人教版高中物理选择性必修第三册第五章教案学案

人教版高中物理选择性必修第三册第五章教案学案5.1原子核的组成【学习目标】1．知识与技能（1）了解天然放射现象及其规律；（2）知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们；（3）知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念。2．过程与方法（1）通过观察，思考，讨论，初步学会探究的方法；（2）通过对知识的理解，培养自学和归纳能力。3．情感、态度与价值观（1）树立正确的，严谨的科学研究态度；（2）树立辨证唯物主义的科学观和世界观。【学习过程】一、自主学习想一想：贝可勒尔等科学家发现了射线后，揭开研究原子核结构的热潮，原子核是由什么组成的？有怎样的规律？又有哪些应用呢？填一填：某些物质因能发射射线而具有放射性，能自发地发出射线的现象称为天然放射现象，这些射线包括高速粒子流α射线和β射线，高能光子γ射线；其中α射线的的电离能力最强，γ射线的贯穿能力最强，大量的实验表明：射线来自原子核内部，这说明了原子核也有内部结构。点一点：原子核是由中子和质子等核子组成的，质子数决定了原子核的电荷数和核外电子数，以及该元素的化学性质，质子数和中子数共同决定了原子核的质量数。二、典例剖析例题：下列说法正确的是（）A．射线粒子和电子是两种不同的粒子B．红外线的波长比X射线的波长长C．粒子不同于氦原子核D．射线的贯穿本领比粒子强点评：本题考查了粒子的性质及电磁波波长的比较等基本知识。19世纪末20世纪初，人们发现X，，，射线，经研究知道，X，射线均为电磁波，只是波长不同。可见光，红外线也是电磁波，波长从短到长的电磁波波谱要牢记。另外，射线是电子流，粒子是氦核。从，，三者的穿透本领而言：射线最强，射线最弱，这些知识要牢记。【达标检测】1．物质发射射线的性质叫_____________，具有这种性质的元素的原子序号大于或等于_______________。能够_____________地放出射线的现象叫天然放射现象。2．在射线经过的空间施加磁场，射线会分成三束，其中有两束发生了不同的偏转，说明这两束_____________，另一束则_____________，说明_____________。这三种射线叫_____________、_____________、_____________。3．___________________说明原子核具有复杂结构。原子核由___________和___________组成，其中质子和中子统称为_______________。原子核所带的电量总是质子电量的_________倍，所以通常用质子数表示原子核的电量，叫原子核的_______________；而质子和中子的总数目叫原子核的_______________。具有相同_______________而不同_______________的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为_______________。4．现在，科学家正在设法寻找“反物质”。所谓的“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷的符号相反，据此，反粒子的质量数为___________，电荷数为___________。5．天然放射现象揭示了()A．原子不可再分B．原子的核式结构C．原子核还可以再分D．原子核由质子和中子组成6．下列关于三种射线的说法正确的是()A．α射线就是α粒子流B．β射线就是高速中子流C．β射线就是高速电子流D．γ射线就是光子7．关于X，下列说法正确的是()A．它表示一个原子B．它表示一个原子核C．它表示原子核中有个12质子D．它表示原子核中有个12核子8．某种元素的原子核符号为X，则()A．原子核的质子数为Z，中子数为A-ZB．原子核的质子数为Z，核子数为AC．原子核的质子数为A，中子数为ZD．原子核的质子数为A，中子数为A-Z9．关于质子和中子，下列说法正确的是()A．原子核由质子和中子组成B．质子和中子统称为核子C．质子带正电，中子不带电D．质子和中子都是卢瑟福用实验发现的10．同位素是指()A．具有相同的质子数和不同的中子数B．具有相同的中子数和不同的质子数C．具有相同的核子数和不同的中子数D．具有相同的核子数和不同的质子数5.2放射性元素的衰变【学习目标】1．知道放射现象的实质是原子核的衰变。2．知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律。3．理解半衰期的概念。4．了解放射性同位素及其应用。5．了解核辐射与防护方法。【学习重点】原子核的衰变规律及半衰期。【学习难点】半衰期描述的对象。【学习过程】一、原子核的衰变1．什么是衰变？什么叫α衰变？衰变时质量数和电荷数有什么特点？写出92238什么叫β衰变？写出钍234核的衰变方程式：2．α衰变β衰变核反应方程的书写3．衰变规律：原子核发生衰变时，衰变前后的_______________________都守恒。β衰变核电荷数要增加，为什么会增加？哪来的电子？原子核内虽然没有电子，但核内的质子和中子是可以相互转化的。当核内的中子转化为质子时同时要产生一个电子：______________________________________这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变。可以看出新核少了一个中子，却增加了一个质子，并放出一个电子。γ射线是由于原子核在发生α衰变和β衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随α射线和β射线而产生。γ射线的本质是能量。书写方程式时说明：中间用________________，不用等号；是____________守恒，不是质量守恒；方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。4．本质：α衰变：原子核内少两个质子和两个中子。β衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子。二、半衰期1．___________________________________________的时间，叫做这种元素的半衰期。（1）半衰期的长短是由________________________的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关。（2）半衰期是一个______________，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。三、核反应1．核反应：___________________________________________________叫核反应。说明：（1）核反应中________________________。（2）核反应是_______________的变化，化学反应是__________________的变化。四、放射性同位素及其应用1．_______________________________________________叫做放射性同位素。2．人工放射性同位素和天然放射性同位素相比的优点：（1）_________________________________________。（2）_________________________________________。（3）_________________________________________。3．放射性同位素的应用：A．利用射线的____________本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制。B．由于γ射线____________本领强，可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪。C．利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电。D．利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等。E．示踪原子：棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，利用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，被植物吸收，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，就可知道什么时候磷的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等。人体甲状腺的工作需要碘，碘被吸收后聚集在甲状腺内。给人注射碘的放射性同位素碘131，在颈部底部的甲状腺被放射性示踪剂碘131高亮着色。定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的疾病。五、辐射与安全1．放射性的危害过量的射线对人体组织有__________作用，这些破坏往往是对______________的破坏，有时不会马上察觉。因此，在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。存在射线危险的地方，常能看到如图所示的标志。____________________、_________________会产生严重的污染。在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害。过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。2．放射性的防护（1）在核电站的核反应堆外层用_____________________来防止放射线的外泄。（2）用过的核废料要放在很厚的____________________内，并埋在深海里。（3）在生活中要有防范意识，尽可能远离__________________。【练习巩固】1．关于三种射线，下列说法中正确的是（）A．射线是原子核自发射出的氦核，它的电离作用最弱B．射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的贯穿能力C．射线一般伴随着或射线产生，它的贯穿能力最强D．射线是电磁波，它的电离作用最强答案：C2．如图所示，P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是（）A．a为射线，b为射线B．a为射线，b为射线C．b为射线，c为射线D．b为射线，c为射线答案：BC3．由原子核的衰变规律可知（）A．放射性元素一次衰变可同时产生射线和射线B．放射性元素发生衰变时，新核的化学性质不变C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1答案：C4．一块氡222放在天平的左盘时，需在天平的右盘加444g砝码，天平才能处于平衡，氡222发生衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为（）A．222g B．8gC．2g D．4g答案：D5．关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有（）A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害答案：BD6．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子（）A．射线探伤仪B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C．利用钴60治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律答案：BD7．关于放射性的应用，下列说法正确的是（）A．利用射线使空气电离，把静电荷导走B．利用射线照射植物的种子，使产量显著增加C．利用射线来治疗肺癌、食道癌等疾病D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子答案：ACD8．用高能3686Kr（氪）离子轰击A．其质子数为118 B．其质量数为293C．其原子序数为118 D．其中子数为90答案：ABC9．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，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹如图所示。由图可以判定（）A．该核发生的是衰变B．该核发生的是衰变C．磁场方向一定垂直于纸面向里D．不能判定磁场方向向里还是向外答案：BD5.3核力与结合能【学习目标】一、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。二、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．培养理解能力、推理能力、及数学计算能力。三、情感、态度与价值观1．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。【学习重点】质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。【学习难点】结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。【学习过程】一、核力与四种基本相互作用1．核力：原子核里的________间存在着相互作用的核力，________把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。提问：那么核力有怎样特点呢？2．核力特点：（1）核力是______________________的一种表现。（2）核力是___________力，作用范围在________________m之内。（3）核力存在于______________之间，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的_____________。（4）核力具有_______________。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。3．四种相互作用（1）_________________________。（2）_________________________。（3）_________________________。（4）_________________________。二、结合能1．结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们________，也需要能量，这就是原子核的结合能。2．组成原子核的核子数越多，结合能_____________。3．比结合能：原子核的结合能与___________之比称为比结合能，也叫平均结合能。意义：它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越_____________。三、质量亏损提问：计算一下方程左右的质量：0中子的质量=1.6749×10－27kg质子的质量=1.6726×10－27kg中子和质子的质量和=_____________________kg氘核的质量=3.3436×10-27kg计算得出质量差=_____________________kg1．质量亏损：原子核的质量_____________组成它的核子的质量之和。2．爱因斯坦的质能方程：________________。核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δ，正表明它们在互相结合过程中___________了能量。则：______________。【练习巩固】1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（）A．核力、万有引力、库仑力B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力D．核力、库仑力、万有引力答案：D2．下列说法中正确的是（）A．原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力B．对质子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳定的作用C．重核比中等质量的核更稳定D．两个质子之间不管距离如何，核力总大于库仑力答案：B3．下列说法正确的是（）A．自由核子结合成原子核时，一定遵循质量守恒B．在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量C．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放能反应D．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必须吸收能量才能发生核反应答案：C4．下列说法中，正确的是（）A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量D．因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒答案：B5．关于质能方程，下列说法中正确的是（）A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的答案：BD6．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近（）A．1036kg B．1018kgC．1013kg D．109kg答案：D5.4核裂变与核聚变【学习目标】一、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．了解核聚变的特点及其条件。4．了解可控热核反应及其研究和发展。二、过程与方法1．通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力。2．通过自己阅读课本，查阅资料，培养归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。三、情感、态度与价值观1．激发热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。2．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。【学习重点】1．重核裂变的核反应方程式的书写。2．核聚变的特点和条件。【学习难点】核聚变的特点和条件。【学习过程】一、核裂变的发现1．核裂变：重核分裂成质量______________的核，释放出核能的反应，称为裂变。2．铀核的裂变用________轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是___________________________________________。3．链式反应（1）由重核裂变产生的________使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。（2）链式反应的条件①铀块的体积________或等于临界体积或铀块的质量________或等于临界质量。②有足够数量的______中子。4．核袭击的防护（1）核爆炸瞬时效应防护①利用工事进行掩蔽。②在开阔地面上的人员，发现核爆闪光时，立即背向爆心卧倒，可减轻伤害。（2）放射性沾染防护①避开在沾染区或高照射量率的地区行动。②及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染。③人员通过沾染区时尽量乘坐车辆，在沾染区作业时要尽量缩短时间。④进入沾染区执行任务的人员，可服用抗辐射药，减少放射性物质在人体内的存留。二、反应堆与核电站（1）核电站是利用核能发电，它的核心设施是____________，它主要由以下几部分组成：①燃料：_______________；②慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用__________、重水或普通水作慢化剂；③控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉____________的能力很强的特性，控制链式反应的速度。（2）工作原理核燃料______________释放能量，使反应区温度升高。（3）能量输出利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外__________，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却。（4）核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的________，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核废料具有很强的________，需要装入特制的容器，____________。三、核聚变1．两个轻核结____________________________________，这样的反应叫做聚变。2．聚变方程：___________________________根据所给数据，计算上面核反应放出的能量：氘核的质量：mD=2.014102u氚核的质量：mT=3.016050u氦核的质量：mα=4.002603u中子的质量：mn=1.008665u归纳补充：（1）氢核聚变反应：__________________________（2）释放能量：ΔE＝Δmc2＝_________MeV，平均每个核子释放能量3MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍。3．聚变条件：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即_______m。4．实现的方法：（1）_______________________________________________。（2）________________________________________________。5．聚变反应的特点：聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去。核聚变又叫______________________。6．实例：（1）____________________。（2）____________________。7．聚变与裂变相比的优点（1）________________________________________________。（2）________________________________________________。（3）________________________________________________。8．实现核聚变的两种控制方案：（1）__________________。（2）__________________。【练习巩固】1．关于重核的裂变，以下说法中正确的是（）A．铀235被中子轰击后都会分裂成两块质量差不多的碎块，同时放出几个中子B．铀235被中子轰击后二者都会发生分裂C．要使铀块发生链式反应，其体积必须足够大D．铀235分裂成两个中等质量的核，比结合能减小，放出核能答案：C2．现已建成的核电站发电的能量来自于（）A．天然放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂变放出的能量D．化学反应放出的能量答案：C3．关于核聚变，以下说法正确的是（）A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10-10m以内，核力才能起作用D．核聚变比核裂变更易控制答案：A4．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是（）A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大C．聚变反应中粒子的比结合能变小D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变大答案：B5．我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电，显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1000s，温度超过1亿摄氏度，这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平。合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方。核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富。已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，23He的质量为m3，质子的质量为A．两个氘核聚变成一个23B．两个氘核聚变成一个23C．两个氘核聚变成一个23He所释放的核能为（2m1－m3－m4）D．两个氘核聚变成一个23He所释放的核能为（2m1－m3－m2）答案：BD6．在某些恒星内，3个α粒子结合成一个C，C原子的质量是12.0000u，He原子的质量是4.0026u，已知1u＝1.66×10-27kg，1u相当于931.5MeV，则（）A．反应过程中的质量亏损是Δm＝0.0078uB．反应过程中的质量亏损是Δm＝1.2948×10-29kgC．反应过程中放出的能量约为7.266MeVD．反应过程中放出的能量约为1.16×10-19J答案：ABC5.5“基本”粒子【学习目标】一、知识与技能1．了解构成物质的“基本粒子”。2．了解粒子物理的发展史。二、过程与方法1．感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法。2．能够突破传统思维重新认识客观物质世界。三、情感、态度与价值观1．真正感受自然的和谐统一，深知创建和谐社会的必要性。2．培养科学探索精神。【学习重点】了解构成