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(共32张PPT)
核裂变与核聚变
一、核裂变的发现
费米出生于意大利罗马，自幼天资聪慧，1922年21岁时获得博士学位，25岁担任罗马大学理论物理学教授。
主要贡献：费米-狄拉克统计、原子核β衰变理论、证明元素受中子轰击发生嬗变。
费米荣获1938年诺贝尔物理学奖。（因发现用中子轰击产生的新放射性元素以及原子核吸收慢中子所引起的有关核反应）
费米的中子实验
一、核裂变的发现
1934年，约里奥·居里夫妇发现粒子轰击铝片首次制造出人工放射性同位素。费米得知后，想到用中子作为入射粒子比粒子有效得多。
费米与其合作者使用中子按照周期表的顺序依次轰击各种元素，辐照了有68种元素，其中47种产生新的放射性产物。
费米的中子实验
一、核裂变的发现
费米用中子轰击当时最重的元素238U，得到一种半衰期为13分钟的一种放射性产物。经过分析发现不属于从铅到铀之间的重元素。1934年5月，费米以《原子序数高于92的元素可能生成》为题，报道可能产生超铀元素（费米的解释是错误的，实际上是核裂变现象）。
“13分钟的放射性与很多重元素等同的否定证据，提示了这样的可能性：元素的原子序数也许大于92。如果它是93号元素，它应在化学上与锰及铼类似。”
发现“超铀元素”？
一、核裂变的发现
德国女化学家诺达克（F.Noddack）针对费米的发现在1934年9月发表《论第93号元素》，认为费米等人采用“排除其他可能性的方法”来证明第93号元素的存在是“决非成功的”，并设想一种“全新的核反应”图像：
“可以想象，当重核被中子轰击时，该核可能分裂成几大块，这些裂片无疑将是已知元素的同位素，而不是被辐照元素的近邻。”
然而，诺达克的论文没有得到重视。
发现“超铀元素”？
一、核裂变的发现
费米认为：石蜡或水中的质子与中子的质量相近，放射源发射的中子与质子碰撞后，速度大大减慢。中子速度低，被原子核俘获的机会增大，核反应概率增大，发射性的生成大大增加。
慢中子作用的发现，大大增强了中子轰击的效果，对重核裂变的发现提供了重要前提。
发现“超铀元素”？
一、核裂变的发现
1.核裂变：物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变。
一、核裂变的发现
2.铀核的裂变
1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：
裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：。
释放出的能量为：。
1kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能！
一、核裂变的发现
2.铀核的裂变
（1）定义：由重核裂变产生的中子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。
一、核裂变的发现
3.链式反应
（2）发生链式反应的条件：铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。
一、核裂变的发现
3.链式反应
（1）定义：由重核裂变产生的中子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。
一、核裂变的发现
原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短时间内能够释放大量核能，发生猛烈爆炸。
原子弹
试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑。在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡。
“原子弹之父”奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉。我是死神，我是世界的毁灭者。”
一、核裂变的发现
美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤。在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多。广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%。长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37%。
原子弹
一、核裂变的发现
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图
原子弹
一、核裂变的发现
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。
（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。
（2）及时穿戴个人防护器材，防止人体受沾染。
（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。
核袭击的防护
二、反应堆与核电站
原子核的链式反应也可以在人工控制下进行。这样，释放的核能就可以为人类的和平建设服务。其实，在第一个原子弹制成以前，科学家们已经实现了核能的可控释放。
1942年，美籍意大利物理学家费米就主持建立了世界上第一个称为“核反应堆”的装置，首次通过可控制的链式反应实现了核能的释放。
反应堆
核心设施：浓缩铀制成的铀棒
减速剂：石墨、重水或普通水，
用于减小中子的速度。
控制棒：镉棒，用于吸收中子，
控制核反应的快慢。
二、反应堆与核电站
第一回路中的水被泵压入反应堆，通过堆芯时核反应放出的热使水的内能增加，水温升高，进入热交换器后，把热量传给第二回路的水，然后又被泵压回反应堆里。
在热交换器内，第二回路中的水被加热生成高温高压蒸汽，驱动汽轮机运转。
建造核电站时需要特别注意防止放射线和放射性物质的泄漏，以避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成放射性污染。
为此，在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。核反应堆中的核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。
二、反应堆与核电站
三、核聚变
1.核聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。
三、核聚变
1.核聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。
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

三、核聚变
2.发生聚变的条件：使原子核间的距离达到10-15m。
（原子核需要很大的动能才会“撞”在一起）
实现的方法有：
1.用加速器加速原子核；
2.把原子核加热到很高的温度（108～109K）；
（不经济）
核聚变又叫热核反应
热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。
三、核聚变
3.核聚变的利用
——氢弹
普通炸药
U235
氘、氚
爆炸
裂变
聚变
三、核聚变
核聚变普遍存在于宇宙中
氢弹爆炸形成的磨姑云
三、核聚变
3.受控热核反应——核聚变的利用
热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。
（1）轻核聚变产能效率高
（2）地球上聚变燃料的储量丰富
每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6亿亿立方米的水，大约有40万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂储量有2000亿吨。
（3）轻核聚变更为安全、清洁
高温不能维持反应就能自动终止，聚变产生的氦是没有放射性的。废物主要是泄露的氚，高速中子、质子与其他物质反应生成的放射性物质，比裂变反应堆生成的废物数量少，容易处理。
三、核聚变
4.实现可控核聚变的主要困难
（1）热核反应的的点火温度很高；
（2）如何约束聚变所需的燃料。
现在的技术还不能控制热核反应
惯性约束：利用核聚变物质的惯性进行约束
磁约束：利用磁场来约束参加反应的物质
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
C
2．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
C
3．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10－10 m以内，核力才能起作用
D．核聚变比核裂变更易控制
A
4．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
B
5．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的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是（ ）
A．两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是质子
B．两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是中子
C．两个氘核聚变成一个所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2
D．两个氘核聚变成一个所释放的核能为(2m1－m3－m2)c2
BD
6．在某些恒星内，3个粒子结合成一个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＝0.0078u
B．反应过程中的质量亏损是Δm＝1.2948×10－29kg
C．反应过程中放出的能量约为7.266MeV
D．反应过程中放出的能量约为1.16×10－19J
ABC核裂变与核聚变
【教学目标】
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，培养学生的逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力。
2．通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生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．激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。
2．通过教学，让学生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。
【教学重点】
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。
【教学难点】
核聚变的特点和条件。
【教学过程】
一、复习提问、新课导入
教师：大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟。大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解。
播放视频，展示原子弹爆炸的过程及原子弹爆炸后形成的惨景的片段。
学生：观看原子弹爆炸的过程，并形成裂变能放出巨大能量的初步认识。
点评：激发起学生主动探求知识的欲望，从而为下一步进行教学活动奠定一个良好的基础。
二、新课教学
（一）核裂变的发现
1934年，约里奥·居里夫妇发现??粒子轰击铝片首次制造出人工放射性同位素。费米得知后，想到用中子作为入射粒子比??粒子有效得多。
费米与其合作者使用中子按照周期表的顺序依次轰击各种元素，辐照了有68种元素，其中47种产生新的放射性产物。
费米用中子轰击当时最重的元素238U，得到一种半衰期为13分钟的一种放射性产物。经过分析发现不属于从铅到铀之间的重元素。1934年5月，费米以《原子序数高于92的元素可能生成》为题，报道可能产生超铀元素（费米的解释是错误的，实际上是核裂变现象）。
“13分钟的放射性与很多重元素等同的否定证据，提示了这样的可能性：元素的原子序数也许大于92。如果它是93号元素，它应在化学上与锰及铼类似。”
德国女化学家诺达克（F.Noddack）针对费米的发现在1934年9月发表《论第93号元素》，认为费米等人采用“排除其他可能性的方法”来证明第93号元素的存在是“决非成功的”，并设想一种“全新的核反应”图像：
“可以想象，当重核被中子轰击时，该核可能分裂成几大块，这些裂片无疑将是已知元素的同位素，而不是被辐照元素的近邻。”
然而，诺达克的论文没有得到重视。
费米认为：石蜡或水中的质子与中子的质量相近，放射源发射的中子与质子碰撞后，速度大大减慢。中子速度低，被原子核俘获的机会增大，核反应概率增大，发射性的生成大大增加。
慢中子作用的发现，大大增强了中子轰击的效果，对重核裂变的发现提供了重要前提。
1．核裂变
提问：核裂变的特点是什么？
让学生阅读课本核裂变部分内容，分小组讨论。每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。
学生回答：重核分裂成质量较小的核的反应，称为裂变。
教师总结：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。
提问：是不是所有的核裂变都能放出核能？
让学生阅读有关核子平均质量有补充材料。分小组讨论。每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。
学生回答：只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能。
点评：有利于培养学生合作式学习的能力。
知识总结：不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量。只有重核裂变和轻核聚变能放出大量的能量。
点评：个人及小组的竞争，活跃课堂气氛，激活学生思维，增加学习的趣味性。
2．铀核的裂变
铀核的裂变的一种典型反应。
提问：铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种核反应方程式是什么样的？
让学生阅读课本核裂变部分内容，分小组讨论。
每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。
学生回答：。
裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：。
释放出的能量为：。
1kg铀235全部裂变时放出的能量就相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的化学能！
3．链式反应
提问：链式反应是怎样进行的？
学生回答：这种由重核裂变产生的中子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。
点评：学生用自己的语言叙述，基本正确即可。
（1）临界体积（临界质量）：
提问：什么是临界体积（临界质量）？
学生回答：通常把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。
裂变质量亏损：。
知识总结：由重核裂变产生的中子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。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。铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。
（2）发生链式反应的条件：铀块的质量大于临界质量，或者铀块的体积大于临界体积。
4．教师简单介绍原子弹：
原子弹是利用重核裂变的链式反应制成的，在极短时间内能够释放大量核能，发生猛烈爆炸。
试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑。在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡。
“原子弹之父”奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗：“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉。我是死神，我是世界的毁灭者。”
美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤。在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多。广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%，长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市37%。
展示中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图。
5．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
提问：核反应堆各组成部分在核反应中起什么作用？
让学生阅读课本核电站部分内容，分小组讨论。每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。
学生回答：铀棒由浓缩铀制成，作为核燃料。
学生回答：控制棒由镉做成，用来控制反应速度。
学生回答：减速剂由石墨、重水或普通水（有时叫轻水）做成，用来跟快中子碰撞，使快中子能量减少，变成慢中子，以便让U235俘获。
学生回答：冷却剂由水或液态的金属钠等流体做成，在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出，确保反应堆的安全。
学生回答：水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，防止核辐射。
教师（提问）：核能发电的优点、缺点？
学生回答：
1．优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济。
2．缺点：①一旦核泄漏会造成严重的核污染；②核废料处理困难。
点评：学生用自己的语言叙述，基本正确即可。
教师（补充）：了解常用裂变反应堆的类型：
秦山二期、大亚湾二期是压水堆，秦山三期是沸水堆。
（三）核聚变
提问：请同学们阅读课本，回答什么叫核聚变？
1．两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。
提问：为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？
学生分析：因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大。
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＝17.6MeV，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。
核聚变是不是很容易发生呢？核聚变可没那么简单！
提问：核聚变发生的条件是什么？
学生阅读教材，分析思考、归纳总结并分组讨论。
得出结论。
2．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10-15m！
要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。
3．实现的方法：
（1）用加速器加速原子核。
人工核反应：利用加速器将氘加速到所需的能量（约72KeV)，轰击含氚的靶。这种方法引起聚变的几率极低（约百万分之一）。
（2）把原子核加热到很高的温度。
将一团氘和氚核约束起来，并保持一定的密度。将核加热到上亿度的超高温，使其在极短时间内一起发生聚变。
4．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。核聚变又叫热核反应。
5．实例：
（1）太阳内部和许多恒星内部温度高达107K以上，其反应就是热核反应的实例。
太阳每秒释放的能量约为3.8×1026J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。以这个速度，太阳至今已经将大约100个地球质量的物质转化成了能量。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持50亿~60亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！
（2）核武器——氢弹！在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸。
上世纪五十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，氢弹是利用热核反应制造的一种在规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几倍。
提问：氢弹爆炸原理是什么？
学生阅读教材：课本氢弹原理图，它需要用原子炸药来引爆，以获得热核反应所需要的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药来点燃。
6．聚变与裂变相比的优点
提问：目前，人们还不能控制核聚变的速度，但科学家们正在努力研究和尝试可控热核反应，以使核聚变造福于人类。我国在这方面的研究和实验也处于世界领先水平。
请同学们自学教材，了解聚变与裂变相比有哪些优点？
优点之一：轻核聚变产能效率高。
点拔：氢聚变平均每个核子放出的能量约为3.3MeV，而铀核裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。
优点之二：地球上聚变燃料的储量丰富。
点拨：每升水中就含有0.03g氘，地球上有138.6亿立方米的水，大约有40万亿吨氘。氚可以利用锂来制取，地球上锂储量有2000亿吨。
优点之三：是轻核聚变反应更为安全、清洁。
点拨：实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了。另外，氘和氚聚变反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质，比裂变所生成的废物的数量少，容易处理。
7．目前还不能控制热核反应的主要问题：
（1）热核反应的点火温度很高；
（2）如何约束聚变所需的燃料；
（3）反应装置中的气体密度要很低，相当于常温常压下气体密度的几万分之一。
8．实现核聚变的两种控制方案：
（1）磁约束：利用磁场来约束参加反应的物质。
视频学习：通过了解我国在可控热核反应方面的成就，激发学生的爱国热情和献身科学的能力。
（2）惯性约束：利用强激光的惯性压力约束参加反应的物质。
【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：C
2．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：C
3．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：A
4．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：B
5．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的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是（ ）
A．两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是质子
B．两个氘核聚变成一个所产生的另一个粒子是中子
C．两个氘核聚变成一个所释放的核能为（2m1－m3－m4）c2
D．两个氘核聚变成一个所释放的核能为（2m1－m3－m2）c2
答案：BD
6．在某些恒星内，3个粒子结合成一个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＝0.0078u
B．反应过程中的质量亏损是Δm＝1.2948×10－29kg
C．反应过程中放出的能量约为7.266MeV
D．反应过程中放出的能量约为1.16×10－19J
答案：ABC(共41张PPT)
放射性元素的衰变
听说过“点石成金”的传说吗？
一、原子核的衰变
α衰变：放出α粒子的衰变，如
β衰变：放出β粒子的衰变，如
1.定义：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。
2.种类：
+
+
一、原子核的衰变
原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒。
说明：
（1）中间用单箭头，不用等号；
（2）是质量数守恒，不是质量守恒;
（3）方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。
3.规律：
衰变：
+
衰变：
+
一、原子核的衰变
4.本质：
（1）衰变：原子核内少两个质子和两个中子。
（2） 衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子。
元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的。
说明：
一、原子核的衰变
辐射
原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，同样是能级越低越稳定。
　　放射性的原子核在发生衰变、衰变时，往往蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以光子的形式辐射出来，因此，射线经常是伴随射线和射线产生的，当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时就会伴随着辐射（没有衰变）。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有、和三种射线。
一、原子核的衰变
5.注意：
一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出、和三种射线（连续衰变）。
+
+
二、半衰期
1.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量
2.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
3.物理意义：
表示放射性元素本身衰变快慢的物理量。不同元素的半衰期不同，有的差别很大。
例如：
氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天
镭226衰变为氡222的半衰期为1620年
铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年
二、半衰期
经过个半衰期（ ）其剩余的质量为：
质量与原子个数相对应，故经过个半衰期后剩余的粒子数为：
3.公式：
二、半衰期
注意：
（1）半衰期的长短由原子核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态（如单质、化合物）和外部条件（如温度和压强）都没有关系。
（2）半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。
例题1：关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是（ ）
A．半衰期是原子核全部衰变所需时间的一半。
B．半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间。
C．半衰期是原子量减少一半所需的时间。
D．半衰期是元素质量减少一半所需的时间。
B
例题2：经过一系列衰变和衰变后，可以变成稳定的元素铅206（），问这一过程衰变和衰变次数？
解：设经过次衰变，次衰变，则：
238=206+4
92=82+2-
解得：
＝8
＝6
三、核反应
卢瑟福在实验中发现，往容器C中通入氮气后，在荧光屏S上出现了闪光，这表明，有一种新的能量比粒子大的粒子穿过铝箔，撞击在S屏上，这种粒子肯定是在粒子击中某个氮核而使该核发生变化时放出的。这样，卢瑟福通过人工方法实现了原子核的转变，人类第一次打开了原子核的大门。
粒子
铝箔
荧光屏
氮气
显微镜
为了认定新粒子，把新粒子引进电场和磁场，测出了它的质量和电量，确认与氢核相同：带有一个单位的正电量，质量是电子质量的1800多倍。卢瑟福把它叫做质子。质子的符号是H或P。
在云室里做卢瑟福实验，还可以根据径迹了解整个人工转变的过程。英国物理学家布拉凯特在所拍摄的两万多张照片的40多万条α粒子径迹中，发现了8条产生分叉的记录。
三、核反应
三、核反应
分叉情况表明，α粒子击中氮核后，生成一个新核，同时放出质子。新核的电量较大速度较慢，径迹短而粗；质子速度大，电量小，故径迹细而长。根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可以写出这个发现质子的核反应方程并得知新核放出质子后变成了氧核。
+
三、核反应
说明：
1.核反应中质量数与电荷数守恒。
2.核反应是原子核的变化，化学反应是核外电子的变化。
用α粒子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变，并产生质子，说明质子是各种原子核里都有的成分，质子是人类继电子、光子后发现的第三个基本粒子。
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。——核反应
例题3：写出下列原子核人工转变的核反应方程。
（1）俘获1个粒子后放出1个质子
（2）俘获1个粒子后放出1个中子
（3）俘获1个中子后放出1个质子
四、放射性同位素及其应用
1934年，约里奥·居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷。
有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。
反应生成物是磷的一种同位素，自然界没有天然的，它是通过核反应生成的人工放射性同位素。
+
不稳定，会进行如下的衰变：
说明：
1.这是人类第一次发现正电子。
2.没有特殊说明，电子均指负电子
由此而荣获1935年诺贝尔化学奖。
四、放射性同位素及其应用
+
1.人工放射性同位素和天然放射性同位素相比的优点：
放射强度容易控制
半衰期短，废料易处理
可制成各种所需形状
现实应用中一般使用人工放射性同位素
四、放射性同位素及其应用
四、放射性同位素及其应用
A．利用射线的穿透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射线贯穿本领强，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。
2.放射性同位素的应用：
射线测厚仪
四、放射性同位素及其应用
四、放射性同位素及其应用
利用钴60的射线治疗癌症（放疗）
四、放射性同位素及其应用
培优、保鲜
经照射 未经照射
经照射 未经照射
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。
四、放射性同位素及其应用
示踪原子
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（红色，部分被遮蔽）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
人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质。我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性，例如，食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40，香烟中含有钋210，这些也是放射性同位素，不过它们辐射的强度都在安全剂量之内。
然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，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。
五、辐射与安全
原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染。
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。
五、辐射与安全
遭原子弹轰炸的广岛
五、辐射与安全
放射性的防护
（1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄。
（2）用过的核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里。
（3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源。
五、辐射与安全
为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施：
检测辐射装置
辐射源的存放
五、辐射与安全
为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施：
操作放射性物质的设备
在防护状态下操作放射性物质
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
C
2．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
BC
3．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
C
4．一块氡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．8g
C．2g D．4g
D
5．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
BD
6．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
BD
7．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
ACD
8．用高能（氪）离子轰击（铅），释放出一个中子后，生成了一个新核，关于新核的推断正确的是（ ）
A．其质子数为118 B．其质量数为293
C．其原子序数为118 D．其中子数为90
ABC
9．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
BD原子核的组成
【教学目标】
一、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。
二、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。
三、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。
【教学重点】
天然放射现象及其规律，原子核的组成。
【教学难点】
知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们。
【教学方法】
教师启发、引导，学生讨论、交流。
【课时安排】
1课时
【教学过程】
一、引入新课
教师：本节课我们来学习新的一节：原子核。主要介绍了核物理的一些初步知识，核物理研究的是原子核的组成及其变化规律，是微观世界的现象。让我们走进微观世界，一起探索其中的奥秘！
我们已经知道，原子由什么微粒组成啊？
学生回答：原子由原子核与核外电子组成。
点评：由原来的知识引入新课，对新的一节有一个大致的了解。
教师：那原子核内部又是什么结构呢？原子核是否可以再分呢？它是由什么微粒组成？用什么方法来研究原子核呢？
学生思考讨论。
点评：带着问题学习，激发学习热情
教师：人类认识原子核的复杂结构和它的变化规律，是从发现天然放射现象开始的。1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。
居里和居里夫人在贝克勒尔的建议下，对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了发射性更强的新元素。其中一种，为了纪念她的祖国波兰而命名为钋（Po），另一种命名为镭（Ra）。
二、进行新课
1．天然放射现象
（1）物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象。具有放射性的元素称为放射性元素。
（2）放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82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。
2．射线到底是什么
教师：那这些射线到底是什么呢？这就激发着人们去寻求答案：把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场，发现射线如图所示：
思考与讨论：
①你观察到了什么现象？为什么会有这样的现象？
②如果射线，射线都是带电粒子流的话，根据图判断，他们分别带什么电荷？
③如果不用磁场判断，还可以用什么方法判断三种射线的带电性质？
学生分组讨论，回答问题以及实验方案。
①射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。
②根据左手定则，可以判断射线是正电荷，射线是负电荷。
③带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质，如图:
点评：给出实验现象，设置问题情境，引导学生自己得出结论，培养学生的观察，分析，探究的能力。培养学生合作式学习的能力。
用多种方案解决一个问题有利于培养学生的扩散散性思维。
教师：我们已经研究了这三种射线的带电性质，那么这些射线还有哪些性质呢？请同学们阅读课文后填写表格。
学生看书，进行总结。
点评：培养学生自学，总结的能力。
教师：（帮助小结）
①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，或者升高它的温度，它都具有放射性。
②三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有其复杂的结构。
学生对照表格，理解书本知识。
点评：通过对照表格，可以让学生更好的掌握规律性质。
3．原子核的组成
教师提问：
①质子：由谁发现的？怎样发现的？
②中子：发现的原因是什么？是由谁发现的？
学生看书，然后回答问题
①卢瑟福用粒子轰击氮核，发现质子。
②查德威克发现中子。发现原因：如果原子核中只有质子，那么原子核的质量与电荷量之比应等于质子的质量与电荷量之比，但实际却是，绝大多数情况是前者的比值大些，卢瑟福猜想核内还有另一种粒子。
教师：（帮助小结）
①质子(proton)带正电荷，电荷量与一个电子所带电荷量相等，
中子(nucleon)不带电，
②数据显示：质子和中子的质量十分接近，统称为核子，组成原子核。
点评：加强学生对书本知识的理解能力，以及语言概括能力。
教师：提问：
③原子核的电荷数是不是电荷量？
④原子荷的质量数是不是质量？
学生看书，然后回答问题：
③不是，原子核所带的电荷量总是质子电荷的整数倍，那这个倍数就叫做原子核的电荷数。
④原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，那这个倍数叫做原子核的质量数。
点评：加强学生对书本知识的理解能力，以及语言概括能力。
小结：
③原子核的电荷数=质子数=核外电子数=原子序数
④原子核的质量数=核子数=质子数+中子数
⑤ 符号表示原子核，X：元素符号；A：核的质量数；Z：核电荷数
教师：给出思考与讨论题。
一种铀原子核的质量数是235，问：它的核子数，质子数和中子数分别是多少？
学生回答：核子数是235，质子数是92，中子数是143．
点评：学生回答调动他们学习的积极性。
4．同位素(isotope)
（1）定义：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，因而互称同位素。
（2）性质：原子核的质子数决定了核外电子数目，也决定了电子在核外的分布情况，进而决定了这种元素的化学性质，因而同种元素的同位素具有相同的化学性质。
学生一边听，一边看书。
提问：列举一些元素的同位素？
学生回答：
氢有三种同位素：氕（通常所说的氢），氘（也叫重氢），氚（也叫超重氢），符号分别是：。
碳有两种同位素，符号分别是。
点评：举例说明同位素的性质，加深对这一概念的理解。
【例】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
学生回答：BD
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。
三、课堂小结
1．天然放射现象及其规律。
2．三种射线的性质。
3．原子核的组成。(共24张PPT)
原子核的组成
人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？
人们认识原子核的结构就是从天然放射性开始的。


1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为放射性．具有发射性的元素称为放射性元素．元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．
一、天然放射现象
钡铀云母
翠砷铜铀矿
斜水钼铀矿
铀钙石矿
放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82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．
放大了1000倍的铀矿石
天然放射现象
在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？
它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质呢？
这些射线带不带电呢？
二、射线的本质
天然放射现象

射线

射线

射线
电离能力
贯穿能力
速度
成分



氦原子核
高速
电子流
高能量
电磁波
1/10光速
接近光速
光速
弱
较强
很强
很容易
较弱
更小
阅读课文填写表格：
放射型物质发出的射线有三种：
天然放射现象
三种射线
α射线
β射线
γ射线
α射线
　　α射线是高速粒子流，粒子带正电，电荷量是电子的2倍，质量是氢原子的4倍，其组成与氨原子核相同。a粒子的速度可以达到光速的。由于a粒子带电，质量又比较大，通过气体时很容易把气体分子中的电子剥离，使气体电离.
由于与物质中的微粒作用时会损失自己的能量，a粒子的穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住.
β射线
　　与α射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做β射线.研究发现β射线由带负电的粒子（β粒子）组成.进一步研究表明β粒子就是电子.
　　β射线是高速电子流，它的速度更大，可达光速的99%。它的电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板.
γ射线
中间不发生偏转的那束射线叫做γ射线，研究表明，γ射线的实质是一种波长极短的电磁波，它不带电，是中性的.
　　y射线是能量很高的电磁波，波长很短，在10-10m以下。它的电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土.
三、原子核的组成
放射性现象中放出的三种射线都是从放射性元素的原子核内释放出来的，这表明原子核也有内部结构.
原子核内究竟还有什么结构？
原子核又是由什么粒子组成的呢？
质子的发现
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，得到了质子。经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的1836倍.进一步研究表明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核。
同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子。------质子是原子核的组成部分。
原子核是否只是由质子组成呢？
核的质量
质子质量
核的电量
质子电量
？
卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．
核的质量
质子质量
核的电量
质子电量
>
中子的发现
1932年英国物理学家查德威克又发现了中子，通过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电。是中性粒子，在对各种原子核进行的实验中，发现质子和电子是组成原子核的两种基本粒子。
原子核的表示:
X表示
元素符号
Z表示
质子数
A表示
质量数
如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），则互为同位素。








原子核的组成
中子
质子
统称核子
U
He
H
1
1
4
2
235
92
X
A
Z
（核）电荷数
质量数
原 子 核 的 组 成


10－15m
元素符号
质子
中子
核子
质子数
核外电荷数
原子序数
质量数

核子数
中子+质子
同位素
1
2
原子核的组成
氢原子核(H)最简单，它就是一个质子，核外有一个电子绕着它转；
氦原子核(He)是由2个质子和2个中子组成的，核外有2个电子绕着它转；
锂原子核(Li)是由3个质子和4个中子组成的，核外有3个电子分两层绕着它转；
铍原子核(Be)由4个质子和5个中子组成，核外有4个电子分两层绕着它转；
……
原子核的组成
各种原子核内质子的个数（核的电荷数）和核外电子的个数都相同，它也等于该种元素在元素周期表中的原子序数；
原子核内质子和中子的总数叫做核的质量数，它等于该元素原子量的整数部分。
在某种核反应中，一个中子变成一个电子和一个质子.这就是原子核内没有电子，又会放出电子，产生β射线的原因。
氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氚的原子，下列说法哪个正确？
（1）具有相同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；
（2）具有不同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；
（3）具有相同的质子数、不同的中子数、相同的电子数；
（4）具有相同的质子数、相同的中子数、不同的电子数．
谢 谢放射性元素的衰变
【教学目标】
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。
【教学重点】
原子核的衰变规律及半衰期。
【教学难点】
半衰期描述的对象。
【教学过程】
一、新课导入
教师：同学们有没有听说过点石成金的传说，或者将一种物质变成另一种物质。
学生讨论非常活跃，孙悟空，八仙，神仙，魔术，街头骗局。
点评：通过这样新颖的课题引入，给学生创设情景，能充分调动学生的积极性，挑起学生对未知知识的热情。
教师：刚才同学们讲的都很好，但都是假的。
孙悟空，八仙，神仙：人物不存在。
魔术，街头骗局：就是假的。
点评：对于学生来讲要使其相信科学技术反对迷信，同时也要提高警惕小心上当受骗，提高学生自我保护意识。更加吊起了学生学习新知识的胃口，为新课教学的顺利进行奠定了基础。
教师：那有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？
学生愕然。
点评：进一步吊起了学生学习新知识的胃口。
教师：有（大声，肯定地回答）
学生惊讶，议论纷纷。
点评：再一次吊起了学生学习新知识的胃口。
通过这样四次吊胃口，新课的成功将是必然。
教师：这就是我们今天要学习的放射性元素的衰变。
点评：及时推出课题。
二、新课教学
（一）原子核的衰变
教师：原子核放出α或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。
学生豁然开朗：科学、真实的将一种物质变成另一种物质，原来就是原子核的衰变。
点评：及时给出问题的答案，学生并不会索然无味，相反会对原子核的衰变这一新知识产生浓厚的兴趣。
教师：铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核——钍234核。那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。
学生定有这样的想法：放出α粒子的衰变叫做α衰变。那放出β粒子的衰变叫做β衰变？
点评：这里一下子会出现了“α衰变”，“衰变方程式”两个新名词，教师要耐心的讲解，学生有插嘴的，如果正确要及时肯定并表扬。
教师：这个过程可以用衰变方程式来表示：+（一边说一边写，不要解释，要请学生来分析其中的奥秘）
学生定有这样的想法：衰变方程式和化学反应方程式、离子反应方程式有何联系与区别？
点评：理论基础：建构主义认为学习过程是学生在一定条件下，对客观事物反映的过程。是一个主动建构过程，作为认识对象的知识并不像实物一样可以由教师简单地传递给学生，须由学生自己来建构，并纳入他自己原有的知识结构中，别人是无法替代的。在此要充分利用学生原有的知识基础即：化学反应方程式、离子反应方程式，来帮助学生自己来建构衰变方程式，并把它纳入自己原有的知识结构中去。
学生充分讨论：衰变方程式和化学反应方程式、离子反应方程式有何联系与区别，并由学生自己表述。
点评：可以让学生自己归纳总结，有不到之处教师再帮助总结。
教师：衰变方程式遵守的规律：
（1）质量数守恒
（2）核电荷数守恒
（进一步解释：守恒就是反应前后相等）
α衰变规律：+
学生进一步理解两个守恒：
（1）质量数守恒
（2）核电荷数守恒
教师：钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成23491Pa（镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？
学生探究、练习写出钍234核的衰变方程式。
点评：写钍234核的衰变方程式是要求学生可以查阅化学书后面的元素周期表，但不可以看物理教材。在此培养学生查阅质料的能力。学生在此会碰到β粒子的表示，教师要及时直接给出结论：β粒子用表示。
教师：钍234核的衰变方程式：+
衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不会改变但核电荷数应加1。
β衰变规律：+
学生再一次理解两个守恒：
（1）质量数守恒
（2）核电荷数守恒
点评：β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题，但并不像α衰变那样容易理解，因为核电荷数要增加，学生会问为什么会增加？哪来的电子？
这里就顺理成章的来解释中子转化的过程。
教师：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。
学生更进一步理解两个守恒：
（1）质量数守恒
（2）核电荷数守恒
教师：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。
学生理解γ射线的本质，不能单独发生。
（二）半衰期
教师：阅读教材半衰期部分放射性元素的衰变的快慢有什么规律？用什么物理量描述？这种描述的对象是谁？
学生带着问题看书。
点评：培养学生自学能力、阅读能力、提炼有用信息的能力。
教师提供教材上的氡的衰变图的投影：
学生交流阅读体会：
（1）氡每隔3.8天质量就减少一半。
（2）用半衰期来表示。
（3）大量的氡核。
点评：第三个问题：描述的对象是谁？这个问题学生比较难理解，需要教师做引导和类比。培养学生阅读图象的方法和能力。
教师：同学们的回答都很精彩（鼓励）
教师总结：
（1）半衰期表示放射性元素的衰变的快慢。
（2）放射性元素的原子核，有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。
（3）半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律。
（4）公式：经过??个半衰期（??）其剩余的质量为：。
学生进一步整理自己的阅读体会并形成自己的知识。
点评：教师做引导和类比可以从统计规律的角度出发。
例如：数学上的概率问题
（抛硬币）将1万枚硬币抛在地上，那正反两面的个数大概为5000对5000，但就某个硬币来看要么是正面，要么是反面。这个事实告诉我们统计规律的对象仅对大量事实适用，对个别不适用。
教师：元素的半衰期反映的是原子核内部的性质，与原子所处的化学状态和外部条件无关。
简单介绍：
镭226→氡222的半衰期为1620年
铀238→钍234的半衰期为4.5亿年
学生对原子所处的化学状态和外部条件进行理解。
点评：一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在，或者加压，升温均不会改变。
（三）核反应
卢瑟福在实验中发现，往容器C中通入氮气后，在荧光屏S上出现了闪光，这表明，有一种新的能量比??粒子大的粒子穿过铝箔，撞击在S屏上，这种粒子肯定是在??粒子击中某个氮核而使该核发生变化时放出的。这样，卢瑟福通过人工方法实现了原子核的转变，人类第一次打开了原子核的大门。
为了认定新粒子，把新粒子引进电场和磁场，测出了它的质量和电量，确认与氢核相同：带有一个单位的正电量，质量是电子质量的1800多倍。卢瑟福把它叫做质子。质子的符号是H或P。
在云室里做卢瑟福实验，还可以根据径迹了解整个人工转变的过程。英国物理学家布拉凯特在所拍摄的两万多张照片的40多万条α粒子径迹中，发现了8条产生分叉的记录。
分叉情况表明，α粒子击中氮核后，生成一个新核，同时放出质子。新核的电量较大速度较慢，径迹短而粗；质子速度大，电量小，故径迹细而长。根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可以写出这个发现质子的核反应方程并得知新核放出质子后变成了氧核。+。
用α粒子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变，并产生质子，说明质子是各种原子核里都有的成分，质子是人类继电子、光子后发现的第三个基本粒子。
1．核反应：原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反应。
说明：
（1）核反应中质量数与电荷数守恒。
（2）核反应是原子核的变化，化学反应是核外电子的变化。
（四）放射性同位素及其应用
1．有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。
1934年，约里奥·居里夫妇发现经过??粒子轰击的铝片中含有放射性磷。
+
反应生成物是磷的一种同位素，自然界没有天然的，它是通过核反应生成的人工放射性同位素。
不稳定，会进行如下的衰变：+。约里奥·居里夫妇由此而荣获1935年诺贝尔化学奖。
说明：
（1）这是人类第一次发现正电子。
（2）没有特殊说明，电子均指负电子。
2．人工放射性同位素和天然放射性同位素相比的优点：
（1）可制成各种所需形状。
（2）放射强度容易控制。
（3）半衰期短，废料易处理。
3．放射性同位素的应用：
A．利用射线的穿透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射线贯穿本领强，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
人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质。我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性，例如，食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40，香烟中含有钋210，这些也是放射性同位素，不过它们辐射的强度都在安全剂量之内。
然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，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。
原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染。
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厚厚的水泥来防止放射线的外泄。
（2）用过的核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里。
（3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源。
【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：C
2．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：BC
3．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：C
4．一块氡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．8g
C．2g D．4g
答案：D
5．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：BD
6．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：BD
7．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：ACD
8．用高能（氪）离子轰击（铅），释放出一个中子后，生成了一个新核，关于新核的推断正确的是（ ）
A．其质子数为118 B．其质量数为293
C．其原子序数为118 D．其中子数为90
答案：ABC
9．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：BD(共15张PPT)
“基本”粒子
道尔顿（原子）
卢瑟福（质子）
汤姆逊（电子）
查德威克（中子）
一、发现新粒子
人们在对宇宙线的研究中陆续发现了一些新的粒子。1932年发现了正电子，1937年发现了子，1947年发现了介子和介子。后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大很多，叫作超子。
1932年发明的粒子加速器，能使带电粒子加速到很高的能量。让这些高能粒子彼此对撞，就能产生更多的粒子，这种装置称为对撞机。利用加速器和对撞机，人们发现了更多的粒子。
1971?1980
τ子、胶子、J/Ψ介子
1991?2000
τ子中微子
1981?1990
W和Z玻色子
1961?1970
μ子中微子
1941?1950
K介子和π介子
2001年至今
希格斯玻色子
1931?1940
正电子、μ子
1951?1960
反质子、电子中微子
二、粒子的分类
强子：参与强相互作用的粒子。
质子和中子都是强子。
轻子：不参与强相互作用。
电子中微子、子、子中微子以及子和子中微子。
每种轻子都有对应的反粒子。
规范玻色子：传递各种相互作用的粒子。
如光子、中间玻色子（和玻色子）、胶子。
希格斯玻色子：希格斯场的量子激发。
基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。
道尔顿（原子）
卢瑟福（质子）
汤姆逊（电子）
查德威克（中子）

盖尔曼（夸克）
三、夸克与粒子物理标准模型
三、夸克与粒子物理标准模型
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
三、夸克与粒子物理标准模型
夸克
规范玻色子
轻子
希格斯玻色子
三、夸克与粒子物理标准模型
赵忠尧
谢玉铭
王淦昌
丁肇中
李政道
杨振宁
1．关于粒子，下列正确的是（ ）
A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B．质子、中子本身也是复合粒子，它们拥有复杂的结构
C．质子是带电的弱子
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
BD
2．关于分子的说法下列正确的是（ ）
A．分子是组成物质的最小微粒
B．分子是物质中不能再分的最小微粒
C．分子是组成物质，并能保持物质化学性质的最小微粒
D．分子是人们为了描述物质结构而想象出来的模型，实际是不存在的
C
3．下列粒子呈带正电荷性质的是（ ）
A．质子 B．中子
C．电子 D．原子
A
4．下列物体的尺寸由小到大排列的是（ ）
A．夸克/电子、原子核、质子/中子、原子、分子、物质
B．夸克/电子、质子/中子、原子核、原子、分子、物质
C．夸克/电子、原子核、原子、质子/中子、分子、物质
D．物质、分子、原子、原子核、质子/中子、夸克/电子
C核力与结合能
【教学目标】
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．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。
三、情感、态度与价值观
1．使学生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。
【教学重点】
质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。
【教学难点】
结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。
【教学过程】
一、复习提问、新课导入
提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为mp=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，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？（两者相差1036倍）
提问：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢？今天就来学习这方面的内容。
二、新课教学
（一）核力与四种基本相互作用
提示：20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力（库仑力是一种电磁力）。在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。电磁力大约要比万有引力强1036倍。
基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核，后来的实验证实了科学家的猜测。
1．核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力（强相互作用，也叫强力）。
提问：那么核力有怎样特点呢？
2．核力特点：
（1）核力是强相互作用（强力）的一种表现。
（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m之内。
（3）核力存在于核子之间，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饱和性。
（4）核力具有电荷无关性。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）万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。
（2）电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。
（3）强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。
（4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子－质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18m，作用强度则比电磁力小。
（二）结合能
宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价——失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。
要将原子核拆散成单个核子，也一定需要的能量。
微观模型：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。
1．结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。
提问：将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？若要把它们分开，需要什么条件？
将原子核拆分成单个核子需要吸收的能量，将单个核子结合成原子核所要放出的能量。
提问：如何理解结合能？
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。
结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。
提问：结合能的大小与什么因素有关？
组成原子核的核子数。
2．组成原子核的核子数越多，结合能越大。
提问：结合能越大原子核是不是越难被拆散？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？如何才能反映原子核的稳定程度？
引出比结合能。
3．比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。
理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界提供给每个核子的平均能量。
意义：它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定。
（三）质量亏损
提问：请计算一下方程左右的质量：
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=3.3475×10-27kg
氘核的质量=3.3436×10-27kg
计算得出质量差=0.0039×10-27kg
1．质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和。
2．爱因斯坦的质能方程：E＝mc2
质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。
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放出了能量。
ΔE=Δmc2
【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：D
2．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：B
3．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：C
4．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：B
5．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：BD
6．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．1018kg
C．1013kg D．109kg
答案：D(共22张PPT)
核力与结合能
思考：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么能够挤在一起而不飞散？
原子核
质子（带正电）
中子
猜想：万有引力？
理论验证：质子相互间距数量级是10-15m；质子质量数量级10-27kg。质子量电量数量级10-19kg；万有引力常量数量级10-11静电力常量数量级109。
结论：万有引力太小，只有库仑力的10-35到10-36之间 。
原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的。
猜想：有第三种力——核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。
一、核力与四种基本相互作用
1.核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力（强相互作用，也叫强力）。
一、核力与四种基本相互作用
（2）核力是短程力。约在 10-15m量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力, 距离为10×10-15m时核力几乎消失，距离小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起。
（1）核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。
（3）核力具有饱和性。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。
（4）核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。
2.特点
一、核力与四种基本相互作用
（2）电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。
（1）万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。
（3）强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。
（4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子－质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。
3.四种相互作用
二、结合能

宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价——失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。
二、结合能
要将原子核拆散成单个核子，也一定需要的能量。
微观模型：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。
二、结合能
结合能：
将原子核拆分成单个核子需要吸收的能量
将单个核子结合成原子核所要放出的能量
①将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？若要把它们分开，需要什么条件？
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。
结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。
组成原子核的核子数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。
②如何理解结合能？
③结合能的大小与什么因素有关？
二、结合能
如何才能反映原子核的稳定程度？
Li-6
二、结合能
U-235
④结合能越大原子核是不是越难被拆散？
即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？
1.比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。
2.理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界提供给每个核子的平均能量。
比结合能
结合能
核子数
=
3.意义：它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定。
二、结合能
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。
中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。
二、结合能
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=3.3475×10－27kg
氘核的质量=3.3436×10－27kg
请计算一下方程左右的质量：
质量差=0.0039×10－27kg
质量亏损:
三、质量亏损
原子核的质量小于组成它的核子的质量之和。
质量亏损：
爱因斯坦的质能方程：
质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。
核子在结合成原子核时出现的质量亏损，正表明它们在互相结合过程中放出了能量。
1.核反应过程中:
核子结合成原子核时，新核质量小于核子的质量（质量亏损）,同时以?光子形式释放核能；
原子核分解为核子时，需要吸收一定能量，核子的总质量大于原原子核的质量。
2.核反应过程中，质量亏损时，核子个数不亏损（即质量数守恒），可理解为组成原子核后，核内每个核子仿佛“瘦了”一些。
3.质量亏损并非质量消失，而是减少的质量以能量形式辐射（动质量），因此质量守恒定律不被破坏。
有关问题的理解和注意事项
三、质量亏损
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
D
2．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
B
3．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
C
4．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
B
5．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
BD
6．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．1036 kg B．1018 kg
C．1013 kg D．109 kg
D“基本”粒子
【教学目标】
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．让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性。
2．培养学生的科学探索精神。
【教学重点】
了解构成物质的粒子。
【教学难点】
各种微观粒子模型的理解。
【教学过程】
一、新课导入
欣赏视频：宇宙的演化。
教师：我们看到了经历了138亿年的宇宙演化过程，是多么绚丽。宇宙是神秘的，人们对宇宙的探索从未停止。同学们知道我们为了探索宇宙，做了哪些事情吗？
学生：火箭、卫星、探测器、望远镜。
教师：确实，这是我们探索宇宙的一种方式，通过直接的观测和探索来了解我们现在的宇宙。但是大家有没有想过，我们的科学家又是怎么知道过去的宇宙，知道宇宙是怎么诞生的吗？而这离不开我们前面所学习的粒子了。这里引入诺贝尔物理奖获得者格拉肖的话：“隐藏在原子内心的，是宇宙结构的秘密。”
问题：现在我们认为原子是什么结构模型，由什么组成？
学生回忆并回答：现在我们认为原子是核式结构，说明原子可再分，原子核由质子与中子构成。
点评：引起学生回忆旧知识并巩固知识。
二、新课教学
教师：从道尔顿发现原子，到汤姆孙发现电子，再到卢瑟福提出原子的核式结构并且发现质子，查德威克发现了中子，最后我们发现了光子。当时科学家们认为“光子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基本粒子”。但是随着科学技术的发展这些粒子并不是真正意义上的“基本”粒子，我们发现它们还有更小的结构。
学生思考并惊奇。
点评：因为学生所能了解的最小粒子只有这些，所以这节课引起了学生的兴趣。
（可以不按教材顺序介绍，接着介绍新粒子的发现）
（一）发现新粒子
教师：20世纪30年代以来，人们是通过对宇宙线的研究中发现了一些新的粒子。（展示宇宙射线图片）
请学生看教材，思考下面的问题：
从宇宙线中发现了哪些粒子？这些粒子有什么特点？
1932年发现正电子；1937年发现μ子；1947年发现K介子与π介子。
展示强子对撞机，并适当介绍。
1932年发明的粒子加速器，能使带电粒子加速到很高的能量。让这些高能粒子彼此对撞，就能产生更多的粒子，这种装置称为对撞机。利用加速器和对撞机，人们发现了更多的粒子。
展示部分新粒子的实验发现年代图。
（二）粒子的分类
在老师的引导下学生带着问题阅读教材总结：
1．实验中发现了许多反粒子，现在发现的粒子多达400多种。
2．许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质相反的粒子，叫做反粒子。
2．可分为四大类：强子、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子。
教师（展示粒子与各种相互作用的关系，讲授评析）：
（1）强子：参与强相互作用的粒子。
质子和中子都是强子。
（2）轻子：不参与强相互作用。
电子中微子、μ子、μ子中微子以及τ子和τ子中微子。每种轻子都有对应的反粒子。
（3）规范玻色子：传递各种相互作用的粒子。
光子、中间玻色子（W和Z玻色子）、胶子。
（4）希格斯玻色子：希格斯场的量子激发。
基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。
问：上述粒子是不是最小单位，有没有内部结构呢？
教师（展示美国费米国家加速器实验室）：1964年盖尔曼提出夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克（quark）。夸克模型经过几十年的发展，已被多数物理学家接受。并且由美国费米国家加速器实验室实验证实了夸克的存在。
拓展：夸克名字的由来。夸克一词是盖尔曼取自詹姆斯·乔伊斯（James Joyce）的小说《芬尼根的守灵夜》（“Finnegans Wake”）的词句“向麦克老人三呼夸克（Three quarks for Muster Mark）”。另外夸克在该书中具有多种含义，其中之一是一种海鸟的叫声。他认为这适合他最初认为“基本粒子不基本、基本电荷非整数”的奇特想法，但同时他也指出这只是一个笑话，这是对矫饰的科学语言的反抗。另外，也可能是出于他对鸟类的喜爱。
那么，现代科学认为夸克有哪几种？有什么特征？
学生回答：
（1）上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。
（2）夸克带电荷为元电荷的或倍
教师拓展：质子是由两个上夸克和一个下夸克组成。
点评：提示学生现代科学不仅发现6种夸克而且发现了反夸克存在的证据。使学生知道知识的学习和科学的探究是无止境的。
教师（提示）：科学家们还未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。能否解放被禁闭的夸克，是物理学发展面临的一个重大课题。
夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。而另一方面也说明科学正由于一个一个的突破才使得科学得到进一步的发展。
教师展示标准模型中最基本的粒子类型图谱。
请学生阅读教材中《华人科学家在粒子物理学领域的杰出贡献》。教师展示华人科学家的风采。
【练习巩固】
1．关于粒子，下列正确的是（ ）
A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B．质子、中子本身也是复合粒子，它们拥有复杂的结构
C．质子是带电的弱子
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
答案：BD
2．关于分子的说法下列正确的是（ ）
A．分子是组成物质的最小微粒
B．分子是物质中不能再分的最小微粒
C．分子是组成物质，并能保持物质化学性质的最小微粒
D．分子是人们为了描述物质结构而想象出来的模型，实际是不存在的
答案：C
3．下列粒子呈带正电荷性质的是（ ）
A．质子 B．中子
C．电子 D．原子
答案：A
4．下列物体的尺寸由小到大排列的是（ ）
A．夸克/电子、原子核、质子/中子、原子、分子、物质
B．夸克/电子、质子/中子、原子核、原子、分子、物质
C．夸克/电子、原子核、原子、质子/中子、分子、物质
D．物质、分子、原子、原子核、质子/中子、夸克/电子
答案：C

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