第一节 天然放射现象 原子核的衰变（教学设计）物理沪科版选择性必修第三册

第1节 天然放射现象 原子核的衰变（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第一节 天然放射现象 原子核的衰变 教学 目标 物理观念 1. 知道天然放射现象的发现过程，理解放射性、放射性元素的基本概念，明确放射现象是原子核内部的自发变化。 2. 掌握α、β、γ 三种射线的本质、带电性质、电离能力与穿透能力，建立核辐射的物质观念。 3. 理解原子核衰变的定义，掌握 α 衰变、β 衰变的规律，明确衰变过程遵循质量数守恒、电荷数守恒。 4. 理解半衰期的物理意义，知道半衰期是放射性元素的固有属性，与外界条件无关。 科学思维 1. 通过对比三种射线的性质、分析衰变方程，培养对比分析、逻辑推理能力。 2. 能利用质量数与电荷数守恒书写衰变方程，推导衰变后新核的种类与位置，提升定量分析思维。 3. 从微观统计角度理解半衰期的意义，建立宏观规律与微观本质相联系的思维方式。 科学探究 1. 结合天然放射现象的发现史实，经历发现问题 — 实验探究 — 总结规律的科学探究过程。 2. 通过衰变规律推导、半衰期计算等探究活动，提升证据推理、数据处理能力。 科学态度 与责任 1. 学习贝可勒尔、居里夫妇的科学探究精神，树立严谨求实、勇于探索的科学态度。 2. 了解核技术在能源、医疗、工业等领域的应用，辩证认识核技术的利弊，树立科技伦理与安全利用的责任意识。 教学重难点 教学重点： 1. 天然放射现象的概念，三种射线的本质与性质对比。 2. 原子核 α 衰变、β 衰变的规律及衰变方程书写。 3. 半衰期的概念、公式及简单计算。 教学难点： 1. 理解放射现象源于原子核内部，打破 “原子不可再分” 的传统认知。 2. 掌握 β 衰变中核电荷数变化的微观本质，准确书写衰变方程。 3. 理解半衰期的统计意义，区分单个原子核衰变与大量原子核的统计规律。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 【情境导入】情境导入 + 史实激趣 1. 情境设问 · 展示生活中核医学成像、核电站、放射性检测等图片，提问：这些技术都和一种神秘的射线有关，它能穿透物质、自发释放能量，这种射线从哪里来？ · 提出问题：原子是不可分割的最小微粒吗？物质能否自发发出射线？ 2. 史实导入 · 讲述 1896 年贝可勒尔发现铀矿石能使底片感光的意外实验，引出天然放射现象的发现，打开原子核研究的大门。 3. 引入课题 · 板书课题：天然放射现象 原子核的衰变，明确本节课学习核心：认识放射现象、解析射线本质、掌握衰变规律。 学生分组讨论： 观察史实素材，思考天然放射现象的发现对原子结构认识的突破。  结合生活经验，交流对放射性、核技术应用的初步认知。  跟随教师引导，明确本节课学习任务与探究方向。 新课讲授 模块 1：天然放射现象的发现 关键史实 贝可勒尔（1896 年）：铀矿石无需光照即可使底片感光，证明物能自发放出射线。 居里夫妇：发现钋、镭两种强放射性元素，证实放射性是原子核的性质，打破元素不可变观念。 核心概念 天然放射现象：物质自发地放出射线的现象，是原子核不稳定的宏观表现。 放射性：物质发射射线的固有物理属性。 放射性元素：具有放射性的元素（天然 + 人工合成）。 模块 2：三种射线（α、β、γ）的奥秘 发现与本质 卢瑟福发现三种穿透力不同的射线，命名为 α、β、γ 射线。 | 射线 | 本质 | 符号 | 带电 | |----|----|----|----| |α 射线 | 氦原子核流 |₂⁴He | 正电 | |β 射线 | 高速电子流 |₋₁⁰e | 负电 | |γ 射线 | 高频电磁波（光子）|—| 不带电 | 性质对比 α 射线：电离最强、穿透最弱（一张纸可挡住）。 β 射线：电离较弱、穿透较强（几毫米铝板可挡住）。 γ 射线：电离最弱、穿透最强（需厚铅板挡住）。 规律：穿透能力越强，电离能力越弱。 电场中的偏转 α（正电）向负极偏转；β（负电）向正极偏转；γ 不偏转。 β 偏转幅度更大：质量远小于 α 粒子，加速度更大。 模块 3：原子核的衰变 衰变定义 放射性元素的原子核放出粒子，转变成新原子核的过程，遵循质量数守恒、电荷数守恒。 α 衰变 定义：放出 α 粒子的衰变。 规律：质量数减 4，电荷数减 2，新核在周期表前移 2 位。 通式：ZA​X→Z−2A−4​Y+24​He。 实例：铀 - 238α 衰变生成钍 - 234。 β 衰变 定义：放出 β 粒子（电子）的衰变，伴随反电子中微子。 规律：质量数不变，电荷数加 1，新核在周期表后移 1 位。 通式：ZA​X→Z+1A​Y+−10​e。 模块 4：放射性元素的半衰期 定义 放射性元素的原子核数目衰减为原来一半所需的时间，用T表示。公式 N=N0​⋅(21​)Tt​（N0​：初始数量；N：剩余数量；t：时间；T：半衰期）。 特点 是元素固有属性，不同元素半衰期不同。 不受温度、压强、物态等外界条件影响。 应用 地质年代测定（铀 - 238，半衰期 45 亿年）。 医学诊断（锝 - 99m，短半衰期）。 生物示踪（磷 - 32）。 模块 5：核技术的应用与伦理 应用领域 能源：核能发电。 医疗：放射治疗、影像诊断。 工业：无损检测、消除静电。 伦理反思 合理利用核技术，防范辐射危害，树立科学利用核能的责任意识。 学生分组讨论  阅读课件内容，梳理贝可勒尔、居里夫妇的科学贡献。  识记天然放射现象、放射性、放射性元素的核心定义。  小组交流：说明射线来自原子核内部，而非核外电子。 学生讨论：  对比 α、β、γ 射线的本质、带电性、电离能力、穿透能力。  分析三种射线在电场中的偏转特点，说明偏转方向与幅度差异。  总结规律：穿透能力越强，电离能力越弱。 学生讨论：  根据质量数守恒、电荷数守恒，推导 α 衰变、β 衰变的变化规律。  尝试书写衰变方程，判断新核的质量数、电荷数与元素位置。  完成课件典型例题，巩固 α、β 衰变的计算与判断。 学生讨论：  识记半衰期定义，明确半衰期是元素固有属性。  运用半衰期公式完成简单计算，理解宏观统计规律。  结合实例，说出半衰期在地质、医疗、工业中的应用。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1. 发现天然放射现象的科学家是（） A. 卢瑟福 B. 贝可勒尔 C. 玛丽・居里 D. 皮埃尔・居里 答案：B 解析：1896 年法国物理学家贝可勒尔发现铀矿石能自发使底片感光，首次发现天然放射现象；卢瑟福发现三种射线，居里夫妇发现钋和镭两种新元素。 2. 关于天然放射现象，下列说法正确的是（） A. 是原子核外电子的跃迁产生的 B. 是原子核内部自发变化产生的 C. 必须在外界激发下才能发生 D. 所有元素都具有天然放射性 答案：B 解析：天然放射现象是原子核内部不稳定，自发放出射线的现象，与核外电子无关，无需外界激发；只有部分重元素具有天然放射性。 3. 下列不属于天然放射现象发出的射线是（） A. α 射线 B. β 射线 C. γ 射线 D. 红外线 答案：D 解析：天然放射现象能发出 α、β、γ 三种射线；红外线是原子外层电子跃迁产生的电磁波，不属于核辐射。 4. α 射线的本质是（） A. 高速电子流 B. 高频电磁波 C. 氦原子核 D. 质子流 答案：C 解析：α 射线本质是氦原子核（₂⁴He），带正电；β 射线是高速电子流，γ 射线是高频电磁波。 5. 下列三种射线中，穿透能力最强的是（） A. α 射线 B. β 射线 C. γ 射线 D. 一样强 答案：C 解析：三种射线穿透能力：γ 射线＞β 射线＞α 射线，γ 射线需厚铅板才能有效阻挡。 6. 下列三种射线中，电离能力最强的是（） A. α 射线 B. β 射线 C. γ 射线 D. 一样强 答案：A 解析：三种射线电离能力：α 射线＞β 射线＞γ 射线，α 射线可使气体强烈电离。 7. 用一张纸可以挡住的射线是（） A. α 射线 B. β 射线 C. γ 射线 D. 三种都能挡 答案：A 解析：α 射线穿透能力最弱，一张纸即可挡住；β 射线需几毫米铝板，γ 射线需厚铅板。 8. 将 α、β、γ 射线射入匀强电场，不发生偏转的是（） A. α 射线 B. β 射线 C. γ 射线 D. 都偏转 答案：C 解析：γ 射线不带电，在电场中不受电场力，不偏转；α 带正电、β 带负电，均会偏转。 9. 原子核发生 α 衰变时，质量数的变化是（） A. 不变 B. 减 2 C. 减 4 D. 加 1 答案：C 解析：α 衰变释放氦核（₂⁴He），根据质量数守恒，新核质量数 = 原核质量数 - 4。 10. 原子核发生 α 衰变时，核电荷数的变化是（） A. 减 2 B. 减 4 C. 加 1 D. 不变 答案：A 解析：α 衰变释放的氦核电荷数为 2，根据电荷数守恒，新核电荷数 = 原核电荷数 - 2。 11. 铀核（₉₂²³⁸U）发生 α 衰变后生成的新核是（） A. ₉₀²³⁴Th B. ₉₁²³⁴Pa C. ₉₂²³⁴U D. ₉₃²³⁴Np 答案：A 解析：α 衰变质量数 - 4、电荷数 - 2，238-4=234，92-2=90，电荷数 90 对应钍（Th），即₉₀²³⁴Th。 12. 子核发生 β 衰变时，质量数的变化是（） A. 加 1 B. 减 1 C. 不变 D. 减 4 答案：C 解析：β 衰变释放电子（₋₁⁰e），电子质量数为 0，因此衰变前后质量数守恒，质量数不变。 13. 原子核发生 β 衰变时，核电荷数的变化是（） A. 减 1 B. 加 1 C. 减 2 D. 不变 答案：B 解析：β 衰变释放带 - 1 电荷的电子，根据电荷数守恒，新核电荷数 = 原核电荷数 + 1。 14. 钍核（₉₀²³⁴Th）发生 β 衰变后，新核在周期表中位置（） A. 前移 1 位 B. 后移 1 位 C. 前移 2 位 D. 后移 2 位 答案：B 解析：β 衰变电荷数 + 1，元素周期表按核电荷数排列，电荷数增加则位置后移 1 位。15. 关于原子核衰变，下列说法正确的是（） A. 衰变过程不遵循守恒定律 B. 衰变只遵循质量数守恒 C. 衰变只遵循电荷数守恒 D. 衰变同时遵循质量数守恒和电荷数守恒 答案：D 解析：原子核衰变的基本规律是同时遵循质量数守恒与电荷数守恒，是书写衰变方程的依据。 16. 放射性元素的半衰期取决于（） A. 温度 B. 压强 C. 元素本身 D. 质量多少 答案：C 解析：半衰期是放射性元素的固有属性，由原子核内部结构决定，与温度、压强、质量、物态均无关。 17. 某放射性元素半衰期为 5 天，10g 该元素经过 20 天后剩余质量为（） A. 0.625g B. 1.25g C. 2.5g D. 5g 答案：A 解析：20 天含半衰期个数 n=20/5=4；剩余质量 m=m₀×(1/2)ⁿ=10×(1/2)⁴=10/16=0.625g。 18. 下列关于半衰期的说法正确的是（） A. 半衰期是单个原子核衰变的时间 B. 半衰期是大量原子核的统计规律 C. 温度越高半衰期越短 D. 质量越大半衰期越长 答案：B 解析：半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对单个原子核无意义；半衰期不受外界条件与质量影响。 19．工业上利用射线进行金属无损检测，主要利用的是（） A. α 射线的电离作用 B. β 射线的电离作用 C. γ 射线的穿透作用 D. α 射线的穿透作用 答案：C 解析：无损检测需要射线穿透金属检查内部缺陷，γ 射线穿透能力最强，适合该应用。 20. 下列应用中，利用放射性同位素半衰期的是（） A. 消除静电 B. 放射治疗 C. 地质年代测定 D. 金属探伤 答案：C 解析：地质年代测定利用铀 - 238 等长半衰期元素的衰变规律；消除静电用 α 射线电离作用，放疗与探伤用 γ 射线穿透作用。 板 书 设 计 一、天然放射现象 1. 发现：贝可勒尔（1896），铀矿石自发使底片感光 2. 居里夫妇：发现钋、镭，证实射线来自原子核 3. 概念： · 天然放射现象：物质自发放出射线 · 放射性：物质发射射线的固有属性 · 放射性元素：具有放射性的元素 二、三种射线（α、β、γ） 射线 本质 带电 电离 穿透 电场偏转 α 氦核₂⁴He 正 最强 最弱（纸挡） 向负极 β 电子₋₁⁰e 负 较弱 较强（铝板） 向正极 γ 电磁波 不带电 最弱 最强（铅板） 不偏转 三、原子核的衰变 规律：质量数守恒、电荷数守恒 1. α 衰变 通式：ZA​X→Z−2A−4​Y+24​He 特点：质量数 **-4**，电荷数 **-2**，周期表前移 2 位 2. β 衰变 通式：ZA​X→Z+1A​Y+−10​e 特点：质量数不变，电荷数 **+1**，周期表后移 1 位 四、半衰期 1. 定义：原子核数目减为原来一半的时间 2. 公式：N=N0​(21​)Tt​ 3. 特点：固有属性，与温度、压强、物态无关 4. 应用：地质测年、医学显像、生物示踪 五、应用与伦理 · 能源：核能发电 · 医疗：诊断、放疗 · 工业：无损检测 · 态度：安全利用、科技伦理 课 堂 小 结 1. 核心概念：天然放射现象、三种射线、原子核衰变、半衰期。 2. 核心规律：衰变遵循质量数与电荷数守恒；α、β 衰变的周期表位置变化。 3. 科学方法：对比法、守恒法、史实探究法。 作 业 布 置 1. 完成教材课后习题，书写 3 组衰变方程。 2. 查阅资料，简述放射性同位素在生活中的 1 种应用及原理。 教 学 反 思 本节课以科学史实为线索，结合实验与规律推导，学生对三种射线、衰变规律掌握较好。但部分学生对半衰期的统计意义、β 衰变的微观本质理解不足，后续需增加实例分析与定量计算练习，强化微观本质与宏观规律的联系。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $