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2019-2020年高中物理 19.2 放射性元素的衰變教案 新人教版選修3-5 ★新課標(biāo)要求 （一）知識與技能 1、知道放射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是原子核的衰變 2、知道兩種衰變的基本性質(zhì)，并掌握原子核的衰變規(guī)律 3、理解半衰期的概念 （二）過程與方法 1、能夠熟練運(yùn)用核衰變的規(guī)律寫出核的衰變方程式 2、能夠利用半衰期來進(jìn)行簡單計(jì)算（課后自學(xué)） （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過傳說的引入，對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神與唯物史觀的教育，不斷的設(shè)疑培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)孜孜不倦的追求，從而引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入一個(gè)美妙的微觀世界。 ★教學(xué)重點(diǎn) 原子核的衰變規(guī)律及半衰期 ★教學(xué)難點(diǎn) 半衰期描述的對象 ★教學(xué)方法 教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。 ★教學(xué)用具： 投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備 ★課時(shí)安排 1 課時(shí) ★教學(xué)過程 （一）引入新課 教師：同學(xué)們有沒有聽說過點(diǎn)石成金的傳說，或者將一種物質(zhì)變成另一種物質(zhì)。 學(xué)生討論非?；钴S，孫悟空，八仙，神仙；魔術(shù)，街頭騙局。 點(diǎn)評：通過這樣新穎的課題引入，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)情景，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，挑起學(xué)生對未知知識的熱情。 教師：剛才同學(xué)們講的都很好，但都是假的。孫悟空，八仙，神仙：人物不存在。魔術(shù)，街頭騙局：就是假的。 學(xué)生頓時(shí)安靜，同時(shí)也心存疑惑：當(dāng)然是假的，難道還有真的不成？ 點(diǎn)評：對于學(xué)生來講要使其相信科學(xué)技術(shù)反對迷信，同時(shí)也要提高警惕小心上當(dāng)受騙，提高學(xué)生自我保護(hù)意識。更加吊起了學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的胃口，為新課教學(xué)的順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)。 教師：那有沒有真的（科學(xué)的）能將一種物質(zhì)變成另一種物質(zhì)呢？ 學(xué)生愕然。 點(diǎn)評：進(jìn)一步吊起了學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的胃口。 教師：有（大聲，肯定地回答） 學(xué)生驚訝，議論紛紛。 點(diǎn)評：再一次吊起了學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的胃口。 通過這樣四次吊胃口，新課的成功將是必然。 教師：這就是我們今天要學(xué)習(xí)的放射性元素的衰變。 點(diǎn)評：及時(shí)推出課題。 （二）進(jìn)行新課 1．原子核的衰變 教師：原子核放出α或β粒子，由于核電荷數(shù)變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。我們把這種變化稱為原子核的衰變。 學(xué)生豁然開朗：科學(xué)、真實(shí)的將一種物質(zhì)變成另一種物質(zhì)，原來就是原子核的衰變。 點(diǎn)評：及時(shí)給出問題的答案，學(xué)生并不會(huì)索然無味，相反會(huì)對原子核的衰變這一新知識產(chǎn)生濃厚的興趣。 教師：鈾238核放出一個(gè)α粒子后，核的質(zhì)量數(shù)減少4，核電荷數(shù)減少2，變成新核-----釷234核。那這種放出α粒子的衰變叫做α衰變。 學(xué)生定有這樣的想法：放出α粒子的衰變叫做α衰變。那放出β粒子的衰變叫做β衰變？ 點(diǎn)評：這里一下子會(huì)出現(xiàn)了“α衰變”，“衰變方程式”兩個(gè)新名詞，教師要耐心的講解，學(xué)生有插嘴的，如果正確要及時(shí)肯定并表揚(yáng)。 教師：這個(gè)過程可以用衰變方程式來表示：23892U→23490Th+42He（一邊說一邊寫，不要解釋，要請學(xué)生來分析其中的奧秘） 學(xué)生定有這樣的想法：衰變方程式和化學(xué)反應(yīng)方程式、離子反應(yīng)方程式有何聯(lián)系與區(qū)別？ 點(diǎn)評：理論基礎(chǔ)：建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)過程是學(xué)生在一定條件下，對客觀事物反映的過程。是一個(gè)主動(dòng)建構(gòu)過程，作為認(rèn)識對象的知識并不像實(shí)物一樣可以由教師簡單地傳遞給學(xué)生，須由學(xué)生自己來建構(gòu)，并納入他自己原有的知識結(jié)構(gòu)中，別人是無法替代的。在此要充分利用學(xué)生原有的知識基礎(chǔ)即：化學(xué)反應(yīng)方程式、離子反應(yīng)方程式，來幫助學(xué)生自己來建構(gòu)衰變方程式，并把它納入自己原有的知識結(jié)構(gòu)中去。 學(xué)生充分討論：衰變方程式和化學(xué)反應(yīng)方程式、離子反應(yīng)方程式有何聯(lián)系與區(qū)別，并由學(xué)生自己表述。 點(diǎn)評：可以讓學(xué)生自己歸納總結(jié)，有不到之處教師再幫助總結(jié)。 教師：衰變方程式遵守的規(guī)律： （1）質(zhì)量數(shù)守恒 （2）核電荷數(shù)守恒 （進(jìn)一步解釋：守恒就是反應(yīng)前后相等） α衰變規(guī)律：AZX→A-4Z-2Y+42He 學(xué)生進(jìn)一步理解兩個(gè)守恒： （1）質(zhì)量數(shù)守恒 （2）核電荷數(shù)守恒 教師：釷234核也具有放射性，它能放出一個(gè)β粒子而變成23491Pa（鏷），那它進(jìn)行的是β衰變，請同學(xué)們寫出釷234核的衰變方程式？ 學(xué)生探究、練習(xí)寫出釷234核的衰變方程式。 點(diǎn)評：寫釷234核的衰變方程式是要求學(xué)生可以查閱化學(xué)書后面的元素周期表，但不可以看物理教材。在此培養(yǎng)學(xué)生查閱質(zhì)料的能力。學(xué)生在此會(huì)碰到β粒子的表示，教師要及時(shí)直接給出結(jié)論：β粒子用0-1e表示。 教師：釷234核的衰變方程式： 23490Th→23491Pa+0-1e 衰變前后核電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)都守恒，新核的質(zhì)量數(shù)不會(huì)改變但核電荷數(shù)應(yīng)加1 β衰變規(guī)律：AZX→AZ+1Y+0-1e 學(xué)生再一次理解兩個(gè)守恒： （1）質(zhì)量數(shù)守恒 （2）核電荷數(shù)守恒 點(diǎn)評：β衰變?nèi)绻此プ兎匠淌降囊?guī)律來寫的話應(yīng)該沒有問題，但并不象α衰變那樣容易理解，因?yàn)楹穗姾蓴?shù)要增加，學(xué)生會(huì)問為什么會(huì)增加？哪來的電子？ 這里就順理成章的來解釋中子轉(zhuǎn)化的過程。 教師：原子核內(nèi)雖然沒有電子，但核內(nèi)的的質(zhì)子和中子是可以相互轉(zhuǎn)化的。當(dāng)核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)同時(shí)要產(chǎn)生一個(gè)電子 10n→11H＋0-1e 這個(gè)電子從核內(nèi)釋放出來，就形成了β衰變。 可以看出新核少了一個(gè)中子，卻增加了一個(gè)質(zhì)子，并放出一個(gè)電子。 學(xué)生更進(jìn)一步理解兩個(gè)守恒： （1）質(zhì)量數(shù)守恒 （2）核電荷數(shù)守恒 教師：γ射線是由于原子核在發(fā)生α衰變和β衰變時(shí)原子核受激發(fā)而產(chǎn)生的光（能量）輻射，通常是伴隨α射線和β射線而產(chǎn)生。γ射線的本質(zhì)是能量。 學(xué)生理解γ射線的本質(zhì)，不能單獨(dú)發(fā)生。 2．半衰期 教師：閱讀教材半衰期部分放射性元素的衰變的快慢有什么規(guī)律？用什么物理量描述？這種描述的對象是誰？ 學(xué)生帶著問題看書。 點(diǎn)評：培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、閱讀能力、提煉有用信息的能力。 教師提供教材上的氡的衰變圖的投影： m/m0＝(1/2)n 學(xué)生交流閱讀體會(huì)： （1）氡每隔3.8天質(zhì)量就減少一半。 （2）用半衰期來表示。 （3）大量的氡核。 點(diǎn)評：第三個(gè)問題：描述的對象是誰？這個(gè)問題學(xué)生比較難理解，需要教師做引導(dǎo)和類比。培養(yǎng)學(xué)生閱讀圖象的方法和能力。 教師：同學(xué)們的回答都很精彩（鼓勵(lì)） 教師總結(jié)： 半衰期表示放射性元素的衰變的快慢 放射性元素的原子核，有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間，叫做這種元素的半衰期 半衰期描述的對象是大量的原子核，不是個(gè)別原子核，這是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 學(xué)生進(jìn)一步整理自己的閱讀體會(huì)并形成自己的知識。 點(diǎn)評：教師做引導(dǎo)和類比可以從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的角度出發(fā)。 例如：數(shù)學(xué)上的概率問題 （拋硬幣）將1萬枚硬幣拋在地上，那正反兩面的個(gè)數(shù)大概為5000對5000，但就某個(gè)硬幣來看要么是正面，要么是反面。這個(gè)事實(shí)告訴我們統(tǒng)計(jì)規(guī)律的對象僅僅對大量事實(shí)適用，對個(gè)別不適用。 教師：元素的半衰期反映的是原子核內(nèi)部的性質(zhì)，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)。 簡單介紹： 鐳226→氡222的半衰期為1620年 鈾238→釷234的半衰期為4.5億年 學(xué)生對原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件進(jìn)行理解。 點(diǎn)評：一種元素的半衰期與這種元素是以單質(zhì)形式還是以化合物形式存在，或者加壓，增溫均不會(huì)改變。 教師給出課堂鞏固練習(xí)題 例1：配平下列衰變方程 23492U→23090Th+( 42He ) 23490U→23491Pa+( 0-1e ) 例2：釷232（23290Th）經(jīng)過________次α衰變和________次β衰變，最后成為鉛208（20882Pb） 學(xué)生獨(dú)立分析：因?yàn)棣了プ兏淖冊雍说馁|(zhì)量數(shù)而β衰變不能，所以應(yīng)先從判斷α衰變次數(shù)入手： α衰變次數(shù)==6. 每經(jīng)過1次α衰變，原子核失去2個(gè)基本電荷，那么，釷核經(jīng)過6次α衰變后剩余的電荷數(shù)與鉛核實(shí)際的電荷數(shù)之差，決定了β衰變次數(shù)： β衰變次數(shù)==4 點(diǎn)評：這些課堂練習(xí)都很基本完全可以由學(xué)生自己討論解決。 （三）課堂小結(jié) 教師引導(dǎo)學(xué)生自己進(jìn)行總結(jié)。 學(xué)生總結(jié)，討論。 本堂課研究了放射性元素的衰變，其實(shí)質(zhì)是原子核發(fā)生衰變。衰變有二種：α衰變、β衰變。γ輻射伴隨α衰變和β衰變而產(chǎn)生。 原子核衰變的快慢用半衰期表示，它是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時(shí)間，完全由原子核自身的性質(zhì)決定，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)。 （四）作業(yè)： 布置學(xué)生課后看科學(xué)漫步 探究：如何利用放射性元素的衰變來測定古物的年代。 點(diǎn)評：留給學(xué)生課后思考和學(xué)習(xí)的空間。 ★教學(xué)體會(huì) 本堂課探究原子核內(nèi)部的美妙世界，在教學(xué)過程中合理的設(shè)置疑問來吊學(xué)生的胃口是行之有效的方法。要充分運(yùn)用建構(gòu)主義的教育理論來指導(dǎo)本課的教學(xué)工作，在此基礎(chǔ)上把大部分時(shí)間留給學(xué)生去思考，去討論、去實(shí)踐、去練習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的主體意識和創(chuàng)新能力，它的優(yōu)勢主要在以下三個(gè)方面：①主體意識：學(xué)生在學(xué)習(xí)中能夠自啟入境、自學(xué)探究、自研交流、自評完善；②獨(dú)立意識：學(xué)生能夠根據(jù)自身的特點(diǎn)，選擇適合自己的方法，獨(dú)立的解決問題；③創(chuàng)新意識：學(xué)生在繼承傳統(tǒng)，掌握原有知識的基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)遷移，能運(yùn)用原來的知識體系去開拓新的領(lǐng)域，敢于提出新問題、新思想。