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放射性衰变:半衰期的甜蜜模拟

你需要的东西

材料

对于每一对学生,你需要:

  • 一杯含有约80颗小糖果,如普通的M&M's®或Skittles®
  • 纸巾
放射性衰变:半衰期的甜蜜模拟PiccoloNamek [GFDL或CC-BY-SA-3.0],维基共享

目的

为了证明不稳定原子核的衰变速率是可以测量的,一个特定的原子核衰变的确切时间是无法预测的,并且需要非常多的原子核才能找到衰变速率。


上下文

这是关于同位素、放射性衰变和原子核的三节课中的第二节课。第一课,同位素的硬币,引入了同位素的概念。最后一个教训,《结霜的雪人遭遇死亡:类似于碳年代测定法》是基于收集现在的证据并推断过去的。

为了学习这节课并理解半衰期和放射性衰变率,学生应该理解比率和分数的乘法,并对概率有一定的把握。带有操纵性或计算机模拟的游戏应该能够帮助他们理解恒定的衰减比例是如何与逐渐接近零的衰减度量相一致的。从测量数据到年龄进行逆向推理的数学方法不适合大多数学生。他们只需要知道这样的计算是可能的。(科学素养基准,79页。。)

在这节课中,学生将被要求模拟放射性衰变,将小糖果,如普通的M&M's®或Skittles®,从杯子里倒出来,并计算掉落的糖果和制造商的分数。他们将要进行的预测和连续数剩余的“标记面向上”糖果的数量的练习应该有助于他们了解不稳定核的衰变率可以测量;一个原子核衰变的确切时间是无法预测的;这需要大量的原子核才能计算出衰变速率。

这节课可以在两节45分钟的课上完成。它可能与《结霜的雪人的死亡:类似碳年代测定法》结合在一起,学生们可以在翻转糖果的时候完成。在您的计划中,请确保在课程结束时包括学生张贴他们的数据和分享班级数据的时间。


提前计划

在上课前,你要为每组学生称出大约80个糖果。如果你数10并称它们的重量,然后乘以8,你就知道每一组应该称出多少克糖了。


动机

为了帮助学生了解放射性的历史,让他们去放射性:历史人物阅读威廉·伦琴、安托万·贝克勒尔、玛丽和皮埃尔·居里以及欧内斯特·卢瑟福的贡献。

在学生阅读这些科学家的文章时,让他们思考以下问题:

  • 威廉·伦琴有什么重要的发现?
  • 安东尼·贝克勒尔在他自己对X射线的研究中使用了什么材料?
  • 贝克勒尔通过他的实验发现了什么?
  • 玛丽·居里和皮埃尔·居里发现了哪两种元素?
  • 为什么欧内斯特·卢瑟福被认为是核物理之父?列出卢瑟福的主要成就。

学生可以通过访问来补充这个网站同位素项目。让他们直接去核结构系统学主页。一到那一页,学生们就应该去看同位素发现史,这是一张已知同位素的数量与日期的图表,还有亚里士多德和柏拉图的图表(在这一页的底部),选址规划者聪明地称其为同位素的“第一张图表”。


发展

告诉学生:“今天,我们将模拟放射性衰变,以理解我们所说的半衰期。放射性衰变,也称为放射性,是来自不稳定原子核的辐射的自发放射。

问学生:

  • 用你自己的话来说,我们所说的核衰变是什么意思?
  • 你认为在放射性衰变过程中会释放出什么?

有学生去吗同位素项目寻找更多关于放射性衰变的信息。让学生看核科学术语汇编对于衰变。要求学生用自己的话解释这些术语。

告诉学生:“放射性衰变是一个随机过程,就像投掷硬币或其他物体,其两面都有不同的标记。”

问学生:

  • 抛一次得到正面的概率是多少?
  • 随机是什么意思?


在学生讨论完这些问题后,告诉他们:
“我们用每小时英里来衡量车速。这种测量速率的方法对放射性衰变不起作用。然而,我们知道放射性物质以已知的速度分解。我们称这个速率为同位素的半衰期。它是一种放射性元素的给定数目的一半的核衰变所需要的时间长度。让我们从一个小数字开始。假设我们有100个放射性同位素的原子核。在一个半衰期之后,一半的原子核会解体,剩下50个原子核。”

问学生:

  • 在第二个半衰期之后会剩下多少核?
  • 你预测在第三个半衰期之后还会剩下多少?


让学生在科学期刊上写下他们对这些问题的答案。在实验结束时,给他们机会重新审视这些问题,改变或证明他们的答案。

过程:
给每个学生一份叫做实验室程序的副本放射性衰变:半衰期的甜蜜模拟。你可以将它们按任何大小分组,但是结对练习是最理想的。在学生到达之前,为每组选出80个糖果放入杯子中,如上面的“提前计划”部分所述。学生应完成实验表的分析部分,这将作为他们评估的一部分。

建议学生先通读模拟,以便他们了解自己应该做什么。

学生完成活动后,与全班讨论分析问题的答案。同样,回到你在课程介绍中提出的问题,让学生修改他们的答案。如果他们没有更改答案,请他们解释原因。


评估

除了使用学生的分析问题的答案和图表进行评估外,还可以考虑让他们在科学期刊上回答以下问题或作为家庭作业:

锶的化学性质与钙相似。如果你住在发生过核事故的城市,你和你的家人可能会接触到锶-90,这是放射性沉降物中的主要健康危害,因为它很容易进入供水系统或牛奶,然后被人们摄入。写一下锶-90是如何在你的身体(牙齿和骨骼)中积累的,它会如何影响你。包括你关于28.8年的半衰期是如何重要的想法。建议政府机构,比如你们州的卫生部门,可以测试锶-90。在你的环境中,科学家可能在哪里寻找大浓度的锶?


扩展

国际原子能机构的新闻中心是国际原子能机构在互联网上提供的公共信息和新闻服务。你可以在这里找到IAEA所有在线服务的链接。访问这个网站可以获得更多关于锶-90和1986年切尔诺贝利核事故及其后果的信息。


元素周期表照片可以用来找到所有已知元素的所有同位素、它们的衰变模式和半衰期。


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课程详细信息

成绩 主题 类型 2061项目的基准 国家科学标准

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