原子原子核原子核的人工转变原子核的组成.docx

原子 原子核·原子核的人工转变 原子核的组成(二课时) ·教案第一课时一、教学目标1在物理学问方面要求(1)了解原子核的人工转变了解它的方法和物理过程 (2)了解质子和中子是如何被觉察的(3) 会写核反响方程式(4) 了解原子核的组成，知道核子和同位素的概念 2把握利用能量和动量守恒的思想来分析核反响过程从而培育学生运用规律来分析和解决问题的力量3通过觉察质子和中子的历史过程，使学生生疏通过物理试验争论和探究微观构造的争论方法及体会科学争论的困难性和严谨性二、重点、难点分析1. 重点是使学生了解原子核的人工转变和原子核的组成在原子核的人工转变中觉察了质子和中子，它是确定原子核组成的试验根底2. 用已经学过的能量和动量守恒以及有关的学问来分析核反响过程，是本节的难点三、教具1. 分析卢瑟福做的“粒子轰击氮原子核的试验”2. 讲解约里奥·居里和伊丽芙·居里夫妇做的“用来自铍的射线去轰击石蜡的试验”用投影幻灯、投影片四、主要教学过程(一)引入课复习提问：1什么是自然放射现象？自然放射性元素放射出哪几种射线？这些射线的成分是什么？自然放射现象说明原子核存在着简单的内部构造，为了了解原子核的组成， 人们开头查找争论原子核组成的有效方法，那就是原子核的人工转变(二)教学过程设计1质子的觉察(1) 原子核的人工转变是指为了了解原子核的组成，人们有目的的用高速粒子去轰击某些元素的原子核，通过对核反响过程及其产生的粒子的争论，了解原子核的内部构造和粒子的本质及特点(2) 粒子轰击氮原子核的试验1919 年，卢瑟福做了用 粒子轰击氮原子核的试验，第一次实现了原子核的人工转变，有了很重要的觉察试验装置如图 1 所示(用投影幻灯打出装置的示意图)，容器 C 中放有放射性物质 A，从A 射出的 粒子射到铝箔 F 上，适中选取铝箔的厚度，使 粒子恰好被它完全吸取而不能透过，在 F 后面放一荧光屏 S，用显微镜 M 观看荧光屏试验现象：当在荧光屏上恰好观看不到闪光后，通过阀门 T 往容器 C 里通入氮气，此时卢瑟福从荧光屏 S 上又观看到了闪光试验结论：试验说明，闪光肯定是 粒子击中氮核后产生的粒子透过铝箔引起的(3) 质子的觉察争论提问：引导学生用已经学过的学问分析怎样知道粒子的性质假设想知道粒子的性质，必需测出粒子的什么有关物理量？ 归纳得到：测出粒子的电性、电量、质量和速度等用什么方法可以知道粒子的电性？归纳得到：可将粒子引入电场或磁场中，观看粒子的偏转轨迹如图 2 所示，在匀强电场中粒子的轨道是抛物线，假设粒子向下偏转，说明粒子带正电；假设向上偏转，说明粒子带负电如图 3 所示，在匀强磁场中粒子的轨道是圆，假设粒子向上做圆运动，说明粒子带正电，假设粒子向下做圆运动，说明粒子带负电试验证明：这个粒子带正电用什么方法可测出粒子的速度？归纳得到：使粒子通过一个正交的电磁场，如图 4 所示，调整 B 或 E 的值， 使粒子在正交场中，沿入射方向做匀速直线运动，则可知此时试验说明：这个粒子速度很大，有很强的穿透力量归纳得到：使粒子通过匀强电场，依据粒子的偏转量 y 求出或使粒子在匀强磁场中做圆周运动，依据半径 R 求如图 5，在匀强电场中，粒子的偏转量为 y：U 为两极板间电压，则可测出荷质比为：如图 6，在匀强磁场中，粒子做圆运动的半经为 R结论：通过对粒子的争论与测定，确定它就是氢原子核，又叫质(4) 对核反响过程的争论这个质子是 粒子从氮核中直接打出的，还是 粒子打进氮核后形成的复核发生衰变时放出的呢？分析：假设质子是 粒子从氮核中直接打出来的，如图 7 中甲图，碰撞过程中应有四条径迹；假设 粒子打进氮核后形成一个复核，这个复核马上衰变后放出一个质子，碰撞过程中应如图 7 中乙图所示，有三条径迹为弄清这个问题，英国物理学家布拉凯特在布满氮的云室里做了 粒子轰击氮核的试验，并拍摄了两万多张云室的照片，最终从 40 多万条 粒子径迹中觉察有 8 条产生了分叉(见课本上图)，分析可知有三条径迹，分叉后的瘦长径迹是质子的径迹，另一条短粗的径迹是生核的径迹， 粒子的径迹在跟核碰撞后不再消灭，因此这个核反响过程中 粒子打进氮核后形成复核，复核衰变后放出质子从质量数守恒和电量数守恒可知，其反响方程式为从布拉凯特的试验中，可知 40 多万条径迹中只有 8 条分叉，可见科学争论工作的困难性，并且可以看到科学试验的重要作用5结论后来人们用同样的方法使氟、钠、铝等发生了类似的转变，都产生了质子 由于各种原子核里都能打出质子来，可见质子是原子核的组成局部(三)课堂小结 1原子核的人工转变是争论原子核内部构造的重要方法2. 为了了解原子核的内部构造，卢瑟福首先做 粒子轰击氮核的试验即用高能粒子轰击原子核是实现原子核人工转变的根本方法3. 用 粒子轰击原子核的核反响过程是 粒子先与被轰击的原子核形成的不稳定的复核，然后复核马上衰变放出质子并形成核4. 质子是原子核的组成局部 (四)作业1练习二(1)方程式其次课时(一)引入课复习提问：1. 卢瑟福通过什么试验产生了质子？试写出这个试验的核反响方程式质子的觉察引导人们更进一步去争论原子核的内部构造，10 多年后，科学家经过深入争论觉察了原子核中另一种的根本粒子中子(二)教学过程设计1中子的觉察 (1)卢瑟福的假说质子觉察后，有人提出原子核可能是由带正电的质子组成的但这设想在解释除氢原子核外的其他原子核时遇到了困难，大多数原子核的电荷数与质量数不相等，如铀 238 的电荷数为 92，假设都由质子组成，其质量数也应是 92，而除质子外剩下 146 的质量数是什么呢？1920 年，依据以上分析，卢瑟福曾预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子(2) 约里奥·居里夫妇的试验1930 年觉察，用钋(Po)放出的 粒子轰击铍(Be)时产生一种射线，这种射线贯穿力量极强，能穿透十几厘米厚的铅板，当时人们的射线中只有 射线能穿透铅板，所以认为这种射线为 射线1932 年约里奥·居里夫妇用这种射线去轰击石蜡(含有大量氢原子)，竟从石蜡中打出质子，如图 8(用投影幻灯片打出)，由于被打出质子能量很大，与 射线的能量不符合，但这射线到底是什么？约里奥·居里夫妇没有得出最终的结论(3) 查德威克试验1932 年英国物理学家查德威克认真争论了这种射线，觉察它是中性粒子流， 在磁场中不偏转，它的速度不到光速的格外之一，因此排解了它是 射线的可能后查德威克用这种射线轰击氢原子和氮原子，结果打击了一些氢核(质子) 和氮核，并测量出被打出的氢核和氮核的速度，由此推算出这种射线的质量测量结果说明，被打出的原子核的速度是不同的，如被打出的氢核的速度有大有小，查德威克认为其中速度最大的氢核是由于未知射线中的粒子与它正碰的结果，其他速度较小的是由于斜碰的结果(4) 中子的觉察分析：查德威克认为它们之间的碰撞是弹性正碰；设未知粒子质量为m，速度为 v，氢核的质量为m ，最大速度为 v ，并认为氢核在打出前为静止的，那HH么依据动量守恒和能量守恒可知：mv=mv+m ·v ，(1)HH其中 v是碰撞后未知粒子的速度，由此可得：同样可求出未知射线与氮原子碰撞后，打出的氮核的速度查德威克在试验中测得氢核的最大速度为 vH=3.3×109cm/s，氮核的最大速度为v =4.7×108cm/sN将速度的最大值代入方程(6)，可得：可得：m=1.15mH查德威克还用别的物质代替氢和氮重做这个试验，可得到同样的结果后来更准确试验测出，此粒子质量格外接近于质子质量，只比后者大千分之一多(此粒子质量是 1.674920×10-27kg，质子质量是 1.672614×10-27kg)查德威克觉察的这种与质子质量差不多的粒子，由于不带电，所以觉察中子的核反响方程式为试验证明，从很多原子核里都能打出中子，可见中子也是原子核的组成局部 中子的觉察是物理学进展史上的一件大事，由于中子不带电，所以更简洁接近或打进原子核不少科学家用中子轰击原子核，进一步提醒了物质的微观构造， 对近代物理学的进展起了很大作用由此也可看出科学的预言和假说的重要作用，它可引导人们觉察的事实和规律中子的觉察的历史事实也使我们明确，在科学争论中要时刻保持严谨的态度，否则会像约里奥居里夫妇一样与中子这样重要的觉察失之交臂由于觉察了中子，查德威克获得 1935 年诺贝尔物理学奖中子的觉察是科学假设和理论推证相结合的产物，也是查德威克与很多物理学家共同努力的结果查德威克事后说：“先进的科学学问通常是很多人劳动的成果”2. 原子核的组成中子觉察后，原子核是由质子和中子组成的看法很快得到了公认质子和中子统称为核子，质子带一个单位正电荷，质量数为 1；中子不带电， 质量数也是 1在核中：电荷数=质子数=核外电子数 质量数=质子数+中子数14，所以中子数为 14-7=7，则氮核是由 7 个质子和 7 个中子组成的 同位素：具有一样的质子数和不同的中子数的原子互称同位素如在自然放射现象中，放射出的三种射线： 粒子是氦核，它是由 2 个质子和2 个中子结合在一起从核中放射出来的，其核反响方程式为 粒子是电子，这是由中子转化为质子和电子，其核反响方程式为 射线是由光子组成，后面会讲到(三)课堂小结1. 在原子核由质子组成的说法遇到困难时，卢瑟福预言：原子核中可能存在着与质子质量差不多的不带电粒子，称为中子2. 查德威克通过对很多试验的分析，并运用动量守恒和能量守恒的规律， 测量并计算出被一些人误认为 射线的粒子的电性和质量，从而觉察了质量与质子差不多，不带电的中性粒子中子3. 原子核是由质子和中子组成的它的电荷数等于质子数，它的质量数等于质子数加中子数4. 了解同位素的意义知道自然放射现象中 粒子和 粒子的形成及核反响方程式(四)复习提问2一个中子以速度 v 与一静止的原子核作正面弹性碰撞，原子核的质量为0A，则该原子核得到的能量 E2与中子的起始能量 E0之比为(1) 证明上述关系式依据弹性碰撞的规律可列出动量守恒和动能守恒的方程：假设中子质量为m 原子核质量为 m =Am 0A0(1)m v =m v+m v，(1)0 00A(2) 由于 A=12，则可求(五)作业练习二：(2)、(3)、(4)、(5)、(6)