4　放射性的应用与防护公开课教案

2019年西安市第七十中学大学区

“一师一优课、一课一名师”教学设计

授课年级：高二年级

教材版本：人教2003课标版选修3-5 课题名称：《放射性的应用与防护》

授课教师：马馨茹

工作单位：西安市第七十中学

【教学设计·高中物理】

《放射性的应用与防护》教学设计

西安市莲湖区 西安市第七十中学 高中物理组 马馨茹

一、课题： 人民教育出版社（人教2003课标版）高中物理选修3-5第十九章第四节《放射性的应用与防护》

二、教材分析：

《放射性的应用与防护》是人民教育出版社（人教2003课标版）高中物理选修3-5第十九章第四节的内容，本章主要围绕“原子核”物理展开，前三节先从原子核的组成讲起，之后涉及核反应——衰变，为本节衰变的另一种方式——人工核转变建立基础，本节承接前三节内容，又与第二节衰变共同构成完整的核反应内容，为后续内容核裂变、核聚变、核能和核力的展开做好了坚实的铺垫。本章内容的微观世界之中的原子物理观为学生进入高阶段深造学习提供了知识和思维的预备基础。

三、学情分析：

通过前面对“衰变”的学习，学生在原子核结构学习的基础之上已经了解了天然的核反应——衰变，在学习人工干预之下的核反应之时，学生就显得更易于接受，对于学习放射性元素的产生及相关应用便顺理成章了。本节对于学生而言便于理解与接受，对于学生后续深入学习提供了基础和方法。

四、教学目标：

（一）知识与技能：

1、知道什么是核反应，会写出人工转变方程；

2、知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不2

【教学设计·高中物理】

同；

3、了解放射性在生产和科学领域的应用；

4、知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。

（二）过程与方法：

渗透和安全地开发利用自然资源的教育。

（三）情感态度与价值观：

培养学生收集信息、应用已有知识、处理加工信息、探求新知识的能力。

五、课型：新授课

六、课时：第一课时

七、教学重点

人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律。

八、教学难点

人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律。

九、教具或学具：

挂图、实验器材模型，课件、实物投影等。

十、教学方法：

讲解《放射性的应用与防护》这节内容时，主要采用启发式法、讲授法和练习探究等方法，学生依靠教师的引导、图片展示、视频欣赏和理论解析结合师生互动、生生互动和人机互动逐步实现学生掌握知识、发展其能力的核心素养的要求。

十一、教学过程：

教学环节与时设计

教师主导

3

学生主体

意图

【教学设计·高中物理】

学生回答：1、原子核放出a粒子或ß粒子，由于核电荷数变了，而变成另一种原子核。

2、①衰变时电荷数和质量数都守恒；②衰变过程不可逆，所以用箭头，不用等号；③由实验决定，不凭空编造。

1、点评：开门见山引入本节课的课题，这能很快让学生知道本节课要做的事情，符合这一部分内容的教学。

2、通过复习巩固前面的知识，对这一部分内容的教学是有帮助的，有利于学生对人工转变的理解。

1、这部分主要为老师讲解，学生通过前面已学的知识来掌握新的知识，再通过例题进行巩固。

间分配

【情境】北京时间2011年3月11日，日本本州岛附近里氏9级强烈地震，与以往地震不同的是，强震引发了当地核电厂多个核反应堆相继爆炸，放射性物质已经泄漏……事件发生后，全球舆论

高度关注，并引发部分民众恐慌。核阴云笼罩下，普通民众应如何应对？核危一、情机突然降临谣言四起，各种传言究竟是否可信？除了核武器、核电站，生活中境导还有哪些放射性污染值得警惕？核辐射入（约会漂洋过海吗？ 【教师提问】前面已经学习了核反应的5分一种形式：衰变。

1、什么是原子核的衰变？

钟）

2、原子核的衰变有什么样的规律？

为了更好地回答课堂之初提及的核反应相关问题，我们需要了解另一种核反应的形式：人工转变以及人工转变产生的放射性问题，今天我们就走进《放射性的应用与防护》这一节。

【故事情境】卢瑟福在实验中发现，往

容器Ｃ中通入氮气后，在荧光屏Ｓ上出

现了闪光，这表明，有一种新的能量比α粒子大的粒子穿过铝箔，撞击在Ｓ屏

上，这种粒子肯定是在α粒子击中某个氮核而使该核发生变化时放出的。这样，

卢瑟福通过人工方法实现了原子核的转变，人类第一次打开了原子核的大门。

为了认定新粒子，把新粒子引进电场和

磁场，测出了它的质量和电量，确认与氢核相同：带有一个单位的正电量，质

量是电子质量的1800 多倍。卢瑟福把它叫做质子．质子的符号是 H 或 P

在云室里做卢瑟福实验，还可以根据径二、教迹了解整个人工转变的过程．英国物理学家布拉凯特在所拍摄的两万多张照片学内的40多万条α粒子径迹中，发现了８条产生分叉的记录。

容主【教师引导】分叉情况表明，α粒子击中氮核后，生成一个新核，同时放出质体

子。新核的电量较大速度较慢，径迹短而粗；质子速度大，电量小，故径迹细（约

4

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1、理解并记住核反应方程，通过方程理解核反应中遵循的规律。

2、这一节大部分为陈述性的知识，教学难度不大，学生很容易掌握，如果让学生自习并上网查相关资料，他们一样可以掌握的很好，同时还能扩展他们的知识面，更能激发学生学习的热情。

35分钟）

而长．根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可以写出这个发现质子的核反应方程并得知氮核放出质子后变成了氧核。

【教师引导】用α粒子、质子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变，并产生质子，说明质子是各种原子核里都有的成分，质子是人类继电子、光子后发现的第三个基本粒子。

一、核反应

1、定义：原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反应。在核反应中质量数守恒、电荷数守恒。

（注意）１核反应中质量数与电荷数守恒。２核反应是原子核的变化，化学反应是核外电子的变化。

2、人工转变核反应方程：

1479441N2He178O1H

41Be2He126C0n

【教师提问】写出下列原子核人工转变的核反应方程。

（1）1123Na俘获1个α粒子后放出1个质子

（2）1327Al俘获1个α粒子后放出1个中子

（3）816O俘获1个中子后放出1个质子

（4）1430Si俘获1个质子后放出1个中子

【教学情境】1934年，约里奥·居里和伊丽芙·居里发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷30。

41He27Al30P0n21315

反应生成物P是磷的一种同位素，自然界没有天然的磷30，它是通过核反应生成的人工放射性同位素。

二、人工放射性同位素

1、放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。放射性同位素有天然和人造两种，它们的化学性质相5

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2、特征：①放射强度容易控制；②可以制成各种需要的形状；③半衰期更短；④放射性废料容易处理。

3、从这部分开始主要为学生自习和上网查找资料，一方面要掌握书本的知识，另一方面要扩展自己的知识面，同时有问题的地方及时向老师提问。

4、学生要能说出如何利用放射性物质的射线的。对于书本的几种事例要能够讲清楚工作的原理。对学生上网查找的有关射线的应用也要能说出原理。

3、通过学生的自习与回答问题，培养学生搜索信息，加工信息的能力，同时培养学生的表达能力，规范应用物理术语的能力。

同。

【教师提问】与天然的放射性物质相比，人造放射性同位素，有哪些特征？

2、人工放射性同位素

Al He P

3、人工放射性同位素的优点：放射强度容易控制；形状容易控制；半衰期短，废料容易处理。

4、凡是用到射线时，都用人造放射性同位素

三、放射性同位素的应用：

1、利用射线：

【教师引导】

A由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪。

B利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制。

C利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电。

D利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等。

相关应用总结：

射线测厚装置、烟雾报警器、放射治疗、培育新品种、延长保质期等。

2、作为示踪原子

【教师引导】棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被吸收．但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究．如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就很容易解决．

相关应用总结：用于工业、农业及生物研究等，如棉花对磷肥的吸收、甲状腺疾病的诊断等。

【相关资料】人体甲状腺的工作需要6

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5、学生要说出如何将放射性物质作为示踪原子的原理。

6、学生通过看书与上网查找资料，了解放射性辐射的用处以及危害，知道只要控制好辐射量，我们就可以利用它的射线，知道身边的一些放射性物质，以及如何防护一些有害的放射性物质。

7会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。

4、这部分内容同样通过学生的自主性学习获得知识，同时也让学生知道核辐射并不可怕，只要控制好量并注意防护，培养学生学科学，讲科学的意识。

碘．碘被吸收后会聚集在甲状腺内．给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的器质性和功能性疾病。

四、辐射与安全

【教师引导】原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染，在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害。

【故事情境】1930年，德国科学家玻特和贝克用α粒子轰击轻元素铍核，发现并未发射出质子，而放出了一种新的射线．这种射线几乎不能使气体电离，在电场和磁场中也不发生偏转，是不带电的，射线的贯穿能力强，他们认为这是γ射线．经检测，射线的能量在10ＭeV左右，远大于天然放射物质衰变时发出的γ射线的能量．

1931年，约里奥夫妇重复了玻特和贝克的实验，并用这种未知射线去轰击石蜡。

结果竟从中打出能量约5.7 MeV的质子．这是异常惊人的新发现，因为其行为完全不同于γ射线，γ射线只能打出电子而打不出质子，γ光子的质量近乎０，电子也很轻，光子撞击电子，使它动起来是合乎常理的，但质子质量是电子的1800倍，一颗子弹怎么能撞动一辆汽车呢？如果认为轰击石蜡的射线是γ射线，那么光子的能量应达55 MeV，这与实际测得的射线能量10 MeV相去甚远．这射线在向约里奥夫妇招手呼喊：我不是γ射线……！可惜的是，他们擦肩而过，无缘相识。面对55eV与10eV的矛盾

，他们还是十分牵强地解释为其它的原因，并于1932年１月11日向巴黎科学院提交了实验情况和对未知射线判定为γ射线的结论。

1932年１月底，查得威克得到这一论文，约里奥夫妇的实验使他心跳，他认为约7

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8、学生整理：放射性的防护——①在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄；②用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并埋在深海里；③在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源。

里奥夫妇的结论肯定有误，违反能量守恒啊！他敏感到这很可能是导师卢瑟福预言、自己苦苦寻找了12年的中子。他决定用云室的方法探测射线的速度和质量。

他先测出射线的速度不到光速的十分之一，排除了是γ射线的可能，又用弹性碰撞动量守恒的方法测出不带电粒子的质量与质子质量差不多。他还根据自旋确定不带电的粒子不可能是由质子和电子组合而成，只能是另一种新的独立粒子，他称之为中子。就这样，仅用了十天时间，成功地证实了这种中性射线就是中子流。他当之无愧地成为“中子之父”，并因此获1935年诺贝尔物理奖。

“机遇只偏爱有准备的头脑”

中子的发现，有重大的意义，中子不带电，用它去轰击原子核，不受库仑力的影响，是研究原子核的强有力的“炮弹”。在此以前，可供研究用的“炮弹”只有天然放射元素发出的α、β、γ三种射线，中子流则是穿透本领更大，轰击原子核更有效的“炮弹”，人们用它轰击各种原子核，获得许许多多人工放射性同位素，用它轰开铀核，实现了原子能的利用。 三、总结及分组研讨作业（约5分钟）

【学生探究】为了使水果、蔬菜或其它的食物能存放的时间长一些，能在长时间保持新鲜，你有什么办法？

【课下研讨】了解切尔诺贝利核电站事件，对于全球未来发展我们人类应该如何更好的利用好核能源以及采取哪些和应对措施？

1、明确本节课主要内容，学生掌握重要方法。

2、本节课的内容相对比较简单，通过学生的自主学习学生要能够掌握核反应的概念以及核反应方程，两种放射性同位素的异同点以及人工放射性同位素的一些应用。

能从物理学的原理上进行解释，还要了解核辐射的应用和防护。

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十二、板书设计：

第四节 放射性的应用与防护

一、核反应

1、定义

2、失人工核反应方程

二、人工放射性同位素

1、定义

2、人工放射性同位素

3、人工放射性同位素的优点

三、放射性同位素的应用

1、利用射线

2、作为示踪原子

四、辐射与安全

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