高中物理第19章《原子核》課件(新人教版 選修3-5)

1、高中物理新人教版選修３- 5系列課件,第十九章《原子核》,19.1《原子核的組成》,教學(xué)目標(biāo),1、知識與技能（1）了解天然放射現(xiàn)象及其規(guī)律；（2）知道三種射線的本質(zhì)，以及如何利用磁場區(qū)分它們；（3）知道原子核的組成，知道核子和同位素的概念。2、過程與方法 （1）通過觀察，思考，討論，初步學(xué)會探究的方法； （2）通過對知識的理解，培養(yǎng)自學(xué)和歸納能力。3、情感、態(tài)度與價值觀 （1）樹立正確的，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研

2、究態(tài)度； （2）樹立辨證唯物主義的科學(xué)觀和世界觀。教學(xué)重點(diǎn)：天然放射現(xiàn)象及其規(guī)律，原子核的組成。教學(xué)難點(diǎn)：知道三種射線的本質(zhì)，以及如何利用磁場區(qū)分它們教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備,1.放射性和放射性元素:1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的射線，這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光，物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性．具有發(fā)射性的元素稱為放射性元

3、素．2.天然放射性現(xiàn)象:元素這種自發(fā)的放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象．,,,一、天然放射現(xiàn)象,鋇鈾云母,翠砷銅鈾礦,斜水鉬鈾礦,鈾鈣石礦,,,放射性不是少數(shù)幾種元素才有的，研究發(fā)現(xiàn)，原子序數(shù)大于82的所有元素，都能自發(fā)的放出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性．,放大了1000倍的鈾礦石,,,,氦原子核,高速電子流,高能量電磁波,1/10光速,接近光速,光速,弱,較強(qiáng),很強(qiáng),很容易,較弱,更小,閱讀課文填寫表格：,三.

4、質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)1.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn),1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核，得到了質(zhì)子。經(jīng)過研究證明，質(zhì)子帶正電荷，其電量和一個電子的電量相同，它的質(zhì)量等于一個電子質(zhì)量的1836倍.進(jìn)一步研究表明，質(zhì)子的性質(zhì)和氫原子核的性質(zhì)完全相同，所以質(zhì)子就是氫原子核.,同樣的方法，從氟、鈉、鋁的原子核中打出了質(zhì)子。------質(zhì)子是原子核的組成部分。,原子核是否只是由質(zhì)子組成呢？,？,盧瑟福進(jìn)而猜想原子核內(nèi)存在不帶電的中子，這一猜想被他的學(xué)生查德威克用

5、實(shí)驗(yàn)證實(shí)，并得到公認(rèn)．,>,2.中子的發(fā)現(xiàn),1.盧瑟福的預(yù)言2.1932年英國物理學(xué)家查德威克又發(fā)現(xiàn)了中子3.,四.原子核的組成,1.原子核的組成:質(zhì)子和中子2.原子核中的三個整數(shù):(1)核子數(shù):質(zhì)子和中子質(zhì)量相差很小,統(tǒng)稱為核子.質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù).(2)電荷數(shù)(z):原子核所帶的電核總是質(zhì)子數(shù)的整數(shù)倍,用這個整數(shù)表示電荷量.(3)質(zhì)量數(shù)(A):原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量和,所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個

6、核子質(zhì)量的整數(shù)倍,這個整數(shù),叫質(zhì)量數(shù).3.原子核中的兩個等式:(1)核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=元素的原子序數(shù)=荷外電子數(shù)(2)質(zhì)量數(shù)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù),X表示元素符號,Z表示質(zhì)子數(shù),A表示質(zhì)量數(shù),4.同位素:如質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同，（質(zhì)量數(shù)當(dāng)然不同），則互為同位素。,氘和氚是氫的同位素，關(guān)于氫、氘、氚的原子，下列說法哪個正確？（1）具有相同的質(zhì)子數(shù)、相同的中子數(shù)、相同的電子數(shù)；（2）具有不同的質(zhì)子數(shù)、相同的中子數(shù)、相同的

7、電子數(shù)；（3）具有相同的質(zhì)子數(shù)、不同的中子數(shù)、相同的電子數(shù)；（4）具有相同的質(zhì)子數(shù)、相同的中子數(shù)、不同的電子數(shù)．,19.2《放射性元素的衰變》,教學(xué)目標(biāo),1、知識與技能（1）知道放射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是原子核的衰變；（2）知道兩種衰變的基本性質(zhì)，并掌握原子核的衰變規(guī)律；（3）理解半衰期的概念。2、過程與方法（1）能夠熟練運(yùn)用核衰變的規(guī)律寫出核的衰變方程式；（2）能夠利用半衰期來進(jìn)行簡單計(jì)算（課后自學(xué)）。,3、情感、態(tài)度與價值觀

8、：通過傳說的引入，對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神與唯物史觀的教育，不斷的設(shè)疑培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)孜孜不倦的追求，從而引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入一個美妙的微觀世界。教學(xué)重點(diǎn)：原子核的衰變規(guī)律及半衰期。教學(xué)難點(diǎn)：半衰期描述的對象。教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。,回顧：三種放射性射線的性質(zhì),三種射線 ?、?、?三種射線的性質(zhì)：,氦核,電子,一、原子核的衰變,2.衰變遵循的原則：,質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。,原子核放

9、出α粒子或β粒子，由于核電荷數(shù)變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。,1.原子核的衰變：我們把原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ儯╠ecay）．,（1）?衰變:原子核放出?粒子的衰變叫做?衰變．,3.原子核衰變的分類:,（1）?衰變:原子核放出?粒子的衰變叫做?衰變．,3.原子核衰變的分類:,（2）β衰變:原子核放出β粒子的衰變叫做β衰變．,思考與討論,原子核里沒有電子，β衰變中的電子來自哪里？,,（1

10、）?衰變:原子核放出?粒子的衰變叫做?衰變．,3.原子核衰變的分類:,（2）β衰變:原子核放出β粒子的衰變叫做β衰變．,（3）γ衰變:,伴隨?射線或?射線產(chǎn)生.,注意：,1、 放射性元素衰變不可能有單獨(dú)的γ衰變！2、衰變后元素的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，即：生成了新的原子核！,例： 經(jīng)過一系列?衰變和?衰變后，可以變成穩(wěn)定的元素鉛206 ，問這一過程?衰變和?衰變次數(shù)？,解：設(shè)經(jīng)過x次?衰變，y次?衰變,238＝206＋4x,

11、92 = 82 + 2x - y,,x＝8y＝6,釷232經(jīng)過6次?衰變和4次?衰變后變成一種穩(wěn)定的元素，這種元素是什么？它的質(zhì)量數(shù)是多少？它的原子序數(shù)是多少？,練習(xí)：,二、半衰期,1、半衰期 放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期。,放射性元素的剩余質(zhì)量與原有質(zhì)量的關(guān)系：,2、不同的放射性元素，半衰期不同,例如： 氡222衰變?yōu)獒?18的半衰期為3.8天 鐳226衰變?yōu)殡?22的半衰期

12、為1620年 鈾238衰變?yōu)殁Q234的半衰期長達(dá)4.5×109年,3、半衰期的計(jì)算,例：已知釷234的半衰期是24天，1g釷經(jīng)過120天后還剩多少？,計(jì)算表達(dá)式:,放射性元素的剩余質(zhì)量與原有質(zhì)量的關(guān)系：,練習(xí),1.鉍210的半衰期是5天，經(jīng)過多少天后，20g鉍還剩1.25g?,2. 10克鐳226變?yōu)殡?22的半衰期為1620年，有人說：經(jīng)過1620年有一半鐳發(fā)生衰變，還有鐳（226）5克，再經(jīng)過1620年另一半鐳也發(fā)生

13、了衰變，鐳226就沒有了，對嗎？為什么？,(1)“單個的微觀事件是不可預(yù)測的”，所以，放射性元素的半衰期，描述的是統(tǒng)計(jì)規(guī)律。(2)半衰期的長短由核內(nèi)部自身的因素決定，跟所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件都沒有關(guān)系。,4、注意：,五、應(yīng)用,1、人們利用地殼巖石中存在的微量的放射性元素的衰變規(guī)律，測定地球的年齡為46億年。地殼有一部漫長的演變歷史，一部不斷變化、不斷發(fā)展的歷史。2、碳14測年技術(shù)，14C是具有放射性的碳的同位素，能夠自發(fā)的進(jìn)行β

14、 衰變，變成氮。,,一、原子核的衰變,2.衰變原則：,質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。,1.原子核的衰變：我們把原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ儯╠ecay）．,（1）?衰變:原子核放出?粒子的衰變叫做?衰變．,（2）β衰變:原子核放出β粒子的衰變叫做β衰變．,（3）γ衰變:總是伴隨?射線或?射線產(chǎn)生.,二、半衰期,1、半衰期:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期。,2、不同的放射性元素，半衰

15、期不同,放射性元素衰變的快慢是核內(nèi)部自身因素決定。,課堂總結(jié),放射性元素半衰變是一個統(tǒng)計(jì)規(guī)律。,判斷古生物年代常用14C定年法。若干萬年以前，始祖鳥通過攝食，吸收了植物中含有14C的營養(yǎng)物質(zhì)，死亡后不再吸收。隨著年代的推移，其體內(nèi)14C的含量為現(xiàn)代鳥的 ，已知地表中14C的含量基本不變，14C的半衰期為T年，試判斷始祖鳥距今年代為： A B C D 2,高考題回顧：,

16、高考題回顧：,1．圖中P為放在勻強(qiáng)電場中的天然放射源，其放出的射線 在電 場的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確的是A．a(chǎn)為α射線、b為β射線B．a(chǎn)為β射線、b為γ射線C．b為γ射線、C為α射線D．b為α射線、C為γ射線,BC,2002年 上海,10．完成核反應(yīng)方程： Th→ Pa＋ 。 衰變?yōu)?的半衰期是1.2分鐘，則64克 經(jīng)過6分鐘還有

17、克尚未衰變。,,,2,高考題回顧：,例題分析,為測定某水庫的存水量，將一瓶放射性同位素溶液倒入水庫中，已知這杯溶液每分鐘衰變8× 107次，這種同位素半衰期為2天，該放射性同位素溶液在較短時間內(nèi)與水庫中水混合均勻. 10天后從水庫取出1m3的水，并測得每分鐘衰變10次，求水庫的存水量為多少？,2.5× 105m3,例題分析,例題：本題中用大寫字母代表原子核，E經(jīng)α衰變成為F，再經(jīng)β衰變成為G，再經(jīng)α衰變成為H。上述系

18、列衰變可記為下式：另一系列衰變?nèi)缦拢阂阎狿和F是同位素，則（ ）A.Q和G是同位素，R和H是同位素B.R和E是同位素，S和F是同位素C.R和G是同位素，S和H是同位素D.Q和E是同位素，R和F是同位素,B,例題分析,例題：在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運(yùn)動軌跡分別如圖中a、b所示，由圖可以知（ ）A.該核發(fā)生的α衰變B.該核發(fā)

19、生的β衰變C.磁場方向一定垂直紙面向里D.磁場方向向里還是向外不能判定,BD,,,a,b,19.3《探測射線的方法》,教學(xué)目標(biāo),1、知識與技能（1）知道放射線的粒子與其他物質(zhì)作用時產(chǎn)生的一些現(xiàn)象；（2）知道用肉眼不能直接看到的放射線可以用適當(dāng)?shù)膬x器探測到；（3）了解云室、氣泡室和計(jì)數(shù)器的簡單構(gòu)造和基本原理。2、過程與方法（1）能分析探測射線過程中的現(xiàn)象；（2）培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已知結(jié)論正確類比推理的能力。,3、情感、態(tài)度與價

20、值觀（1）培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)分析問題的品質(zhì)；（2）從知識是相互關(guān)聯(lián)、相互補(bǔ)充的思想中，培養(yǎng)學(xué)生建立事物是相互聯(lián)系的唯物主義觀點(diǎn)；（3）培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。教學(xué)重點(diǎn)：根據(jù)探測器探測到的現(xiàn)象分析、探知各種運(yùn)動粒子。教學(xué)難點(diǎn)（1）探測器的結(jié)構(gòu)與基本原理。（2）如何觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析粒子的帶電、動量、能量等特性，從而判斷是何種射線，區(qū)分射線的本質(zhì)是何種粒子。教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討

21、論、交流。教學(xué)用具：（1）掛圖，實(shí)驗(yàn)器材模型，課件等；（2）多媒體教學(xué)設(shè)備一套：可供實(shí)物投影、放像、課件播放等。,氦原子核,高速電子流,高能量電磁波,1/10光速,接近光速,光速,弱,較強(qiáng),很強(qiáng),很容易,較弱,更小,1、粒子使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過飽和汽會產(chǎn)生云霧，過熱液體會產(chǎn)生氣泡2、使照相底片感光3、使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光,射線中的粒子與其它物質(zhì)作用會產(chǎn)生的現(xiàn)象：,一、威爾遜云室：,構(gòu)造：一個圓筒狀容器，低部

22、可以上下移動，上蓋是透明的，內(nèi)有干凈空氣,實(shí)驗(yàn)時，加入少量酒精，使酒精蒸汽達(dá)到過飽和狀態(tài)。,利用射線的電離本領(lǐng),a射線在云室中的徑跡：直而粗原因：a粒子質(zhì)量大，不易改變方向，電離本領(lǐng)大，沿涂產(chǎn)生的粒子多,ß射線在云室中的徑跡：比較細(xì)，而且常常彎曲原因：粒子質(zhì)量小，跟氣體碰撞易改變方向，電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少,二、氣泡室-----高能物理實(shí)驗(yàn)的最風(fēng)行的探測設(shè)備,氣泡室是由一密閉容器組成，容器中盛有工作液體,液體在特定的

23、溫度和壓力下進(jìn)行絕熱膨脹，由于在一定的時間間隔內(nèi)（例如50ms）處于過熱狀態(tài)，液體不會馬上沸騰，這時如果有高速帶電粒子通過液體，在帶電粒子所經(jīng)軌跡上不斷與液體原子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生低能電子，因而形成離子對，這些離子在復(fù)合時會引起局部發(fā)熱，從而以這些離子為核心形成胚胎氣泡，經(jīng)過很短的時間后，胚胎氣泡逐漸長大，就沿粒子所經(jīng)路徑留下痕跡。如果這時對其進(jìn)行拍照，就可以把一連串的氣泡拍攝下來，從而得到記錄有高能帶電粒子軌跡的底片。,照相結(jié)束后，在液體

24、沸騰之前，立即壓縮工作液體，氣泡隨之消失，整個系統(tǒng)就很快回到初始狀態(tài)，準(zhǔn)備作下一次探測。,氣泡室中帶電粒子的徑跡,氣泡室的優(yōu)點(diǎn)：它的空間和時間分辨率高；工作循環(huán)周期短，本底干凈、徑跡清晰，可反復(fù)操作。但也有不足之處：那就是掃描和測量時間還嫌太長；體積有限，而且甚為昂貴，,三、蓋革-米勒計(jì)數(shù)器,一種能自動把放射微粒計(jì)數(shù)出來的儀器，利用了射線的電離本領(lǐng),19.4《放射性的應(yīng)用與防護(hù)》,教學(xué)目標(biāo),1、知識與技能（1）知道什么是核

25、反應(yīng)，會寫出人工轉(zhuǎn)變方程；（2）知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物質(zhì)的主要不同點(diǎn)；（3）了解放射性在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用；（4）知道放射性污染及其對人類和自然產(chǎn)生的嚴(yán)重危害，了解防范放射線的措施，建立防范意識。2、過程與方法：滲透和安全地開發(fā)利用自然資源的教育。3、情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學(xué)生收集信息、應(yīng)用已有知識、處理加工信息、探求新知識的能力。教學(xué)重點(diǎn)：人工轉(zhuǎn)變的兩個核反應(yīng)方程及反應(yīng)過程中遵循的規(guī)律。教學(xué)難點(diǎn)：人工轉(zhuǎn)

26、變的兩個核反應(yīng)方程及反應(yīng)過程中遵循的規(guī)律教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：（1）掛圖，實(shí)驗(yàn)器材模型，課件等；（2）多媒體教學(xué)設(shè)備一套：可供實(shí)物投影、放像、課件播放等。,雖然放射線看不見，但是我們可以根據(jù)一些現(xiàn)象來探知放射線的存在，這些現(xiàn)象主要是：,,,探測射線的方法,,1、使氣體電離,2、使照相底片感光,3、使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光,,,,,,,威耳孫云室,觀察威耳孫云室的結(jié)構(gòu)，研究射線在云室中的徑跡：,,,,射線徑跡,

27、徑跡的長短和粗細(xì)可以知道粒子的性質(zhì)；粒子軌跡的彎曲方向可以知道粒子帶電的正負(fù)．,射線徑跡,,氣泡室里裝的是液體，控制室內(nèi)的溫度和壓強(qiáng)，使室內(nèi)的溫度略低于液體的沸點(diǎn)，當(dāng)氣泡室的壓強(qiáng)突然降低時，液體的沸點(diǎn)降低因此液體過熱，在通過室內(nèi)射線粒子周圍就有氣泡形成．通過照片上記錄的情況，可以分析粒子的帶電、動量、能量等情況．,,,氣泡室,,德國物理學(xué)家蓋革在1928年與彌勒合作研制出的計(jì)數(shù)器用來檢測放射性是非常方便的，蓋革管的結(jié)構(gòu)如圖所示：,,,蓋

28、革－彌勒計(jì)數(shù)器,,,窗口,,陰極,,陽極,接放大器,粒子,蓋革－彌勒計(jì)數(shù)器,,,四、放射性的應(yīng)用與防護(hù),1934年，查德威克在用α粒子轟擊鈹，鋁，硼等元素，除了測到中子流外，還探測到了正電子。,有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素,注意：1、放射性同位素與放放射性元素一樣，都有一定的半衰期，衰變規(guī)律一樣。,2、放射性同位素衰變可生成另一種新元素。,3、可以用人工的方法得到放射性同位素。,4、放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有

29、相同的化學(xué)性質(zhì)。,,(二)、放射性同位素的應(yīng)用,放射性同位素在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、和科學(xué)研究等許多方面得到了廣泛的應(yīng)用．其應(yīng)用是沿著利用它的射線和作為示蹤原子兩個方向展開的．,,放射性的應(yīng)用,射線應(yīng)用,示蹤原子,,,,,探傷儀,培育新種,保存食物,消除有害靜電,消滅害蟲,治療惡性腫瘤,,,,,農(nóng)作物檢測,診斷器質(zhì)性和功能性疾病,生物大分子結(jié)構(gòu)及功能研究,,,,,,,,放射性的應(yīng)用,食品保鮮,棉花育種,放射性同位素造影術(shù),糧食保存,“放

30、療”治療,放射線測厚儀,,,放射性污染和防護(hù),,,過量的放射性會對環(huán)境造成污染，對人類和自然界產(chǎn)生破壞作用．,20世紀(jì)人們在毫無防備的情況下研究放射性,,遭原子彈炸后的廣島,,,,放射性污染和防護(hù),為了防止有害的放射線對人類和自然的破壞，人們采取了有效的防范措施：,檢測輻射裝置,,,,全身污染檢測儀,,輻射檢測系統(tǒng),輻射源的存放,鈾,,,放射性污染和防護(hù),核電站的核反應(yīng)堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外泄：,1：下列關(guān)于放射

31、線的說法中不正確的是( )A、放射線可以用來進(jìn)行工業(yè)探傷．B、放射線可以使細(xì)胞發(fā)生變異．C、放射同位素可以用來做示蹤原子．D、放射線對人體無害．,19.5《核力與結(jié)合能》,教學(xué)目標(biāo),1、知識與技能（1）知道核力的概念、特點(diǎn)及自然界存在的四種基本相互作用；（2）知道穩(wěn)定原子核中質(zhì)子與中子的比例隨著原子序數(shù)的增大而減?。唬?）理解結(jié)合能的概念，知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損；（4）知道愛因斯坦的質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系。

32、2、過程與方法（1）會根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能；（2）培養(yǎng)學(xué)生的理解能力、推理能力、及數(shù)學(xué)計(jì)算能力。,3、情感、態(tài)度與價值觀（1）使學(xué)生樹立起實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)理論對實(shí)踐有著指導(dǎo)和預(yù)見作用的能力；（2）認(rèn)識開發(fā)和利用核能對解決人類能源危機(jī)的重要意義。教學(xué)重點(diǎn)：質(zhì)量虧損及愛因斯坦的質(zhì)能方程的理解。教學(xué)難點(diǎn)：結(jié)合能的概念、愛因斯坦的質(zhì)能方程、質(zhì)量與能量的關(guān)系。教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討

33、論、交流。教學(xué)用具：多媒體教學(xué)設(shè)備一套：可供實(shí)物投影、放像、課件播放等。,原子核的組成,原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子．電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)=核子數(shù),,原子核的半徑約為10-15m , 只相當(dāng)原子半徑的萬分之一。在這么小的空間里帶正電的質(zhì)子與質(zhì)子間的庫侖斥力是很大，萬有引力太小，只有庫侖力的10-36。而通常原子核是穩(wěn)定的,于是核內(nèi)還應(yīng)有另一種力把各種核子緊緊拉在一起, 此力稱為核力。,,,,,,

34、,核力,mp,mp,,庫侖力,,庫侖力,,,萬有引力,,,萬有引力,核力,核子靠什么力結(jié)合成原子核？,核力：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力．,核力具有怎樣的特點(diǎn)呢？,一、核力：,,2. 核力是短程力。約在 10-15m量級時起作用，距離大于0.8×10-15m時為引力, 距離為10×10-15m時核力幾乎消失，距離小于0.8×10-15m時為斥力。,3. 核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數(shù)

35、核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。,4. 核力具有電荷無關(guān)性。對給定的相對運(yùn)動狀態(tài)，核力與核子電荷無關(guān)。,要真正了解核子間的相互作用還要考慮核子的組成物——夸克的相互作用。,1. 核力是四種相互作用中的強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)。,除核力外原子核內(nèi)還存在 弱相互作用（弱力）弱力是引起中子－質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因弱相互作用也是短程力，力程比強(qiáng)力更短，為10－18m，作用強(qiáng)度則比電磁力小。,二、原子核中質(zhì)子與中子的比例,二、

36、原子核中質(zhì)子與中子的比例,自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。,為什么會這樣呢？,核越來越大，有些核子間的距離越來越遠(yuǎn)。隨著距離的增加，核力與電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以，原子核大到一定程度時，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了。這時，如果不再成對地增加核子，而只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力

37、，有助于維系原子核的穩(wěn)定。由于這個原因，穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。,由于核力的作用范圍是有限的，如果繼續(xù)增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時即使再增加中子也無濟(jì)于事，這樣的核必然是不穩(wěn)定的。 在宇宙演化的進(jìn)程中，各種粒子有機(jī)會進(jìn)行各種組合，但那些不穩(wěn)定的組合很快就瓦解了，只有200多種穩(wěn)定的原子核長久地留了下來。現(xiàn)在觀察到的天然放射性元素，則正在瓦解之中。,某一數(shù)值時,某一數(shù)值時,相同,

38、,由于核子間存在著強(qiáng)大的核力，所以核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化．,可見，當(dāng)核子結(jié)合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣的能量．這個能量叫做原子核的結(jié)合能．,三、結(jié)合能,結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開而需要的能量。,比結(jié)合能：結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做為比結(jié)合能。也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。,三、結(jié)合能,四、質(zhì)

39、量虧損,1、例題：,中子的質(zhì)量 =1.6749×10－27Kg 質(zhì)子的質(zhì)量 = 1.6726×10－27Kg 中子和質(zhì)子的質(zhì)量和 = 3.3475×10－27Kg 氘核的質(zhì)量 = 3.3436×10－27Kg 質(zhì)量差 = 0.0039×10－27Kg,四、質(zhì)量虧損,2、質(zhì)量虧損：原子分解為核子時，質(zhì)量增加；核子結(jié)合成原子核時，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和

40、，叫做質(zhì)量虧損。,1、例題：,愛因斯坦質(zhì)能方程 E=mc2 式中c是真空中的光速，m是物體的質(zhì)量，E是物體的能量。,核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δm，正表明它們在互相結(jié)合過程中放出了能量ΔE=Δm·c2,3、有關(guān)問題的理解和注意事項(xiàng),第一.核反應(yīng)過程中: 核子結(jié)合成原子核時,新核質(zhì)量小于核子的

41、質(zhì)量(質(zhì)量虧損),同時以?光子形式釋放核能; 原子核分解為核子時,需要吸收一定能量,核子的總質(zhì)量大于原原子核的質(zhì)量.,第二.核反應(yīng)過程中,質(zhì)量虧損時,核子個數(shù)不虧損(即質(zhì)量數(shù)守恒),可理解為組成原子核后,核內(nèi)每個核子仿佛“瘦了”一些.,第三.質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失,而是減少的質(zhì)量?m以能量形式輻射(動質(zhì)量),因此質(zhì)量守恒定律不被破壞.,第四.公式ΔE=Δm·c2 的單位問題,國際單位: ?m用“kg”

42、 C用“m/s” ΔE用“J”,常用單位: ?m用“u(原子質(zhì)量單位)” 1u=1.660566×10-27kg ΔE用“uc2” 1uc2=931MeV (表示1u 的質(zhì)量變化相當(dāng)于931Me V的能量改變),P39問題與練習(xí) 3.,,當(dāng)然，2.19MeV的能量

43、的絕對數(shù)量并不算大，但這只是組成1個氘核所放出的能量．如果組成的是6.02×1023個氘核時，放出的能量就十分可觀了．與之相對照的是，使1摩的碳完全燃燒放出的能量為393.5×103J．折合為每個碳原子在完全燃燒時放出的能量只不過4eV．若跟上述核反應(yīng)中每個原子可能放出的能量相比，兩者相差數(shù)十萬倍．,第五.核反應(yīng)中釋放或吸收的能量比化學(xué)反應(yīng)中釋放或吸收的能量大好幾個數(shù)量級.,課堂練習(xí):,(1)試證明，1原子質(zhì)量單位u

44、相當(dāng)于931.50 MeV的能量．1u=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s，1eV=1.6022×10-19J． (2)碳原子的質(zhì)量是12.000 000 u，可以看做是由6個氫原子(質(zhì)量是1.007 825u)和6個中子組成的．求核子結(jié)合成碳原子核時釋放的能量．(在計(jì)算中可以用碳原子的質(zhì)量代替碳原子核的質(zhì)量，用氫原子的質(zhì)量代替質(zhì)子的質(zhì)量，因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量可以在相減過程中消去．)

45、,,19.6《重核的裂變》,教學(xué)目標(biāo),1、知識與技能（1）知道核裂變的概念，知道重核裂變中能釋放出巨大的能量；（2）知道什么是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；（3）會計(jì)算重核裂變過程中釋放出的能量；（4）知道什么是核反應(yīng)堆。了解常用裂變反應(yīng)堆的類型，了解核電站及核能發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)。2、過程與方法（1）通過對核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)關(guān)系的理解，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力及應(yīng)用教學(xué)圖像處理物理問題的能力；（2）通過讓學(xué)生自己閱讀課本，查閱資料，培養(yǎng)學(xué)生歸納

46、與概括知識的能力和提出問題的能力。,3、情感、態(tài)度與價值觀（1）激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)、探求真理的激情，樹立實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生基本的科學(xué)素養(yǎng)，通過核能的利用，思考科學(xué)與社會的關(guān)系；（2）通過教學(xué)，讓學(xué)生認(rèn)識到和平利用核能及開發(fā)新能源的重要性；（3）確立世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運(yùn)動變化的，而變化過程必然遵循能量守恒的觀點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及其釋放核能的計(jì)算；重核裂變的核反應(yīng)方程式的書寫。教學(xué)難點(diǎn)：通過核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)的關(guān)

47、系，推理得出由質(zhì)量數(shù)較大的原子核分裂成質(zhì)量數(shù)較小的原子核釋放能量這一結(jié)論。教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：多媒體教學(xué)設(shè)備一套：可供實(shí)物投影、放像、課件播放等。,,鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，有時裂變?yōu)殡╔e)和鍶(Sr),有時裂變?yōu)殇^（Ba）和氪（Kr）或者銻（Sb）和 鈮（Nb），同時放出2～3個中子。鈾核還可能分裂成三部分或四部分，不過這種情形比較少見。,,,鈾核裂變的許多可能的核反應(yīng)中的一個是：

48、92235u+01n→3890sr+54136xe+1001n,在這個反應(yīng)中釋放的能量可以計(jì)算如下：,裂變以前：U 235.0439un 1.0087u 236.0526u,裂變以后：Sr 89.9077uXe 135.9072u10n 10.0867u

49、 235.9016u,反應(yīng)過程中質(zhì)量減少了△m=0.1510u.,反應(yīng)中釋放的能量： △E= △mc2=141兆電子伏說明：如果1克鈾全部裂變，它放出的能量就相當(dāng)于2500噸優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時放出的化學(xué)能。,,鈾核裂變時，同時釋放出2～3個中子，如果這些中子再引起其他U235核裂變，就可使裂變反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去，這種反應(yīng)叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。,,,,,核反應(yīng)堆：,石墨作用：作減速劑&

50、#160;   鎘棒作用：控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度    水泥防護(hù)層作用：防止鈾核裂變產(chǎn)物發(fā)出各種射線對人體危害,19.7《核聚變》,教學(xué)目標(biāo),1、知識與技能（1）了解聚變反應(yīng)的特點(diǎn)及其條件；（2）了解可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究和發(fā)展；（3）知道輕核的聚變能夠釋放出很多的能量,如果能加以控制將為人類提供廣闊的能源前景。2、過程與方法：通過讓學(xué)生自己閱讀課本，培養(yǎng)他們歸納與概括知識的能力和提出

51、問題的能力3、情感、態(tài)度與價值觀（1）通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識導(dǎo)科學(xué)技術(shù)的重要性，更加熱愛科學(xué)、勇于獻(xiàn)身科學(xué)；（2）認(rèn)識核能的和平利用能為人類造福，但若用于戰(zhàn)爭目的將給人類帶來災(zāi)難，希望同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，為人類早日和平利用核聚變能而作出自己的努力。教學(xué)重點(diǎn):聚變核反應(yīng)的特點(diǎn)。聚變反應(yīng)的條件。教學(xué)方法:教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：多媒體教學(xué)設(shè)備一套：可供實(shí)物投影、放像、課件播放等。,復(fù)習(xí):,1、在原子核反應(yīng)產(chǎn)生的

52、核能怎樣計(jì)算？,E=mc2 ?E= ?mc2 1u=951.5MeV,2、怎樣理解核反應(yīng)中的質(zhì)量守恒與質(zhì)量虧損。,新課教學(xué),一、輕核聚變,某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)過程，同時放出大量的核能。,例：,1、輕核聚變的條件：,核子要距離十分近,,加熱高溫,,熱核反應(yīng),幾百萬度高溫,2、熱核反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)：,（1）熱核反應(yīng)釋放的能量比裂變大得多。,（2）反應(yīng)后的廢物較易處理。,（3）原料易得。,【分析】算出核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損

53、，利用愛因斯坦質(zhì)能方程即可求出反應(yīng)釋放的核能。,解答： （1）,（2）由題給條件可求得質(zhì)量虧損為：,Δm=2.0136×2－(3.0150+1.0087)=0.0035u,∴釋放的核能為,ΔE=Δmc2=931.5×0.0035=3.26MeV,,靜止在勻強(qiáng)磁場中的 原子核，俘獲一個速度為7.7×104 m/s 的中子而發(fā)生核反應(yīng)放出α粒子后變成一個新原子核，已知中子速度方向與磁場方向

54、垂直，測得α粒子速度為：2×104m/s，方向與中子速度方向相同，求：（1）生成的新核是什么？寫出核反應(yīng)方程式。（2）生成的新核的速度大小和方向。（3）若α粒子與新核間相互作用不計(jì)，則二者在磁場中運(yùn)動軌道半徑之比及周期之比各為多少？,解：,（1）寫出核反應(yīng)方程式,生成的新核是氚核,,例2、,,（2）由動量守恒定律 mn vn=mα vα +mH vH,vn= 7.7×104 m/s

55、 vα = 2×104m/s,∴V H =( mn vn- mα vα )/ mH,= ( 1×7.7×104 - 4 × 2×104 ) ／3,= - 1.0×103 m/s,方向與中子方向相反,（3）由 r=mv/qB∝ mv/q,rα : rH = mαvα/qα ： mHvH/qH =（4×2 ／ 2 ） : （3&

56、#215;0.1）= 40: 3,T=2πm/qB ∝m/q,Tα : TH=4/2 : 3/1=2: 3,,,0=mUvU-mαvα (1),由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑公式得,RU =mU vU/qUB,Rα =mα vα/qαB （2）,由(1) (2) 得 RU / Rα = qα /q

57、U=2/92=1/46,,例9.,,（2）核反應(yīng)中釋放的核能為,ΔE=Δmc2=(238.999655 - 234.99347 - 4.001509)×931.5 =4.356MeV,由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知,EkU+E kα=ΔE - 0.09 = 4.266MeV,∵pU=pα,∴由EK=1/2·mv2 =p 2/2m,EKU / EKα=mα /mU=4/235,∴ α粒子的動能為,EK α = (E

58、kU+E kα ) × mU ／ (mα +mU ) = 4.266 × 235／ 239 = 4.195(MeV),,,04年廣東5,,,中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為 現(xiàn)用光子能量為E的γ射線照射靜止氘核使之分解，反應(yīng)的方程為 若分解后中子、質(zhì)子的動能可視為相等，則中子的動能是 （

59、 ）,C,,1．下列說法中正確的是（ ） A．質(zhì)子與中子的質(zhì)量不等，但質(zhì)量數(shù)相等 B．兩個質(zhì)子間，不管距離如何，核力總是大于 庫侖力 C．同一種元素的原子核有相同的質(zhì)量數(shù)，但中 子數(shù)可以不同 D．除萬有引力外，兩個中子之間不存在其它相 互作用力,A,03年江蘇高考1,,19.8《粒子和宇宙》,教

60、學(xué)目標(biāo),1、知識與技能（1）了解構(gòu)成物質(zhì)的“基本粒子”及粒子物理的發(fā)展史；（2）初步了解宇宙的演化過程及宇宙與粒子的和諧統(tǒng)一。2、過程與方法（1）感知人類（科學(xué)家）探究宇宙奧秘的過程和方法；（2）能夠突破傳統(tǒng)思維重新認(rèn)識客觀物質(zhì)世界。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）讓學(xué)生真正感受到自然的和諧統(tǒng)一并深知創(chuàng)建和諧社會的必要性；（2）培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。,教學(xué)重點(diǎn)：了解構(gòu)成物質(zhì)的粒子和宇宙演化過程教學(xué)難點(diǎn)：各種微觀粒子模型的

61、理解教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：（1）Internet網(wǎng)絡(luò)素材、報刊雜志、影視媒體等；（2）多媒體教學(xué)設(shè)備一套：可供實(shí)物投影、放像、課件（基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境）播放等。,第十九章 原子核,第八節(jié) 粒子和宇宙,比比誰小,分子由______構(gòu)成，不同原子構(gòu)成_______分子，相同原子構(gòu)成_______分子。原子是由位于中心的_______和核外高速旋轉(zhuǎn)的______構(gòu)成的。（電子帶___電，原子核帶___電）

62、原子核是由_____和_____構(gòu)成的。（質(zhì)子帶___電，中子_______電）質(zhì)子和中子都是由_____組成的。,原子,化合物,單質(zhì),原子核,電子,負(fù),正,質(zhì)子,中子,不帶,夸克,正,,蓋爾曼（夸克）,,,道爾頓（原子）,湯姆遜（電子）,盧瑟福（質(zhì)子）,查德威克（中子）,蓋爾曼（夸克）,,,,發(fā)現(xiàn)各種微粒的科學(xué)家,一、“基本粒子”不基本,1995美國費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室證實(shí)了頂夸克(Top Quark)的存在,,二、發(fā)現(xiàn)新

63、的粒子,粒子的分類,1. 按自旋分類,2. 共振態(tài)粒子— 壽命極短（約10-23s）,4. 按相互作用分類(＋ —— 參與),正、反粒子物理量的絕對值都相同，但某些物理量 ( 如電荷、磁矩等 ) 的符號相反。,引力子 自旋應(yīng)為2、靜止質(zhì)量和電荷為零，以光速運(yùn)動。,光子 自旋為1，是玻色子,3. 正粒子、反粒子,輕子（共12種）,中微子系中性粒子，質(zhì)量為零，只參與弱相互作用。,說明,,強(qiáng)子分類,K 介子和各種超子稱為奇異粒子

64、。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象,協(xié)同產(chǎn)生: 一個超子總是和一個或幾個K介子同時產(chǎn)生。,奇異粒子協(xié)同產(chǎn)生的過程極快(約為10-23s), 表明是在強(qiáng) 相互作用下進(jìn)行的；而衰變過程很慢(壽命約為10-8 ～ 10-10s)， 表明是在弱相互作用下進(jìn)行的。,強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的夸克模型,強(qiáng)子結(jié)構(gòu)夸克模型 (1964年 ) ： 介子（夸克和反夸克組成） 重子（三個夸克組成）,粲夸克 c 底夸克 b 頂夸克 t,三、夸克模型,1

65、. 質(zhì)子 (uud),電荷,重子數(shù),奇異數(shù),自旋,同位旋,2. 奇異粒子 （uus）,電荷,重子數(shù),奇異數(shù),自旋,3.π+ 介子,重子數(shù),電荷,奇異數(shù),自旋,同位旋分量,四種基本相互作用,1. 四種基本相互作用的性質(zhì),相互作用是通過交換一定粒子實(shí)現(xiàn)的,引力子尚未被實(shí)驗(yàn)證實(shí),弱電統(tǒng)一理論:電磁相互作用和弱相互作用被看作是一種相互作用。,大統(tǒng)一理論試圖將強(qiáng)、電、弱三種相互作用統(tǒng)一起來。,1983年，魯比亞實(shí)驗(yàn)組在高能質(zhì)子

66、—反質(zhì)子對撞試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了W +、W -和 Z0 粒子。為60年代提出的弱電統(tǒng)一理論提供了實(shí)驗(yàn)上的支持。,歐洲核子中心高能質(zhì)子同步加速器上的UAI 探測器,四、宇宙的演化,宇宙——從何而來？,大爆炸理論 (The Big Bang Theory)宇宙從一個“奇點(diǎn)”爆炸產(chǎn)生,大爆炸是在無限的宇宙各處同時產(chǎn)生時間的零點(diǎn),,,早在1929年，埃德溫·哈勃作出了一個具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)，即不管你往哪個方向看，遠(yuǎn)處的星系正急速地遠(yuǎn)離我

67、們而去。換言之，宇宙正在不斷膨脹。這意味著，在早先星體相互之間更加靠近。事實(shí)上，似乎在大約100億至200億年之前的某一時刻，它們剛好在同一地方，所以哈勃的發(fā)現(xiàn)暗示存在一個叫做大爆炸的時刻，當(dāng)時宇宙無限緊密。 1950年前后，伽莫夫第一個建立了熱大爆炸的觀念。這個創(chuàng)生宇宙的大爆炸不是習(xí)見于地球上發(fā)生在一個確定的點(diǎn)，然后向四周的空氣傳播開去的那種爆炸，而是一種在各處同時發(fā)生，從一開時就充滿整個空間的那種爆炸，爆炸中每一個粒子都離開

68、其它每一個粒子飛奔。事實(shí)上應(yīng)該理解為空間的急劇膨脹。"整個空間"可以指的是整個無限的宇宙，或者指的是一個就象球面一樣能彎曲地回到原來位置的有限宇宙。 根據(jù)大爆炸宇宙論，甚早期的宇宙是一大片由微觀粒子構(gòu)成的均勻氣體，溫度極高，密度極大，且以很大的速率膨脹著。這些氣體在熱平衡下有均勻的溫度。這統(tǒng)一的溫度是當(dāng)時宇宙狀態(tài)的重要標(biāo)志，因而稱宇宙溫度。氣體的絕熱膨脹將使溫度降低，使得原子核、原子乃至恒星系統(tǒng)得以相繼出現(xiàn)。

69、,大爆炸宇宙論,從1948年伽莫夫建立熱大爆炸的觀念以來，通過幾十年的努力，宇宙學(xué)家們?yōu)槲覀児串嫵鲞@樣一部宇宙歷史：大爆炸開始時 150－200億年前，極小體積，極高密度，極高溫度。 大爆炸后10-43秒 宇宙從量子背景出現(xiàn)。 大爆炸后10-35秒 同一場分解為強(qiáng)力、電弱力和引力。 大爆炸后10-5秒 10萬億度，質(zhì)子和中子形成。 大爆炸后0.01秒 1000億度，光子、電子、中微子為主，質(zhì)子中子僅占10億分之一，熱平衡態(tài)，體

70、系急劇膨脹，溫度和密度不斷下降。 大爆炸后0.1秒后 300億度，中子質(zhì)子比從1.0下降到0.61。 大爆炸后1秒后 100億度，中微子向外逃逸，正負(fù)電子湮沒反應(yīng)出現(xiàn)，核力尚不足束縛中子和質(zhì)子。 大爆炸后13.8秒后 30億度，氘、氦類穩(wěn)定原子核（化學(xué)元素）形成。 大爆炸后35分鐘后 3億度，核過程停止，尚不能形成中性原子。 大爆炸后30萬年后 3000度，化學(xué)結(jié)合作用使中性原子形成，宇宙主要成分為氣態(tài)物質(zhì)，并逐步在自引力作用