变

B．该核发生的是??衰变

C．磁场方向一定垂直于纸面向里

D．不能判定磁场方向向里还是向外

答案：BD