物理选修3-5沪科版4.2原子核的衰变教案

学案2 原子核的衰变[学习目标定位] 1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象.2.知道三种射线的特性.3.知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程.4.会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义．1．原子核的表示符号原子核用符号表示为A Z X，Z为核电荷数，原子核的核电荷数等于它的质子数，A为质量数，原子核的质量数等于它的质子数和中子数的和，即核子数．2．常见的粒子符号：α粒子42He，质子1H，中子10n，电子0－1e.3．在核反应过程中，遵守质量守恒定律和电荷守恒定律．4．带电粒子以垂直于电场线的方向进入匀强电场，将做类平抛运动．电场力的方向：正电荷受力方向与电场线方向相同，负电荷受力方向与电场线方向相反．5．带电粒子以垂直于磁感线的方向进入匀强磁场，将做匀速圆周运动，洛伦兹力的方向可用左手定则判定．6．天然放射现象1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀及其化合物能放出一种不同于X射线的新射线．(1)定义：物理学中把物质能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象．(2)放射性：物质放出射线的性质．(3)放射性元素：具有放射性的元素．7．三种射线的性质(1)α射线：α粒子流，α粒子是氦原子核，电荷数为2，质量数为4.(2)β射线：高速运动的电子流．(3)γ射线：波长很短的电磁波．8．三种射线的本领(1)α射线：速度大约是光速的十分之一，穿透物质的本领很小，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住．但它有很强的电离作用．(2)β射线：速度接近光速，对物质的穿透本领较强，能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用较弱．(3)γ射线：穿透本领更强，能穿透几厘米的铅板，但它的电离作用很小．9．(1)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．半衰期反映的是大量原子核的平均衰变快慢．(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的.一、三种射线的特性[问题设计]图11．如图1所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有垂直于纸面向外的匀强磁场．其放出的射线在磁场的作用下分成a、b、c三束．a、b、c三条射线哪个是α射线、哪个是β射线、哪个是γ射线？答案由左手定则知a带负电，应为β射线；c带正电，应为α射线；b不偏转，说明不带电，应为γ射线．图22．如图2中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．则a、b、c三束中哪个是α射线、哪个是β射线、哪个是γ射线？答案a带负电，应为β射线；c带正电，应为α射线；b不带电，应为γ射线．[要点提炼]例1如图3甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线()图3A．α射线B．β射线C．γ射线D．三种射线都可以解析根据三种射线的性质知，甲图中能穿透铝板的是γ射线，乙图中检查钢板中的砂眼，要求射线能穿透钢板，故利用的是γ射线，选项C正确．答案 C二、衰变实质及次数的计算[要点提炼]1．衰变过程(1)α衰变：A Z X→A－4Z－2Y＋42HeZ＋1Y＋0－1e(2)β衰变：A Z X→A2．α衰变和β衰变的实质(1)α衰变：210n＋211H→42He－1e(2)β衰变：10n→1H＋03．衰变规律衰变过程遵守质量数守恒和电荷数守恒．4．确定衰变次数的方法设放射性元素A Z X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素A′Z′Y，则衰变方程为A Z X→A′Z′Y＋n 42He＋m0－1e.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.例82Pb92U核经一系列的衰变后变为206 2238核，问：(1)一共经过几次α衰变和β衰变？(2)20692U相比，质子数和中子数各少了多少？82Pb与238(3)综合写出这一衰变过程的方程．92U衰变为20682Pb经过x次α衰变和y次β衰变．由质量数守恒和电荷数守恒解析(1)设238可得238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②联立①②解得x＝8，y＝6即一共经过8次α衰变和6次β衰变．(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，故20692U质子数少10，中子数少22.82Pb较23882Pb＋842He＋60－1e.(3)核反应方程为23892U→206答案(1)8次α衰变和6次β衰变(2)1022(3)238 92U→206 82Pb ＋842He ＋60－1e 三、半衰期的有关计算 [要点提炼]1．对于衰变及半衰期的理解要注意以下两点(1)对于同一种元素，其半衰期是一定的，无论是加温、加压，或是处于单质、化合物状态均不影响元素的半衰期，但不同元素的半衰期不同，有的差别很大．(2)半衰期是一种统计规律．对于大量的原子核发生衰变才具有实际意义，而对于少量的原子核发生衰变，该统计规律不再适用． 2．半衰期公式N 余＝N 原(12)t/τ，m 余＝m0(12)t/τ例3 若放射性元素A 的半衰期为4天，放射性元素B 的半衰期为5天，则相同质量的放射性元素A 和B 经过20天，剩下的两元素质量之比mA ∶mB 为( ) A ．30∶31 B ．31∶30C ．1∶2D ．2∶1解析 设开始时元素A 、B 的质量都是m ，经过20天，对于元素A 来说有5个半衰期，A 剩下的质量为mA ＝(12)5m ；对于元素B 来说有4个半衰期，B 剩下的质量为mB ＝(12)4m ，所以剩下的质量之比为1∶2.答案 C图41．(2014·福建·30(1))如图4所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是________(填选项前的字母)．A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线答案 C解析根据三种射线的偏转轨迹可知①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线．选项C正确．图52.计数器是一种探测射线的仪器，如图5所示，X为未知放射源，它向右方发射放射线．放射线首先通过一块薄铝箔P(厚度约为1 mm)，并经过一个强磁场区域后到达计数器，计数器上单位时间内记录到的射线粒子是一定的，现将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，然后将薄铝箔P移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，据此可以判定X为()A．纯β射线放射源B．纯γ射线放射源C．α射线和β射线的混合放射源D．α射线和γ射线的混合放射源答案 D解析将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，即磁场对射线粒子没有影响，则可以断定计数器接收到的是不带电的γ射线，以后将薄铝箔P(厚度约为1 mm)移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，这说明计数器除了接收到了γ射线之外，还接收到了一种原来被厚度约为1 mm的簿铝箔P挡住的射线，而厚度约为1 mm的簿铝箔只能将α射线挡住，所以X为能放射α射线和γ射线的混合放射源，故选项D正确．3．氪90(9036Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(9040Zr)，这些衰变是() A．1次α衰变，6次β衰变B．4次β衰变C．2次α衰变D．2次α衰变，2次β衰变答案 B解析方法一推理计算法根据衰变规律，β衰变不影响核的质量数，发生一次β衰变，核电荷数增加1；发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2.9036Kr衰变为9040Zr，质量数不变，故未发生α衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次β衰变．方法二列方程求解设9036Kr衰变为9040Zr，经过了x次α衰变，y次β衰变，则有9036Kr→9040Zr＋x42He＋y0－1e由质量数守恒得90＝90＋4x由电荷数守恒得36＝40＋2x －y解得x ＝0，y ＝4，即只经过了4次β衰变，选项B 正确．4．放射性同位素2411Na 的样品经过6小时后还剩下18没有衰变，求它的半衰期． 答案 2 h解析 每经1个半衰期放射性物质的质量都减半，则经过n 个半衰期剩余的质量为m ＝m0(12)n.设6小时经过的半衰期个数为n ，则(12)n ＝18，所以n ＝3.则2411Na 的半衰期为T ＝t n ＝2 h.。

2 放射性元素的衰变●学习目标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,并能进行简单的计算.●重点和难点重点：原子核的衰变规律及半衰期难点：半衰期描述的对象课前导学一、原子核的衰变1.定义：原子核自发地放出某种粒子而转变成的变化称为原子核的衰变.可分为、，并伴随着γ射线放出.2.分类：（1）α衰变：铀238发生α衰变的方程为：，每发生一次α衰变，核电荷数减小2，质量数减少4.α衰变的实质是某元素的原子核同时放出由两个和两个组成的粒子（即氦核）.（2）β衰变：钍234发生β衰变的方程为：，每发生一次β衰变，核电荷数增加1，质量数不变.β衰变的实质是元素的原子核内的一个变成时放射出一个（核内110011n H e -→+）. （3）γ射线是伴随衰变或衰变同时产生的、γ射线不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出.3.规律：原子核发生衰变时，衰变前后的和都守恒.注意：元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的.二、半衰期1.定义：放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间叫做原子核的半衰期.2.意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度.3.特征：半衰期由的因素决定,跟原子所处的或状态无关.新知探究一、原子核的衰变〈情景1〉一个人特别贫穷，一生虔诚地供奉道教吕祖（吕洞宾），吕洞宾被他的诚意所感动，一天忽然从天上降到他家，看见他家十分贫穷，不禁怜悯他，于是伸出一根手指，指向他庭院中一块厚重的石头，立刻，变化成了金光闪闪的黄金.〈情景2〉晋朝初年，南昌人许逊被朝廷任命为旌阳县令，他看到很多老百姓的租税交不了，非常同情他们，用点石成金的法术，免去百姓的租税.〔思考与讨论1〕以上情景都是“点石成金”的传说，那么在我们生活、生产中有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？答：.【教师说明】1.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.2.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.3.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，这种放出α粒子的衰变叫做α衰变.〔思考与讨论2〕铀238核α衰变方程如何表示？答：.【教师说明】1.衰变方程式遵守的规律：（1）质量数守恒（2）核电荷数守恒2.α衰变的一般方程：He Y x 424-A 2A z +→-z3.核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向.4.核反应的生成物要以实验为基础，不能凭空杜撰出生成物来写核反应方程.〔思考与讨论3〕钍234核（Th 23490）也具有放射性，它能放出一个β粒子（e 01-）而变成Pa 23491（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？答：.【教师说明】1.β衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不变但核电荷数应加1.2.β衰变的一般方程：e Y x 01A 1A z -++→z〔思考与讨论4〕原子核里没有电子，那么β衰变中的电子来自哪里？答：.【教师说明】1.这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变，其转化方程：e H n 011110-+→ .2.γ射线是由于原子核在发生α衰变或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.3.一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. ▲典题精析1. 天然放射性元素23290Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成20882Pb(铅).下列论断中正确的是( )A.铅核比钍核少24个中子B.铅核比钍核少8个质子C.衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变D.衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变[解析]铅核核子数比钍核核子数少24个，而不是中子数少24个，A 项错；铅核质子数为82，钍核质子数为90，故铅核比钍核少8个质子，B 项对；钍核的衰变方程为：23290Th→20882Pb ＋x 42He ＋y －10e ，式中x 、y 分别为α和β的衰变次数.由质量数守恒和电荷数守恒有 4x+208=232，2x-y+82=90，联立两式得x=6，y=4，即衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变，C 项错而D 项对.[答案]BD点评：根据β衰变不改变质量数的特点，可依据反应原子核与最终原子核的质量数改变确定α衰变的次数，然后计算出电荷数的改变,由其差值可确定β衰变的次数.二、半衰期〈情景3〉放射性同位素衰变的快慢有一定的规律，即元素的原子核有半数发生衰变有一定的时间.我们有病时服用的不同药物在体内半数发生衰变也有一定的时间，这个时间是决定医生给药剂量、次数的主要依据.〔思考与讨论5〕阅读课本第71页 “半衰期”部分的内容，并思考下列问题：1.放射性元素的衰变有什么规律？2.用什么物理量描述？3.这种描述的对象是什么？（学生可参考课本71页上的氡的衰变图，教师引导）答：.【教师说明】1.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.2.半衰期表示放射性元素的衰变的快慢，不同的放射性元素其半衰期不同.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.〔思考与讨论4〕放射性元素的半衰期是由什么决定的？不同的放射性元素其半衰期相同吗？ 答：.▲典题精析2.关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的有( )A.是原子核质量减少一半所需的时间B.是原子核有半数发生衰变所需的时间C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素的半衰期D.可以用于测定地质年代、生物年代等[解析]原子核衰变后变成新核,新核与未衰变的核在一起,故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半,故A 错B 正确；衰变快慢由原子核内部因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态无关,常用其测定地质年代、生物年代等,故C 错D 正确.[答案]BD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，增温均不会改变.三、有关半衰期的计算〔思考与讨论6〕用N 0、m 0分别表示衰变前的原子数目和质量，N 、m 分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量，T 为半衰期，t 表示衰变过程所经历的时间，那么这些物理量之间的关系怎样？答：.▲典题精析3.设镭226的半衰期为1.6×103年，质量为100 g 的镭226经过4.8×103年后，有多少克镭发生衰变？若衰变后的镭变为铅206，则此时镭铅质量之比为多少？[解析]经过三个半衰期，剩余镭的质量为g m m Tt 5.12g 81100210=⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛= 已衰变的镭的质量为(100－12.5) g ＝87.5 g设生成铅的质量为m ，则226∶206＝87.5∶m得m ＝79.8 g所以镭铅质量之比为125∶798[答案] : 125∶798点评：要理解半衰期表达式中各物理量的含义，在表达式021m m T t⎪⎭⎫ ⎝⎛=中，m 是指剩余的原子核的量，而不是衰变的量.。

原子核衰变的能量释放教案
教学目标：
1.了解原子核衰变的概念及原因。

2.掌握原子核衰变过程中能量的释放和转化。

3.培养学生的观察、分析、推理和归纳能力。

教学重点：
1.原子核衰变的原因和类型。

2.原子核衰变过程中的能量释放和转化。

教学难点：
1.原子核衰变过程中能量的转化机制。

2.对原子核内部结构的理解。

教学方法：
1.讲解法：教师对原子核衰变的概念、原因和类型进行讲解。

2.演示法：通过多媒体演示原子核衰变的能量释放过程。

3.探究法：学生分组讨论、探究原子核衰变的规律和特点。

教学过程：
1.导入新课：通过引入原子核衰变的实例，引导学生思考原子核衰变的原
因、类型及能量释放等问题。

2.讲解原子核衰变的概念和原因：讲解原子核衰变的定义，介绍原子核不稳
定的原因，举例说明自然界中存在的衰变类型。

3.分析原子核衰变过程中的能量释放和转化：通过多媒体演示，展示原子核
衰变过程中能量的释放和转化过程，引导学生理解能量守恒定律在衰变过程中的体现。

4.探究原子核衰变的规律和特点：学生分组讨论、探究原子核衰变的规律和
特点，教师进行指导、点拨。

5.巩固练习：提供一些典型的例题，让学生练习并讲解，加深对原子核衰变
的理解。

6.小结与作业：对本节课的重点和难点进行回顾，布置相关作业，要求学生
通过阅读教材或其他文献，深入理解原子核衰变的相关知识。

教学评价：
1.通过课堂提问、小组讨论等方式评价学生的参与度和理解程度。

2.通过作业和测试题检验学生对知识的掌握程度。

高中物理 4.2 原子核的衰变学案沪科版选修1、知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象、2、知道三种射线的特性、3、知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程、4、会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义、1、原子核的表示符号原子核用符号表示为X，Z为核电荷数，原子核的核电荷数等于它的质子数，A为质量数，原子核的质量数等于它的质子数和中子数的和，即核子数、2、常见的粒子符号：α粒子He，质子H，中子n，电子e、3、在核反应过程中，遵守质量守恒定律和电荷守恒定律、4、带电粒子以垂直于电场线的方向进入匀强电场，将做类平抛运动、电场力的方向：正电荷受力方向与电场线方向相同，负电荷受力方向与电场线方向相反、5、带电粒子以垂直于磁感线的方向进入匀强磁场，将做匀速圆周运动，洛伦兹力的方向可用左手定则判定、6、天然放射现象1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀及其化合物能放出一种不同于X射线的新射线、(1)定义：物理学中把物质能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象、(2)放射性：物质放出射线的性质、(3)放射性元素：具有放射性的元素、7、三种射线的性质(1)α射线：α粒子流，α粒子是氦原子核，电荷数为2，质量数为4、(2)β射线：高速运动的电子流、(3)γ射线：波长很短的电磁波、8、三种射线的本领(1)α射线：速度大约是光速的分之一，穿透物质的本领很小，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住、但它有很强的电离作用、(2)β射线：速度接近光速，对物质的穿透本领较强，能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用较弱、(3)γ射线：穿透本领更强，能穿透几厘米的铅板，但它的电离作用很小、9、(1)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、半衰期反映的是大量原子核的平均衰变快慢、(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的、一、三种射线的特性[问题设计]图11、如图1所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有垂直于纸面向外的匀强磁场、其放出的射线在磁场的作用下分成a、b、c三束、a、b、c三条射线哪个是α射线、哪个是β射线、哪个是γ射线？答案由左手定则知a带负电，应为β射线；c带正电，应为α射线；b不偏转，说明不带电，应为γ射线、图22、如图2中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、则a、b、c三束中哪个是α射线、哪个是β射线、哪个是γ射线？答案a带负电，应为β射线；c带正电，应为α射线；b不带电，应为γ射线、[要点提炼] 三种射线及其特征种类α射线β射线γ射线组成①高速氦核流②高速电子流③光子流(高频电磁波)带电荷量④2e⑤－e⑥0质量⑦4mpmp＝1、6710－27 kg静止质量为零速度0、1c0、99c⑧c在电场或磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转穿透本领⑨最弱用一张纸就能挡住⑩较强穿透几毫米厚的铝板⑪最强穿透几厘米厚的铅板和几厘米厚的混凝土电离作用⑫很强⑬较弱⑭很弱例1 如图3甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线()图3A、α射线B、β射线C、γ射线D、三种射线都可以解析根据三种射线的性质知，甲图中能穿透铝板的是γ射线，乙图中检查钢板中的砂眼，要求射线能穿透钢板，故利用的是γ射线，选项C正确、答案 C二、衰变实质及次数的计算[要点提炼]1、衰变过程(1)α衰变：X→Y＋He(2)β衰变：X→Y＋e2、α衰变和β衰变的实质(1)α衰变：2n＋2H→He(2)β衰变：n→H＋e3、衰变规律衰变过程遵守质量数守恒和电荷数守恒、4、确定衰变次数的方法设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为X→Y＋n He＋m 0－1e、根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m、例2 U核经一系列的衰变后变为Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和β衰变？(2)Pb与U相比，质子数和中子数各少了多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程、解析(1)设U衰变为Pb经过x次α衰变和y次β衰变、由质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②联立①②解得x＝8，y ＝6即一共经过8次α衰变和6次β衰变、(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，故Pb较U质子数少10，中子数少22、(3)核反应方程为U→Pb＋8He＋6e、答案(1)8次α衰变和6次β衰变(2)10 22(3)U→Pb＋8He＋6e三、半衰期的有关计算[要点提炼]1、对于衰变及半衰期的理解要注意以下两点(1)对于同一种元素，其半衰期是一定的，无论是加温、加压，或是处于单质、化合物状态均不影响元素的半衰期，但不同元素的半衰期不同，有的差别很大、(2)半衰期是一种统计规律、对于大量的原子核发生衰变才具有实际意义，而对于少量的原子核发生衰变，该统计规律不再适用、2、半衰期公式N余＝N原()t/τ，m余＝m0()t/τ例3 若放射性元素A的半衰期为4天，放射性元素B 的半衰期为5天，则相同质量的放射性元素A和B经过20天，剩下的两元素质量之比mA∶mB为()A、30∶31B、31∶30C、1∶2D、2∶1解析设开始时元素A、B的质量都是m，经过20天，对于元素A来说有5个半衰期，A剩下的质量为mA＝()5m；对于元素B来说有4个半衰期，B 剩下的质量为mB＝()4m，所以剩下的质量之比为1∶2、答案C图41、(xx福建30(1))如图4所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是________(填选项前的字母)、A、①表示γ射线，③表示α射线B、②表示β射线，③表示α射线C、④表示α射线，⑤表示γ射线D、⑤表示β射线，⑥表示α射线答案C解析根据三种射线的偏转轨迹可知①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线、选项C正确、图52、计数器是一种探测射线的仪器，如图5所示，X为未知放射源，它向右方发射放射线、放射线首先通过一块薄铝箔P(厚度约为1 mm)，并经过一个强磁场区域后到达计数器，计数器上单位时间内记录到的射线粒子是一定的，现将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，然后将薄铝箔P移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，据此可以判定X为()A、纯β射线放射源B、纯γ射线放射源C、α射线和β射线的混合放射源D、α射线和γ射线的混合放射源答案D解析将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，即磁场对射线粒子没有影响，则可以断定计数器接收到的是不带电的γ射线，以后将薄铝箔P(厚度约为1 mm)移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，这说明计数器除了接收到了γ射线之外，还接收到了一种原来被厚度约为1 mm的簿铝箔P挡住的射线，而厚度约为1 mm的簿铝箔只能将α射线挡住，所以X为能放射α射线和γ射线的混合放射源，故选项D正确、3、氪90(Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(Zr)，这些衰变是()A、1次α衰变，6次β衰变B、4次β衰变C、2次α衰变D、2次α衰变，2次β衰变答案B解析方法一推理计算法根据衰变规律，β衰变不影响核的质量数，发生一次β衰变，核电荷数增加1；发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2、Kr衰变为Zr，质量数不变，故未发生α衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次β衰变、方法二列方程求解设Kr衰变为Zr，经过了x次α衰变，y次β衰变，则有Kr→Zr＋xHe＋y 0－1e由质量数守恒得90＝90＋4x由电荷数守恒得36＝40＋2x－y解得x＝0，y＝4，即只经过了4次β衰变，选项B正确、4、放射性同位素Na的样品经过6小时后还剩下没有衰变，求它的半衰期、答案 2 h解析每经1个半衰期放射性物质的质量都减半，则经过n个半衰期剩余的质量为m＝m0()n、设6小时经过的半衰期个数为n，则()n＝，所以n＝3、则Na的半衰期为T＝＝2 h、。

年班星期第 2
节
课题放射性衰变
教
学
目标知识目标
1、知道什么是原子核衰变。

2、能记住两种衰变的规律，并能熟练写出衰变方
程。

3、知道半衰期的统计意义。

能力目标
能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程
式。

情感目标
不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从
而引领学生进入一个美妙的微观世界。

教学重点两种衰变规律的应用
教学难点对衰变本质的认识
教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。

教具多媒体第 1课时
教学设计教学内容教学过程。

4.2原子核的衰变学案（2020年沪科版高中物理选修3-5）42原子核的衰变原子核的衰变学习目标1.知道什么是放射性.放射性元素.天然放射现象.2.知道三种射线的特性.3.知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程.4.会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义一.天然放射现象和三种射线导学探究11896年，法国物理学家贝可勒尔发现了放射性元素自发地放出射线的现象，即天然放射现象是否所有的元素都具有放射性放射性物质放出的射线有哪些种类答案原子序数大于或等于83的元素，都能自发地放出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线放射性物质发出的射线有三种射线.射线.射线2怎样用电场或磁场判断三种射线粒子的带电性质答案让三种射线通过匀强电场，射线不偏转，说明射线不带电射线偏转方向和电场方向相同，带正电，射线偏转方向和电场方向相反，带负电或者让三种射线通过匀强磁场，射线不偏转，说明射线不带电，射线和射线可根据偏转方向和左手定则确定带电性质知识梳理1天然放射现象1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀及其化合物能放出一种不同于X射线的新射线1定义物理学中把物质能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象2放射性物质放出射线的性质3放射性元素具有放射性的元素2对三种射线的认识种类射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流高频电磁波带电荷量2ee0速率0.1c0.99cc贯穿本领最弱，用一张薄锡箔或一张纸就能挡住较强，能穿透几毫米厚的铝板最强，能穿透几厘米厚的铅板和几厘米厚的混凝土电离作用很强较强很弱即学即用判断下列说法的正误11896年，法国的玛丽居里首先发现了天然放射现象2原子序数大于83的元素都是放射性元素3射线实际上就是氦原子核，射线具有较强的穿透能力4射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板5射线是能量很高的电磁波，电离作用很强二.原子核的衰变导学探究如图1为衰变.衰变示意图图11当原子核发生衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化答案发生衰变时，质子数减少2，中子数减少2.2当发生衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少新核在元素周期表中的位置怎样变化答案发生衰变时，核电荷数增加1.新核在元素周期表中的位置向后移动一位知识梳理1定义原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化，叫做原子核的衰变2衰变类型1衰变放射性元素放出粒子的衰变过程放出一个粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2，成为新核AZXA4Z2Y42He2衰变放射性元素放出粒子的衰变过程放出一个粒子后，核的质量数不变，电荷数增加1.AZXAZ1Y01e3衰变规律原子核衰变时电荷数和质量数都守恒4衰变的实质1衰变的实质2个中子和2个质子结合在一起形成粒子2衰变的实质核内的中子转化为了一个电子和一个质子3射线经常是伴随着衰变和衰变产生的即学即用判断下列说法的正误1原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变2发生衰变是原子核中的电子发射到核外3射线经常是伴随着射线和射线产生的三.放射性元素的半衰期导学探究1什么是半衰期对于某个或选定的几个原子核能根据该种元素的半衰期预测它的衰变时间吗答案半衰期是一个时间，是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律，故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间2某放射性元素的半衰期为4天，若有10个这样的原子核，经过4天后还剩5个，这种说法对吗答案半衰期是大量放射性元素的原子核衰变时所遵循的统计规律，不能用于少量的原子核发生衰变的情况，因此，经过4天后，10个原子核有多少发生衰变是不能确定的，所以这种说法不对知识梳理1定义放射性元素每经过一段时间，就有一半的核发生衰变，这段时间叫做放射性元素的半衰期2特点1不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大2放射性元素衰变的快慢是由其原子核本身决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件无关3适用条件半衰期描述的是统计规律，不适用于单个原子核的衰变4半衰期公式N余N原12tT，m余m原12tT，其中T为半衰期5半衰期的应用利用半衰期非常稳定这一特点，可以通过测量其衰变程度来推断时间即学即用判断下列说法的正误1同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长2把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变3放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用4氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天后只剩下一个氡原子核一.天然放射现象和三种射线1三种射线的实质射线高速氦核流，带电荷量为2e的正电荷；射线高速电子流，带电荷量为e的负电荷；射线光子流高频电磁波，不带电2三种射线在电场中和磁场中的偏转1在匀强电场中，射线不发生偏转，做匀速直线运动，粒子和粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，粒子的偏移大，如图2所示图22在匀强磁场中，射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，粒子和粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，粒子的轨道半径小，如图3所示图33元素的放射性1一种元素的放射性与是单质还是化合物无关，这就说明射线跟原子核外电子无关2射线来自于原子核说明原子核内部是有结构的例1如图4所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL是厚纸板，MM是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O.P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向.到达O点的射线种类.到达P 点的射线种类应属于下表中的图4选项磁场方向到达O点的射线到达P点的射线A竖直向上B竖直向下C垂直纸面向里D垂直纸面向外答案C解析R可放射出来的射线有..三种，其中.射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用而偏转，射线不偏转，故打在O点的应为射线；由于射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是射线；依据射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里例2多选将..三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况正确的是答案AD解析已知粒子带正电，粒子带负电，射线不带电，根据正.负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正.负电荷在电场中受电场力方向可知，A.B.C.D四幅图中.粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径rmvBq，将数据代入，则粒子与粒子的半径之比rrmmvvqq4118360.1c0.99c12371，A对，B错；带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有xv0t，y12qEmt2，消去t可得yqEx22mv02.对某一确定的x值，.粒子沿电场线偏转距离之比yyqqmmv2v2211183640.99c20.1c2137.5，C错，D对三种射线的鉴别1射线带正电.射线带负电.射线不带电射线.射线是实物粒子，而射线是光子流，属于电磁波的一种2射线.射线都可以在电场或磁场中偏转，但偏转方向不同，射线则不发生偏转3射线穿透能力弱，射线穿透能力较强，射线穿透能力最强，而电离本领相反二.原子核的衰变规律和衰变方程确定原子核衰变次数的方法与技巧1方法设放射性元素AZX经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素AZY，则衰变方程为AZXAZYn42Hem01e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程AA4n，ZZ2nm.2技巧为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定衰变的次数这是因为衰变的次数多少对质量数没有影响，然后根据衰变规律确定衰变的次数例3原子核23892U经放射性衰变变为原子核23490Th，继而经放射性衰变变为原子核23491Pa，再经放射性衰变变为原子核23492U.放射性衰变.和依次为A衰变.衰变和衰变B衰变.衰变和衰变C衰变.衰变和衰变D衰变.衰变和衰变答案A解析根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，23892U核与23490Th核比较可知，衰变的另一产物为42He，所以衰变为衰变，选项B.C错误；23491Pa核与23492U核比较可知，衰变的另一产物为01e，所以衰变为衰变，选项A正确，D错误例423892U核经一系列的衰变后变为20682Pb核，问1一共经过几次衰变和几次衰变220682Pb与23892U相比，质子数和中子数各少了多少3综合写出这一衰变过程的方程答案18621022323892U20682Pb842He601e解析1设23892U衰变为20682Pb经过x次衰变和y次衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得2382064x92822xy联立解得x8，y6.即一共经过8次衰变和6次衰变2由于每发生一次衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次衰变中子数减少1，而质子数增加1，故20682Pb与23892U相比，质子数少10，中子数少22.3衰变方程为23892U20682Pb842He601e.1衰变方程的书写衰变方程用“”，而不用“”表示，因为衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化2衰变次数的判断技巧1衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒2每发生一次衰变质子数.中子数均减少2.3每发生一次衰变中子数减少1，质子数增加1.针对训练1在横线上填上粒子符号和衰变类型123892U23490Th，属于衰变223490Th23491Pa，属于衰变321084Po21085At，属于衰变46629Cu6227Co，属于衰变答案142He201e301e442He解析根据质量数和电荷数守恒可以判断1中生成的粒子为42He，属于衰变2中生成的粒子为01e，属于衰变3中生成的粒子为01e，属于衰变4中生成的粒子为42He，属于衰变三.对半衰期的理解及有关计算1公式根据半衰期的概念，可总结出公式N余N原12tT，m余m原12tT式中N原.m原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余.m原表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期2适用条件半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核3影响因素半衰期由放射性元素的原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理状态如压强.温度或化学状态如单质.化合物无关，因为这些因素都不能改变原子核的结构例5放射性同位素14C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖1宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的146C，它很容易发生衰变，放出射线变成一个新核，其半衰期为5730年，试写出146C的衰变方程2若测得一古生物遗骸中的146C含量只有活体中的25，则此遗骸距今约有多少年答案1146C01e147N211460年解析1146C的衰变方程为146C01e147N.2146C的半衰期T5730年生物死亡后，遗骸中的146C按其半衰期变化，设活体中146C的含量为N0，遗骸中的146C含量为N，则N12tTN0，即0.25N0125730tN0，故t57302，t11460年针对训练2氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤，它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一其衰变方程是22286Rn21884Po.已知22286Rn的半衰期约为3.8天，则约经过天，16g的22286Rn衰变后还剩1g.答案42He15.2解析根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可推得该反应的另一种生成物为42He.根据m余m原12tT得tT4，代入T3.8天，解得t3.84天15.2天1三种射线的特性多选天然放射性物质的射线包含三种成分，下列说法中正确的是A射线的本质是高速氦核流B射线是不带电的光子C三种射线中电离作用最强的是射线D一张厚的黑纸可以挡住射线，但挡不住射线和射线答案AD解析射线的本质是高速氦核流，射线是高速电子流，A正确，B错误；三种射线中电离作用最强的是射线，C错误；一张厚的黑纸可以挡住射线，但挡不住射线和射线，D正确2衰变方程下列表示放射性元素碘13113153I衰变的方程是A.13153I12751Sb42HeB.13153I13154Xe01eC.13153I13053I10nD.13153I13052Te11H答案B解析衰变是原子核自发地释放一个粒子即电子产生新核的过程，原子核衰变时质量数与电荷数都守恒，结合选项分析可知，选项B正确3半衰期的理解关于半衰期，下列说法正确的是A放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快B放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度D降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度答案A解析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其自身因素决定，与它所处的物理.化学状态无关，故A正确，B.C.D错误4半衰期的理解及计算多选14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约为5700年已知植物存活期间，其体内14C与12C 的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是A该古木的年代距今约5700年B12C.13C.14C具有相同的中子数C14C衰变为14N的过程中放出射线D增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变答案AC解析因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5700年，选项A正确；12C.13C.14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，14C衰变为14N的过程中放出电子，即放出射线，选项C正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误。

§4.2 原子核的衰变【教学目标】知识与技能1、了解天然放射现象的发现过程，知道三种射线的本质，以及区分它们的方法；2、知道放射现象的实质是原子核的衰变；知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律；3、理解半衰期的概念及考古工作中的“碳-14测年法”。

过程与方法1、通过学习科学家发现探究天然放射现象的过程，理解天然放射现象的实质以及规律。

2、通过练习，使学生掌握书写原子核的衰变方程式表示核衰变的规律，能够利用半衰期来进行简单计算。

3、通过阅读，了解研究放射性元素的半衰期在考古工作中的“碳-14测年法”。

情感、态度与价值观1、体验科学家在科学研究中严谨的工作态度和作风，树立严谨细致的治学态度；2、通过学习树立辩证唯物主义的科学观和世界观，树立为人类造福的价值观。

【教学重点】学习理解天然放射现象的实质，理解其规律：原子核的衰变规律及半衰期。

【教学方法】读书自学法+ 指导性讲授【教学过程】引入新课19世纪末的三大发现：1895年伦琴发现了X射线；1896年贝克勒尔发现了天然放射性；1897年J·J·汤姆生发现了电子。

这就是说，关于原子核的实验研究实际上在19世纪末已经开始，这就是贝克勒尔关于天然放射性的发现，以及居里夫妇和卢瑟福对射线的研究。

为什么这样说？因为后来才知道他们对天然放射现象的研究已经触及到原子核的结构及其变化问题了。

下面我们看看什么是天然放射现象，其实质是什么？看看它遵循什么规律？天然放射性的发现指导学生阅读教材P.70\贝克勒尔的偶然发现放射性元素普查居里夫人的研究居里夫人的发现教师小结，并明确讲解如下概念：天然放射现象放射性放射性元素天然放射线中的“三剑客”指导学生阅读教材P.66~67：“三剑客”姓甚名谁“三剑客”的本领教师小结，并明确讲解如下结论：1、这些射线是从原子核内发射出来的。

α射线是粒子流，α粒子就是氦原子核，电荷数为2，质量数为4；β射线是高速运动的电子流；γ射线是波长很短的电磁波。