原子核衰变及半衰期

3.2 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.