高中物理：19-1《原子核的组成》课件新人教版+选修3-5.ppt

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1、高中物理新人教版选修- 5系列课件第十九章原子核1.1.放射性和放射性元素放射性和放射性元素: :18961896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和年，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，物质发射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为射线的性质称为放射性放射性具有发射性的元素具有发射性的元素称为称为放射性元素放射性元素2.2.天然放射性现象天然放射性现象: :元素这种自发的放出射线的现象叫做元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放天然放射现象射现象一、天然放射现象一、天然放射现象钡铀

2、云母钡铀云母翠砷铜铀矿翠砷铜铀矿斜水钼铀矿斜水钼铀矿铀钙石矿铀钙石矿 放射性不是少数几种元素才有的，研放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于究发现，原子序数大于8282的所有元素，都的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于能自发的放出射线，原子序数小于8383的元的元素，有的也具有放射性素，有的也具有放射性放大了放大了10001000倍的铀矿石倍的铀矿石射线射线射线射线射线射线电离能力电离能力贯穿能力贯穿能力速度速度成分成分氦原子核氦原子核高速高速电子流电子流高能量高能量电磁波电磁波1/101/10光速光速接近光速接近光速光速光速弱弱较强较强很强很强很容易很容易较弱较弱更小更

3、小阅读课文填写表格：阅读课文填写表格：三三.质子和中子的发现质子和中子的发现1.质子的发现质子的发现 1919年，卢瑟福用年，卢瑟福用粒子粒子轰击轰击氮核氮核，得到，得到了了质子质子。经过研究证明，质子带正电荷，经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的等于一个电子质量的1836倍倍.进一步研究进一步研究表明，质子的性质和氢原子核的性质完全表明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核相同，所以质子就是氢原子核.Kgmp27106726231. 1 同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打同样的方法，从氟、

4、钠、铝的原子核中打出了质子。出了质子。-质子是原子核的组成部分。质子是原子核的组成部分。原子核是否只是由质子组成呢？原子核是否只是由质子组成呢？核的质量核的质量质子质量质子质量核的电量核的电量质子电量质子电量？ 卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认认2.中子的发现中子的发现1.卢瑟福的预言卢瑟福的预言2.1932年英国物理学家查德威克又发现了年英国物理学家查德威克又发现了中中子子3.Kgmn27106749286. 11.1.原子核的组成原子核的组成: :质

5、子和中子质子和中子2.2.原子核中的三个整数原子核中的三个整数: :(1)(1)核子数核子数: :质子和中子质量相差很小质子和中子质量相差很小, ,统称为核子统称为核子. .质子数质子数和中子数之和叫核子数和中子数之和叫核子数. .(2)(2)电荷数电荷数(z):(z):原子核所带的电核总是质子数的整数倍原子核所带的电核总是质子数的整数倍, ,用用这个整数表示电荷量这个整数表示电荷量. .(3)(3)质量数质量数(A):(A):原子核的质量等于质子和中子的质量和原子核的质量等于质子和中子的质量和, ,所所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍, ,

6、这个整数这个整数, ,叫质量数叫质量数. .3.3.原子核中的两个等式原子核中的两个等式: :(1)(1)核电荷数核电荷数= =质子数质子数= =元素的原子序数元素的原子序数= =荷外电子数荷外电子数(2)(2)质量数质量数= =核子数核子数= =质子数质子数+ +中子数中子数XAzX表示表示元素符号元素符号Z表示表示质子数质子数A表示表示质量数质量数)2(, 4,242个中子即有质量数为个质子有表示氦原子核He)143(,235,9223592个中子即有质量数为个质子有表示铀原子核U 4.同位素同位素:如质子数相同，中子数不同，如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），则互为同位素。（质

7、量数当然不同），则互为同位素。)(11氢H)(21重氢H)(31氚H氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氚的原子，氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氚的原子，下列说法哪个正确？下列说法哪个正确？（1）具有相同的质子数、相同的中子数、相同）具有相同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；的电子数；（2）具有不同的质子数、相同的中子数、相同）具有不同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；的电子数；（3）具有相同的质子数、不同的中子数、相同）具有相同的质子数、不同的中子数、相同的电子数；的电子数；（4）具有相同的质子数、相同的中子数、不同）具有相同的质子数、相同的中子数、不同的电子数的电子数19.2放射性元

8、素的衰变回顾：三种放射性射线的性质回顾：三种放射性射线的性质三种射线 、三种射线的性质：最弱最强c光子较弱较弱接近c电离本领贯穿本领速率组成物质射线射线种类氦核He42电子e01最强最弱c101一、原子核的衰变一、原子核的衰变2.2.衰变遵循的原则：衰变遵循的原则：质量数质量数守恒，电荷数守恒。守恒，电荷数守恒。 原子核放出原子核放出粒子或粒子或粒子，由于粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。变了，变成另一种原子核。1.1.原子核的衰变：我们把原子核由于放出某原子核的衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的

9、衰种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变（变（decay） （1 1） 衰变衰变: :原子核放出原子核放出 粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做 衰变衰变 XAZHeThU422349023892 HeRnRa422228622688 ?23892U?23090ThHeRaTh422268823090 He42 YAZ42 3.3.原子核衰变的分类原子核衰变的分类: :（1 1） 衰变衰变: :原子核放出原子核放出 粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做 衰变衰变 XAZHe42 YAZ42 3.3.原子核衰变的分类原子核衰变的分类: :（2 2）衰变衰变: :原子核放出原子核放出粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做

10、衰变衰变 ePaTh012349123490 XAZeMgNa0124122411 ?2411Nae01 YAZ 1 思考与讨论思考与讨论原子核里没有电子，原子核里没有电子，衰变中的电子来自哪衰变中的电子来自哪里？里？11H10n01e（1 1） 衰变衰变: :原子核放出原子核放出 粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做 衰变衰变 XAZHe42 YAZ42 3.3.原子核衰变的分类原子核衰变的分类: :（2 2）衰变衰变: :原子核放出原子核放出粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做衰变衰变 XAZe01 YAZ 1 （3 3）衰变衰变: :伴随伴随 射线或射线或 射线产生射线产生. .注意：注意： 1、 放射

11、性元素衰变不可能有单独的放射性元素衰变不可能有单独的衰变！衰变！ 2、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！生成了新的原子核！例：例： 经过一系列经过一系列 衰变和衰变和 衰变后，可以衰变后，可以变成稳定的元素铅变成稳定的元素铅206 206 ，问这一过程，问这一过程 衰变和衰变和 衰变次数？衰变次数？U23892解：设经过解：设经过x x次次 衰变，衰变，y y次次 衰变衰变eyHexPbU01422068223892 2382064x92 = 82 + 2x - yx8y6)(20682Pb1）核反应是在原子核内部核子数发生相应）核反应

12、是在原子核内部核子数发生相应的变化，而化学反应是在原子的外层的电子的变化，而化学反应是在原子的外层的电子数发生变化，这是二者本质的区别。数发生变化，这是二者本质的区别。2）核反应一般是不可逆的，所以核反应用核反应一般是不可逆的，所以核反应用单向箭头表示方向，不能用等号连接。单向箭头表示方向，不能用等号连接。3）核反应的生成物一定要以实验事实为基）核反应的生成物一定要以实验事实为基础，不能依据守恒定律杜撰。础，不能依据守恒定律杜撰。4）核反应是质量数守恒而不是质量守恒，）核反应是质量数守恒而不是质量守恒，核反应前后总质量要发生变化。核反应前后总质量要发生变化。书写原子核衰变方程的规则：二、半衰期

13、二、半衰期 1 1、半衰期、半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需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。的时间，叫做这种元素的半衰期。 tmm)21(0 放射性元素的剩余质量放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：与原有质量的关系： tNN)21(0 2 2、不同的放射性元素，半衰期、不同的放射性元素，半衰期不同不同 例如：例如： 氡氡222222衰变为钋衰变为钋218218的半衰期为的半衰期为3.83.8天天 镭镭226226衰变为氡衰变为氡222222的半衰期为的半衰期为16201620年年 铀铀238238衰变为钍衰变为钍234234的半衰期长达的半衰期长

14、达4.54.510109 9年年3 3、半衰期的计算、半衰期的计算 例：已知钍例：已知钍234234的半衰期是的半衰期是2424天，天，1g1g钍经过钍经过120120天后还剩多少？天后还剩多少？计算表达式计算表达式: : tmm)21(0 放射性元素的剩余质量放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：与原有质量的关系：练习练习1.1.铋铋210210的半衰期是的半衰期是5 5天，经过多少天后，天，经过多少天后，20g20g铋还剩铋还剩1.25g?1.25g?2. 10克镭克镭226变为氡变为氡222的半衰期为的半衰期为1620年，有年，有人说：经过人说：经过1620年有一半镭发生衰变，还有镭年有

15、一半镭发生衰变，还有镭（226）5克，再经过克，再经过1620年另一半镭也发生了年另一半镭也发生了衰变，镭衰变，镭226就没有了，对吗？为什么？就没有了，对吗？为什么？ (1)“单个的微观事件是不可预测的单个的微观事件是不可预测的”，所以，放，所以，放射性元素的半衰期，描述的是射性元素的半衰期，描述的是统计规律统计规律。 (2)半衰期的长短由半衰期的长短由核内部自身核内部自身的因素决定，跟所的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件都没有关系。处的化学状态和外部条件都没有关系。4 4、注意：、注意：五、应用五、应用 1 1、人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素、人们利用地壳岩石中存在的微量的放

16、射性元素的衰变规律，测定地球的年龄为的衰变规律，测定地球的年龄为4646亿年。地壳有一亿年。地壳有一部漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历部漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历史。史。 2 2、碳、碳1414测年技术，测年技术，1414C C是具有放射性的碳的同位素，是具有放射性的碳的同位素，能够自发的进行能够自发的进行 衰变，变成氮。衰变，变成氮。一、原子核的衰变一、原子核的衰变2.2.衰变原则：衰变原则：质量数质量数守恒，电荷数守恒。守恒，电荷数守恒。1.1.原子核的衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为原子核的衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核

17、的衰变（新核的变化叫做原子核的衰变（decay） （1 1） 衰变衰变: :原子核放出原子核放出 粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做 衰变衰变 （2 2）衰变衰变: :原子核放出原子核放出粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做衰变衰变 （3 3）衰变衰变: :总是伴随总是伴随 射线或射线或 射线产生射线产生. .二、半衰期二、半衰期 1 1、半衰期、半衰期: :放射性元素的原子核有半数发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。生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。2 2、不同的放射性元素，半衰期不同、不同的放射性元素，半衰期不同放射性元素衰变的快慢是核内部自身因素放射性元素衰变的快

18、慢是核内部自身因素决定。决定。课堂总结课堂总结 tmm)21(0 放射性元素半衰变是一个统计规律。放射性元素半衰变是一个统计规律。判断古生物年代常用判断古生物年代常用14C定年法。若干万年定年法。若干万年以前，始祖鸟通过摄食，吸收了植物中含有以前，始祖鸟通过摄食，吸收了植物中含有14C的营养物质，死亡后不再吸收。随着年代的营养物质，死亡后不再吸收。随着年代的推移，其体内的推移，其体内14C的含量为现代鸟的的含量为现代鸟的 ，已知地表中已知地表中14C的含量基本不变，的含量基本不变，14C的半衰的半衰期为期为T年，试判断始祖鸟距今年代为：年，试判断始祖鸟距今年代为： A B C D 2高考题回顾

19、：高考题回顾： 1图中图中P为放在匀强电场中的天然放射源，为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线其放出的射线 在电在电 场的作用下分成场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是三束，以下判断正确的是 Aa为为射线、射线、b为为射线射线 Ba为为射线、射线、b为为射线射线 Cb为为射线、射线、C为为射线射线 Db为为射线、射线、C为为射线射线BC2002年 上海 10完成核反应方程：完成核反应方程： Th Pa 。 衰变为衰变为 的半衰期是的半衰期是1.2分钟，则分钟，则64克克 经过经过6分钟还有分钟还有 克尚未衰变。克尚未衰变。2349023491Th23490Pa23491Th23

20、490 2 e01 高考题回顾：例题分析为测定某水库的存水量，将一瓶放射性同位素溶液为测定某水库的存水量，将一瓶放射性同位素溶液倒入水库中，已知这杯溶液每分钟衰变倒入水库中，已知这杯溶液每分钟衰变8 107次，次，这种同位素半衰期为这种同位素半衰期为2天，该放射性同位素溶液在天，该放射性同位素溶液在较短时间内与水库中水混合均匀较短时间内与水库中水混合均匀. . 10天后从水库取天后从水库取出出1m3的水，并测得每分钟衰变的水，并测得每分钟衰变10次，求水库的存次，求水库的存水量为多少？水量为多少？2.5 105m3例题分析例题：本题中用大写字母代表原子核，例题：本题中用大写字母代表原子核，E经

21、经衰变衰变成为成为F，再经，再经衰变成为衰变成为G，再经，再经衰变成为衰变成为H。上述。上述系列衰变可记为下式：系列衰变可记为下式：另一系列衰变如下：另一系列衰变如下：已知已知P和和F是同位素，则（是同位素，则（ ）A.Q和和G是同位素，是同位素，R和和H是同位素是同位素B.R和和E是同位素，是同位素，S和和F是同位素是同位素C.R和和G是同位素，是同位素，S和和H是同位素是同位素D.Q和和E是同位素，是同位素，R和和F是同位素是同位素BHGFE SRQP 例题分析例题：在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原例题：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，放出的带电来静止的原子核，

22、该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中a、b所所示，由图可以知（示，由图可以知（ ）A.该核发生的该核发生的衰变衰变B.该核发生的该核发生的衰变衰变C.磁场方向一定垂直纸面向里磁场方向一定垂直纸面向里D.磁场方向向里还是向外不能判定磁场方向向里还是向外不能判定BDab19.3探测射线的方法教学目标教学目标 1、知识与技能、知识与技能 （1）知道放射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象； （2）知道用肉眼不能直接看到的放射线可以用适当的仪器探测到； （3）了解云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理。 2、过程与方法、过程与方法 （1）能分析探测

23、射线过程中的现象； （2）培养学生运用已知结论正确类比推理的能力。 3、情感、态度与价值观、情感、态度与价值观 （1）培养学生认真严谨的科学分析问题的品质； （2）从知识是相互关联、相互补充的思想中，培养学生建立事物是相互联系的唯物主义观点； （3）培养学生应用物理知识解决实际问题的能力。 教学重点：教学重点：根据探测器探测到的现象分析、探知各种运动粒子。 教学难点教学难点 （1）探测器的结构与基本原理。 （2）如何观察实验现象,并根据实验现象，分析粒子的带电、动量、能量等特性，从而判断是何种射线，区分射线的本质是何种粒子。 教学方法：教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：教学

24、用具： （1）挂图，实验器材模型，课件等； （2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。射线射线射线射线射线射线电离能力电离能力贯穿能力贯穿能力速度速度成分成分氦原子核氦原子核高速高速电子流电子流高能量高能量电磁波电磁波1/101/10光速光速接近光速接近光速光速光速弱弱较强较强很强很强很容易很容易较弱较弱更小更小1、粒子使气体或液体电离，以这些、粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和汽会产生云雾，离子为核心，过饱和汽会产生云雾，过热液体会产生气泡过热液体会产生气泡2、使照相底片感光、使照相底片感光3、使荧光物质产生荧光、使荧光物质产生荧光射线中的粒子与其它物质作用会产生

25、的现象：射线中的粒子与其它物质作用会产生的现象：一、威尔逊云室：一、威尔逊云室：构造：一个圆筒状容器，构造：一个圆筒状容器，低部可以上下移动，上低部可以上下移动，上盖是透明的，内有干净盖是透明的，内有干净空气空气实验时，加入少量酒精，实验时，加入少量酒精，使酒精蒸汽达到过饱和使酒精蒸汽达到过饱和状态。状态。利用射线的电离本领利用射线的电离本领a射线在云室中的径迹：直而粗射线在云室中的径迹：直而粗原因：原因：a粒子质量大，不易改变方向，电离粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿涂产生的粒子多本领大，沿涂产生的粒子多射线在云室中的径迹：比较细，而且常射线在云室中的径迹：比较细，而且常常弯曲常弯曲

26、原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向，电离本领小，沿途产生的离子少方向，电离本领小，沿途产生的离子少二、气泡室二、气泡室-高能物理实验的最风行的探测设备 气泡室是由一密闭容器气泡室是由一密闭容器组成，容器中盛有工作组成，容器中盛有工作液体液体 液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀，由于在液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀，由于在一定的时间间隔内（例如一定的时间间隔内（例如50ms）处于过热状态，液）处于过热状态，液体不会马上沸腾，这时如果有高速带电粒子通过液体不会马上沸腾，这时如果有高速带电粒子通过液体，在带电粒子所经轨迹上不断与液体原子发生碰体，在带电粒

27、子所经轨迹上不断与液体原子发生碰撞而产生低能电子，因而形成离子对，这些离子在撞而产生低能电子，因而形成离子对，这些离子在复合时会引起局部发热，从而以这些离子为核心形复合时会引起局部发热，从而以这些离子为核心形成胚胎气泡，经过很短的时间后，胚胎气泡逐渐长成胚胎气泡，经过很短的时间后，胚胎气泡逐渐长大，就沿粒子所经路径留下痕迹。如果这时对其进大，就沿粒子所经路径留下痕迹。如果这时对其进行拍照，就可以把一连串的气泡拍摄下来，从而得行拍照，就可以把一连串的气泡拍摄下来，从而得到记录有高能带电粒子轨迹的底片。到记录有高能带电粒子轨迹的底片。 照相结束后，在液体沸腾之前，立即压缩工作液照相结束后，在液体沸

28、腾之前，立即压缩工作液体，气泡随之消失，整个系统就很快回到初始状体，气泡随之消失，整个系统就很快回到初始状态，准备作下一次探测。态，准备作下一次探测。 气泡室中带电粒子的径迹气泡室中带电粒子的径迹气泡室的优点：气泡室的优点：它的空间和时间分它的空间和时间分辨率高；辨率高；工作循环周期短，工作循环周期短，本底干净、径迹清本底干净、径迹清晰，可反复操作。晰，可反复操作。但也有不足之处：但也有不足之处：那就是扫描和测量那就是扫描和测量时间还嫌太长；时间还嫌太长；体积有限，而且甚体积有限，而且甚为昂贵，为昂贵， 三、盖革三、盖革- -米勒计数器米勒计数器一种能自动把放一种能自动把放射微粒计数出来射微粒

29、计数出来的仪器，利用了的仪器，利用了射线的电离本领射线的电离本领19.4放射性的应用与防护教学目标教学目标 1、知识与技能、知识与技能（1）知道什么是核反应，会写出人工转变方程；（2）知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点；（3）了解放射性在生产和科学领域的应用；（4）知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。 2、过程与方法：、过程与方法：渗透和安全地开发利用自然资源的教育。 3、情感、态度与价值观：、情感、态度与价值观：培养学生收集信息、应用已有知识、处理加工信息、探求新知识的能力。 教学重点：教学重点：人工转变的两个核反应方程及反

30、应过程中遵循的规律。 教学难点：教学难点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律 教学方法：教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：教学用具：（1）挂图，实验器材模型，课件等；（2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。探测射线的方法威耳孙云室 射线径迹 径迹的长短和粗细可以知道粒子的性质；粒子轨迹的弯曲方向可以知道粒子带电的正负 射线径迹气泡室盖革弥勒计数器窗口阴极阳极接放大器粒子盖革弥勒计数器四、放射性的应用与防护 1932年，居里夫妇用年，居里夫妇用粒子轰击铍，粒子轰击铍，铝，硼等元素，发现了前所未有的穿透性铝，硼等元素，发现了前所未有的穿透性强的辐射

31、，后来被确定为中子流。强的辐射，后来被确定为中子流。 1934年，查德威克在用年，查德威克在用粒子轰击铍，铝，硼等元粒子轰击铍，铝，硼等元素，除了测到中子流外，还探测到了正电子。素，除了测到中子流外，还探测到了正电子。nPHeAl103015422713eSiP0130143015放2、3 3、可以用人工的方法得到、可以用人工的方法得到4、( (二二) )、放射性、放射性的应用的应用放射性的应用射线应用示踪原子探伤仪培育新种保存食物消除有害静电消灭害虫治疗恶性肿瘤农作物检测诊断器质性和功能性疾病生物大分子结构及功能研究食品保鲜棉花育种放射性同位素造影术粮食保存“放疗”治疗放射线测厚仪放射性污染

32、和防护 20世纪人们在毫无防备的情况下研究放射性遭原子弹炸后的广岛放射性污染和防护检测辐射装置全身污染检测仪辐射检测系统辐射源的存放铀放射性污染和防护1：下列关于放射线的说法中不正确的是( )A、放射线可以用来进行工业探伤B、放射线可以使细胞发生变异C、放射同位素可以用来做示踪原子D、放射线对人体无害19.5核力与结合能教学目标教学目标 1、知识与技能、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。 2

33、、过程与方法、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。 3、情感、态度与价值观、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。 教学方法：教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。原子核的组成原子核

34、的组成 原子核是由质子和中子原子核是由质子和中子组成组成的，质子和中子的，质子和中子统称为统称为核子核子电荷数电荷数=质子数质子数质量数质量数=质子数质子数+中子数中子数=核子数核子数 原子核的半径约为原子核的半径约为10-15m , 只只相当原子半径的万分之一。在这相当原子半径的万分之一。在这么小的空间里带正电的质子与质么小的空间里带正电的质子与质子间的库仑斥力是很大，万有引子间的库仑斥力是很大，万有引力太小，只有库仑力的力太小，只有库仑力的10-36。而。而通常原子核是稳定的通常原子核是稳定的,于是核内还于是核内还应有另一种力把各种核子紧紧拉应有另一种力把各种核子紧紧拉在一起在一起, 此力

35、称为核力。此力称为核力。核力核力mpmp库仑力库仑力库仑力库仑力万有万有引力引力万有万有引力引力核力核力 核子靠什么力结合成原子核？核子靠什么力结合成原子核？核力：核力：能够把核中的各种核子联系在一起的能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做强大的力叫做核力核力核力具有怎样的特点呢？核力具有怎样的特点呢？一、核力：一、核力： 2. 核力是短程力核力是短程力。约在。约在 10-15m量级时起作用，距离量级时起作用，距离大于大于0.810-15m时为引力时为引力, 距离为距离为1010-15m时核力几乎时核力几乎消失，距离消失，距离小于小于0.810-15m时为斥力时为斥力。 3. 核力具有饱

36、和性核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。 4. 核力具有电荷无关性核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。核力与核子电荷无关。 要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组成物成物夸克夸克的相互作用。的相互作用。 1. 核力是四种相互作用中的核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）强相互作用（强力）的的一种表现。一种表现。除核力外原子核内还存在除核力外原子核内还存在 弱相互作用（弱力）弱相互作

37、用（弱力）弱力是引起弱力是引起中子质子中子质子转变的原因转变的原因弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为1018m，作用强度则比电磁力小。，作用强度则比电磁力小。二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例自然界中较轻的原子自然界中较轻的原子核，质子数与中子数核，质子数与中子数大致相等，但对于较大致相等，但对于较重的原子核，中子数重的原子核，中子数大于质子数，越重的大于质子数，越重的元素，两者相差越多。元素，两者相差越多。为什么会这样呢？为什么会这样呢？核越来越大，有些核子间的距离越来

38、越远。核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核大到一定但核力减小得更快。所以，原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。这时，如果不再成对地增加核子，而只了。这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。稳定。由于这个原因

39、，稳定的重原子核里，由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。中子数要比质子数多。 由于核力的作用范围是有限的，如果继由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。 在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有瓦解了，只有200多种稳定的原子核长久地多种稳定的原

40、子核长久地留了下来。现在观察到的天然放射性元素，留了下来。现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。则正在瓦解之中。某一数值时某一数值时某一数值时某一数值时相同相同 由于核子间存在着强大的核力，所以核子由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合结合成原子核或原子核成原子核或原子核分解分解为核子时，都伴随着巨大的为核子时，都伴随着巨大的能量变化能量变化 nHHHHn101121211110例如：可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；可见，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原子核分解成核子时，要吸收同样的能量这个能量能量叫做原子核的结合能叫做原子核的结

41、合能三、结合能三、结合能结合能结合能并不是由于核子结合成原子核而并不是由于核子结合成原子核而具有具有的的能量，而是为把核子分开而能量，而是为把核子分开而需要需要的能量。的能量。比结合能比结合能：结合能与核子数之比，称做为比：结合能与核子数之比，称做为比结合能结合能。也叫平均结合能。也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。牢固，原子核越稳定。三、结合能三、结合能四、质量亏损四、质量亏损1、例题：、例题：中子的质量中子的质量 =1.6749=1.6749 10102727Kg Kg 质子的质量质子的质量 = = 1.67261

42、027Kg 中子和质子的质量和中子和质子的质量和 = = 3.34751027Kg 氘核的质量氘核的质量 = = 3.34361027Kg 质量差质量差 = = 0.00391027Kg HHn211110四、质量亏损四、质量亏损2、质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子、质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。1、例题：、例题：爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程 E=mc2 式中式中c是真空中的光速，是真空中的光速，m是是物

43、体的质量，物体的质量，E是物体的能量。是物体的能量。核子核子在在结合成原子核结合成原子核时出现的时出现的质量亏损质量亏损 mm，正表明它们在互相结合过程中正表明它们在互相结合过程中放出了能量放出了能量 E=E= mmc c2 23、有关问题的理解和注、有关问题的理解和注意事项意事项第一第一.核反应过程中核反应过程中: 核子结合成原子核时核子结合成原子核时,新核质量新核质量小于小于核子的质核子的质量量(质量亏损质量亏损),同时以同时以 光子形式光子形式释放核能释放核能; 原子核分解为核子时原子核分解为核子时,需要需要吸收一定能量吸收一定能量,核子核子的总质量的总质量大于大于原原子核的质量原原子核

44、的质量.第二第二.核反应过程中核反应过程中,质量亏损时质量亏损时,核子个数不亏损核子个数不亏损(即质即质量数守恒量数守恒),可理解为组成原子核后可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛核内每个核子仿佛“瘦了瘦了”一些一些.第三第三.质量亏损并非质量消失质量亏损并非质量消失,而是减少的质量而是减少的质量 m以能以能量形式辐射量形式辐射(动质量动质量),因此因此质量守恒定律不被破坏质量守恒定律不被破坏.第四第四.公式公式 E=E= mmc c2 2 的单位的单位问题问题国际单位国际单位: m用用“kg” C用用“m/s” E E用用“ “J”J”常用单位常用单位: m用用“u(原子质量单位原子质量单

45、位)” 1u=1.66056610-27kg E E用用“ “ucuc2 2” ” 1uc1uc2 2=931MeV =931MeV ( (表示表示1u 1u 的质量变化相当于的质量变化相当于931Me V931Me V的能量改变的能量改变) )P39问题与练习问题与练习 3.当然，当然，2.19MeV2.19MeV的能量的绝对数量并不算大，的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成但这只是组成1 1个氘核所放出的能量如果个氘核所放出的能量如果组成的是组成的是6.026.0210102323个氘核时，放出的能量个氘核时，放出的能量就十分可观了与之相对照的是，使就十分可观了与之相对照的是，使1 1摩

46、的摩的碳完全燃烧放出的能量为碳完全燃烧放出的能量为393.5393.510103 3J J折折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过不过4eV4eV若跟上述核反应中每个原子可能若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍放出的能量相比，两者相差数十万倍第五第五.核反应中释放或吸收的能量比化学反核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸收的能量大好几个数量级应中释放或吸收的能量大好几个数量级. 课堂练习课堂练习:(1)试证明，试证明，1原子质量单位原子质量单位u相当于相当于931.50 MeV的能的能量量1u=1.6606-27kg，光

47、速，光速c=2.9979108m/s，1eV=1.602210-19J (2)碳原子的质量是碳原子的质量是12.000 000 u12.000 000 u，可以看做是由，可以看做是由6 6个氢原子个氢原子( (质量是质量是1.007 825u)1.007 825u)和和6 6个中子组成的求个中子组成的求核子结合成碳原子核时释放的能量核子结合成碳原子核时释放的能量( (在计算中可以在计算中可以用碳原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的用碳原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的质量代替质子的质量，因为电子的质量可以在相减质量代替质子的质量，因为电子的质量可以在相减过程中消去过程中消去) )出出

48、多多少少能能量量？并并求求出出衰衰变变过过程程中中释释放放）。写写出出核核反反应应方方程程，的的原原子子量量为为（粒粒子子）时时，释释放放出出（原原子子量量为为）衰衰变变为为（原原子子量量为为0026. 4He0287.228Th0372.232U. 3422289023592 19.6重核的裂变教学目标教学目标 1、知识与技能、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）会计算重核裂变过程中释放出的能量； （4）知道什么是核反应堆。了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。 2、过程与方法、过程与方法 （1）通过对核

49、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。 3、情感、态度与价值观、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：链式反应及其释放核能的计算；重核裂变的核反应方程式的书写。 教学难点：教学难点：通过核子

50、平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。 教学方法：教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。 铀核裂变的产物是多种多样的，有铀核裂变的产物是多种多样的，有时裂变为氙（时裂变为氙（Xe)和锶和锶(Sr),有时裂变为有时裂变为钡（钡（Ba）和氪（）和氪（Kr）或者锑（）或者锑（Sb）和）和 铌（铌（Nb），同时放出），同时放出23个中子。铀核个中子。铀核还可能分裂成三部分或四部分，不过这还可能分裂成三部分或四部分，不过这种情形比较少见。种情形比较少见。 铀核裂变的许多