北京海淀区2019-2020学年高二下学期物理教研-第十八章 原子结构 第十九章 原子核 教材教法分析 课件(共120张PPT).pptx

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1、第十八章原子结构第十九章原子核教材教法分析,海淀区2020年高二年级物理教研,课标与考纲,教学建议,01课标与考纲,课标与考纲,课标与考纲,课标与考纲,课标与考纲,高考真题,（2014年）,高考真题,（2015年）,高考真题,17实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图。则A轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里,（2015年）,高考真题,（2016年）13处于n=3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光

2、的频率有A1种B2种C3种D4种,高考真题,高考真题,（2018年）,原子结构部分,知识结构,知识结构,原子核部分,原子核的组成,天然放射现象的发现,原子核反应,质子与中子的发现,原子核的符号表示,原子核天然衰变,人工核反应,衰变,衰变,半衰期,核力,结合能,核裂变,核聚变,人工放射性同位素,应用与防护,探测射线的方法,粒子和宇宙,物理观念,科学思维,科学探究,科学态度与责任,核心素养,物理观念,科学思维,科学探究,科学态度与责任,核心素养,02教学建议,教学建议,1、明确原子物理发展历程，了解原子和原子核模型的建立过程，通过物理学史教学把零散的知识点串接起来加以理解记忆。让学生树立辩证的唯物

3、主义世界观和科学观，科学发展是螺旋式上升的过程，科学是“发展中的科学”。,教学建议,2、结合学过的电磁学等知识，使学生经历分析和解决问题的过程，尽可能准确地了解能级、天然放射性、半衰期、结合能、裂变、聚变等知识。在建立这些概念和理论的思维过程的同时，也增加了对电磁学知识的复习巩固与应用。如：电子的发现与测定过程、对放射线的研究，体会利用电磁场分析测定微观粒子性质的方法。,教学建议,3.提倡教学方式多样化本部分更多强调基础性，要求不高，但价值较大，应让学生既有重点的学习，也要有全面的了解，有助于深化知识理解和完善知识体系。在课时紧张的情况下可以重点内容以探究为主，其他内容可以通过课外自主学习和课

4、堂引导重点提示相结合。4、将抽象变为形象本单元很多实验，一般中学是不具备的，无疑给教学增加了难度。教师应尽可能地利用等现代化多媒体手段将物理情境还原出来，甚至能将物理规律的内涵表达出来，有助于理解所学内容。,教学建议,5、渗透物理方法教学。这两章所接触的内容都是微观世界的知识，比较抽象，物理学中的研究方法体现很多，如提出猜想、实验验证检验的研究方法、粒子物理中的粒子散射法，不可见射线间接探测法，微观世界中的概率统计等方法。在建立原子模型和认识原子核内部结构过程中的主要实验，体会依据对宏观实验现象观测，推断物质微观结构的方法。原子模型的建立、修改和完善的过程，进一步体会建立物理模型的方法。,课时

5、建议,十八章原子结构,课时建议,十九章原子核,章节分析,第十八章原子结构,选修3-5,18.1电子的发现,阶段1：发现电子，认识原子内部有结构,电子是所有原子的组成部分,18.1电子的发现,知道阴极射线管、阴极射线,掌握判断阴极射线性质和比荷的推导方法,知道电子电量、质量与氢离子的量化关系,知道发现电子的重要意义,1,2,3,4,18.1电子的发现,古希腊哲学家德谟克利特（Democritus，约公元前460公元前370）提出1，认为物质由极小的称为“原子”的微粒构成，物质只能分割到原子为止。,化学实验证明：化合物是分子组成的，分子是原子组成的，原子则不能用任何化学手段加以分割和改变,重点：电

6、子的发现过程及意义,18.1电子的发现,一、阴极射线,进行真空放电实验发现,阴极一端出现放电现象,而对着阴极的管壁会发出绿色的辉光,放在阴极与玻璃壁之间的障碍物，可以在玻璃壁上投射阴影。,电磁波？粒子流？粒子流：电性？质量？电量？,18.1电子的发现,1897年,英国物理学家汤姆孙重新设计真空管,1906年获诺贝尔物理学奖（气体导体与电子的发现）,18.1电子的发现,eE=evB,E=U/d,18.1电子的发现,18.1电子的发现,E=U/d,18.1电子的发现,密立跟油滴实验（1910年）,(b)在無電場的情況下，油滴的終端速度為v0。,(c)在有電場的情況下，油滴的終端速度為v。,(a)密

7、立坎油滴實驗裝置的剖面透視圖。,18.1电子的发现,汤姆孙还发现用不同材料的阴极做实验荷质比数值都相同。这说明什么？,这种带电粒子是构成各种物质的共有成分。,这种组成阴极射线的带电粒子被称为电子。,正离子的轰击,紫外线照射,放射性物质,电子,金属受热,：。,18.1电子的发现,18.1电子的发现,电子的发现的意义：电子是人类发现的第一个比原子小的粒子，电子的发现打破了原子不可再分的传统观念，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构。因此他被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”,18.1电子的发现,18.2原子的核式结构模型,了解粒子散射实验原理和实验现象,

8、知道卢瑟福的原子核式结构的主要内容,知道原子和原子核大小数量级,体验核式结构得出的思维推理过程,1,2,3,4,18.2原子的核式结构模型,18.2原子的核式结构模型,18.2原子的核式结构模型,原子结构无法直接观察到，用高速粒子轰击，根据粒子穿过物质层后的偏转情况，分析原子内部结构。粒子有足够能量可以穿过原子，利用荧光屏可以观察散射的情况。研究高速的粒子穿过原子的散射情况，是研究原子结构的有效手段。*粒子散射实验既是一个很重要的实验，也是一个锻炼学生分析问题、解决问题的很好的知识点学生通过对卢瑟福如何分析散射实验、否定汤姆生的原子模型、提出自己的原子模型的了解，学习科学的方法，提高自己的能力

9、,为什么用粒子散射实验可以研究原子的结构？,18.2原子的核式结构模型,粒子散射实验,1.为什么要用真空2.为什么要用金箔3.为什么不考虑电子对粒子束偏转的影响4.枣糕式模型与核式模型相比为什么对粒子的偏转会产生非常大的影响？,18.2原子的核式结构模型,粒子散射实验,1.为什么要用真空2.为什么要用金箔3.为什么不考虑电子对粒子束偏转的影响4.枣糕式模型与核式模型相比为什么对粒子的偏转会产生非常大的影响？,实验发现，绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90，也就是说它们几乎被“撞了回来”。,18.2原子的核式结构

10、模型,18.2原子的核式结构模型,18.2原子的核式结构模型,1微米厚的金箔大约有3300个原子层，但绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，这能说明什么？粒子质量是电子质量的7000多倍，电子对粒子没什么阻挡作用，那么少数粒子为什么较大偏转？受什么力的作用？散射的粒子有极少数偏转角度超过90，有的甚至被弹回。这可能是什么原因？极少数说明什么？粒子散射实验结果说明什么问题？,18.2原子的核式结构模型,10-1510-14m,18.3氢原子光谱,了解光谱、连续光谱和线状谱等概念,知道氢原子光谱的实验定律,知道经典物理的困难无法解释氢原子光谱,让学生进一步体会物理规律是在接受实践检验过程中不断

11、发展和完善的。,1,2,3,4,18.3氢原子光谱,1、光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。,观察管,三棱镜,标度管,平行光管,2、分光镜,18.3氢原子光谱,光源,复色平行光入射棱镜时，因棱镜对不同频率的光折射率不同，因此折射光线经透镜汇聚在屏上的位置会不同。,18.3氢原子光谱,光谱,发射光谱,定义：由发光体直接产生的光谱,连续光谱,产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发光形成的,光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有,线状光谱,（原子光谱）,产生条件：稀薄气体发光形成的光谱,光谱形式：一些不连续的明线组成，不同元素的明

12、线光谱不同（又叫特征光谱）,吸收光谱,定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱,产生条件：炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后，再色散形成的,光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线（与特征谱线相对应）,18.3氢原子光谱,18.3氢原子光谱,18.3氢原子光谱,光谱,发射光谱,定义：由发光体直接产生的光谱,连续光谱,产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发光形成的,光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有,线状光谱,（原子光谱）,产生条件：稀薄气体发光形成的光谱,光谱形式：一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）,吸收光谱,定义：连续光谱中某些波长

13、的光被物质吸收后产生的光谱,产生条件：炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后，再色散形成的,光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线（与特征谱线相对应）,18.3氢原子光谱,钠蒸气,光谱中产生的一组暗线，每条暗线的波长都跟那种气体原子的特征谱线相对应。,18.3氢原子光谱,18.3氢原子光谱,约翰雅各布巴耳末（JohannJakobBalmer）瑞士数学家、物理学家。,里德伯常量,18.3氢原子光谱,卢瑟福的原子核式结构模型的不足,18.4玻尔的原子模型,知道玻尔理论基本假设的主要内容,了解能级、跃迁、能量量子化、基态、激发态等概念,能用玻尔理论简单解释氢原子光谱,知道玻尔理论

14、的不足,1,2,3,4,18.4玻尔的原子模型,尼尔斯玻尔（1885-1962）,1、轨道量子化：围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。,2、能量量子化：不同的轨道对应着不同的状态.在这些状态中，尽管电子在做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；,3、跃迁假设：,r=n2r1,En=E1/n2,18.4玻尔的原子模型,18.4玻尔的原子模型,18.4玻尔的原子模型,1.为什么说氢原子中电子的能量代表了氢原子的能量？2.什么样的光子、电子的能量可以被氢原子吸收,18.4玻尔的原子模型,氢原子处于基态时，其能量为E1=-13.6eV。下面给出一些光子的能量值，处于基态的氢原子可

15、以吸收哪些光子A14.6eVB12eVC3.4eVD10.2eV,AD,18.4玻尔的原子模型,现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的1/(n-1)。A2200B2000C1200D2400,18.4玻尔的原子模型,处于基态的一群氢原子受某种单色光照射时,只发射波长为1、2、3的三种单色光,且123,则照射光波长为A.1B.1+2+3C.D.,【D】,18.4玻尔的原子模型,在某条件下,铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级

16、上时并不发射光子,而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子,使之脱离原子,这一现象叫做俄歇效应,以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子.已知铬原子的能级公式可简化表示为En=-A/n2,式中n=1，2，3表示不同的能级,A是正的已知常数.上述俄歇电子的动能是A.3A/16B.7A/16C.11A/16D.13A/16,【C】,18.4玻尔的原子模型,用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线。调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条。用n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图可以判断，n和E的可能值

17、为()An1，13.22eVE13.32eVBn2，13.22eVE13.32eVCn1，12.75cVE13.06cVDn2，12.75cVE13.06cV,【AD】,18.4玻尔的原子模型,弗兰克-赫兹实验,18.4玻尔的原子模型,章节分析,第十九章原子核,选修3-5,19.1原子核的组成,一、天然放射现象,（）研究荧光与射线的关系：采用硫酸钾铀作实验材料，将其包好，放在用黑纸包好的底片上，一起放在太阳光下爆晒底片上显示出铀盐包的轮廓，即底片感光了。他认为：该铀盐被阳光照射后，除了能够发出可见的荧光外还能发射出穿透不透光的纸的射线,19.1原子核的组成,（2）意外收获：因连续阴天，铀盐包无

18、法在太阳底下曝晒发出荧光，但铀盐照样可以使底片感光他推断：底片感光与铀盐是否经过曝晒发荧光无关，这种现象必定是铀盐连续发出的一种类似射线的神秘射线穿透黑纸所致。,（3）进一步研究发现：不论是荧光物质还是非荧光物质，只要是含铀的化合物，都能自动发出这种贯穿本领很强的射线，而放出这种射线的物质就是铀原子。发出射线的能力是铀原子自身的性质。,19.1原子核的组成,居里夫人的研究：(1)发现铀的辐射强度正比于化合物中铀的含量，与化合物的种类无关，与光照、通电、加热等因素也无关，这说明辐射起源于原子内部，提出“放射性”描述此现象,(2)提出是否其它元素也有放射性？1898年4月2日，居里夫人宣布发现钍元

19、素具有放射性，同年7月又发现了放射性比铀强400倍的新元素钋（Po)，接着同年12月又发现了放射性比铀强200万倍的镭（Ra）。1902年用“分步结晶法”提炼出0.12克的浓缩镭化合物氯化镭,并测定了镭的原子量为225（现在已知镭的原子量是226）（3）1903年居里夫妇和贝克勒尔由于放射性研究获诺贝尔物理学奖。发现镭射线的致癌功能后，1911年居里夫人获诺贝尔化学奖。,19.1原子核的组成,物质发射射线的性质称为放射性。具有放射性的元素称为放射性元素放射性元素自发的发出射线的现象叫做天然放射现象原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性意义

20、：射线来自原子核说明原子核内部是有结构的。射线的能量高说明原子核蕴含着巨大能量。,19.1原子核的组成,19.1原子核的组成,质子的发现:卢瑟福用粒子轰击氮原子核（1919）,19.1原子核的组成,为了弄清这个问题，英国物理学家布拉凯特又在充氮的云室里做了这个实验如果质子是粒子直接从氮核中打出的，那么在云室里就会看到四条径迹：放射粒子的径迹、碰撞后散射的粒子的径迹、质子的径迹及抛出质子后的核的反冲径迹如果粒子打进氮核后形成一个复核，这复核立即发生衰变放出一个质子，那么在云室里就能看到三条径迹：入射粒子的径迹、质子的径迹及反冲核的径迹布拉凯特拍摄了两万多张云室照片，终于从四十多万条“粒子径迹的照

21、片中，发现有八条产生了分叉分叉的情况表明，这第二种设想是正确的,这个质子是粒子直接从氮核中打出的，还是粒子打进复核后，复核发生衰变时放出的呢?,19.1原子核的组成,P0,铍,不可见粒子,石蜡,质子,19.1原子核的组成,同位素：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，互称同位素。同种元素的同位素具有相同的化学性质。,19.2放射性元素的衰变,知识原子核的衰变,会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义,知道半衰期的规律，能熟练写出衰变方程,1,2,3,一、衰变,1、原子核放出粒子或粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变,衰变：,2.种类：,19.2放射性元素的衰变,本

22、质：2个质子和2个中子十分紧密地结合在一起，在一定条件下会从一个整体较大的原子核抛射出来。,衰变：,19.2放射性元素的衰变,衰变：,本质：,19.2放射性元素的衰变,衰变：,本质：,19.2放射性元素的衰变,BC,关于天然放射现象，下列说法中错误的是（）A天然放射现象中的、射线都来自于放射性原子核B、射线来自于放射性原子核，射线来自于核外电子C射线是氦核流，射线是电子流，射线是中子流D三种射线中，射线的电离能力最强，但其贯穿本领最小；射线的贯穿本领最大，而电离能力最弱,19.2放射性元素的衰变,19.2放射性元素的衰变,3.A、B两原子核静止在同一匀强磁场中，一个放出粒子，另一个放出粒子，运

23、动方向均与磁场垂直，他们在磁场中的运动径迹及两个反冲核的运动径迹如图所示。则可以判定径迹是粒子的，径迹是粒子的。,19.2放射性元素的衰变,二、半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。（反映了衰变的快慢）,19.2放射性元素的衰变,19.3探测射线的方法,知道射线能使气体或液体电离、使底片感光、使荧光物质发光,了解云室、气泡室和计数器的工作原理,1,2,19.3探测射线的方法,1.粒子使气体或液体电离,使气体电离过饱和汽产生雾滴,使液体电离过热液体产生气泡,2.粒子使照相乳胶感光,3.粒子使荧光物质产生荧光,使气体电离产生电流,19.3探测射线的方法,玻璃,放射源,饱和蒸气,威尔逊

24、云室,19.3探测射线的方法,a射线在云室中的径迹：直而粗原因：a粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿涂产生的粒子多,射线在云室中的径迹：比较细，而且常常弯曲原因：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,19.3探测射线的方法,气泡室是由一密闭容器组成，容器中盛有工作液体。高速带电粒子通过液体，以这些离子为核心形成胚胎气泡，沿粒子所经路径留下痕迹。,气泡室的优点：它的空间和时间分辨率高；工作循环周期短，本底干净、径迹清晰，可反复操作。但也有不足之处：那就是扫描和测量时间还嫌太长；体积有限，而且甚为昂贵。,19.3探测射线的方法,三、盖革-米勒计数器,一种能自动把放射

25、微粒计数出来的仪器，利用了射线的电离本领,19.4放射性的应用与防护,知道什么是放射性同位素,会正确书写核反应方程,了解放射性在生产和科学领域的应用,知道射线的危害和防护,1,2,3,4,19.4放射性的应用与防护,人工核反应卢瑟福在1919年用粒子轰击氮原子核打出质子的实验是第一次实现人工核反应。,人工放射性同位素1934年，小居里夫妇第一次利用人工方法发现放射性同位素。,19.4放射性的应用与防护,放射性同位素在农业、医疗卫生、和科学研究等许多方面得到了广泛的应用其应用是沿着利用它的射线和作为示踪原子两个方向展开的,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

26、,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,治疗癌症的放疗设备,射线测厚仪,用钴60照射后的草莓,19.4放射性的应用与防护,19.5核力与结合能,知道合力的性质,了解四中基本相互作用,认识原子核的结合能及质量亏损，并能用智能方程进行计算,从比结合能的角度理解释放核能的方式,1,2,3,4,19.5核力与结合能,电磁斥力万有引力质子为什么能挤在一起而不飞散,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?,103

27、6倍,核力-强相互作用(强力),短程力：1.510-15m内0.810-15m斥力0.810-15m1.510-15m引力饱和性：每个核子只与邻近的核子发生核力作用,19.5核力与结合能,万有引力电磁相互作用强相互作用弱相互作用(10-18m内),长程力,短程力,二、四种基本相互作用,19.5核力与结合能,三、原子核中质子与中子的比例,自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。,为什么会这样呢？,19.5核力与结合能,三、原子核中质子与中子的比例,自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子

28、数，越重的元素，两者相差越多。,为什么会这样呢？,19.5核力与结合能,结合能并不是核子结合成原子核后具有的能量，而是把原子核分成核子需要的能量，或把核子结合成原子核释放的能。,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.,核子结合成原子核,2.22MeV,原子核分解为核子,1、结合能,19.5核力与结合能,质量亏损,1u=1.66056610-27kg。,19.5核力与结合能,六、爱因斯坦质能方程,E=mc2,爱因斯坦,E=mc2,E=m931.5MeV,19.5核力与结合能,比结合能越大，原子核就越难拆开。平均结合能的大小反映核的稳定程度。,比结合能与原子稳定性之间的关系：,

29、19.6核裂变,知道核裂变反映,知道链式反应的条件,知道原子弹原理,了解裂变反应堆的工作原理,1,2,3,4,知道核电站的工作模式,5,19.6核裂变,19.6核裂变,铀核裂变的生成物不同，释放的能量也不同。按一个铀核裂变释放200MeV的能量计算：1kg铀裂变释放的核能相当于2800000kg标准煤完全燃烧释放的化学能！,19.6核裂变,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。,19.6核裂变,19.6核裂变,核反应堆(可控链式反应)：核反应堆是可控的链式反应装置，它能使核能平稳释放。核反应堆主要由核燃料（天然铀或浓缩铀制成的铀棒）、慢化剂（石墨、重水、普

30、通水）、控制调节系统、冷却系统（水或液态金属钠）和防护层组成。,链式反应的应用核电站慢中子反应堆,19.6核裂变,核发电量占总发电比例最多的10个国家是：法国75%立陶宛73.1%比利时57.7%保加利亚47.1%斯洛伐克47%瑞典46.8%乌克兰43.8%韩国42.8%匈牙利38.3%亚美尼亚36.4%,世界核能发电占全部电量1/4,19.7核聚变,轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做核聚变,+17.6MeV,19.8粒子与宇宙,目前已经发现400多种粒子,强子,轻子,媒介子,新粒子,参与强相互作用的粒子,质子、中子、超子、介子.,不参与强相互作用的粒子,电子、电子中微子、子、子中微子、子、子中微子.,传递各种相互作用的粒子,光子、胶子、中间玻色子.,19.8粒子与宇宙,