高三物理粒子散射.pdf

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1、粒子散射一、教学目标1.了解原子的核式结构.2.培养学生通过现象认清本质的分析、推理能力.3.了解原子学说的发展历史，认识a 粒子散射实验的重大意义.二、重点分析卢瑟福的a 粒子散射实验的现象和所说明的问题.三、教具1.了解a 粒子散射实验.放相机、彩色显示器、录相带.2.分析实验现象.a 粒子散射实验挂图.四、主要教学过程（一）新课引入很早以前人们就知道原子是组成物质的最小微粒，但是原子内部是怎样的结构呢？1897年，汤姆生发现了电子，人们意识到原子并非是不可再分的.原子内除了电子外还应该有带正电的物质，它们是怎么构成原子的呢？(二)教学过程设计1.汤姆生的原子模型.英国科学家汤姆生对阴极射

2、线进行了一系列的实验研究，确定了阴极射线中粒子带负电，并计算出了它的荷质比e/m.通过进一步的研究发现它的电量跟氢离子的电量基本相同，质量比氢离子小得多.后来人们称之为电子.由此得出电子是原子的基本组成成分的结论.简单介绍汤姆生提出的原子模型.明确：汤姆生认为原子内正电荷均匀分布在其中，电子只是在振动，原子里是“实”的.2.观 看 我们的朋友原子录相带中有关a 粒子散射实验部分.边看录相边思考问题：为什么a 粒子大多数不偏转？少数发生较大偏转？极小数发生大角度偏转？3.结合挂图归纳小结.(1)大多数a 粒子不偏转的原因是它们运动过程中没有受到阻碍，说明原子内儿乎是“空”的.(2)少数a 粒子发

3、生较大偏转，说明有带正电的物质对它们产生库仑斥力的作用.(3)极少数a 粒子发生大角度偏转，说明它们和某种物质发生了撞击，而且这种物质占据了很小的空间.提出原子的核式结构学说：卢瑟福于1911年提出关于原子的核式结构学说,他指出，在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕着核旋转.引导学生思考：a 粒子散射实验的结果中描述的“绝大多数”、“少数”和“极少数”a 粒子的径迹对于卢瑟福提出原子的核式结构学说有什么意义？简单介绍英国物理学家卢瑟福.卢 瑟 福 1871年出生于新西兰，小时候上学时学习很优秀，1892年从新西兰大学毕

4、业后去了英国.后来在汤姆生门下当一名研究生，经汤姆生推荐到加拿大出任一所大学的物理教授.1919年卢瑟福接替他的老师汤姆生担任了英国剑桥大学卡文迪许实验室主任.由于他对原子物理学的突出贡献.被人们尊称为原子核物理之父，并且在1908年获得诺贝尔奖.总结：从汤姆生的原子模型到卢瑟福提出的核式结构学说，人们对于原子结构的研究取得了重大的进展.a粒子散射实验起了决定性的作用.这一结果又次说明了物理学是以实验为基础发展起来的一门科学.当然科学理论的建立和完善往往要经过几代科学家的努力.原子的核式结构学说并非完美无缺，从经典物理的角度看，电子绕着原子核转，要不断向外界辐射能量，导致电子能量不断减少最终落

5、入核内，这和原子的稳定性出现矛盾.可见人们对原子的认识理论还要进一步发展.原子 原子核玻尔假设教案一、教学目标1.了解玻尔的三条假设.2.通过公式、=n触网E.交 牲 原 旅n和量子数n的关系.3.了解玻尔理论的重要意义.二、重点、难点分析1.玻尔理论是本节课的重点内容，通过学习玻尔的三条假设使学生了解玻尔把原子结构的理论向前推进了一步.2.电子在可能的轨道上的能量是指电子总的能量，即动能和电势能的和，这点学生容易产生误解；对原子发光现象的解释也是学生学习的难点.三、主要教学过程(一)新课引入前一节提到卢瑟福的原子核式结构学说跟经典的电磁理论产生了矛盾，这说明了经典的电磁理论不适用于原子结构.

6、那么怎么解释原子是稳定的？又怎么解释原子发光的光谱不是连续光谱呢？(-)教学过程设计1.玻尔的原子模型.(1)原子的稳定性.经典的电磁理论认为电子绕原子核旋转，由于电子辐射能量，因此随着它的能量减少，电子运行的轨道半径也减小，最终要落入原子核中.玻 尔 在1913年结合普朗克的量子理论针对这一问题提出新的观点.玻尔假设一：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.这些状态叫做定态.说明：这一说法和事实是符合得很好的，电子并没有被库仑力吸引到核上，就像行星绕着太阳运动一样.这里所说的定态是指原子可能的一种能量状态，有某一数值的能量，这些

7、能量包含了电子的动能和电势能的总和.(2)原子发光的光谱.经典的电磁理论认为电子绕核运行的轨道不断的变化，它向外辐射电磁波的频率应该等于绕核旋转的频率.因此原子辐射一切频率的电磁波，大量原子的发光光谱应该是连续光谱.玻尔针对这问题提出新的观点.玻尔假设二：原子从一种定态(E J跃迁到另一种定态(E终)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h u=E E.说明：这一说法也和事实符合得很好，原子发光的光谱是由一些不连续的亮线组成的明线光谱.(3)原子能量状态和电子轨道.玻尔假设三：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的，因此

8、电子的可能轨道的分布也是不连续的.2.氢原子的轨道半径和能量.玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量.根据计算结果概括为公式：一1,E L。2,3-说明公式中n、E,和 r.、&的 意 义，并 说 明 n 是正整数，叫做量子数，r,=0.53X 10 l0m,E.=-13.6eV.n=2,3,4时，相应的能量为Ez=-3.4eV、E3=-l.51 eV、E,=-0.85eV-E-=0.3.氢原子的能级.氢原子的各种定态时的能量值叫做能极，根据以上的计算，可画出示意的能级图.原子最低能级所对应的状态叫做基态，比基态能量高的状态叫激发态.原子从基

9、态向激发态跃迁，电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加要吸收能量.原子也可以从激发态向基态跃迁，电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少要辐射出能量，这一能量以光子的形式放出.明确：原子的能量增加是因为电子增加的电势能大于电子减少的动能；反之原子的能量减少是因为电子减少的电势能大于电子增加的动能.115-1-13.5原子无论吸收能量还是辐射能量，这个能量不是任意的，而是等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差.明确：一个原子可以有许多不同的能量状态和相应的能级，但在某一时刻，一个原子不可能既处于这一状态也处于那一状态.如果有大量的原子，它们之中有的处于这一状态，有的处于那一状态.氢光

10、谱的观测就说明了这一事实，它的光谱线不是一个氢原子发出的，而是不同的氢原子从不同的能级跃迁到另一些不同能级的结果.例 1 氢原子的基态能量为E,电子轨道半径为n,电子质量为m,电量大小为e.氢原子中电子在n=3 的定态轨道上运动时的速率为v”氢原子从n=3 的定态跃迁到n=l 的基态过程中辐射光子的波长为人，则以下结果正确的是.C.电子的电势能和动能都要减小D.电子的电势能减小，电子的动能增大分析：玻尔理论虽然解决了一些经典电磁学说遇到的困难，但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力作向心力.Fke fioe5根据玻尔理论r“=n，n即

11、 r3=9 r,.叫 廉聘因X.由 于&=3瓦.Es=EH flhU=ES-EM 即 与所以入=聋，因此正确.氢原子从n=3 跃迁到n=l,电子受到的库仑力做正功，电势能减小;由 耳 可 知 电 子 动 潴=即轨道铉越小，动能t r 4 4r越大，所 以D正确，C错误.例2有大量的氢原子，吸收某种频率的光子后从基态跃迁到n=3的激发态,已知氢原子处于基态时的能量为&,则吸收光子的频率u=,当这些处于激发态的氢原子向低能态跃迁发光时，可发出_ _ _ _ _ _ _ 条谱线，辐射光子的能量为分析：根据玻尔的第二条假设，当原子从基态跃迁到n=3的激发态时，91收光子的能量hU=E,-Et.iD E

12、 lE p所飒收光子的频率D 8Eh 9b-当原子从n=3的激发态向低能态跃迁时，由于是大量的原子，可能的跃迁有多种，如 从n=3到n=l,从n=3到n=2,再 从n=2到n=l,因此 囱 颇 t i 日a鼻 好的能知肽7瓦，瓦，一1.本节总结：玻尔的原子模型是把卢瑟福的学说和量子理论结合，以原子的稳定性和原子的明线光谱作为实验基础而提出的.认识玻尔理论的关键是从“不连续”的观点理解电子的可能轨道和能量状态.玻尔理论对氢光谱的解释是成功的，但对其他光谱的解释就出现了较大的困难，显然玻尔理论有一定的局限性.原子 原子核天然放射性教案一、教学目标1.在物理知识方面的要求.(1)理解什么是“天然放射

13、现象”，掌握天然放射线的性质;(2)掌握原子核衰变规律，理解半衰期概念；(3)结合天然放射线的探测问题，提高学生综合运用物理知识的能力.2.在复习过程中，适当介绍天然放射性的发现过程，以及有关科学家的事绩，对学生进行科学道德与唯物史观的教育.二、重点、难点分析1.重点.(1)衰变规律；(2)用电场和磁场探测天然射线的基本方法.2.难点：用力学和电学知识如何分析天然射线的性质.三、主要教学过程(一)引入新课回顾法国物理学家贝克勒耳发现天然放射现象的经历，以及贝克勒耳为了试验放射线的性质，用试管装入含铀矿物插在上衣口袋中被射线灼伤、早期核物理学家多死于白血病(放射病)的故事.(-)教学过程设计天然

14、放射性.1.天然放射现象：某种物质自发地放射出看不见的射线的现象.2.原子核的衰变：某种元素原子核自发地放出射线粒子后，转变成新的元素原子核的现象.3.天然放射线的性质.(见下页表)说明电离本领和贯穿本领之间的关系：a粒子是氢原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的a粒子，贯穿本领最弱；而Y光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领最强.名称构成电量(e)质量(u)射出速度电离能力贯穿本领a氢核+240.1c最强最弱B电子-1瑞）0.9c较强较强Y光子00c最弱最强4.衰变规律.（1）遵从规律：质量数

15、守恒（说 明 与“质量守恒定律”之区别）；电荷数守恒；动量守恒；能量守恒.说明：Y衰变是原子核受激发产生的，一般是伴随a衰变或B衰变进行的，即衰变模式是：a +y ,B +Y,没有a +B +Y这种模式！（3）半衰期：放射性原子核衰变掉一半所用时间.说明：某种原子核的半衰期与物理环境和化学环境无关，是核素自身性质的反映.例 1 平衡下列衰变方程：a一01+（）.贽 ThfJ*Pa+（）.毒案,为ee.例2牡232（警Th）经过 次G衰变和 次口衰变，晕后成湖ft208（3*Pb）.分析：因为a衰变改变原子核的质量数而B衰变不能，所以应先从判断a衰变次数入手：232u-208u6.每经过1次a衰

16、变，原子核失去2个基本电荷，那么，针核经过6次a衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差，决定了 B衰变次数：答案：6,4.例3静 出 帆22幅*均发生。衰 转 候2 2 2 g蚓，如 糅 变中放出的能量都转化为a粒子和氧核的动能.(1)a粒子与氨核的动能之比；(2)若a粒子与氨核的运动方向与匀强磁场的磁感线垂直，画出轨迹示意图,并计算轨道半径之比.解：(1)衰变时动量守恒：O=m.,v.,+MRVR,(2)若它们在匀强磁场中，运动方向与磁感线垂直，轨道半径mv但衰变时射出的a粒子与反冲核(R n)都带正电荷，且动量大小相等，则它们在匀强磁场做圆周运动的轨迹是一对外切圆(图1),轨道半径和粒子

17、电量成反比：工 434.1例 4 束天然放射线沿垂直电力线的方向从中间进入到两块平行带电金属板M、N之间的匀强电场中，试问：(1)射线I、II、III各是哪种射线？(2)M、N各带何种电荷？提示：参考天然放射线的性质.解：Y射线不带电，所以是H(直线).设带电粒子打到金属板上的位置为x,偏转的距离都是d/2,根据公式所以d I 平2 2 mfmdE,.信将v.=O L lc=0.9c,m.=4u.=23QO1*q.=2 e*q,=匕，代入上式，得比值is.=12.m.0.9c llu/2000所以I 为a 射线，in为B射线，M带负电.原子 原子核天然放射现象教案一、教学目标1.在物理知识方面

18、要求.(1)了解天然放射现象，知道天然放射现象的实质是核的衰变.(2)知道三种射线的特性，了解如何判断三种射线所带电性.(3)知道a衰变和B衰变.(4)了解半衰期的概念.2.掌握a衰变和B衰变的规律，引导学生运用质量数守恒和电荷数守恒的规律正确地写出核反应方程式.3.使学生了解天然放射现象说明原子核还有进一步的结构，它打开了人们认识原子核内部世界的大门，揭开了原子核物理的新篇章.二、重点、难点分析1.重点是使学生了解天然放射现象和它的实质，知道天然放射现象中放射出三种射线的特性.2.正确了解半衰期的概念是本节的难点.三、教具1.分析判断三种射线带电性的实验.2.列表总结三种射性的特性.投影幻灯

19、、投影片.四、主要教学过程(一)引入新课复习提问：1.上章原子结构中，主要知识有哪些？2.卢瑟福的原子核式结构模型的内容是什么？从原子结构的学习我们已明确原子不是不可再分的，它是由原子核和电子组成的.通过卢瑟福的a 粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型.学习玻尔原子理论，我们知道了原子处于系列可能的能量状态.而原子核是否可以再分，其内部结构如何是本章要学习的问题.在20世纪头 10年卢瑟福提出原子核式模型时，人们很快意识到19世纪末科学家们发现的天然放射现象已经为人们打开了认识原子核内部世界的大门.(-)教学过程设计1.天然放射现象.1895年发现X射线后，法国科学家贝克勒耳在研究X射线

20、与可见光的联系时，将硫酸铀钾晶体与照相底片放在一起，他惊奇的发现：未经阳光照射的铀盐也能使底片感光.后来他又做了一系列有关实验，1896年贝克勒耳宣布，铀和含铀的矿物能发出某种看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光.物质发射这种射线的性质，叫做放射性.具有放射性的元素，叫做放射性元素.在贝克勒耳的建议下，居里夫妇对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，并发现了两种放射性更强的新元素，即针(P。)和镭(R a).其 中“针”是居里夫人为了纪念她的祖国波兰而命名的.许多元素都有放射性，原子序数大于8 3 的所有天然存在的元素都具有放射性.这种能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象.由于发现放射

21、性现象和对放射现象的研究，1903年贝克勒耳和居里夫妇一起获得诺贝尔物理学奖.2.三种射线.放射线元素放出的射线到底是什么呢？科学家用如图1的装置来研究（用投影幻灯打出），在铅块窄孔的底上，放有放射性样品，孔的对面放着照相底片，没有电场时，底片显影后，正对窄孔有一个暗斑.在底片与铅块间加一电场，显影后底片上出现三个暗斑，带有正电的射线偏转较小，称 为a射线，带负电的射线偏转较大，称 为B射线，不发生偏转的射线不带电，称 为Y射线.科学家进一步研究了三种射线的成分和性质，如 图2中表格所列（用投影幻灯打出）.图 2aY成分钿 He电书K&e电磁波X 很短速度l/10c接近C光速贯穿本领很小很大最

22、强电离能力很强很小最小。粒子是氯原子檄:即，射出困废为无速的十分之一，贯穿物防的本领很小，张薄铝箔或一张薄纸就能将它挡住，但有很强的电离作用，很容易使空气电离.B粒子是高速电子，速度接近光速，贯穿本领很大，能穿透儿毫米厚的铝板,但电离能力较弱.Y射线是波长很短的电磁波，贯穿本领最强，能穿透儿厘米厚的铅板，但电离能力最小.三种射线都是从原子核中放射出来的，当放射性物质衰变时，有时放射a射线，有时放射B射线，同时伴有Y射线，因此在射线中同时有a、6、Y三种射线.放射线的发现揭示了原子核结构的复杂性，促使人们对它做进一步的研究.3.放射性元素的衰变.衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变

23、化叫做原子核的衰变.衰变过程遵守的原则：电荷数和质量数都守恒.原子书的号，?水表一个原子班符号，其中X为元家符号，项岫是U,氧 为0；下 标Z为电荷数，即核带的电量数，也是此元素的原子序数,如U为9 2,氧 为8；上标M为质量数如U 2 38为2 38,氧1 6为1 6.即可用芸;取+2;工其 中X表示原来的原子核，Y为新生成的原子核.B衰变：原子核放出B粒子的衰变叫做B衰变.讨论提问：写出111234（牡）P 衰变的1版 应 方 程 式.g*T L+T P a.新生成的元素P a是锲.归纳得到：B衰变后，新生成的核与原来的核质量数相同，电荷数增加1,日新核在元素周期表中位置比原来核的位置向后

24、移了一位.其规律可以用通式表示：7X-*专4 Y.Y射线：在原子核衰变过程中有过多的能量时,就会以光子的形式辐射出来,所 以Y射线会伴随a、B射线同时产生，因此放射性物质发生衰变时，往往三种射线同时产生.4.半衰期放射性元素衰变有一定的速率.如氧222经a衰变变为针2 1 8,每经过3.8天就有一半的氨发生衰变，即经过3.8天后剩下一半的氢，再经过3.8天，剩下的氨又有一半发生衰变，只剩下四分之一氨，再 经3.8天剩下八分之一氨，再经3.8天剩下十六分之一氨，.半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间.半衰期反映放射性元素衰变的速率，每种放射性元素都有一定的半衰期，如镭226变为氨2

25、22的半衰期为1620年；铀238变为钛234的半衰期为4.5X 10年.半衰期只与元素本身有关，与元素所处的物理、化学状态及周围环境、温度都无关.思考讨论：10克 镭226变为氨222的半衰期为1620年，有人说：经 过1620年有一半镭发生衰变，还有镭2265克，再 经 过1620年另一半镭也发生了衰变，镭226就没有了，对吗？为什么？归纳得到：不对，经过第二个1620年镭还剩2.5克，要正确理解半衰期的意义.（三）课堂小结1.许多物质都有放出a、B、Y射线的性质，称为放射性.具有放射性的元素叫做放射性元素.天然放射现象的发现为我们打开了认识原子核内部世界的大门.2.三种放射线中，a粒子为

26、氢核；B粒子为高速电子；丫粒子为波长很短的光子.了解它们各自的特点.3.了 解 衰 变.a衰变、B衰变的物理意义，会写相应的核反应方程式.4.半衰期是反映放射性元素本身衰变快慢的物理量，要正确理解它的物理意义.（四）课堂练习1.写出以下元素进行一次a 衰变的核反应方程式:5Ra（郎,普Bi（恸.贽Po（钠.部4 K）.口成）.2.写出以下元素进行一次B衰变的核反应方程式：3*Th（ft）,3?Bid6）/A嗣）.gp（ff）.（五）作业练习一.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.在物理知识方面要求.（1）了解原子核的人工转变.了解它的方法和物理过程.

27、（2）了解质子和中子是如何被发现的.（3）会写核反应方程式.（4）了解原子核的组成，知道核子和同位素的概念.2.掌握利用能量和动量守恒的思想来分析核反应过程.从而培养学生运用已知规律来分析和解决问题的能力.3.通过发现质子和中子的历史过程，使学生认识通过物理实验研究和探索微观结构的研究方法及体会科学研究的艰巨性和严谨性.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发现了质子和中子，它是确定原子核组成的实验基础.2.用已经学过的能量和动量守恒以及有关的知识来分析核反应过程，是本节的难点.三、教具1.分析卢瑟福做的“a粒子轰击氮原子核的实验”.2.讲解

28、约里奥 居里和伊丽芙 居里夫妇做的“用来自被的射线去轰击石蜡的实验”.用投影幻灯、投影片.四、主要教学过程（一）引入新课复习提问：1 .什么是天然放射现象？天然放射性元素放射出哪几种射线？这些射线的成分是什么？I翳 数 海 敏,天然放射现象说明原子核存在着复杂的内部结构，为了了解原子核的组成,人们开始寻找研究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.质子的发现.（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，通过对核反应过程及其产生的新粒子的研究，了解原子核的内部结构和粒子的本质及特点.(2)a 粒子轰击氮原子核的实验.

29、1919年，卢瑟福做了用a 粒子轰击氮原子核的实验，第一次实现了原子核的人工转变，有了很重要的发现.实验装置如图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a 粒子射到铝箔F 上，适当选取铝箔的厚度，使 a 粒子恰好被它完全吸收而不能透过，在 F 后面放一荧光屏S,用显微镜M观察荧光屏.实验现象：当在荧光屏上恰好观察不到闪光后，通过阀门T 往容器C里通入氮气，此时卢瑟福从荧光屏S上又观察到了闪光.实验结论：实验表明，闪光一定是a 粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的.(3)质子的发现.讨论提问：引导学生用已经学过的知识分析怎样知道新粒子的性质.若想知道新

30、粒子的性质，必须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新粒子的电性？归纳得到：可将粒子引入电场或磁场中，观察粒子的偏转轨迹.+x X X xVX x/x XO-Y:Ov BX 乂XX X X X图2图3如图2 所示，在匀强电场中粒子的轨道是抛物线，若粒子向下偏转，说明粒子带正电；若向上偏转，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，若粒子向上做圆运动，说明粒子带正电，若粒子向下做圆运动，说明粒子带负电.实验证明：这个新粒子带正电.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，调节B或 E的值，

31、使粒子在正交场中，沿入射方向做匀速直线运动，则可知此时好所受的电场力号曜埼加等事二画，所以可其曜子的，肠二号.1S实验说明：这个新粒子速度很大，有很强的穿透能力.册 女 方 轲 毗 位 子 的 荷 砒,叩 粒 子 的 电 盘 与 质 也 比 俳归纳得到：使粒子通过匀强电场，根据粒子的偏转量y 求出.或使粒子在匀强磁场中做圆周运动，根据半径R 求.X:x y x X BX、为引XX X X XX X X X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:q 2m.手 皿.m+ma将速度的最大值代入方程（6）,可得：13XIQI*m*14mH47X 时-m4-nH 1

32、 可 得:m=l.15 m H.查德威克还用别的物质代替氢和氮重做这个实验，可得到同样的结果.后来更精确实验测出，此粒子质量非常接近于质子质量，只比后者大千分之-多（此粒子质量是1.6 7 4 9 2 0 X 1 0 ,质子质量是1.6 7 2 6 14 X 10 k g）.查德威克发现的这种与质子质量差不多的粒子，由于不带电，所以叫做中子.用符号表示.发现中子的核反应方程式为4 Be+；+；n.实验证实，从许多原子核里都能打出中子，可见中子也是原子核的组成部分.中子的发现是物理学发展史上的一件大事，由于中子不带电，所以更容易接近或打进原子核.不少科学家用中子轰击原子核，进一步揭示了物质的微观

33、结构,对近代物理学的发展起了很大作用.由此也可看出科学的预言和假说的重要作用，它可引导人们发现新的事实和规律.中子的发现的历史事实也使我们明确，在科学研究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发现失之交臂.由于发现了中子，查德威克获得1 9 3 5年诺贝尔物理学奖.中子的发现是科学假设和理论推证相结合的产物，也是查德威克与许多物理学家共同努力的结果.查德威克事后说：“先进的科学知识通常是很多人劳动的成果.2.原子核的组成.中子发现后，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

34、中：电荷数=质子数=核外电子数.质量数=质子数+中子数.F 1 皿 它的电前獴为7,所以按中含有7个质子，质量更为1 4,所以中子数为1 4-7=7,则氮核是由7个质子和7个中子组成的.同位素：具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素.如桶（泅 丽 子 即 蜜 板 网 的 索.在天然放射现象中，放射出的三种射线：a粒子是氢核，它是由2个质子和2个中子结合在一起从核中发射出来的，其核反应方程式为8粒子是电子，这是由中子转化为质子和电子，其核反应方程式为；L阳乜*Y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

35、多的不带电粒子，称为中子.2.查德威克通过对许多实验的分析，并运用动量守恒和能量守恒的规律，测量并计算出波一些人误认为Y射线的粒子的电性和质量，从而发现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.知道天然放射现象中a粒子和B粒子的形成及核反应方程式.（四）复习提问I.和鬻片的核内各有多少个中子和质子？工3怵87减于，9个中子.=Ra甲 宥/廉 子 138个中子.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A,则该原子核得到的能量邑与中子的起始能量E0之比为Eg 4A（

36、1）证明上述关系式.求中子与喘d1。汨如撤比值察.根据弹性碰撞的规律可列出动量守恒和动能守恒的方程：若中子质量为原子核质量为m A=A m o.(1)n i o V o =m0v+mAv,解方程可得，旦 4AE；(1*A V(2)因为A=12,则可求-2&4H.EQ 169(五)作业练 习 二:、(5)、(6).原子 原 子 核 原子核的结合能教案一、教学目标1.物理知识方面的要求.(1)了解核力的基本特点.(2)理解原子核的结合能概念.(3)掌握质能联系方程.2.物理思想方面的教育.人类从利用燃料的化学能到掌握利用原子核能的过程，反映了人类对物质世界的认识不断深化的过程.二、重点、难点分析1

37、.质能联系方程.2.质量转化为能量是一种误解.三、主要教学过程(一)引入新课原子核是原子中体积很小但却集中了几乎原子全部质量的带正电的中心体，原子核的半径的数量级为10%.在极小的原子核中，存在着Z个质子，(A-Z)个中子.不难根据万有引力定律和库仑定律计算出原子核中的两个质子之间的万有引力与库仑力的比值，这一比值约为1 0!在巨大的库仑斥力作用下，通常的原子核却是异常稳定的.这说明在原子核中，除了质子之间的库仑斥力外，还应存在另一种力，它把核子紧密地联系在一起.(二)教学过程设计1.核力.这种能够把核中的各种核子联系在一起的更为强大的力叫做核力.尽管人们对核力的研究有了重大进展，但对揭示核力

38、的本质还相去甚远，许多问题有待进一步研究.核力具有以下的一些特点：(1)短 程 性.它 只 在10 m内 作 用.当 在2X10F 3X10%区域的表现为一种很弱的吸引力.当在0.3X10 口2X10%区域内表现为很强的吸引力，其强度比库仑力大两个数量级.正是这种强大的吸引力，使原子核中的质量不致因相互排斥而散开.当两个核子之间的距离小于0.3X10%时，将受很强的斥力，它保证了原子核不致坍缩.(2)饱和性.核子的半径约为0.8X10,由于上述核力的短程性可以看出，每个核子只与它相邻的核子有作用力，而不是与核中的所有核子都有作用力.(3)电荷的无关性.即核中的核子，不论是质子与质子，中子与中子

39、，质子与中子，它们之间的核力是一样的.2.结合能.由于原子核中的核子之间存在着强大的核力，使原子核组成一个十分坚固的集合体.如果把原子核拆成自由核子，需要克服强大的核力做十分巨大的功，或说需要巨大的能 量.笊核是一个结构较为简单的原子核，实验表明，可用丫光子使笊核分解为1个质子和1个中子，这时的核反应方程是：7入射的光子的能量至少是2.2 2 M e V.对于相反的过程，当1个 质 子 和1个中子结合成1个笊核时，要放出2.2 2 M e V的能量.这一能量以Y光子的形式辐射出去.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.这个能量叫做原子核的结合能.当然，

40、2.2 2 M e V的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成1个笊核所放出的能量.如果组成的是6.0 2 X 1 0 ，个笊核时，放出的能量就十分可观了.与之相对照的是，使1摩的碳完全燃烧放出的能量为3 9 3.5 X 1 0 J.折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4 e V.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.3.质能联系方程.如何求出原子核的结合能呢？伟大的物理学家爱因斯坦从相对论得出质量和能量之间存在如下的关系：E=m c2.这个方程叫做爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程，式 中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量.该方程表明：物体所具有的

41、能量跟它的质量成正比.由于d这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的、质量为1 k g的物体所具有的能量为9 X 1 0叮，这一能量相当于一个1 0 0万k W的发电厂三年的发电量.对此，爱因斯坦曾说过：“把任何惯性质量理解为能量的一种贮藏,看来要自然得多.”物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的，但是如何使这样巨大的能量释放出来？从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化A E与物体的质量变化的关系.E=m e2.问题是；为了获得能量AE,怎样产生相应的Am,当自由核子组成原子核时,要放出结合能，原子核的能量比组成原子核的核子的能量小，所以原子核的质量要比组成核的核子质量小.4.质量亏损.

42、我们把组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损.如果可以知道核的质量亏损，就可以根据质能方程，计算出原子核的结合能.例如，氮核是由2个质子和2个中子组成的.1个质子的质量mP=l.0 0 7 2 7 7 u,1个中子的质量m=l.0 0 8 6 6 5 u.这四个核子的质量为4.0 3 1 8 8 4 u,但氮核的质量为4.0 0 1 5 0 9 U.这 里u表示原子质量单位，l u=l.6 6 0 5 6 6 X 1 0 k g.由上述数值，可以求出氧核的质量亏损皿二4 0 3 1 8 8 4-4.0 0 1 5 0 9=0.0 3 0 3 7 5 u.在原子核物理学中，核子

43、与核的质量通常都是用原子质量单位表示，而核的结合能通常用兆电子伏表示.按质能方程可以求出l u=9 3 1.5 M e V,所以氮核的结合能为0.0 3 0 3 7 5 X 9 3 1.5=2 8.3 M e V.练习（由学生自己完成）：笊核的质量为2.0 1 3 5 5 3 U,由此计算笊核的结合能.解：m=l.0 0 8 6 6 5 u,m“=l.0 0 7 2 7 7 u.中子和质子的质量和：2.0 1 5 9 4 1 U.质量亏损m u 2.0 1 5 9 4 1 U-2.0 1 3 5 5 3 u=0.0 0 2 3 8 8 u.笊核的结合能 E=m c2=0.0 0 2 3 8 8

44、 X 9 3 1.5=2.2 2 M e V.5.正确认识质量亏损.在谈到结合能和质量亏损时;有的学生误认为，当核子组成原子核时，有质量亏损，放出结合能的过程中，是质量变成能量.这是对质能方程的 种误解.按相对论，物体的质量是与速度有关的量，当物体的速度越大时，物体的质量越大.物体运动时的运动质量与物体静止时的静止质量间存在一定关系.当物体以远小于光速运动时，质量的这一变化很不明显.上述所说的质子、中子、原子核的质量都是指静质量.质量亏损，是静质量发生了变化，但在这一过程中，2.2 2M e V的能量是以辐射光子形式放出的.光子的静质量为零，但这个光子的运动质量为：光子的能量/c）由此可见，当

45、计算进光子的质量后，虽说反应前后发生了质量亏损，这部分亏损，与光子的运动质量是相同的.反应前后的质量仍是守恒量，质量亏损并非这部分质量消失.当然，也就不存在质量转变成能量的问题.（三）课堂小结自然界中物体的质量和能量间存在着一定关系：E=m c2,可见物质世界贮藏着巨大能量.问题是，如何使贮藏的能量释放出来.人类以前利用的是燃料燃烧时释放的化学能.在发生化学反应时，是原子外层电子的得失.这种情况下，人类获取的能量可以说属于原子的“皮能”.在核反应时，可以产生较大一些的质量亏损，从而使人类获得了大得多的能量.这里的变化，属于原子核的变化，相应的能量称作原子核能.由前述二例可以看出，核反应中的质量

46、亏损仍然是十分有限的.换句话说，即物体贮藏的能量是巨大的.迄今为止，人类所利用的能量还只是很小的一部分.如果，人类在探索中，能掌握新的方式，以产生更大的质量亏损，也就必然能够获得更为可观的能量.（四）作业 高中物理读本第三册P.3 3 2 1-2.四、教学说明1.大多数的原子核是十分稳定的，这充分反映了核力此时体现为强大的引力.此点不能讲得太过分，否则在强大的核力作用下，原子核虽不会散裂，但有可能坍缩.因而，对核力的短程性，略作了些补充.2.在 讲 解“正确认识质量亏损”这部分内容时，需根据学生的可接受性,适当把握讲课的深度.3.本节的中心内容是质能方程.现简介一下该公式的推导过程，供老师们参

47、考.按照相对论质量公式.动量可表示为m4T在相对论力学中，翅 典 力r中，认为质量是不知,所 以 化 区 为 当.将 上 述 动 量 表 达 代 代 入，可得dt由动能定理如果质量的速度由0增加到V,获得的总动能叫&m4c1哼(IT*=寸 访 _，皮-I -.r-m c-mcaJ V l-Ta/ca爱因斯坦认识到物体的惯性大小，即质量大小是与能量有关的，只相差一个常量因子c、于是爱因斯坦给出了著名的质能方程E=m c2.前式可写为m e 三 EK+ID OC、式 中m d称作物体的静止能量，简称静能.m e，称作物体的总能理.因此，上式可说成是物体的总能量为物体的动能与静能之和.专题解决动力学

48、问题的程序(一)教案一、教学目标1 .物理知识方面的要求.(1)学习并逐步掌握解决动力学问题的程序性知识.(2)使学生认识选择研究对象的四个要点.2 .培养能力方面的要求.(1)培养学生运用正确的解题思路分析解决动力学问题的能力.(2)使学生初步掌握选择研究对象的一些技巧.3 .渗透物理学思想方法的教育，使学生掌握这种重视研究对象的选择以及建立相应的物理模型的解决物理问题的思考方法.二、重点、难点分析1.学生在高一高二时系统地学习了高中的物理知识，教师也可能介绍一些解题的方法，但是由于课时和学生了解知识的限制，一般不可能展开研究解决物理问题的程序性问题，教材这方面也比较薄弱.而在高三复习中要有

49、效地提高学生的物理学科能力，在系统复习物理知识的基础上，对学生进行物理思想方法的教育，使他们真正掌握解决物理问题的程序性知识是提高学生物理学科能力的关键.本单元的重点就是利用动力学的解题程序的研究使学生体会物理学的思想方法，初步掌握解决一般力学问题的程序.第一课时的重点在于使学生充分认识确定研究对象的意义以及如何选择研究对象.2.确定研究对象的意义以及如何选择研究对象，平时学生在解题中不给予重视，其中的技巧也不是儿句话能够教会给学生的，这是本课时的难点.要使学生充分认识其重要意义和掌握选择研究对象的技巧，只能通过选择恰当的例题，来突破这个难点.在解题的过程中让学生充分体会这种方法和步骤的作用，

50、再由学生总结出来，通过一定的练习最后达到强化巩固的目的.整个教学过程还是遵循了由感性到理性、实践一认识一实践这样的认识过程.三、道具出示例题：投影仪、胶片.四、主要教学过程（一）引入新课我们已经系统地复习了动力学的主要概念和规律，但是在解决一些动力学问题时，同学们往往还感到困难，这是因为我们的解题程序还不完全正确.只有掌握了解决动力学问题的正确程序，才能使我们的解题能力得到提高.今天我们就来系统地学习解决动力学问题的程序性知识.（二）教学过程设计1.选择研究对象.（1）提出问题.解决任何物理问题，首先应该思考什么？在同学们讨论的基础上强调：我们要运用物理规律解决物理问题，首先要明确对哪个物体运