核衰变与核反应方程

第二节核衰变与核反应方程

一、教学目标

1．在物理知识方面要求．

（1）了解天然放射现象，知道天然放射现象的实质是核的衰变．

（2）知道三种射线的特性，了解如何判断三种射线所带电性．

（3）知道α衰变和β衰变．

（4）了解半衰期的概念．

2．掌握α衰变和β衰变的规律，引导学生运用质量数守恒和电荷数守恒的规律

正确地写出核反应方程式．

3．使学生了解天然放射现象说明原子核还有进一步的结构，它打开了人们认识原子核内部世界的大门，揭开了原子核物理的新篇章．

二、重点、难点分析

1．重点是使学生了解天然放射现象和它的实质，知道天然放射现象中放射出三种射线的特性．

2．正确了解半衰期的概念是本节的难点．

三、教具

1．分析判断三种射线带电性的实验．

2．列表总结三种射性的特性．

投影幻灯、投影片．

四、主要教学过程

（一）引入新课

复习提问：

1．上章原子结构中，主要知识有哪些？

2．卢瑟福的原子核式结构模型的内容是什么？

从原子结构的学习我们已明确原子不是不可再分的，它是由原子核和电子组成的．

通过卢瑟福的α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型．

学习玻尔原子理论，我们知道了原子处于一系列可能的能量状态．

而原子核是否可以再分，其内部结构如何是本章要学习的问题．在20世纪头10年卢瑟福提出原子核式模型时，人们很快意识到19世纪末科学家们发现的天然放射现象已经为人们打开了认识原子核内部世界的大门．

（二）教学过程设计

一原子核的衰变

1．天然放射现象．

1895年发现X射线后，法国科学家贝克勒耳在研究X射线与可见光的联系时，将硫酸铀钾晶体与照相底片放在一起，他惊奇的发现：未经阳光照射的铀盐也能使底片感光．后来他又做了一系列有关实验，1896年贝克勒耳宣布，铀和含铀的矿物能发出某种看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光．

物质发射这种射线的性质，叫做放射性．具有放射性的元素，叫做放射性元素．

在贝克勒耳的建议下，居里夫妇对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，并发现了两种放射性更强的新元素，即钋（Po ）和镭（Ra ）．其中“钋”是居里夫人为了纪念她的祖国波兰而命名的．

许多元素都有放射性，原子序数大于83的所有天然存在的元素都具有放射性．这种能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象．

由于发现放射性现象和对放射现象的研究，1903年贝克勒耳和居里夫妇一起获得诺贝尔物理学奖．

2．三种射线．

放射线元素放出的射线到底是什么呢？科学家在铅块窄孔的底上，放有放射性样品，孔的对面放着照相底片，没有电场时，底片显影后，正对窄孔有一个暗斑．在底片与铅块间加一电场，显影后底片上出现三个暗斑，带有正电的射线偏转较小，称为α射线，带负电的射线偏转较大，称为β射线，不发生偏转的射线不带电，称为γ射线．

科学家进一步研究了三种射线的成分和性质，如图中表格所列（用投影幻灯打

很弱，一张薄铝箔或一张薄纸就能将它挡住，但有很强的电离作用，很容易使空气电离．β射线是高速电子流，速度可达0.9倍光速，贯穿本领很大，能穿透几毫米厚的铝板，但电离能力较弱．γ射线是波长极短的电磁波，贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板，但电离能力最小．三种射线都是从原子核中放射出来的，当放射性物质衰变时，有时放射α射线，有时放射β射线，同时伴有γ射线，因此在射线中同时有α、β、γ三种射线．放射线的发现揭示了原子核结构的复杂性，促使人们对它做进一步的研究．

二．核反应方程

衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变． 衰变过程遵守的原则：电荷数和质量数都守恒．原子核符号：X M

Z 代表一个原子

核符号，其中X 为元素符号，如铀是U ，氧为O ；下标Z 为电荷数，即核带的电量数，也是此元素的原子序数，如U 为92，氧为8；上标M 为质量数如U238为238，氧16为O16．即可用：

238

92U 和168O 来表示。有时也可以简写成

238U 和16O 或U238和O16来表示． α衰变：原子核放出α粒子的衰变叫做α衰变．

讨论提问：

写出U238α衰变的核反应方程式：

新生成的核可以通过查元素周期表得出．

归纳得到：α衰变后，新生成的核比原来的核质量数减少4，电荷数减少2，即新核在元素周期表中位置比原来核的位置向前移两位．其规律可以用通式表示：

其中X 表示原来的原子核，Y 为新生成的原子核．

β衰变：原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．

讨论提问：

写出Th234（钍）β衰变的核反应方程式：Pa e Th 234910

123490+→-

新生成的元素Pa 是镤．

归纳得到：β衰变后，新生成的核与原来的核质量数相同，电荷数增加1，即新核在元素周期表中位置比原来核的位置向后移了一位．其规律可以用通式表示：

γ射线：在原子核衰变过程中有过多的能量时，就会以光子的形式辐射出来，所以γ射线会伴随α、β射线同时产生，因此放射性物质发生衰变时，往往三种射线同时产生．

三．半衰期

放射性元素衰变有一定的速率．如氧222经α衰变变为钋218，每经过3.8天就有一半的氡发生衰变，即经过3.8天后剩下一半的氡，再经过3.8天，剩下的氡又有一半发生衰变，只剩下四分之一氡，再经3.8天剩下八分之一氡，再经3.8天剩下十六分之一氡，……．

半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．

半衰期反映放射性元素衰变的速率，每种放射性元素都有一定的半衰期，如镭226变为氡222的半衰期为1620年；铀238变为钍234的半衰期为4.5×109年．半衰期只与元素本身有关，与元素所处的物理、化学状态及周围环境、温度都无关． 思考讨论：

10克镭226变为氡222的半衰期为1620年，有人说：经过1620年有一半镭发生衰变，还有镭2265克，再经过1620年另一半镭也发生了衰变，镭226就没有了，对吗？为什么？

归纳得到：不对，经过第二个1620年镭还剩2.5克，要正确理解半衰期的意义．

（三）课堂小结