（2021新人教版）高中物理选择性必修第三册第五章 原子核 （课件+教案）.zip

原子核的组成原子核的组成 【教学目标教学目标】 一、知识与技能 1了解天然放射现象及其规律。 2知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。 3知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念。 二、过程与方法 1通过观察，思考，讨论，初步学会探究的方法。 2通过对知识的理解，培养自学和归纳能力。 三、情感、态度与价值观 1树立正确的，严谨的科学研究态度。 2树立辨证唯物主义的科学观和世界观。 【教学重点教学重点】 天然放射现象及其规律，原子核的组成。 【教学难点教学难点】 知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。 【教学方法教学方法】 教师启发、引导，学生讨论、交流。 【课时安排课时安排】 1 课时 【教学过程教学过程】 一、引入新课 教师：本节课我们来学习新的一节：原子核。主要介绍了核物理的一些初步知识，核物 理研究的是原子核的组成及其变化规律，是微观世界的现象。让我们走进微观世界，一起探 索其中的奥秘！ 我们已经知道，原子由什么微粒组成啊？ 学生回答：原子由原子核与核外电子组成。 点评：由原来的知识引入新课，对新的一节有一个大致的了解。 教师：那原子核内部又是什么结构呢？原子核是否可以再分呢？它是由什么微粒组成？ 用什么方法来研究原子核呢？ 学生思考讨论。 点评：带着问题学习，激发学习热情 教师：人类认识原子核的复杂结构和它的变化规律，是从发现天然放射现象开始的。 1896 年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可 以穿透黑纸使照相底片感光。 居里和居里夫人在贝克勒尔的建议下，对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了 发射性更强的新元素。其中一种，为了纪念她的祖国波兰而命名为钋（Po） ，另一种命名为镭 （Ra） 。 二、进行新课 1天然放射现象 （1）物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。元素这种自发的放出射线的现 象叫做天然放射现象。具有放射性的元素称为放射性元素。 （2）放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于 82 的所有元素，都能 自发的放出射线，原子序数小于 83 的元素，有的也具有放射性。 2射线到底是什么 教师：那这些射线到底是什么呢？这就激发着人们去寻求答案：把 放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细 的一束。在射线经过的空间施加磁场，发现射线如图所示： 思考与讨论： 你观察到了什么现象？为什么会有这样的现象？ 如果射线，射线都是带电粒子流的话，根据图判断，他们分 别带什么电荷？ 如果不用磁场判断，还可以用什么方法判断三种射线的带电性质？ 学生分组讨论，回答问题以及实验方案。 射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。这个力是洛伦兹力，说明 其中的两束射线是带电粒子。 根据左手定则，可以判断射线是正电荷，射线是负电荷。 带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性 质，如图: 点评：给出实验现象，设置问题情境，引导学生自己得出结论，培养学生的观察，分析， 探究的能力。培养学生合作式学习的能力。 用多种方案解决一个问题有利于培养学生的扩散散性思维。 教师：我们已经研究了这三种射线的带电性质，那么这些射线还有哪些性质呢？请同学 们阅读课文后填写表格。 学生看书，进行总结。 点评：培养学生自学，总结的能力。 教师：（帮助小结） 实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学 状态无关。不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压 力，或者升高它的温度，它都具有放射性。 三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到 原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有其复杂的结构。 学生对照表格，理解书本知识。 点评：通过对照表格，可以让学生更好的掌握规律性质。 3原子核的组成 教师提问： 质子：由谁发现的？怎样发现的？ 中子：发现的原因是什么？是由谁发现的？ 学生看书，然后回答问题 卢瑟福用粒子轰击氮核，发现质子。 查德威克发现中子。发现原因：如果原子核中只有质子，那么原子核的质量与电荷量 之比应等于质子的质量与电荷量之比，但实际却是，绝大多数情况是前者的比值大些，卢瑟 福猜想核内还有另一种粒子。 教师：（帮助小结） 质子(proton)带正电荷，电荷量与一个电子所带电荷量相等， 27 1.6726231 10 p mkg 中子(nucleon)不带电， 27 1.6749286 10 n mkg 数据显示：质子和中子的质量十分接近，统称为核子，组成原子核。 点评：加强学生对书本知识的理解能力，以及语言概括能力。 教师：提问： 原子核的电荷数是不是电荷量？ 原子荷的质量数是不是质量？ 学生看书，然后回答问题： 不是，原子核所带的电荷量总是质子电荷的整数倍，那这个倍数就叫做原子核的电荷 数。 原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，那这个倍数叫做原子核的质量数。 点评：加强学生对书本知识的理解能力，以及语言概括能力。 小结： 原子核的电荷数=质子数=核外电子数=原子序数 原子核的质量数=核子数=质子数+中子数 符号表示原子核，X：元素符号；A：核的质量数；Z：核电荷数 A ZX 教师：给出思考与讨论题。 一种铀原子核的质量数是 235，问：它的核子数，质子数和中子数分别是多少？ 学生回答：核子数是 235，质子数是 92，中子数是 143 点评：学生回答调动他们学习的积极性。 4同位素(isotope) （1）定义：具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而 互称同位素。 （2）性质：原子核的质子数决定了核外电子数目，也决定了电子在核外的分布情况，进 而决定了这种元素的化学性质，因而同种元素的同位素具有相同的化学性质。 学生一边听，一边看书。 提问：列举一些元素的同位素？ 学生回答： 氢有三种同位素：氕（通常所说的氢） ，氘（也叫重氢） ，氚（也叫超重氢） ，符号分别是： 。 123 111 ,HHH 碳有两种同位素，符号分别是。 1214 66 ,CC 点评：举例说明同位素的性质，加深对这一概念的理解。 【例】下列说法正确的是（ ） A射线粒子和电子是两种不同的粒子 B红外线的波长比 X 射线的波长长 C粒子不同于氦原子核 D 射线的贯穿本领比粒子强 学生回答：BD 点评：本题考查了粒子的性质及电磁波波长的比较等基本知识。19 世纪末 20 世纪初， 人们发现 X， 射线，经研究知道，X， 射线均为电磁波，只是波长不同。可见光， 红外线也是电磁波，波长从短到长的电磁波波谱要牢记。另外，射线是电子流，粒子是 氦核。从， 三者的穿透本领而言： 射线最强，射线最弱，这些知识要牢记。 三、课堂小结 1天然放射现象及其规律。 2三种射线的性质。 3原子核的组成。 放射性元素的衰变放射性元素的衰变 【教学目标教学目标】 1知道放射现象的实质是原子核的衰变。 2知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律。 3理解半衰期的概念。 4了解放射性同位素及其应用。 5了解核辐射与防护方法。 【教学重点教学重点】 原子核的衰变规律及半衰期。 【教学难点教学难点】 半衰期描述的对象。 【教学过程教学过程】 一、新课导入一、新课导入 教师：同学们有没有听说过点石成金的传说，或者将一种物质变成另一种物质。 学生讨论非常活跃，孙悟空，八仙，神仙，魔术，街头骗局。 点评：通过这样新颖的课题引入，给学生创设情景，能充分调动学生的积极性， 挑起学生对未知知识的热情。 教师：刚才同学们讲的都很好，但都是假的。 孙悟空，八仙，神仙：人物不存在。 魔术，街头骗局：就是假的。 点评：对于学生来讲要使其相信科学技术反对迷信，同时也要提高警惕小心上当 受骗，提高学生自我保护意识。更加吊起了学生学习新知识的胃口，为新课教学的顺 利进行奠定了基础。 教师：那有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？ 学生愕然。 点评：进一步吊起了学生学习新知识的胃口。 教师：有（大声，肯定地回答） 学生惊讶，议论纷纷。 点评：再一次吊起了学生学习新知识的胃口。 通过这样四次吊胃口，新课的成功将是必然。 教师：这就是我们今天要学习的放射性元素的衰变。 点评：及时推出课题。 二、新课教学二、新课教学 （一）原子核的衰变 教师：原子核放出 或 粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了， 变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。 学生豁然开朗：科学、真实的将一种物质变成另一种物质，原来就是原子核的衰 变。 点评：及时给出问题的答案，学生并不会索然无味，相反会对原子核的衰变这一 新知识产生浓厚的兴趣。 教师：铀 238 核放出一个 粒子后，核的质量数减少 4，核电荷数减少 2，变成新 核钍 234 核。那这种放出 粒子的衰变叫做 衰变。 学生定有这样的想法：放出 粒子的衰变叫做 衰变。那放出 粒子的衰变叫做 衰变？ 点评：这里一下子会出现了“ 衰变” ， “衰变方程式”两个新名词，教师要耐心 的讲解，学生有插嘴的，如果正确要及时肯定并表扬。 教师：这个过程可以用衰变方程式来表示：+（一边说一边写，不 238 92 234 90 4 2 要解释，要请学生来分析其中的奥秘） 学生定有这样的想法：衰变方程式和化学反应方程式、离子反应方程式有何联系 与区别？ 点评：理论基础：建构主义认为学习过程是学生在一定条件下，对客观事物反映 的过程。是一个主动建构过程，作为认识对象的知识并不像实物一样可以由教师简单 地传递给学生，须由学生自己来建构，并纳入他自己原有的知识结构中，别人是无法 替代的。在此要充分利用学生原有的知识基础即：化学反应方程式、离子反应方程式， 来帮助学生自己来建构衰变方程式，并把它纳入自己原有的知识结构中去。 学生充分讨论：衰变方程式和化学反应方程式、离子反应方程式有何联系与区别， 并由学生自己表述。 点评：可以让学生自己归纳总结，有不到之处教师再帮助总结。 教师：衰变方程式遵守的规律： （1）质量数守恒 （2）核电荷数守恒 （进一步解释：守恒就是反应前后相等） 衰变规律：+ 4 2 4 2 学生进一步理解两个守恒： （1）质量数守恒 （2）核电荷数守恒 教师：钍 234 核也具有放射性，它能放出一个 粒子而变成 23491Pa（镤） ，那它 进行的是 衰变，请同学们写出钍 234 核的衰变方程式？ 学生探究、练习写出钍 234 核的衰变方程式。 点评：写钍 234 核的衰变方程式是要求学生可以查阅化学书后面的元素周期表， 但不可以看物理教材。在此培养学生查阅质料的能力。学生在此会碰到 粒子的表示， 教师要及时直接给出结论： 粒子用表示。 0 1 教师：钍 234 核的衰变方程式：+ 234 90 234 91 0 1 衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不会改变但核电荷数应加 1。 衰变规律：+ + 1 0 1 学生再一次理解两个守恒： （1）质量数守恒 （2）核电荷数守恒 点评： 衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题，但并不像 衰变 那样容易理解，因为核电荷数要增加，学生会问为什么会增加？哪来的电子？ 这里就顺理成章的来解释中子转化的过程。 教师：原子核内虽然没有电子，但核内的质子和中子是可以相互转化的。当核内 的中子转化为质子时同时要产生一个电子。 这个电子从核内释放出来，就形成了 衰变。 可以看出新核少了一个中子，却增加了一个质子，并放出一个电子。 学生更进一步理解两个守恒： （1）质量数守恒 （2）核电荷数守恒 教师： 射线是由于原子核在发生 衰变和 衰变时原子核受激发而产生的光 （能量）辐射，通常是伴随 射线和 射线而产生。 射线的本质是能量。 学生理解 射线的本质，不能单独发生。 （二）半衰期 教师：阅读教材半衰期部分放射性元素的衰变的快慢有什么规律？用什么物理量 描述？这种描述的对象是谁？ 学生带着问题看书。 点评：培养学生自学能力、阅读能力、提炼有用信息的能力。 教师提供教材上的氡的衰变图的投影： 学生交流阅读体会： （1）氡每隔 3.8 天质量就减少一半。 （2）用半衰期来表示。 （3）大量的氡核。 点评：第三个问题：描述的对象是谁？这个问题学生比较难理解，需要教师做引 导和类比。培养学生阅读图象的方法和能力。 教师：同学们的回答都很精彩（鼓励） 教师总结： （1）半衰期表示放射性元素的衰变的快慢。 （2）放射性元素的原子核，有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。 （3）半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律。 （4）公式：经过?个半衰期（?）其剩余的质量为：。 =(1 2) 0 学生进一步整理自己的阅读体会并形成自己的知识。 点评：教师做引导和类比可以从统计规律的角度出发。 例如：数学上的概率问题 （抛硬币）将 1 万枚硬币抛在地上，那正反两面的个数大概为 5000 对 5000，但 就某个硬币来看要么是正面，要么是反面。这个事实告诉我们统计规律的对象仅对大 量事实适用，对个别不适用。 教师：元素的半衰期反映的是原子核内部的性质，与原子所处的化学状态和外部 条件无关。 简单介绍： 镭 226氡 222 的半衰期为 1620 年 铀 238钍 234 的半衰期为 4.5 亿年 学生对原子所处的化学状态和外部条件进行理解。 点评：一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在，或者 加压，升温均不会改变。 （三）核反应 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?粒子大的粒子穿过铝箔，撞击在 S 屏上，这种粒子肯定是在?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的 40 多万条 粒子径迹中，发现了 8 条产生分叉 的记录。 分叉情况表明， 粒子击中氮核后，生成一个新核，同时放出质子。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新核放出质子后 变成了氧核。+。 14 7 + 4 2 17 8 1 1 用 粒子、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。 1核反应：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。 说明： （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。 （四）放射性同位素及其应用 1有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。 1934 年，约里奥居里夫妇发现经过?粒子轰击的铝片中含有放射性磷。 30 15 + 4 2 + 27 13 30 15 1 0 反应生成物是磷的一种同位素，自然界没有天然的，它是通过核反应生成 30 15 30 15 的人工放射性同位素。 不稳定，会进行如下的衰变：+。约里奥居里夫妇由此而荣获 1935 30 15 30 15 30 14 0 1 年诺贝尔化学奖。 说明： （1）这是人类第一次发现正电子。 （2）没有特殊说明，电子均指负电子。 2人工放射性同位素和天然放射性同位素相比的优点： （1）可制成各种所需形状。 （2）放射强度容易控制。 （3）半衰期短，废料易处理。 3放射性同位素的应用： A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。 B由于 射线贯穿本领强，可以用来 射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所 用的设备叫 射线探伤仪。 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。 E示踪原子：棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，利用磷的放射性同位 素制成肥料喷在棉花叶面上，被植物吸收，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，就可知道什么时候磷的吸收率最高、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。人体甲状腺的工作需要碘，碘被吸收后聚集在甲状腺内。 给人注射碘的放射性同位素碘 131，在颈部底部的甲状腺被放射性示踪剂碘 131 高亮 着色。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疾病。 （五）辐射与安全 1放射性的危害 人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线， 我们周围的岩石，其中也有放射性物质。我们的食物和日常用品中，有的也具有放射 性，例如，食盐和有些水晶眼镜片中含有钾 40，香烟中含有钋 210，这些也是放射性 同位素，不过它们辐射的强度都在安全剂量之内。 然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细 胞核的破坏，有时不会马上察觉。因此，在使用放射性同位素时， 必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质 对空气、水源、用具等的污染。存在射线危险的地方，常能看到如 图所示的标志。 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。 过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。 2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。 【练习巩固练习巩固】 1关于?、?、?三种射线，下列说法中正确的是（ ） A?射线是原子核自发射出的氦核，它的电离作用最弱 B?射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的贯穿能力 C?射线一般伴随着?或?射线产生，它的贯穿能力最强 D?射线是电磁波，它的电离作用最强 答案：C 2如图所示，P 为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下 分成 a、b、c 三束，以下判断正确的是（ ） Aa 为?射线，b 为?射线 Ba 为?射线，b 为?射线 Cb 为?射线，c 为?射线 Db 为?射线，c 为?射线 答案：BC 3由原子核的衰变规律可知（ ） A放射性元素一次衰变可同时产生?射线和?射线 B放射性元素发生?衰变时，新核的化学性质不变 C放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制 D放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加 1 答案：C 4一块氡 222 放在天平的左盘时，需在天平的右盘加 444g 砝码，天平才能处于 平衡，氡 222 发生?衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取 出的砝码为（ ） A222gB8g C2gD4g 答案：D 5关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有（ ） A放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电 的目的 B利用 射线的贯穿性可以为金属探伤 C用放射线照射作物种子能使其 DNA 发生变异，其结果一定是成为更优秀的品 种 D用 射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的 伤害 答案：BD 6下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子（ ） A?射线探伤仪 B利用含有放射性碘 131 的油，检测地下输油管的漏油情况 C利用钴 60 治疗肿瘤等疾病 D把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素 在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律 答案：BD 7关于放射性的应用，下列说法正确的是（ ） A利用?射线使空气电离，把静电荷导走 B利用?射线照射植物的种子，使产量显著增加 C利用?射线来治疗肺癌、食道癌等疾病 D利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子 答案：ACD 8用高能（氪）离子轰击（铅） ，释放出一个中子后，生成了一个新核， 86 36Kr 208 82Pb 关于新核的推断正确的是（ ） A其质子数为 118B其质量数为 293 C其原子序数为 118D其中子数为 90 答案：ABC 9在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带 电粒子和反冲核的运动轨迹如图所示。由图可以判定（ ） A该核发生的是?衰变 B该核发生的是?衰变 C磁场方向一定垂直于纸面向里 D不能判定磁场方向向里还是向外 答案：BD 核力与结合能核力与结合能 【教学目标教学目标】 一、知识与技能一、知识与技能 1知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用。 2知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小。 3理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损。 4知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。 二、过程与方法二、过程与方法 1会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能。 2培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。 三、情感、态度与价值观三、情感、态度与价值观 1使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的 能力。 2认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。 【教学重点教学重点】 质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。 【教学难点教学难点】 结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。 【教学过程教学过程】 一、复习提问、新课导入一、复习提问、新课导入 提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为 mp=1.6710-27kg，带电量为元电荷 e=1.610-19C，原子核的直径的数量级为 10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万 有引力两者相差多少倍？（两者相差 1036倍） 提问：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的 1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道 的力，把核子束缚在一起了呢？今天就来学习这方面的内容。 二、新课教学二、新课教学 （一）核力与四种基本相互作用 提示：20 世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电 磁力（库仑力是一种电磁力） 。在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。电磁力大 约要比万有引力强 1036倍。 基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力 是不可能的。核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即存在着 一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核，后来的实验证实了 科学家的猜测。 1核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力（强相互作用， 也叫强力） 。 提问：那么核力有怎样特点呢？ 2核力特点： （1）核力是强相互作用（强力）的一种表现。 （2）核力是短程力，作用范围在 1.510-15m 之内。 （3）核力存在于核子之间，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称 为核力的饱和性。 （4）核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。 3四种相互作用 （1）万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚” 。是引力使行星绕恒 星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。 （2）电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。 （3）强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。 （4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核 衰变的原因，即引起中子质子转 变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为 10-18m，作用强度则比电 磁力小。 （二）结合能 宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大， 引力势能转化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结 合而付出了代价失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能 量。 要将原子核拆散成单个核子，也一定需要的能量。 微观模型：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能 量，这就是原子核的结合能。 1结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能 量，这就是原子核的结合能。 提问：将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？若要把它们分开，需要 什么条件？ 将原子核拆分成单个核子需要吸收的能量，将单个核子结合成原子核所要放出的 能量。 提问：如何理解结合能？ 当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能 量。这个能量叫做原子核的结合能。 结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的 能量。 提问：结合能的大小与什么因素有关？ 组成原子核的核子数。 2组成原子核的核子数越多，结合能越大。 提问：结合能越大原子核是不是越难被拆散？即：结合能的大小能不能反映原子 核的稳定程度？如何才能反映原子核的稳定程度？ 引出比结合能。 3比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。 理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核 拆散成每个核子时，外界提供给每个核子的平均能量。 意义：它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定。 （三）质量亏损 提问：请计算一下方程左右的质量： 1 0 + 1 1 2 1 + 中子的质量=1.674910-27kg 质子的质量=1.672610-27kg 中子和质子的质量和=3.347510-27kg 氘核的质量=3.343610-27kg 计算得出质量差=0.003910-27kg 1质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和。 2爱因斯坦的质能方程：Emc2 质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。 核子在结合成原子核时出现的质量亏损 ?，正表明它们在互相结合过程中放出 了能量。 E=mc2 【练习巩固练习巩固】 1氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑 力和核力，则 3 种力从大到小的排列顺序是（ ） A核力、万有引力、库仑力 B万有引力、库仑力、核力 C库仑力、核力、万有引力 D核力、库仑力、万有引力 答案：D 2下列说法中正确的是（ ） A原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力 B对质子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳定的作用 C重核比中等质量的核更稳定 D两个质子之间不管距离如何，核力总大于库仑力 答案：B 3下列说法正确的是（ ） A自由核子结合成原子核时，一定遵循质量守恒 B在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量 C发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放能反应 D发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必须吸收能 量才能发生核反应 答案：C 4下列说法中，正确的是（ ） A爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化 B由 Emc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它 所蕴藏的能量的量度 C核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量 D因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统 的总能量和总质量并不守恒 答案：B 5关于质能方程，下列说法中正确的是（ ） A质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量 B物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值 C物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数 量关系 D某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的 答案：BD 6太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的 能量约为 41026J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近（ ） A1036kgB1018kg C1013kgD109kg 答案：D 核裂变与核聚变核裂变与核聚变 【教学目标教学目标】 一、知识与技能一、知识与技能 1知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。 2知道什么是链式反应。 3了解核聚变的特点及其条件。 4了解可控热核反应及其研究和发展。 二、过程与方法二、过程与方法 1通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用 教学图像处理物理问题的能力。 2通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出 问题的能力。 三、情感、态度与价值观三、情感、态度与价值观 1激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基 本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。 2通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。 3确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。 【教学重点教学重点】 1重核裂变的核反应方程式的书写。 2核聚变的特点和条件。 【教学难点教学难点】 核聚变的特点和条件。 【教学过程教学过程】 一、复习提问、新课导入一、复习提问、新课导入 教师：大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于 1945 年 8 月 6 日、 9 日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽 的城市变成一片废墟。大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也 相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。我想，现在大家一定想知道原子 弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上 述问题有初步的了解。 播放视频，展示原子弹爆炸的过程及原子弹爆炸后形成的惨景的片段。 学生：观看原子弹爆炸的过程，并形成裂变能放出巨大能量的初步认识。 点评：激发起学生主动探求知识的欲望，从而为下一步进行教学活动奠定一个良 好的基础。 二、新课教学二、新课教学 （一）核裂变的发现 1934 年，约里奥居里夫妇发现?粒子轰击铝片首次制造出人工放射性同位素。费 米得知后，想到用中子作为入射粒子比?粒子有效得多。 费米与其合作者使用中子按照周期表的顺序依次轰击各种元素，辐照了有 68 种元 素，其中 47 种产生新的放射性产物。 费米用中子轰击当时最重的元素 238U，得到一种半衰期为 13 分钟的一种放射性 产物。经过分析发现不属于从铅到铀之间的重元素。1934 年 5 月，费米以原子序数 高于 92 的元素可能生成为题，报道可能产生超铀元素（费米的解释是错误的，实际 上是核裂变现象） 。 “13 分钟的放射性与很多重元素等同的否定证据，提示了这样的可能性：元素的 原子序数也许大于 92。如果它是 93 号元素，它应在化学上与锰及铼类似。 ” 德国女化学家诺达克（F.Noddack）针对费米的发现在 1934 年 9 月发表论第 93 号元素 ，认为费米等人采用“排除其他可能性的方法”来证明第 93 号元素的存在是 “决非成功的” ，并设想一种“全新的核反应”图像： “可以想象，当重核被中子轰击时，该核可能分裂成几大块，这些裂片无疑将是 已知元素的同位素，而不是被辐照元素的近邻。 ” 然而，诺达克的论文没有得到重视。 费米认为：石蜡或水中的质子与中子的质量相近，放射源发射的中子与质子碰撞 后，速度大大减慢。中子速度低，被原子核俘获的机会增大，核反应概率增大，发射 性的生成大大增加。 慢中子作用的发现，大大增强了中子轰击的效果，对重核裂变的发现提供了重要 前提。 1核裂变 提问：核裂变的特点是什么？ 让学生阅读课本核裂变部分内容，分小组讨论。每一小组由一位同学陈述小组讨 论的结果。 学生回答：重核分裂成质量较小的核的反应，称为裂变。 教师总结：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。 提问：是不是所有的核裂变都能放出核能？ 让学生阅读有关核子平均质量有补充材料。分小组讨论。每一小组由一位同学陈 述小组讨论的结果。 学生回答：只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能。 点评：有利于培养学生合作式学习的能力。 知识总结：不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量 比反应前的质量大，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量。 只有重核裂变和轻核聚变能放出大量的能量。 点评：个人及小组的竞争，活跃课堂气氛，激活学生思维，增加学习的趣味性。 2铀核的裂变 铀核的裂变的一种典型反应。 提问：铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种核反应方程式是什么样的？ 让学生阅读课本核裂变部分内容，分小组讨论。 每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。 学生回答：。 235 92 + 1 0 144 56 + 89 36 + 3 1 0 裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量， 质量亏损：。 = 0.3578 10 27 释放出的能量为：。 = 2= 201 1kg 铀 235 全部裂变时放出的能量就相当于 2800t 标准煤完全燃烧时释放的化学能！ 3链式反应 提问：链式反应是怎样进行的？ 学生回答：这种由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程， 叫做核裂变的链式反应。 点评：学生用自己的语言叙述，基本正确即可。 （1）临界体积（临界质量）： 提问：什么是临界体积（临界质量）？ 学生回答：通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相 应的质量叫做临界质量。 裂变质量亏损：。 = 0.3578 10 27 知识总结：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做 核裂变的链式反应。裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积。铀核 裂变的产物不同，释放的能量也不同。 （2）发生链式反应的条件：铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界 体积。 4教师简单介绍原子弹： 原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短时间内能够释放大量核能，发 生猛烈爆炸。 试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座 30 米高的铁塔被熔化 为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑。在半径为 400 米的范围内，沙石被熔化成 了黄绿色的玻璃状物质，半径为 1600 米的范围内，所有的动物全部死亡。 “原子弹之父”奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗： “漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉。我是死神，我是 世界的毁灭者。 ” 美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤。在长崎投掷的原子弹爆炸后形成 的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达 12 英里多。广岛市区 80%的建 筑化为灰烬，64000 人丧生，72000 人受伤，伤亡总人数占全市总人口的 53%，长崎市 60%的建筑物被摧毁，伤亡 86000 人，占全市 37%。 展示中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图。 5核袭击的防护 （1）核爆炸瞬时效应防护 利用工事进行掩蔽。 在开阔地面上的人员，发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减轻伤害。 （2）放射性沾染防护 避开在沾染区或高照射量率的地区行动。 及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染。 人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短时间。 进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，减少放射性物质在人体内的存 留。 （二）反应堆与核电站 提问：核反应堆各组成部分在核反应中起什么作用？ 让学生阅读课本核电站部分内容，分小组讨论。每一小组由一位同学陈述小组讨 论的结果。 学生回答：铀棒由浓缩铀制成，作为核燃料。 学生回答：控制棒由镉做成，用来控制反应速度。 学生回答：减速剂由石墨、重水或普通水（有时叫轻水）做成，用来跟快中子碰 撞，使快中子能量减少，变成慢中子，以便让 U235 俘获。 学生回答：冷却剂由水或液态的金属钠等流体做成，在反应堆内外循环流动，把 反应堆内的热量传输出，确保反应堆的安全。 学生回答：水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各