人教版高中物理選擇性必修第三冊第五章教案學案5.1原子核的組成【學習目標】1．知識與技能（1）了解天然放射現象及其規律；（2）知道三種射線的本質，以及如何利用磁場區分它們；（3）知道原子核的組成，知道核子和同位素的概念。2．過程與方法（1）通過觀察，思考，討論，初步學會探究的方法；（2）通過對知識的理解，培養自學和歸納能力。3．情感、態度與價值觀（1）樹立正確的，嚴謹的科學研究態度；（2）樹立辨證唯物主義的科學觀和世界觀。【學習過程】一、自主學習想一想：貝可勒爾等科學家發現了射線后，揭開研究原子核結構的熱潮，原子核是由什么組成的？有怎樣的規律？又有哪些應用呢？填一填：某些物質因能發射射線而具有放射性，能自發地發出射線的現象稱為天然放射現象，這些射線包括高速粒子流α射線和β射線，高能光子γ射線；其中α射線的的電離能力最強，γ射線的貫穿能力最強，大量的實驗表明：射線來自原子核內部，這說明了原子核也有內部結構。點一點：原子核是由中子和質子等核子組成的，質子數決定了原子核的電荷數和核外電子數，以及該元素的化學性質，質子數和中子數共同決定了原子核的質量數。二、典例剖析例題：下列說法正確的是（）A．射線粒子和電子是兩種不同的粒子B．紅外線的波長比X射線的波長長C．粒子不同于氦原子核D．射線的貫穿本領比粒子強點評：本題考查了粒子的性質及電磁波波長的比較等基本知識。19世紀末20世紀初，人們發現X，，，射線，經研究知道，X，射線均為電磁波，只是波長不同。可見光，紅外線也是電磁波，波長從短到長的電磁波波譜要牢記。另外，射線是電子流，粒子是氦核。從，，三者的穿透本領而言：射線最強，射線最弱，這些知識要牢記。【達標檢測】1．物質發射射線的性質叫_____________，具有這種性質的元素的原子序號大于或等于_______________。能夠_____________地放出射線的現象叫天然放射現象。2．在射線經過的空間施加磁場，射線會分成三束，其中有兩束發生了不同的偏轉，說明這兩束_____________，另一束則_____________，說明_____________。這三種射線叫_____________、_____________、_____________。3．___________________說明原子核具有復雜結構。原子核由___________和___________組成，其中質子和中子統稱為_______________。原子核所帶的電量總是質子電量的_________倍，所以通常用質子數表示原子核的電量，叫原子核的_______________；而質子和中子的總數目叫原子核的_______________。具有相同_______________而不同_______________的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱為_______________。4．現在，科學家正在設法尋找“反物質”。所謂的“反物質”是由“反粒子”構成的，“反粒子”與其對應的正粒子具有相同的質量和相同的電量，但電荷的符號相反，據此，反粒子的質量數為___________，電荷數為___________。5．天然放射現象揭示了()A．原子不可再分B．原子的核式結構C．原子核還可以再分D．原子核由質子和中子組成6．下列關于三種射線的說法正確的是()A．α射線就是α粒子流B．β射線就是高速中子流C．β射線就是高速電子流D．γ射線就是光子7．關于X，下列說法正確的是()A．它表示一個原子B．它表示一個原子核C．它表示原子核中有個12質子D．它表示原子核中有個12核子8．某種元素的原子核符號為X，則()A．原子核的質子數為Z，中子數為A-ZB．原子核的質子數為Z，核子數為AC．原子核的質子數為A，中子數為ZD．原子核的質子數為A，中子數為A-Z9．關于質子和中子，下列說法正確的是()A．原子核由質子和中子組成B．質子和中子統稱為核子C．質子帶正電，中子不帶電D．質子和中子都是盧瑟福用實驗發現的10．同位素是指()A．具有相同的質子數和不同的中子數B．具有相同的中子數和不同的質子數C．具有相同的核子數和不同的中子數D．具有相同的核子數和不同的質子數5.2放射性元素的衰變【學習目標】1．知道放射現象的實質是原子核的衰變。2．知道兩種衰變的基本性質，并掌握原子核的衰變規律。3．理解半衰期的概念。4．了解放射性同位素及其應用。5．了解核輻射與防護方法。【學習重點】原子核的衰變規律及半衰期。【學習難點】半衰期描述的對象。【學習過程】一、原子核的衰變1．什么是衰變？什么叫α衰變？衰變時質量數和電荷數有什么特點？寫出92238什么叫β衰變？寫出釷234核的衰變方程式：2．α衰變β衰變核反應方程的書寫3．衰變規律：原子核發生衰變時，衰變前后的_______________________都守恒。β衰變核電荷數要增加，為什么會增加？哪來的電子？原子核內雖然沒有電子，但核內的質子和中子是可以相互轉化的。當核內的中子轉化為質子時同時要產生一個電子：______________________________________這個電子從核內釋放出來，就形成了β衰變。可以看出新核少了一個中子，卻增加了一個質子，并放出一個電子。γ射線是由于原子核在發生α衰變和β衰變時原子核受激發而產生的光（能量）輻射，通常是伴隨α射線和β射線而產生。γ射線的本質是能量。書寫方程式時說明：中間用________________，不用等號；是____________守恒，不是質量守恒；方程及生成物要以實驗為基礎，不能杜撰。4．本質：α衰變：原子核內少兩個質子和兩個中子。β衰變：原子核內的一個中子變成質子，同時放出一個電子。二、半衰期1．___________________________________________的時間，叫做這種元素的半衰期。（1）半衰期的長短是由________________________的因素決定的，與原子所處的物理、化學狀態無關。（2）半衰期是一個______________，只對大量的原子核才適用，對少數原子核是不適用的。三、核反應1．核反應：___________________________________________________叫核反應。說明：（1）核反應中________________________。（2）核反應是_______________的變化，化學反應是__________________的變化。四、放射性同位素及其應用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優點：（1）_________________________________________。（2）_________________________________________。（3）_________________________________________。3．放射性同位素的應用：A．利用射線的____________本領與物質厚度密度的關系，來檢查各種產品的厚度和密封容器中液體的高度等，從而實現自動控制。B．由于γ射線____________本領強，可以用來γ射線檢查金屬內部有沒有砂眼或裂紋，所用的設備叫γ射線探傷儀。C．利用射線使空氣電離而把空氣變成導電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電。D．利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等。E．示蹤原子：棉花在結桃、開花的時候需要較多的磷肥，利用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花葉面上，被植物吸收，然后每隔一定時間用探測器測量棉株各部位的放射性強度，就可知道什么時候磷的吸收率最高、磷在作物體內能存留多長時間、磷在作物體內的分布情況等。人體甲狀腺的工作需要碘，碘被吸收后聚集在甲狀腺內。給人注射碘的放射性同位素碘131，在頸部底部的甲狀腺被放射性示蹤劑碘131高亮著色。定時用探測器測量甲狀腺及鄰近組織的放射強度，有助于診斷甲狀腺的疾病。五、輻射與安全1．放射性的危害過量的射線對人體組織有__________作用，這些破壞往往是對______________的破壞，有時不會馬上察覺。因此，在使用放射性同位素時，必須嚴格遵守操作規程，注意人身安全，同時，要防止放射性物質對空氣、水源、用具等的污染。存在射線危險的地方，常能看到如圖所示的標志。____________________、_________________會產生嚴重的污染。在利用放射性同位素給病人做“放療”時，如果放射性的劑量過大，皮膚和肉就會潰爛不愈，導致病人因放射性損害而死去。有些礦石中含有過量的放射性物質，如果不注意也會對人體造成巨大的危害。過量的放射性會對環境造成污染，對人類和自然界產生破壞作用。2．放射性的防護（1）在核電站的核反應堆外層用_____________________來防止放射線的外泄。（2）用過的核廢料要放在很厚的____________________內，并埋在深海里。（3）在生活中要有防范意識，盡可能遠離__________________。【練習鞏固】1．關于三種射線，下列說法中正確的是（）A．射線是原子核自發射出的氦核，它的電離作用最弱B．射線是原子核外電子電離形成的電子流，它具有中等的貫穿能力C．射線一般伴隨著或射線產生，它的貫穿能力最強D．射線是電磁波，它的電離作用最強答案：C2．如圖所示，P為放在勻強電場中的天然放射源，其放出的射線在電場的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確的是（）A．a為射線，b為射線B．a為射線，b為射線C．b為射線，c為射線D．b為射線，c為射線答案：BC3．由原子核的衰變規律可知（）A．放射性元素一次衰變可同時產生射線和射線B．放射性元素發生衰變時，新核的化學性質不變C．放射性元素發生衰變的快慢不可人為控制D．放射性元素發生正電子衰變時，新核質量數不變，核電荷數增加1答案：C4．一塊氡222放在天平的左盤時，需在天平的右盤加444g砝碼，天平才能處于平衡，氡222發生衰變，經過一個半衰期以后，欲使天平再次平衡，應從右盤中取出的砝碼為（）A．222g B．8gC．2g D．4g答案：D5．關于放射性同位素的應用下列說法中正確的有（）A．放射線改變了布料的性質使其不再因摩擦而生電，因此達到了消除有害靜電的目的B．利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷C．用放射線照射作物種子能使其DNA發生變異，其結果一定是成為更優秀的品種D．用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的傷害答案：BD6．下列哪些應用是把放射性同位素作為示蹤原子（）A．射線探傷儀B．利用含有放射性碘131的油，檢測地下輸油管的漏油情況C．利用鈷60治療腫瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施給農作物，用檢測放射性的辦法確定放射性元素在農作物內轉移和分布情況，找出合理施肥的規律答案：BD7．關于放射性的應用，下列說法正確的是（）A．利用射線使空氣電離，把靜電荷導走B．利用射線照射植物的種子，使產量顯著增加C．利用射線來治療肺癌、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學性質相同，作為示蹤原子答案：ACD8．用高能3686Kr（氪）離子轟擊A．其質子數為118 B．其質量數為293C．其原子序數為118 D．其中子數為90答案：ABC9．在垂直于紙面的勻強磁場中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運動軌跡如圖所示。由圖可以判定（）A．該核發生的是衰變B．該核發生的是衰變C．磁場方向一定垂直于紙面向里D．不能判定磁場方向向里還是向外答案：BD5.3核力與結合能【學習目標】一、知識與技能1．知道核力的概念、特點及自然界存在的四種基本相互作用。2．知道穩定原子核中質子與中子的比例隨著原子序數的增大而減小。3．理解結合能的概念，知道核反應中的質量虧損。4．知道愛因斯坦的質能方程，理解質量與能量的關系。二、過程與方法1．會根據質能方程和質量虧損的概念計算核反應中釋放的核能。2．培養理解能力、推理能力、及數學計算能力。三、情感、態度與價值觀1．樹立起實踐是檢驗真理的標準、科學理論對實踐有著指導和預見作用的能力。2．認識開發和利用核能對解決人類能源危機的重要意義。【學習重點】質量虧損及愛因斯坦的質能方程的理解。【學習難點】結合能的概念、愛因斯坦的質能方程、質量與能量的關系。【學習過程】一、核力與四種基本相互作用1．核力：原子核里的________間存在著相互作用的核力，________把核子緊緊地束縛在核內，形成穩定的原子核。提問：那么核力有怎樣特點呢？2．核力特點：（1）核力是______________________的一種表現。（2）核力是___________力，作用范圍在________________m之內。（3）核力存在于______________之間，每個核子只跟相鄰的核子發生核力作用，這種性質稱為核力的_____________。（4）核力具有_______________。對給定的相對運動狀態，核力與核子電荷無關。3．四種相互作用（1）_________________________。（2）_________________________。（3）_________________________。（4）_________________________。二、結合能1．結合能：原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們________，也需要能量，這就是原子核的結合能。2．組成原子核的核子數越多，結合能_____________。3．比結合能：原子核的結合能與___________之比稱為比結合能，也叫平均結合能。意義：它反映了一個原子核穩定程度。比結合能越大，原子核越_____________。三、質量虧損提問：計算一下方程左右的質量：0中子的質量=1.6749×10－27kg質子的質量=1.6726×10－27kg中子和質子的質量和=_____________________kg氘核的質量=3.3436×10-27kg計算得出質量差=_____________________kg1．質量虧損：原子核的質量_____________組成它的核子的質量之和。2．愛因斯坦的質能方程：________________。核子在結合成原子核時出現的質量虧損Δ，正表明它們在互相結合過程中___________了能量。則：______________。【練習鞏固】1．氦原子核由兩個質子與兩個中子組成，這兩個質子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是（）A．核力、萬有引力、庫侖力B．萬有引力、庫侖力、核力C．庫侖力、核力、萬有引力D．核力、庫侖力、萬有引力答案：D2．下列說法中正確的是（）A．原子核內的所有質子間都存在核力和庫侖力B．對質子數較多的原子核，其中的中子起到維系原子核穩定的作用C．重核比中等質量的核更穩定D．兩個質子之間不管距離如何，核力總大于庫侖力答案：B3．下列說法正確的是（）A．自由核子結合成原子核時，一定遵循質量守恒B．在發生核反應時，反應前物質的總質量一定等于反應后所生成物質的總質量C．發生核反應時，反應前的總質量大于反應后的總質量，這個反應是放能反應D．發生核反應時，反應前的總質量大于反應后的總質量，這個反應必須吸收能量才能發生核反應答案：C4．下列說法中，正確的是（）A．愛因斯坦質能方程反映了物體的質量就是能量，它們之間可以相互轉化B．由E＝mc2可知，能量與質量之間存在著正比關系，可以用物體的質量作為它所蘊藏的能量的量度C．核反應中發現的“質量虧損”是消失的質量轉變成為能量D．因在核反應中能產生能量，有質量的轉化，所以系統只有質量數守恒，系統的總能量和總質量并不守恒答案：B5．關于質能方程，下列說法中正確的是（）A．質量減少，能量就會增加，在一定條件下質量轉化為能量B．物體獲得一定的能量，它的質量也相應地增加一定值C．物體一定有質量，但不一定有能量，所以質能方程僅是某種特殊條件下的數量關系D．某一定量的質量總是與一定量的能量相聯系的答案：BD6．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據愛因斯坦質能方程，太陽每秒鐘減少的質量最接近（）A．1036kg B．1018kgC．1013kg D．109kg答案：D5.4核裂變與核聚變【學習目標】一、知識與技能1．知道核裂變的概念，知道重核裂變中能釋放出巨大的能量。2．知道什么是鏈式反應。3．了解核聚變的特點及其條件。4．了解可控熱核反應及其研究和發展。二、過程與方法1．通過對核子平均質量與原子序數關系的理解，培養邏輯推理能力及應用教學圖像處理物理問題的能力。2．通過自己閱讀課本，查閱資料，培養歸納與概括知識的能力和提出問題的能力。三、情感、態度與價值觀1．激發熱愛科學、探求真理的激情，樹立實事求是的科學態度，培養基本的科學素養，通過核能的利用，思考科學與社會的關系。2．認識到和平利用核能及開發新能源的重要性。3．確立世界是物質的，物質是運動變化的，而變化過程必然遵循能量守恒的觀點。【學習重點】1．重核裂變的核反應方程式的書寫。2．核聚變的特點和條件。【學習難點】核聚變的特點和條件。【學習過程】一、核裂變的發現1．核裂變：重核分裂成質量______________的核，釋放出核能的反應，稱為裂變。2．鈾核的裂變用________轟擊鈾核時，鈾核發生裂變，其產物是多種多樣的，其中一種典型的反應是___________________________________________。3．鏈式反應（1）由重核裂變產生的________使裂變反應一代接一代繼續下去的過程，叫做核裂變的鏈式反應。（2）鏈式反應的條件①鈾塊的體積________或等于臨界體積或鈾塊的質量________或等于臨界質量。②有足夠數量的______中子。4．核襲擊的防護（1）核爆炸瞬時效應防護①利用工事進行掩蔽。②在開闊地面上的人員，發現核爆閃光時，立即背向爆心臥倒，可減輕傷害。（2）放射性沾染防護①避開在沾染區或高照射量率的地區行動。②及時穿戴個人防護器材，防止人體受沾染。③人員通過沾染區時盡量乘坐車輛，在沾染區作業時要盡量縮短時間。④進入沾染區執行任務的人員，可服用抗輻射藥，減少放射性物質在人體內的存留。二、反應堆與核電站（1）核電站是利用核能發電，它的核心設施是____________，它主要由以下幾部分組成：①燃料：_______________；②慢化劑：鈾235容易捕獲慢中子發生反應，采用__________、重水或普通水作慢化劑；③控制棒：采用在反應堆中插入鎘棒的方法，利用鎘____________的能力很強的特性，控制鏈式反應的速度。（2）工作原理核燃料______________釋放能量，使反應區溫度升高。（3）能量輸出利用水或液態的金屬鈉等流體在反應堆內外__________，把反應堆內的熱量傳輸出去，用于發電，同時也使反應堆冷卻。（4）核污染的處理在反應堆的外面需要修建很厚的________，用來屏蔽裂變產物放出的各種射線。核廢料具有很強的________，需要裝入特制的容器，____________。三、核聚變1．兩個輕核結____________________________________，這樣的反應叫做聚變。2．聚變方程：___________________________根據所給數據，計算上面核反應放出的能量：氘核的質量：mD=2.014102u氚核的質量：mT=3.016050u氦核的質量：mα=4.002603u中子的質量：mn=1.008665u歸納補充：（1）氫核聚變反應：__________________________（2）釋放能量：ΔE＝Δmc2＝_________MeV，平均每個核子釋放能量3MeV以上，約為裂變反應釋放能量的3～4倍。3．聚變條件：參與反應的原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即_______m。4．實現的方法：（1）_______________________________________________。（2）________________________________________________。5．聚變反應的特點：聚變反應一旦發生，就不再需要外界給它能量，靠自身產生的熱就可以維持反應持續進行下去。核聚變又叫______________________。6．實例：（1）____________________。（2）____________________。7．聚變與裂變相比的優點（1）________________________________________________。（2）________________________________________________。（3）________________________________________________。8．實現核聚變的兩種控制方案：（1）__________________。（2）__________________。【練習鞏固】1．關于重核的裂變，以下說法中正確的是（）A．鈾235被中子轟擊后都會分裂成兩塊質量差不多的碎塊，同時放出幾個中子B．鈾235被中子轟擊后二者都會發生分裂C．要使鈾塊發生鏈式反應，其體積必須足夠大D．鈾235分裂成兩個中等質量的核，比結合能減小，放出核能答案：C2．現已建成的核電站發電的能量來自于（）A．天然放射性元素衰變放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂變放出的能量D．化學反應放出的能量答案：C3．關于核聚變，以下說法正確的是（）A．與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔B．世界上已經有利用核聚變能來發電的核電站C．要使輕核發生聚變，必須使它們的距離達到10-10m以內，核力才能起作用D．核聚變比核裂變更易控制答案：A4．關于輕核聚變釋放核能，下列說法正確的是（）A．一次聚變反應一定比一次裂變反應釋放的能量多B．聚變反應比裂變反應每個核子釋放的平均能量一定大C．聚變反應中粒子的比結合能變小D．聚變反應中由于形成質量較大的核，故反應后質量變大答案：B5．我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時間達1000s，溫度超過1億攝氏度，這標志著我國磁約束核聚變研究進入國際先進水平。合肥也成為世界上第一個建成此類全超導非圓截面核聚變實驗裝置并能實際運行的地方。核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富。已知氘核的質量為m1，中子的質量為m2，23He的質量為m3，質子的質量為A．兩個氘核聚變成一個23B．兩個氘核聚變成一個23C．兩個氘核聚變成一個23He所釋放的核能為（2m1－m3－m4）D．兩個氘核聚變成一個23He所釋放的核能為（2m1－m3－m2）答案：BD6．在某些恒星內，3個α粒子結合成一個C，C原子的質量是12.0000u，He原子的質量是4.0026u，已知1u＝1.66×10-27kg，1u相當于931.5MeV，則（）A．反應過程中的質量虧損是Δm＝0.0078uB．反應過程中的質量虧損是Δm＝1.2948×10-29kgC．反應過程中放出的能量約為7.266MeVD．反應過程中放出的能量約為1.16×10-19J答案：ABC5.5“基本”粒子【學習目標】一、知識與技能1．了解構成物質的“基本粒子”。2．了解粒子物理的發展史。二、過程與方法1．感知人類（科學家）探究宇宙奧秘的過程和方法。2．能夠突破傳統思維重新認識客觀物質世界。三、情感、態度與價值觀1．真正感受自然的和諧統一，深知創建和諧社會的必要性。2．培養科學探索精神。【學習重點】了解構成