高中物理全册教案新人教版选修3_.pdf

161 实验：探究碰撞中的不变量 新课标要求（一）知识与技能 1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路 2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法 3、掌握实验数据处理的方法（二）过程与方法 1、学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。2、学习根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法。（三）情感、态度与价值观 1、通过对实验方案的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。2、通过对实验数据的记录与处理，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识。3、在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。4、在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引伸到各事物间的关联性，使自己溶入社会。教学重点 碰撞中的不变量的探究 教学难点 速度的测量方法、实验数据的处理 教学方法 教师启发、引导，学生自主实验，讨论、交流学习成果。教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备；完成该实验实验室提供的实验器材，如气垫导轨、滑块、打点计时器等 课时安排 1 课时 教学过程 （一）引入新课 课件（投影片）演示：（1）台球由于两球碰撞而改变运动状态（不同号的台球运动状态不同）。（2）微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态，甚至使得一种粒子转化为其他粒子 师：碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化例：两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接。师：两个物体的质量比例不同时，它们的速度变化也不一样 师：物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变（守恒）（二）进行新课 1实验探究的基本思路 11 一维碰撞 师：我们只研究最简单的情况两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动 这种碰撞叫做一维碰撞 课件：碰撞演示 如图所示，A、B是悬挂起来的钢球，把小球A拉起使其悬线与竖直线夹一角度a，放开后A球运动到最低点与B球发生碰撞，碰后B球摆幅为角如两球的质量mA=mB，碰后A球静止，B球摆角=，这说明A、B两球碰后交换了速度；如果mAmB，碰后A、B两球一起向右摆动；如果mA0。于是，由上式可知，v2应为正值。这表示质量为(m 一 m1)的那部分沿着与坐标轴相同的方向飞去。这个结论容易理解。炸裂的一部分沿着相反的方向飞去，另一部 分不会也沿着相反的方向飞去，假如这样，炸裂后的总动量将与炸裂前的总动量方向相反，动量就不守恒了。【学生讨论，自己完成。老师重点引导学生分析题意，分析物理情景，规范答题过程，详细过程见教材，解答略】【巩固题】如图所示，在光滑水平面上有A、B两辆小车，水平面的左侧有一竖直墙，在小车B上坐着一个小孩，小孩与B车的总质量是A车质量的 10 倍。两车开始都处于静止状态，小孩把A车以相对于地面的速度v推出，A车与墙壁碰后仍以原速率返回，小孩接到A车后，又把它以相对于地面的速度v推出。每次推出，A车相对于地面的速度都是v，方向向左。则小孩把A车推出几次后，A车返回时小孩不能再接到A车？分析：此题过程比较复杂，情景难以接受，所以在讲解之前，教师应多带领学生分析物理过程，创设情景，降低理解难度。解：取水平向右为正方向，小孩第一次 推出A车时 mBv1mAv=0 即：v1=vmmBA 第n次推出A车时：mAv mBvn1=mAvmBvn 则：vnvn1vmmBA2，所以 vnv1（n1）vmmBA2 当vnv时，再也接不到小车，由以上各式得n5.5 取n6 点评：关于n的取值也是应引导学生仔细分析的问题，告诫学生不能盲目地对结果进行“四舍五入”，一定要注意结论的物理意义。【例 2（投影）】如图所示，质量mB=1kg 的平板小车 B 在光滑水平面上以v1=1ms 的速度向左匀速运动当t=0 时，质量mA=2kg 的小铁块 A 以v2=2 ms 的速度水平向右滑上小车，A 与小车间的动摩擦因数为=0.2。若 A 最终没有滑出小车，取水平向右为正方向，g10ms2，求：A 在小车上停止运动时，小车的速度大小（试用动量守恒定律与牛顿运动定律两种方法解题）。解析：方法一：用动量守恒定律 A 在小车上停止运动时，A、B 以共同速度运动，设其速度为v，取水平向右为正方向，由动量守恒定律得：mAv2-mBv1=(mA+mB)v 解得，v=lms 2 分 方法二:用牛顿运动定律 设小车做匀变速运动的加速度为a1，运动时间为t 小铁块做匀变速运动的加速度为a2，运动时间为t 由牛顿运动定律得：BAmgma1 ga2 所以 v1+a1t=v2-a2t 解得：t0.5s 则得：v=v1-a1t=-1+4x0.5=1ms （小车的速度时间图象如图所示）点评：通过本节的学习，运用动量守恒定律比运用牛顿运动定律和运动学公式解题快些，关键是认真分析题意，找出条件，列方程解题。（三）课堂小结 教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。（四）作业：“问题与练习”47 题 第十六章 动量守恒定律 新课标要求 1内容标准（1）探究物体弹性碰撞的一些特点。知道弹性碰撞和非弹性碰撞。（2）通过实验，理解动量和动量守恒定律。能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。知道动量守恒定律的普遍意义。例 1 火箭的发射利用了反冲现象。例 2 收集资料，了解中子是怎样发现的。讨论动量守恒定律在其中的作用。（3）通过物理学中的守恒定律，体会自然界的和谐与统一。2活动建议 制作“水火箭”。新课程学习 164 碰 撞 新课标要求（一）知识与技能 1认识弹性碰撞与非弹性碰撞，认识对心碰撞与非对心碰撞 2了解微粒的散射（二）过程与方法 通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否，体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。（三）情感、态度与价值观 感受不同碰撞的区别，培养学生勇于探索的精神。教学重点 用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题 教学难点 对各种碰撞问题的理解 教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备 课时安排 1 课时 教学过程（一）引入新课 碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程，因而碰撞具有如下特点：1碰撞过程中动量守恒 提问：守恒的原因是什么？（因相互作用时间短暂，因此一般满足 F内F外的条件）2 碰撞过程中，物体没有宏观的位移，但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变 3碰撞过程中，系统的总动能只能不变或减少，不可能增加 提问：碰撞中，总动能减少最多的情况是什么？（在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多）熟练掌握碰撞的特点，并解决实际的物理问题，是学习动量守恒定律的基本要求（二）进行新课 一、弹性碰撞和非弹性碰撞 1弹性碰撞 在弹性力作用下，碰撞过程只产生机械能的转移，系统内无机械能的损失的碰撞，称为弹性碰撞。举例：通常情况下的钢球、玻璃球等坚硬物体之间的碰撞及分子、原子等之间的碰撞皆可视为弹性碰撞。分析：物体 m1以速度 v1与原来静止的物体 m2碰撞，若碰撞后他们的速度分别为 v1、v2。试根据动量守恒定律和能量守恒定律推导出 v1、v2的表达式。注意：弹性碰撞后的物体不发生永久性的形变，不裂成碎片，不粘在一起，不发生热传递及其他变化。【例 1】质量 m1=10g 的小球在光得的水平面上以 v1=30cms 的速度向右运动，恰遇上质量 m2=50 g 的小球以 v2=10cms 的速度向左运动。碰撞后，小球 m2恰好静止。那么碰撞后小球 m1的速度多大?方向如何?解析 设 v1的方向为正方向(向右)，则各球的速度为 v1=30cms，v2=10cms，v2=0，据 m1v1+m2v2m1v1+m2v2 解得 v1=20cms，负号表示碰撞后 m1的运动方向 与 v1的方向相反，即向左。答案 20cms 方向向左 点评 本题中的速度方向虽在同一直线上，但有的向右，有的向左，运用动量守恒定律求解时，一定要规定正方向。2非弹性碰撞 (1)非弹性碰撞：受非弹性力作用，使部分机械能转化为内能的碰撞称为非弹性碰撞。(2)完全非弹性碰撞：是非弹性磁撞的特例，这种碰撞的特点是碰后粘在起(或碰后具有共同的速度)，其动能损失最大。（试试如何推导？）注意：碰撞后发生永久性形变、粘在一起、摩擦生热等的碰撞往往为非弹性碰撞。【例 2】如图所示，P 物体与一个连着弹簧的 Q 物体正碰，碰撞后 P 物体静止，Q 物体以 P 物体碰撞前速度 v 离开，已知 P 与 Q 质量相等，弹簧质量忽略不计，那么当弹簧被压缩至最短时，下列的结论中正确的应是 ()AP 的速度恰好为零 BP 与 Q 具有相同速度 CQ 刚开始运动 DQ 的速度等于 v 解析 P 物体接触弹簧后，在弹簧弹力的作用下，P 做减速 运动，Q 物体做加速运动，P、Q 间的距离减小，当 P、Q 两物体 速度相等时，弹簧被压缩到最短，所以 B 正确，A、C 错误。由 于作用过程中动量守恒，设速度相等时速度为 v，则 mv=(m+m)v，所以弹簧被压缩至最短时，P、Q 的速度 v=v2，故 D 错误。答案 B 点评 用弹簧连着的物体间相互作用时，可类似于弹性碰撞，此类题目常见的有相互作用的物体中出现恰好“最近”“最远”等临界问题，求解的关键点是速度相等【例 3】展示投影片，内容如下：如图所示，质量为M的重锤自h高度由静止开始下落，砸到质量为m的木楔上没有弹起，二者一起向下运动设地层给它们的平均阻力为F，则木楔可进入的深度L是多少？组织学生认真读题，并给三分钟时间思考（1）提问学生解题方法，可能出现的错误是：认为过程中只有地层阻力 F 做负功使机械能损失，因而解之为 Mg（)，相应的效应叫做光电效应。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？明天，我们就继续学习“科学的转折：光的粒子性”（三）课堂小结 教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。（四）作业：“问题与练习”1、2、3 题 教学体会 思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。第十七章 波粒二象性 新课标要求 1内容标准 （1）了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。（2）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。（3）了解康普顿效应。（4）根据实验说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。（5）知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。例 1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。2活动建议 阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。新课程学习 172 科学的转折：光的粒子性 新课标要求（一）知识与技能 1通过实验了解光电效应的实验规律。2知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。3了解康普顿效应，了解光子的动量（二）过程与方法 经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。（三）情感、态度与价值观 领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。教学重点 光电效应的实验规律 教学难点 爱因斯坦光电效应方程以及意义 教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备 课时安排 2 课时 教学过程（一）引入新课 提问：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？（多媒体投影，见课件。）学生回顾、思考，并回答。教师倾听、点评。光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19 世纪60 年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以 为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。（二）进行新课 1光电效应 教师：实验演示。（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电 器张角增大到约为 30 度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。学生：认真观察实验。教师提问：上述实验说明了什么？学生：表明锌板在射线照射下失去电子而带正电。概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子。2光电效应的实验规律（1）光电效应实验 如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出-光电子。光电子在电场作用下形成光电流。概念：遏止电压 将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。当 K、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 Uc 时，光电流恰为 0。Uc称遏止电压。根据动能定理，有（2）光电效应实验规律 光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。截止频率c-极限频率 对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率c。当入射光频率c 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率 c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间10-9s。3光电效应解释中的疑难 经典理论无法解释光电效应的实验结果。经典理论认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子 逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。4爱因斯坦的光量子假设（1）内容光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为 的光是由大量能量为 E=。则有 Ptx45=nhc 解得 n=175x1021(个)。答案 175x1021个 第十七章 波粒二象性 新课标要求 1内容标准 （1）了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。（2）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。（3）了解康普顿效应。（4）根据实验说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。（5）知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。例 1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。2活动建议 阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。新课程学习 17.4 概 率 波 新课标要求 （一）知识与技能 1了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题 2了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题 3了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动性，又有粒子性 4了解光是一种概率波（二）过程与方法 1领悟什么是概率波 2了解物理学中物理模型的特点初步掌握科学抽象这种研究方法 3通过数形结合的学习，认识数学工具在物理科学中的作用（三）情感、态度与价值观 理解人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的 教学重点 人类对光的本性的认识的发展过程 教学难点 对量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解 教学方法“创设情景，提出问题观察思考，自主探索讨论交流，总结归纳”为教学结构，采用“交流互动”教学用具：课件：PP 演示文稿（科学家介绍，本节知识结构）。多媒体教学设备。课时安排 1 课时 教学过程（一）引入新课 课件播放：康普顿散射实验 讲述：康普顿效应是射线或 X 射线打在物质上，与物质中原子的核外电子发生相互作用，作用后产生散射光子和反冲电子的效应。学生：观看课件，同时思考讨论该实验反映了光的什么性，思考光是粒子还是波？结论：康普顿效应进一步证实了光的粒子性。是验证光的波粒二象性的重要物理实验之一。点评：创设新奇的教学情景引入新课，激发学生的认知和学习兴趣，培养他们对新的科学知识的了解和探究精神。课件播放：光的衍射 讲述：光在传播中遇到障碍物会“绕行”结论：光具有波动性 学生回忆：发生明显衍射现象的条件，分析讨论在平常不容易观察到明显衍射现象的原因，以及采用怎样的措施能够较为方便的观察到明显衍射现象？点评：适时的反思小结为不仅有利于知识的联系和巩固，更有利于学生良好学习习惯的形成。教师：在经典的物理学中，波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现。那么对于光和电子、质子等粒子，这两种互不相容的属性又能“集于一身”呢？（二）进行新课 1、光的波粒二象性 17 世纪的微粒说和波动说是两种对立的学说，都受到传统观念的影响，因为传统观念认为在宏观现象中波动性和粒子性是对立的。微观世界的某些属性与宏观世界不同，光子说没有否定波动性和光的电磁说，光子的能量与频率有关，频率是波的特征。学生跟随老师的讲述对于原来所学的相关知识进行自主的回顾和归纳整理。点评：对于已经学习过的知识可以穿插在平常的教学过程中时常进行温习反思和类比迁移，多次反复一定可以帮助学生更好的掌握和利用知识。问题：在微观世界中，如何把波的图象与粒子的图象统一起来呢？学生思考、讨论后给出一些答复，就各种答案加以分析提炼总结。点评：给学生一定的自主学习的时间和空间效果比被动的接受知识要好，能够更加有效的培养他们的学习主动性和能动性。2、光波是概率波（1）光强 讲述：光的强度指单位时间内到达单位面积的光的能量，也就是明条纹处到达的光子多，暗条纹处到达的光子数少 （2）概率波 课件：伽尔顿板实验 实验一：用很弱的光做双缝干涉，暴光时间短，可看到胶片上出现一些无规则分布的点子。实验二：暴光时间足够长，有大量光子通过狭缝，底片上出现了规则的干涉条纹。学生认真观察课件，不放过课件演示过程中的每一个细节，同时对观察的认识意见做一些个别的讨论和交流。点评：科学研究一定要有足够的细心，课堂上的一些演示实验和课件展示的观察分析同样如此，往往一些关键的现象是稍纵即逝，学生在这方面习惯的养成对他们今后的学习生活和研究工作会有莫大的帮助。讲述：实验一说明：光表现出粒子性，也看到光子的运动与宏观现象中质点的运动不同，没有一定的轨道。单个光子通过双缝后的落点无法预测。实验二说明：光的波动性是大量光子表现出来的现象，在干涉条纹中，那些光波强的地方是光子到达机会多的地方或是到达几率大的地方，光波弱的地方是光子到达机会少的地方。光的波动性可看做是大量光子运动的规律。观察实验思考：是否可以认为光子之间的相互作用使它表现出波动性？学生持有不同的观点，有的认为是光子之间的相互作用使它表现出波动性，有的则认为不是光子之间的相互作用使它表现出波动性，各执己见，各抒己见。点评：学生在学习过程中有疑问是好事，能够就相关的问题展开分析讨论更是他们有浓厚求知欲的体现，应予以鼓励和肯定。讲述：实验说明：如果狭缝只能让一个光子通过，得到的照片和上面相同，把一个缝挡住，光屏上不再出现干涉条纹，说明光的波动性不是光子之间相互作用引起的，是光子本身的一种属性。3、光的波动性与粒子性是不同条件下的表现：讲述：大量光子行为显示波动性；个别光子行为显示粒子性；光的波长越长，波动性越强；光的波长越短，粒子性越强 学生在进一步的实验现象和理论知识的指引下，形成统一的观点：光的波动性不是光子之间相互作用引起的，是光子本身的一种属性。点评：存疑求解，人类社会的不断发展和科学技术的日益进步都是在这样的情景 下取得。例题：已知每秒从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为 1.4103J，其中可见光部分约占 45%，假设认为可见光的波长均为 0.55m，太阳向各个方向的辐射是均匀的，日地之间距离为 R=1.51011m，估算出太阳每秒辐射出的可见光的光子数。（保留两位有效数字）学生通过运算得出相应的正确结果。点评：理论联系实际，适量的实际操作可以进一步巩固和掌握所学理论知识。（三）课堂小结 教师活动：光既具有波动性，又具有粒子性。既不可把光看成宏观观念中的波，也不可把光看成宏观观念中的粒子。学生在老师进行小结的同时可以同步把自己对于本节课的内容小结进行参照对比，查漏补缺。点评：课堂小结有利于学生对当堂课的内容形成完善的知识框架，强化理解和把握一些知识重点和难点。（四）作业：完成讲义相应练习 教学体会 本节课主要了解概率波的概念。尽管比较抽象，但是我们老师把这堂课上的有声有色，收到较好的效果。本节课主要有以下几个特点：1、充分利用多种教学素材（课件，图片等），创设生动的教学情景，使学生很快进入一种愿学、乐学的学习状态 2、贯彻课程标准“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念，选择典型例子，密切联系学生已经有的直接经验，变抽象为生动，有效的减低学习的难度。3、采用环环相扣，层层深入的教学模式，把问题在情景中提出，给学生思考的空间和时间，使学生自主的对问题深入了解，全面认识，从而体会出基本的物理思考方法。5 不确定性关系 教学目标 一、知识目标 1.知道测不准关系上微观粒子运动规律.2.了解位置和动量的测不准关系xp）跃迁到另一种定态（设能量为Em）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 nmEEh（=1，2，3能 量：121EnEn n=1，2，3式中r1、E1、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，rn、En 分别代表第n条可能轨道的半径和电子在第n条轨道上运动时的能量，n是正整数，叫量子数。3氢原子的能级图 从玻尔的基本假设出发，运用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原子中电子的可能轨道半径和相应的能量。（1）氢原子的大小：氢原子的电子的各条可能轨道的半径rn：rn=n2r1，r1代表第一条（离核最近的一条）可能轨道的半径 r1=0.5310-10 m 例：n=2，r2=2.1210-10 m（2）氢原子的能级：原子在各个定态时的能量值En称为原子的能级。它对应电子在各条可能轨道上运动时的能量En（包括动能和势能）En=E1n2 n=1，2，3，E1代表电子在第一条可能轨道上运动时的能量 E1=-13.6eV 注意：计算能量时取离核无限远处的电势能为零，电子带负电，在正电荷的场中为负值，电子的动能为电势能绝对值的一半，总能量为负值。例：n=2，E2=-3.4eV，n=3，E3=-1.51eV，n=4，E4=-0.85eV，氢原子的能级图如图所示。4玻尔理论对氢光谱的解释（1）基态和激发态 基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态。激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，叫激发态。（2）原子发光：原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，吸收或辐射的能量恰等于发生跃迁的两能级之差。说明：氢原子中只有一个核外电子，这个电子在某个时刻只能在某个可能轨道上，或者说在某个时间内，由某轨道跃迁到另一轨道可能情况只有一种。可是，通常容器盛有的氢气，总是千千万万个原子在一起，这些原子核外电子跃迁时，就会有各种情况出现了。但是这些跃迁不外乎是能级图中表示出来的那些情况。5夫兰克赫兹实验（1）实验的历史背景及意义 1911 年，卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。1913 年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律都必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后，在 1914 年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气体中原子碰撞的方法（与光谱研究相独立），简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。1925 年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年的诺贝尔物理学奖（1926 年于德国洛丁根补发）。夫兰克-赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传统的经典实验。（2）夫兰克赫兹实验的理论基础根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值En（n=1，2，3），这些能量值称为能级。最低能级所对应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态。当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子所处两定态能级间的能量差。nmEEh（)带正电荷，电荷量与一个电子所带电荷量相等，271.6726231 10pmkg 中子(nucleon)不带电，271.6749286 10nmkg 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AZX表示原子核，X：元素符号；A：核的质量数；Z：核电荷数 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：123111,HHH。碳有两种同位素，符号分别是121466,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。学生总结，讨论。（四）作业：1认真阅读课后的“科学足迹”。完成问题与练习。2探究活动：射线的来源：原子核内没有电子，射线如何而来？点评：学生课后探究。激发学生学习的热情，为以后的学习作好准备。教学体会 这节课由天然放射现象开始，揭示了原子核是可分的。展示物理学发展史上的有关事实，是对学生进行辨证唯物主义思想教育的好素材。放射性元素放出的三种射线只可能从原子核里放出来的，从而引起人们去探索原子核的奥妙，揭开了核物理学的第一页。核物理研究的是原子核的组成及其变换规律，是微观世界的现象，不想宏观世界那样看得见，摸得着，研究起来也就更困难。通过本节的学习，要使学生能对核物理的相关实验基础和研究问题的思路，方法有所体会，了解人类是怎样认识微观世界的。第十九章 原子核 新课标要求 1内容标准 （1）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。（2）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。例 1 了解放射性在医学和农业中的应用。例 2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。（3）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。（4）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。（5）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。例 3 思考核能开发带来的社会问题。（7）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。例 4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。2活动建议：（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。（2）观看有关核能利用的录像片。（3）举办有关核能利用的科普讲座。新课程学习 192 放射性元素的衰变 新课标要求（一）知识与技能 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（二）过程与方法 1、能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式 2、能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）（三）情感、态度与价值观 通过传说的引入，对学生进行科学精神与唯物史观的教育，不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从而引领学生进入一个美妙的微观世界。教学重点 原子核的衰变规律及半衰期 教学难点 半衰期描述的对象 教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备 课时安排 1 课时 教学过程 （一）引入新课 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。学生顿时安静，同时也心存疑惑：当然是假的，难道还有真的不成？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）进行新课 1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：23892U23490Th+42He（一边说一边写，不要解释，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：AZXA-4Z-2Y+42He 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0-1e 表示。教师：钍 234 核的衰变方程式：23490Th23491Pa+0-1e 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：AZXAZ+1Y+0-1e 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，但并不象衰变那样容易理解，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 10n11H0-1e 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。2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：mm0(12)n 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