2024-2025學(xué)年高中物理 第19章 原子核 2 放射性元素的衰變教案 新人教版選修3-5

2024-2025學(xué)年高中物理第19章原子核2放射性元素的衰變教案新人教版選修3-5學(xué)校授課教師課時(shí)授課班級(jí)授課地點(diǎn)教具課程基本信息1.課程名稱(chēng)：高中物理——放射性元素的衰變

2.教學(xué)年級(jí)和班級(jí)：高中物理選修3-5，高三年級(jí)

3.授課時(shí)間：2024年11月10日

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：1課時(shí)（45分鐘）核心素養(yǎng)目標(biāo)分析1.科學(xué)探究：通過(guò)放射性元素的衰變實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)操作技能，學(xué)會(huì)觀(guān)察、記錄和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法解決問(wèn)題的能力。

2.科學(xué)思維：引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用邏輯思維分析放射性元素衰變的過(guò)程，理解半衰期、衰變等概念，培養(yǎng)學(xué)生建立科學(xué)模型的能力。

3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度，認(rèn)識(shí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣和責(zé)任感。

4.科學(xué)知識(shí)與技能：使學(xué)生掌握放射性元素衰變的基本原理，了解衰變產(chǎn)物的性質(zhì)，提高學(xué)生對(duì)原子核物理知識(shí)的認(rèn)識(shí)。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)：

-放射性元素的衰變類(lèi)型：alpha衰變、beta衰變、電子俘獲和positron衰變。

-半衰期的概念及其對(duì)放射性物質(zhì)衰變的描述。

-放射性衰變方程的平衡和守恒原理。

-放射性檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。

2.教學(xué)難點(diǎn)：

-衰變過(guò)程中能量的釋放與質(zhì)量的變化：涉及量子力學(xué)層面的理解，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)較為抽象。

-半衰期物理意義的深刻理解：需要學(xué)生從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度理解半衰期對(duì)放射性物質(zhì)衰變速率的影響。

-衰變方程的建立與求解：要求學(xué)生掌握如何根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒來(lái)構(gòu)建衰變方程。

-放射性防護(hù)原理：理解輻射對(duì)生物體的影響以及如何有效進(jìn)行放射性物質(zhì)的防護(hù)。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有《新人教版選修3-5高中物理》第19章“原子核”的相關(guān)內(nèi)容。

2.輔助材料：收集有關(guān)放射性元素衰變的圖片、圖表、視頻等多媒體資源，如放射性元素衰變過(guò)程的動(dòng)畫(huà)、不同放射性同位素的半衰期數(shù)據(jù)等。

3.實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備放射性元素樣本（如放射性同位素的溶液或固體樣品）、Geiger-Müller計(jì)數(shù)器、放射性檢測(cè)儀器等實(shí)驗(yàn)器材，確保其完整性和安全性，以進(jìn)行實(shí)地操作和觀(guān)察。

4.教室布置：根據(jù)教學(xué)內(nèi)容需要，將教室布置為分組討論區(qū)和實(shí)驗(yàn)操作區(qū)，以便學(xué)生進(jìn)行小組討論和實(shí)驗(yàn)操作。教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1.導(dǎo)入新課（5分鐘）

目標(biāo)：引起學(xué)生對(duì)放射性元素衰變的興趣，激發(fā)其探索欲望。

過(guò)程：

開(kāi)場(chǎng)提問(wèn)：“你們知道什么是放射性元素嗎？它與我們的生活有什么關(guān)系？”

展示一些關(guān)于放射性元素的圖片或視頻片段，讓學(xué)生初步感受放射性元素的魅力或特點(diǎn)。

簡(jiǎn)短介紹放射性元素衰變的基本概念和重要性，為接下來(lái)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.放射性元素衰變基礎(chǔ)知識(shí)講解（10分鐘）

目標(biāo)：讓學(xué)生了解放射性元素衰變的基本概念、衰變類(lèi)型和半衰期。

過(guò)程：

講解放射性元素衰變的定義，包括其主要衰變類(lèi)型如alpha衰變、beta衰變等。

詳細(xì)介紹半衰期的概念及其對(duì)放射性物質(zhì)衰變的描述，使用圖表幫助學(xué)生理解。

通過(guò)實(shí)例或案例，讓學(xué)生更好地理解放射性元素衰變?cè)诂F(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的重要性。

3.放射性元素衰變案例分析（20分鐘）

目標(biāo)：通過(guò)具體案例，讓學(xué)生深入了解放射性元素衰變的特性和重要性。

過(guò)程：

選擇幾個(gè)典型的放射性元素衰變案例進(jìn)行分析。

詳細(xì)介紹每個(gè)案例的背景、特點(diǎn)和意義，讓學(xué)生全面了解放射性元素衰變的多樣性或復(fù)雜性。

引導(dǎo)學(xué)生思考這些案例對(duì)實(shí)際生活或?qū)W習(xí)的影響，以及如何應(yīng)用放射性元素衰變知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。

4.學(xué)生小組討論（10分鐘）

目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和解決問(wèn)題的能力。

過(guò)程：

將學(xué)生分成若干小組，每組選擇一個(gè)與放射性元素衰變相關(guān)的主題進(jìn)行深入討論。

小組內(nèi)討論該主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。

每組選出一名代表，準(zhǔn)備向全班展示討論成果。

5.課堂展示與點(diǎn)評(píng)（15分鐘）

目標(biāo)：鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，同時(shí)加深全班對(duì)放射性元素衰變的認(rèn)識(shí)和理解。

過(guò)程：

各組代表依次上臺(tái)展示討論成果，包括主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及解決方案。

其他學(xué)生和教師對(duì)展示內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)和點(diǎn)評(píng)，促進(jìn)互動(dòng)交流。

教師總結(jié)各組的亮點(diǎn)和不足，并提出進(jìn)一步的建議和改進(jìn)方向。

6.課堂小結(jié)（5分鐘）

目標(biāo)：回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)放射性元素衰變的重要性和意義。

過(guò)程：

簡(jiǎn)要回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括放射性元素衰變的基本概念、衰變類(lèi)型、案例分析等。

強(qiáng)調(diào)放射性元素衰變?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活或?qū)W習(xí)中的價(jià)值和作用，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步探索和應(yīng)用放射性元素衰變知識(shí)。

布置課后作業(yè)：讓學(xué)生撰寫(xiě)一篇關(guān)于放射性元素衰變的短文或報(bào)告，以鞏固學(xué)習(xí)效果。學(xué)生學(xué)習(xí)效果1.知識(shí)掌握：學(xué)生將能夠理解放射性元素衰變的基本概念，包括alpha衰變、beta衰變、電子俘獲和positron衰變等衰變類(lèi)型。他們還將掌握半衰期的物理意義和計(jì)算方法，以及放射性元素衰變?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。

2.科學(xué)思維：學(xué)生將能夠運(yùn)用邏輯思維分析放射性元素衰變的過(guò)程，理解衰變產(chǎn)物的性質(zhì)，并能夠建立簡(jiǎn)單的科學(xué)模型來(lái)描述放射性元素的衰變行為。

3.實(shí)驗(yàn)技能：通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生將能夠熟練使用Geiger-Müller計(jì)數(shù)器等放射性檢測(cè)儀器，觀(guān)察和記錄放射性元素的衰變數(shù)據(jù)，提高他們的實(shí)驗(yàn)操作能力和觀(guān)察分析能力。

4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中將能夠培養(yǎng)對(duì)科學(xué)的尊重和嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度，認(rèn)識(shí)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性，增強(qiáng)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣和責(zé)任感。

5.問(wèn)題解決：學(xué)生將能夠運(yùn)用所學(xué)的放射性元素衰變知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，如放射性物質(zhì)的檢測(cè)和防護(hù)等，提高他們運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

6.合作與交流：在小組討論和課堂展示環(huán)節(jié)，學(xué)生將能夠與他人合作，共同分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，提高他們的團(tuán)隊(duì)合作能力和表達(dá)能力。課后作業(yè)1.簡(jiǎn)答題：請(qǐng)解釋放射性元素衰變的基本概念，包括alpha衰變、beta衰變、電子俘獲和positron衰變。

答案：放射性元素衰變是指放射性元素的原子核通過(guò)發(fā)射粒子或電磁輻射而轉(zhuǎn)變成另一個(gè)元素的過(guò)程。alpha衰變是指原子核發(fā)射一個(gè)alpha粒子（即一個(gè)氦核）并轉(zhuǎn)變成一個(gè)質(zhì)量數(shù)減少4、電荷數(shù)減少2的新原子核；beta衰變是指原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)釋放一個(gè)電子（beta粒子）和一個(gè)反中微子；電子俘獲是指原子核吸收一個(gè)電子，轉(zhuǎn)變成一個(gè)中子，并釋放出一個(gè)中微子；positron衰變是指原子核發(fā)射一個(gè)正電子（即一個(gè)電子的反粒子）并轉(zhuǎn)變成一個(gè)質(zhì)量數(shù)減少1、電荷數(shù)減少1的新原子核。

2.計(jì)算題：一個(gè)放射性同位素經(jīng)過(guò)3個(gè)半衰期后，剩余質(zhì)量為原始質(zhì)量的1/8。請(qǐng)求該放射性同位素的半衰期。

答案：設(shè)原始質(zhì)量為M，半衰期為T(mén)，則經(jīng)過(guò)3個(gè)半衰期后剩余質(zhì)量為M*(1/2)^3=M/8。由此可得：M/8=M*(1/2)^3，解得T=3年。

3.應(yīng)用題：放射性檢測(cè)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。請(qǐng)舉例說(shuō)明放射性檢測(cè)技術(shù)在醫(yī)學(xué)診斷和治療中的具體應(yīng)用。

答案：放射性檢測(cè)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)成像，如PET（正電子發(fā)射斷層掃描）和SPECT（單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描）等。PET成像利用放射性同位素標(biāo)記的藥物，通過(guò)檢測(cè)放射性粒子在體內(nèi)的分布情況，可以獲得詳細(xì)的生物組織功能圖像，用于診斷腫瘤、心臟病等疾病。SPECT成像則利用放射性同位素標(biāo)記的藥物，通過(guò)檢測(cè)放射性粒子在體內(nèi)的分布情況，可以獲得詳細(xì)的生物組織結(jié)構(gòu)和功能圖像，用于診斷和評(píng)估心臟、甲狀腺等功能性疾病。

4.論述題：請(qǐng)討論放射性元素的衰變對(duì)環(huán)境的影響，并提出相應(yīng)的防護(hù)措施。

答案：放射性元素的衰變會(huì)產(chǎn)生輻射，過(guò)量的輻射對(duì)人體和環(huán)境有害。放射性元素的衰變對(duì)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在土壤污染、水體污染和空氣污染等方面。為了減少放射性元素衰變對(duì)環(huán)境的影響，可以采取以下防護(hù)措施：加強(qiáng)放射性物質(zhì)的監(jiān)管和管理，確保放射性物質(zhì)的安全存儲(chǔ)和運(yùn)輸；提高放射性廢物的處理和處置技術(shù)，減少放射性廢物對(duì)環(huán)境的影響；加強(qiáng)放射性元素的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理放射性污染事件；加強(qiáng)公眾對(duì)放射性元素衰變知識(shí)的普及和教育，提高公眾的放射性防護(hù)意識(shí)。

5.設(shè)計(jì)題：請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證放射性元素的衰變規(guī)律。

答案：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：

a.準(zhǔn)備放射性元素樣本，如放射性同位素的溶液或固體樣品。

b.使用Geiger-Müller計(jì)數(shù)器等放射性檢測(cè)儀器，測(cè)量放射性元素樣本的放射性強(qiáng)度。

c.將放射性元素樣本放置在密封容器中，記錄當(dāng)前的時(shí)間。

d.每隔一段時(shí)間，如1小時(shí)或幾小時(shí)，測(cè)量放射性元素樣本的放射性強(qiáng)度，并記錄時(shí)間。

e.重復(fù)步驟d，直到放射性強(qiáng)度降至初始值的1/2。

f.計(jì)算每次測(cè)量的時(shí)間間隔，并繪制放射性強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖。

g.分析曲線(xiàn)圖，驗(yàn)證放射性元素的衰變規(guī)律是否符合指數(shù)衰減模型。課堂通過(guò)提問(wèn)、觀(guān)察、測(cè)試等方式，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行解決。例如，在講解放射性元素衰變的概念時(shí)，可以提問(wèn)學(xué)生alpha衰變和beta衰變的具體區(qū)別，觀(guān)察學(xué)生的回答來(lái)判斷他們的理解程度。在講解半衰期的概念時(shí)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算題，讓學(xué)生計(jì)算一定質(zhì)量的放射性物質(zhì)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后的剩余質(zhì)量，通過(guò)學(xué)生的計(jì)算結(jié)果來(lái)判斷他們對(duì)半衰期概念的理解程度。

2.作業(yè)評(píng)價(jià)：

對(duì)學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行認(rèn)真批改和點(diǎn)評(píng)，及時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，鼓勵(lì)學(xué)生繼續(xù)努力。例如，在布置關(guān)于放射性元素衰變的課后作業(yè)時(shí)，可以要求學(xué)生解釋放射性元素的衰變類(lèi)型，并計(jì)算一定質(zhì)量的放射性物質(zhì)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后的剩余質(zhì)量。通過(guò)批改學(xué)生的作業(yè)，可以了解他們對(duì)放射性元素衰變知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，并及時(shí)反饋給他們，幫助他們糾正錯(cuò)誤，提高學(xué)習(xí)效果。

3.實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)：

對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和觀(guān)察記錄進(jìn)行評(píng)價(jià)，了解學(xué)生對(duì)放射性元素衰變實(shí)驗(yàn)的理解和掌握程度。例如，在放射性元素衰變實(shí)驗(yàn)中，可以觀(guān)察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作是否規(guī)范，是否能夠準(zhǔn)確地測(cè)量和記錄放射性強(qiáng)度，通過(guò)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)判斷他們對(duì)放射性元素衰變規(guī)律的理解程度。

4.小組討論評(píng)價(jià)：

對(duì)學(xué)生在小組討論中的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，了解他們是否能夠積極參與討論，并提出有見(jiàn)地的觀(guān)點(diǎn)。例如，在小組討論放射性元素衰變?cè)卺t(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)，可以觀(guān)察學(xué)生是否能夠積極參與討論，并提出具體的應(yīng)用實(shí)例，通過(guò)學(xué)生的討論成果來(lái)判斷他們對(duì)放射性元素衰變知識(shí)的應(yīng)用能力。

5.課堂展示評(píng)價(jià)：

對(duì)學(xué)生在課堂展示中的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，了解他們是否能夠清晰地表達(dá)自己的觀(guān)點(diǎn)，并回答其他學(xué)生的提問(wèn)。例如，在課堂展示放射性元素衰變實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，可以觀(guān)察學(xué)生是否能夠清晰地介紹實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，并回答其他學(xué)生的提問(wèn)，通過(guò)學(xué)生的展示效果來(lái)判斷他們對(duì)放射性元素衰變實(shí)驗(yàn)的理解程度。反思改進(jìn)措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.利用多媒體資源，如動(dòng)畫(huà)、視頻等，使抽象的放射性元素衰變知識(shí)更直觀(guān)、形象。

2.采用小組討論和課堂展示的方式，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)參與和思考，提高他們的合作能力和表達(dá)能力。

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)放射性元素的衰變過(guò)程，提高他們的實(shí)驗(yàn)操作能力和觀(guān)察分析能力。

（二）存在主要問(wèn)題

1.在講解放射性元素衰變的概念時(shí)，部分學(xué)生對(duì)衰變類(lèi)型的理解不夠清晰，需要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)和解釋。

2.在小組討論環(huán)節(jié)，部分學(xué)生參與度不高，需要采取更多的激勵(lì)措施，提高他們的積極性。

3.在實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作不夠熟練，需要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)前的指導(dǎo)和培訓(xùn)。

（三）改進(jìn)措施

1.在講解放射性元素衰變的概念時(shí)，通過(guò)具體的案例和實(shí)例，幫助學(xué)生更好地理解衰變類(lèi)型的區(qū)別和特點(diǎn)。

2.在小組討論環(huán)節(jié)，通過(guò)設(shè)定明確的小組任務(wù)和目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生的參與熱情，提高他們的討論效果。

3.在實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，提前安排實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師，對(duì)學(xué)生的操作進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和解答疑問(wèn)，提高他們的實(shí)驗(yàn)操作能力。

4.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作，確保實(shí)驗(yàn)設(shè)備的完好和操作的安全性，減少實(shí)驗(yàn)中的意外情況。

5.鼓勵(lì)學(xué)生在課后進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和探索，提供相關(guān)的學(xué)習(xí)資料和參考書(shū)籍，幫助他們更好地理解和掌握放射性元素衰變的知識(shí)。

6.在課堂展示環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽表達(dá)自己的觀(guān)點(diǎn)和想法，提供更多的展示機(jī)會(huì)，提高他們的表達(dá)能力和自信。板書(shū)設(shè)計(jì)1.放射性元素衰變的基本概念

-定義：原子核通過(guò)發(fā)射粒子或電磁輻射轉(zhuǎn)變成另一個(gè)元素的過(guò)程。

-衰變類(lèi)型：alpha衰變、beta衰變、電子俘獲、positron衰變

-半衰期：放射性物質(zhì)衰變到一半所需的時(shí)間

2.放射性衰變方程

-質(zhì)量數(shù)守恒：衰變前后質(zhì)量數(shù)不變

-電荷數(shù)守恒：衰變前后電荷數(shù)不變

-衰變方程：根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，建立衰變前后的原子核關(guān)系

3.放射性元素的衰變規(guī)律

-指數(shù)衰減：放射性強(qiáng)度隨時(shí)間呈指數(shù)關(guān)系降低

-半衰期：放射性物質(zhì)衰變到一半所需的時(shí)間

-衰變規(guī)律的應(yīng)用：放射性檢測(cè)技術(shù)、醫(yī)學(xué)成像等

4.放射性元素的衰變對(duì)環(huán)境的影響及防護(hù)措施

-影響：土壤污染、水體污染