原子核衰变及半衰期教案

原子核衰变及半衰期教案一、三维目标1.在物理知识方面的要求.（1）理解什么是“天然放射现象”，掌握天然放射线的性质；（2）掌握原子核衰变规律，理解半衰期概念；（3）结合天然放射线的探测问题，提高学生综合运用物理知识的能力.2.在复习过程中，适当介绍天然放射性的发现过程，以及有关科学家的事绩，对学生进行科学道德与唯物史观的教育.二、教学重点、难点1.重点.（1）衰变规律；（2）用电场和磁场探测天然射线的基本方法.2.难点：用力学和电学知识如何分析天然射线的性质.三、主要教学过程（一）引入新课回顾法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象的经历，以及贝可勒尔为了试验放射线的性质，用试管装入含铀矿物插在上衣口袋中被射线灼伤、早期核物理学家多死于白血病（放射病）的故事.（二）教学过程设计天然放射性.1.天然放射现象：某种物质自发地放射出看不见的射线的现象.2.原子核的衰变：某种元素原子核自发地放出射线粒子后，转变成新的元素原子核的现象.3.天然放射线的性质.（见下页表）说明电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领最强.4.衰变规律.（1）遵从规律：质量数守恒（说明与“质量守恒定律”之区别）；电荷数守恒；动量守恒；能量守恒.说明：γ衰变是原子核受激发产生的，一般是伴随α衰变或β衰变进行的，即衰变模式是：α＋γ，β＋γ，没有α＋β＋γ这种模式！（3）半衰期：放射性原子核衰变掉一半所用时间.说明：某种原子核的半衰期与物理环境和化学环境无关，是核素自身性质的反映.【例1】平衡下列衰变方程：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：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：答案：6，4.（1）α粒子与氡核的动能之比；（2）若α粒子与氡核的运动方向与匀强磁场的磁感线垂直，画出轨迹示意图，并计算轨道半径之比.解：（1）衰变时动量守恒：0=mαvα+MRnvRn，（2）若它们在匀强磁场中，运动方向与磁感线垂直，轨道半径但衰变时射出的α粒子与反冲核（Rn）都带正电荷，且动量大小相等，则它们在匀强磁场做圆周运动的轨迹是一对外切圆（图1），轨道半径和粒子电量成反比：【例4】一束天然放射线沿垂直电场线的方向从中间进入到两块平行带电金属板M、N之间的匀强电场中，试问：（1）射线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各是哪种射线？（2）M、N各带何种电荷？提示：参考天然放射线的性质.解：γ射线不带电，所以是Ⅱ（直线）.设带电粒子打到金属板上的位置为x，偏转的距离都是d／2，根据公式qα=2e，qβ=e，代入上式，得比值所以Ⅰ为α射线，Ⅲ为β射线，M带负电.课堂练习1．关于天然放射现象和对放射性的研究，下列说法正确的是()A．α射线和β射线在电场或磁场中偏转说明它们是带电粒子B．原子核不是单一的粒子C．γ射线一定伴随α射线或β射线而产生D．任何放射性元素都能同时发出三种射线E．γ射线往往伴随α射线或β射线而产生【解析】带电粒子以一定的初速度垂直进入电场或磁场能发生偏转，α射线和β射线能在电场或磁场中偏转说明它们是带电粒子，故A正确；放射现象说明原子核的可变性，即原子核不是单一粒子，具有复杂的结构，故选项B正确；γ射线是原子核在发射α射线或β射线时多余的能量以γ射线的形式产生的辐射，因此γ射线是伴随(不是一定伴随)α射线或β射线而放出的，故选项E正确，C、D均错误．【答案】ABE2．关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A．是放射源质量减少一半所需的时间B．是原子核半数发生衰变所需的时间C．与外界压强和温度有关D．可以用于测定地质年代、生物年代等E．与原子的化学状态无关【解析】原子核的衰变是由原子核的内部因素决定的，与外界环境无关．原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间即半衰期，原子核就衰变掉总数的一半．不同种类的原子核，其半衰期也不同，若开始时原子核数目为N0，经时间t剩下的原子核数目为N，半衰期为T1/2，则N＝N0(eq\f(1,2))eq\f(t,T1/2).若能测出N与N0的比值，就可求出t，依此公式可测定地质年代、生物年代等．故正确答案为B、D、E.【答案】BDE3．日本福岛核电站泄漏事故中释放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰变时会发出β射线与γ射线，碘131被人摄入后，会危害身体健康，由此引起了全世界的关注．下面关于核辐射的相关知识，说法正确的是()A．人类无法通过改变外部环境来改变碘131衰变的快慢B．碘131的半衰期为天，则4个碘原子核经天后就一定剩下一个原子核C．β射线与γ射线都是电磁波，但γ射线穿透本领比β射线强D．碘131发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的E．β射线是高速运动的电子流，是从碘131原子核内释放出来的【解析】衰变的快慢由放射性元素本身决定，与外部环境无关，A正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数几个原子核无意义，B错误；β射线是高速电子流，γ射线是电磁波，故C错误，E正确；β衰变的实质是eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e，D正确．【答案】ADE4．某一放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，如图3­2­5所示，下列说法正确的是()图3­2­5A．射线3的电离作用在三种射线中最强B．射线2贯穿本领最弱，用一张白纸就可以将它挡住C．一个原子核放出一个射线3的粒子后，质子数和中子数都比原来少2个D．一个原子核放出一个射线1的粒子后，形成的新核比原来的电荷数少1个E．一个原子核放出一个射线1的粒子后，形成的新核与原来的核的核子数相同【解析】根据三束射线的偏转方向，可以断定射线1带负电，是β射线；射线2不带电，是γ射线；射线3是α射线．α射线的电离作用最强，选项A正确．γ射线贯穿本领最强，用一张白纸可以挡住的是α射线，选项B错误．每发生一次α衰变，原子核里面的2个中子和2个质子结合成一个氦核而释放出来，选项C正确．每发生一次β衰变，原子核里面的一个中子变成一个质子，因此核电荷数增加1，但核子数不变，故选项D错误，E正确．【答案】ACE5．有一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(eq\o\al(63,28)Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能．下面有关该电池的说法正确的是()【导学号：18850043】A．镍63的衰变方程是eq\o\al(63,28)Ni→eq\o\al(63,29)Cu＋eq\o\al(0,－1)eB．镍63的衰变方程是eq\o\al(63,28)Ni→eq\o\al(63,27)Cu＋eq\o\al(0,1)eC．外接负载时镍63的电势比铜片高D．该电池内电