5.2 原子核衰变及半衰期 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第三册

该高中物理教学设计聚焦原子核衰变及半衰期核心知识，通过考古断代情景问题导入，梳理衰变类型、规律及实质，衔接半衰期计算，构建从现象到规律再到应用的知识支架。 以核心素养为导向，采用讲练结合与启发式教学，通过衰变次数推导、半衰期计算等实例培养科学思维与物理观念，结合放射性防护渗透科学态度与责任，助力学生提升分析能力，便于教师高效实施教学。

§《原子核衰变及半衰期》教案 【物理核心素养目标】 【物理观念】知道原子核的衰变和衰变规律；知道什么是半衰期及其统计意义． 【科学思维】能对原子核与放射性物理问题进行分析推理，能推算原子核的半衰期 【科学探究】 【科学态度与责任】了解放射性在生产和科学领域的应用．知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防护放射性的措施，建立防范意识． 【教学重点】 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，掌握原子核的衰变规律及实质 3 ．理解半衰期的概念及影响因素 【教学难点】 1 ．理解掌握原子核的衰变规律及实质 2 ．学会利用半衰期解决相关问题【教学方法】讲练结合、启发式 【课时安排】1 课时 【教学过程】 【出示要求，有目标】 通过这节课的学习，我们要知道原子核的衰变和衰变规律；知道什么是半衰期及其统计意义，能对原子核与放射性物理问题进行分析推理，能推算原子核的半衰期 【小组交流，有问题】 【情景问题一】你知道考古学家靠什么推断古化石的年代吗？ 提示：只要测出古化石中 14C 的含量， 可以根据 14C 的半衰期推断古化石的年龄． 【点评精讲，有重点】 一、原子核的衰变 1 ．衰变：原子核由于放出α射线或β射线而转变为新核的变化． 2 ．衰变类型：常见的衰变有两种， 放出α粒子的衰变为α衰变， 放出β粒子的衰变为β衰变， ————————————————而γ射线是伴随α射线或β射线产生的． 3 ．衰变规律 在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒． (1) α衰变：X→He＋－－Y (2) β衰变：X→ - e ＋Z1Y 4 ．衰变实质 第 1 页 α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，产生α衰变．2n＋21H→He． β衰变：原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来．n→1H＋－e． 【提问展示，有方向】 5 ．确定原子核衰变次数的方法与技巧 【学法指导】 (1)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＋mHe＋n－e． 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： 根据反应式得： n 由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组． (2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β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β衰变的次数． 【当堂训练，有结果】 【例 1】 23982U 核经一系列的衰变后变为 20862Pb 核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)20862Pb 与 23982U 相比，质子和中子数各少多少？ (3)综合写出这一衰变过程的方程． 【推导过程】 (1)设 23982U 衰变为 20862Pb 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＋4x , 92 ＝82＋2x－y， 联立解得 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，中子数少 1 ，而质子数增 1 ，故 20862Pb 较 23982U 质子数少 10 ，中子数少 22． 【点评精讲，有重点】 二、衰变的快慢——半衰期 1 ．定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫作半衰期． 2 ．意义：表示放射性元素衰变的快慢． ( 1 丶 t 1 t )3 ．常用公式：n＝N 2 T m＝M 2 T 式中 N、M 表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，n、m 表示尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，T 表示半衰期． 4．规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，由元素的原子核内部自身因素决定，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． 第 2 页 5 ．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．只对大量原子核才适用，对少数原子核是不适用的． 6 ．规律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代． 【例2】恒星向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当温度达到 108 K 时，可以发生“氦燃烧 ”． (1)完成“氦燃烧 ”的核反应方程：He+ →Be+γ . (2)Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为 2.6×10－16 s ．一定质量的 Be，经 7.8×10－16s 后所剩 Be 占开始时的 ． 【推导过程】 (1)根据核反应方程和电荷守恒定律可知，He＋He→Be+γ . (2)Be 的半衰期为 2.6×10－16s ，经过 7.8×10－16s 后，也就是经过 3 个半衰期后 1n 13 剩余的质量为 m ′ ＝ 2 m ＝ 2 m ，所剩 Be 占开始时的1． 8 三、放射性的应用 人工放射性同位素的优点 (1)放射强度容易控制． (2)可以制成各种所需的形状． (3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理．因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素． 1 ．放射性同位素的主要应用 (1)利用射线的电离作用、穿透能力等性质 ①辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等． ②放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置． ③γ射线探伤：利用了γ射线穿透能力强的特点，工业部门使用射线测厚度． (2)作为示踪原子：用仪器探测放射性同位素放出的射线，可以查明放射性元素的行踪，好像带有“标记 ”一样．人们把具有这种用途的放射性同位素叫作示踪原子． 【例 3】(多选)下列说法正确的是( ) A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好 B．输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置 C ．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是含量较少，经济上不划算 D ．放射性元素被植物吸收，其放射性不会发生改变【答案】BD 【解析】放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料．无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的，A 错误；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周 第 3 页 期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素，C 错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D 正确；放射性同位素可作为示踪原子，是因为它不改变元素的化学性质，B 正确．] 【情景问题二】 射线在人们心里是一个恶魔，许多人谈“核”色变，怎样对射线进行有效的防护呢？ 放射性物质危险警告标志 提示：其实射线并不可怕，可怕的是无知，只要熟知各种射线的特点，就可以避开射线对我们的危害，如图所示，从图中你可能有所体会． 四、放射性污染和防护 1 ．放射性污染的主要来源 (1)核爆炸．(2)核泄漏．(3)医疗照射． 2 ．为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施 (1)密封防护． (2)距离防护． (3)时间防护．(4)屏蔽防护． 污染与防护 举例与措施 说明 污染 核爆炸 核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的γ射线和中子流，长期存在放射性污染 核泄漏 核工业生产和核科学研究中使用的放射性原材料，一旦泄漏就会造成严重污染 医疗 照射 医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人死亡 防护 密封 防护 把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊方法覆盖，以防止射线泄漏 距离 防护 距放射源越远，人体吸收放射线的剂量就越少，受到的危害就越轻 时间 防护 尽量减少受辐射的时间 屏蔽 防护 在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用，铅的屏蔽作用最好 第 4 页 【例4】(多选)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器．贫铀是提取铀 235 以后的废料，其主要成分为铀 238 ．贫铀炸弹有很强的穿甲能力，而且铀 238 具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而易患上皮肤癌和白血病．下列结论正确的是( ) A ．铀 238 的衰变方程式为 23982U→He＋23940Th B ．23982U 和 23952U 互为同位素 C ．人患皮肤癌和白血病可能是因为核辐射导致了基因突变 D ．贫铀炸弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性【答案】ABC 【解析】铀 238 具有放射性，放出一个α粒子，变成钍 234，选项 A 正确；铀 238 和铀235 质子数相同，故互为同位素，选项 B 正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，选项 C 正确；贫铀炸弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，选项 D 错．] 【补救达标，有措施】 【课堂总结】 【板书设计】 一、原子核的衰变 1 ．衰变： 2 ．衰变类型： 3 ．衰变规律：X→He＋－－Y X→ - e ＋Z1Y 4 ．衰变实质 二、衰变的快慢——半衰期 1 ．定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫作半衰期． 2 ．意义：表示放射性元素衰变的快慢． 3 ．常用公式：n＝N m＝M 三、放射性的应用 四、放射性污染和防护 【作业设计】校本分层作业 【教学反思】 福 第 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $