第二十二章原子核复习6.doc

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1、第二十三章 原子核一、 教材分析1、地位与作用本章讲述简单的核物理的有关知识，主要包括原子核的组成和核能的有关内容。原子核的组成、原子核的转变及核能的开发与利用是本章的重点。通过本章的学习，应使学生进一步了解物质世界的微观本质，以及人们是如何探索和研究这些问题的。教材在讲授知识的同时，注意了联系我国在科学研究和现代化建设中取得的成就，如讲放射性同位素的应用时，介绍了我国在这方面所取得的成绩，在讲授核裂变和聚变的知识时，都联系了我国在核能发电和受控热核反应的研究上的新进展。围绕这些内容，可以加强对学生的爱国主义教育。和原子核物理学是研究原子和原子核内部结构和运动规律的科学，对于认识物质微观结构，

2、揭示物质世界的本质，进一步学习现代化科学技术，进行辩证唯物主义教育、发展科学思维能力有其重要作用不仅如此，原子物理部分是其它各部分知识的扩展和升华，它与力学、电学、热学、光学知识纵横沟通，甚至超越了物理学的本身，原子物理学跟化学、生物、医药无不紧密渗透二、教学要求说明：2003年考纲中原子的核式结构要求（），原子核的人工转变（），质量亏损（），核反应（）二、 单元划分第一单元 第一、二、三、四节，讲述原子结构及放射性的知识第二单元 第五、六、七节，讲述质量亏损、核能的知识第三单元 第八节，讲述基本粒子的初步知识第一单元 23.1-23.423.1 原子的核式结构 教学要求 （1）知道粒子散射实

3、验 （2）知道原子的核式结构模型的主要内容，理解模型提出的主要思想 （3）知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念2教学建议（1）本节课的重点是 ：粒子的散射实验和原子的核式结构学说。学生在初中的学习已有了一些这方面的知识，容易产生不重视的心理，而他们对知识的来龙去脉并不清。因此在本节课的教学中要精心设计一些问题。激起学生学习的兴趣和求知的欲望 在原子结构和原子核组成的教学中，不要只重视结论，要紧紧围绕“如何发现”这条主线来进行教学，引导学生既知其然，又知其所以然。通过学习使学生了解人类是怎样认识微观世界的（2）卢瑟福通过粒子散射实验发现了原子的核式结构，通过实验发现原子核还有其内部结构在教学

4、中要突出问题提出的实验基础和研究问题的方法和思路，教学要注意实验本身的原理和实验结果的分析两部分教学，即不应只记住结论而不懂实验的原理。此外，新教材中的实验结果只写了老教材的前两条。 （3）质子与中子的发现，新教材没有老教材详细，有条件的学校可以补充。可以介绍发现中子的过程，通过学习使学生了解到人类是怎样在实验与理论的相互推动下，使人们对物质结构的认识不断加深的。（4）关于原子核的组成，应在初中知识的基础上进一步明确：核内的质子数等于原子序数，中子数等于质量数减原子序数。（5）在教学方法上，可采用教师启发讲述，学生阅读、讨论，教师引导学生得结论相结合的方法，培养学生的阅读能力、分析推理和逻辑思

5、维能力。例1卢瑟福的原子核式结构学说初步建立了原子结构的正确图景，能解决的问题有 (A)解释粒子散射现象 (B)用粒子散射数据估算原子核的大小(C)结合经典电磁理论解释原子的稳定性 （D）结合经典电磁理论解释氢光谱 （AB）例2电子的质量m=0.91kg，电子的电荷e=1.610-19C，已知氢原子的核外电子绕核运动的圆轨道半径r=05310-10m问：(1)电子绕核做匀速圆周运动的速度和频率各是多大?(2)电子绕核运动可等效为一环形电流，其电流大小等于多少? （2.2106 ,6.61015 ,1.0610-3）232 天然放射现象 衰变 教学要求（1）了解天然放射现象及其规律，知道天然放射

6、现象的原因是核的衰变。（2）知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们（3）知道衰变和衰变，知道衰变规律（4）了解半衰期的概念2教学建议（1）本节重点有：三种射线的实质，原子核的衰变方程，半衰期及有关计算。（2）让放射线通过电场或磁场来研究其性质。并列表比较三种射线的本质和特性。（3）让学生了解衰变过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律，会写相应的衰变方程。注意核反应过程一般都不是可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接。核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依两个守恒杜撰出生成物来写核反应方程。核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一

7、般会发生变化(质量亏损)尚释放出核能。 当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时伴随着辐射。（4）半衰期是原子核衰变规律的一个重要概念，也是学生比较难理解和掌握的问题课本中介绍了半衰期的概念，着重说明了半衰期是原子核的固有性质，简化了对半衰期的应用有能力的学生可适当补充，在应用时要注意，半衰期是一个统计规律，对于少量的原子核来说，不能应用。（5）由于衰变是原子核发生的变化，学生往往认为衰变中放射出来的电子是原子核中本来就存在的。实际情况是原子核内并不存在电子，衰变放射出的电子是在衰变过程中产生的，衰变是原子核内部一个中子转变为质子的过程同理，放射出正电子的衰变是原子

8、核内一个质子转变为一个中子的过程。例3 Th(钍)经过一系列和衰变，变成Pb(铅)，下列说法正确的是 （ ABD ） (A)铅核比钍核少8个质子 (B)铅核比钍核少16个中子 (C)共经历了4次衰变和6次衰变 (D)共经历了6次衰变和4次衰变。例4 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，放出带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中a、b所示，由图可以判定( BD ) A该核发生的是衰变 a B该核发生的是衰变 C磁场方向一定是垂直纸面向里 D磁场方向向里还是向外不能判定 例5 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8107次，这种同位素

9、半衰期为2天，10天后从水库中取出lm3的水，并测得每分钟衰变20次，求水库的存水量为多少? (Q=1.25105米3) *233 探测射线的方法 1教学要求（1）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（2）了解云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理2教学建议 （这节是选学内容各校可酌情处理）（1）云室、气泡室、盖革-勒弥计数器三种仪器是核物理研究中最基本仪器、通过对最常用的实验仪器验的观察和对仪器原理的介绍，让学生知道，研究原子核变化中的微观现象，可以根据各种粒子产生的次级效应来进行观察和判断，进而了解核物理中这种研究问题的方法 （2）教学中应注意结合以前学过的知识来帮助学生

10、理解，结合过饱和汽的知识，讲清云室的原理；结合电场的知识，讲清射线粒子进入盖革管中产生大量电子的过程。234 放射性的应用与防护1 教学要求（1）知道什么是人工和天然放射性同位素。（2）了解放射性同位素的特点及应用2教学建议（1）、放射性元素及放射性同位素的应用，主要是利用射线的贯穿本领、电离本领、能量效应及可跟踪性。教学中可让学生阅读后，回答教师设计的问题来掌握本节内容。（2） 可让学生事先查阅有关放射性污染和防护的资料、信息，在课堂上讨论，丰富这方面的知识，激发学习的兴趣。（3）可以介绍贝克勒耳是怎样发现天然放射性现象.例6如图所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图(1)请简述自

11、动控制的原理(2)如果工厂生产的是厚度为1mm的铝板，在三种射线中，哪一种对铝板的厚度控制起主要作用，为什么?(1)放射线具有穿透本领，如果向前移动的铝板的厚度有变化，则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，将这种变化转变的电信号输入到相应的装置，自动地控制图中右侧的两个轮间的距离，达到自动控制铝板厚度的目的 (2)射线起主要作用，因为射线的贯穿本领很小，一张薄纸就能把它挡住，更穿不过1mm的铝板；射线的贯穿本领很强，能穿过几厘米的铅板，1毫米左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化不大；射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米的铝板，当铝板厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化较大，探测器

12、可明显地反映出这种变化，使自动化系统做出相应的反应。第二单元 23.523.723、5 核反应 核能1.教学要求（1）知道原子核的人工转变，知道核能的概念（2）了解爱因斯坦的质能方程，知道质量亏损的概念（3）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教学建议（1）天然放射现象说明某些元素的原子核可以自发地产生核转变，而用人工控制的某些粒子轰击原子核也可以使其发生转变，即原子核可以实现人工转变在了解原子核自发和人工转变的基础上，介绍核反应的一般概念，并注意让学生了解核反应中质量数和电荷数守恒的规律 （2）核能是由于原子核中的核子间存在强大的核力，使得原子核成为一个坚固的集合体，要把

13、原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功；反之，要把核子集合成一个原子核，则能放出巨大的能量把核反应中放出的能量称为核能着重从质量亏损和质能方程来讨论核能的变化问题教学中应使学生了解：一定的质量m总跟一定的能量对应，核子在结合成原子核时总质量减少了，相应的总能量也要减少，根据能量守恒定律，减少的这部分能量不会凭空消灭，它要在核子结合时释放出去.反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要从外部供给在原子核反应中往往伴随巨大的放能、吸能现象.核反应中释放或吸收的能量，可以根据反应物和生成物的质量差用质能方程计算.核反应中能量的吸放，与核力的作用有关当核子结合成原子核

14、时，核力要做功，所以放出能量原子核分裂为核子时，要克服核力做功，所以从外界吸收能量原子核的质量亏损并不破坏质量守恒定律例如在核反应n+H中，以辐射的形式释放能量，光子是有动质量的(静质量为零)，它的动质量与H核的质量亏损相等。（3）核能的计算中要注意单位的换算，如原子质量单位和千克的关系，焦耳和电子伏的关系例 7 众所周知，地球围绕着太阳做椭圆运动，阳光普照大地，万物生长根据学过的知识试论述说明随着岁月的流逝，地球公转的周期，日、地的平均距离及地球表面的温度的变化趋势（一方面，因太阳质量变小，发光功率变小；另一方面，日地距离变大，引起辐射到地球表面的能量减小，导致地球表面温度变低）23、6 裂

15、变1教学要求 （1）知道重核的裂变和链式反应（2）知道什么是聚变（3）知道核反应堆和核电站2教学建议（1）老教材采用学生较难理解的“结合能”的概念来解释为什么有些核反应释放能量，有些核反应吸收能量，而新教材用质量亏损的概念引入“核子平均质量”来讲解这部分内容课本图中的曲线实质与平均结合能曲线是一样的，但可能更利于学生理解（2）利用原子能，就要设法让核能释放出来。怎样才能释放能量？无论是各种衰变或原子核的人工转变，反应中放出的能量不是由于功率太小，就是由于粒子轰击原子核发生反应的概率太小而不能用来作为有效的能源。而裂变时的链式反应使得这种“潜伏”在核内的巨大能量有可能被有效地利用（3）核电站和核

16、反应堆是现代科普知识，核反应堆的教学中，着重让学生了解用人工方法控制链式反应速度的原理。结合核电站的教学，介绍世界及我国核能发电的进展。例8：核(U)裂变生成钡(Ba)和氪(Kr)，已知U、Ba 、Kr和中子质量分别是2350439u，1409139u，918973u和1.0087u(1).写出铀裂变反应方程，并计算一个铀235裂变时放出的能量；(2).我国秦山核电站功率为3x105kW，假设铀235能够完全裂为，其中一半的核能转化为电能，以上述裂变反应来估算电站一年消耗多少铀235？ （ 3.2 2.3 ）237 轻核聚变1教学要求了解聚变反应的特点，知道可控热核反应。2教学建议（1）、本节

17、课重在让学生知道聚变反应能够释放能量，每个核子平均释放的能量在聚变反应中比在裂变反应中的大，聚变反应比裂变反应更剧烈但是聚变反应要求的条件更高，因为要使核发生聚变反应，必须使它们接近到10-15m，由于原子核带正电，要是它们接近到这种程度，必须克服电荷之间的很大的斥力作用，这就需要核有很大的动能，当物质达到几百万度以上的高温时，原子核核外电子已经完全和原子脱离，成为等离子体，这时小部分原子核就有足够的动能克服相互间的库仑力，在相互碰撞中接近到可发生聚变反应的距离而发生核反应。（2）、了解有关热核反应应用中已取得的成就和未来发展方向教师在教学过程中可以补充一些相关知识太阳等许多恒星内部都进行着剧

18、烈的核聚变，温度高达107K以上，向外释放大量的能量，地球只接收了其中的二十亿分之一。（3）、聚变反应作为一种理想能源，备受人们关注鼓励学生查阅一些有关现代科技的资料，多了解一些有关聚变反应的知识例如，太阳能的应用，对“可控热核反应”研究的进展等等例9已知氘核H质量为2013 6 u，中子质量为1008 7u，氦核He的质量为3015u。(1)写出两个氘核聚合成氦核的同位素He的核反应方程(2)求核反应中释放能量。(3)若上述反应前，两个氘核以相等的动能EK=035兆电子伏进行对心碰撞，设反应中释放的能量全部转化为新粒子的动能，则反应中产生的两个新粒子的动能各是多大？（3.26兆电子伏，099

19、兆电子伏，297兆电子伏）例10太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源写出这个核反应方程；这一核反应能释放多少能量?已知太阳每秒释放的能量为3.81026J，则太阳每秒减少的质量为多少kg?若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳还能存在多少年?(mp1.0073u， me=00055u) （4H， 2.49，4， 4.8年）第三单元 23、8 粒子物理简介1教学要求了解基本粒子的种类2 教学建议 （1）让学生了解按照现代的粒子理论粒子可分三类：媒介子、轻子和强子。 （2）粒子间的相互作用分为两种，即强相互作用和弱相互作

20、用。 （3）让学生知道现代物理前沿，了解人类对物质结构的认识是不断深入，是无穷尽的。例11目前普遍认为，质子和中子都是由被称为夸克和d夸克的两类夸克组成。夸克带电量，d夸克带电量为-，e为元电荷，下列论断可能正确的是（B）A质子由1个夸克和1个d夸克组成，中子由1个夸克和2个d夸克组成B质子由2个夸克和1个d夸克组成，中子由1个夸克和2个d夸克组成C质子由1个夸克和2个d夸克组成，中子由2个夸克和1个d夸克组成D质子由2个夸克和1个d夸克组成，中子由1个夸克和1个d夸克组成第二十四章 相对论简介一、教材分析 本章是选学内容，各学校可酌情处理。这一章介绍高速物体的运动规律和相对论的时空观这章的教

21、学有两个特点： 第一，我们平时接触的都是低速运动，因此本章很多结论与日常经验不一致，难于接受这样，教学中一方面要通过严格的逻辑推理使学生认识到结论的正确性，另一方面又要讲清，人的感性认识以直接经验为基础，受到直接经验的局限 第二，相对论的全面阐述要用到较多的高等数学知识，所以这章许多结论都是直接给出的，许多逻辑推导也是不严格的这点要向学生说明，以培养学生严密的思维习惯，同时激发学生进一步学习的愿望。二、大纲要求 三、单元划分 本章可分为两个单元： 第一单元 第一节至第三节，介绍狭义相对论 第二单元 第四节和第五节，介绍广义相对论 241 狭义相对论的基本假设 一、教学要求： 1理解经典的相对性

22、原理 2理解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾 3理解狭义相对的两个基本假设 4理解同时的相对性二、教学建议 1速度合成法则和同时性的问题在人们的头脑中已经根深蒂固在教学中，一方面要让学生认识到实验是检验物理知识正确与否的最终标准，另一方面要让学生相信逻辑的力量 2“事件”的概念是理解同时的相对性的基础，要讲清楚 3“地面上认为同时的两个事件，对于沿着两个事件发生地的连线运动的观察者来说，更靠前面的那个事件发生在先”，这个结论很有用，最好让学生记住242 时间和空间的相对性 一 、教学要求： 1知道时间间隔的相对性 2知道长度的相对性 3知道时间和空间不是脱离物质而单独存在的 二、教学建议

23、 1时间间隔的相对性是由两个基本假设直接导出的，长度的相对性是由同时的相对性导出的讲解过程中注意逻辑关系 2两个结论的推导都是不严格的，不必在数量关系上多下功夫，重在对于结论的认识243 狭义相对论的其他三个结论 一、教学要求 1知道相对论的速度叠加公式 2知道相对论质量 3知道爱因斯坦质能方程 二、教学建议1有了上节基础后，学习相对论的速度叠加公式不会有特别的困难，相对论质量和质能公式也不难理解要注意通过实例的分析(包括节后练习) 认清在哪些情况下要考虑相对论效应，哪些情况下不必考虑 2练习三的前两个习题是正负电子对撞机的理论基础，作完题目之后要帮助学生分析物理意义244 惯性力 惯性质量和

24、引力质量一、 教学要求： 1理解惯性力的概念，会在非惯性系中用惯性力解决问题 2理解惯性质量和引力质量不可区分 二、教学建议 1这一节是为广义相对论作准备的，本身不是相对论的内容 2可以把过去作过的一些力学题目拿来，在非惯性系中重作一遍 3练习四第(3)题并不难，但要注意证明过程中引力质量和惯性质量相等这一判断所起的作用24、5 广义相对论简介一、教学要求 1知道广义相对性原理和等效原理。 2知道光线在引力场中的弯曲及其验证 3知道时间间隔和杆的长度都和引力场有关，知道它们在天文观测中的验证 4了解欧几里德几何学是有局限性的二、教学建议 1广义相对论更难理解，学生能有初步认识就可以了，不必追求正确的理解和严格的逻辑关系这点和前面几节不同 2课本图2411和图2414都是理想实验，讲到这里时可以提一提过去讲到过的理想实验，如有关牛顿第一定律的理想实验 3课本图2412只是一个比喻，不是“空间弯曲”的图示，这点要注意9