当前位置:首页 >> 高中教育 >>

高中物理选修3-5模块复习


高中物理选修3-5
模块复习

选修3-5 动量守恒定律 波粒二象性 原子结构 原子核

本模块概览

本模块研究的问题:碰撞(宏观、微观)
研究方法:动量守恒定律 教材结构:动量守恒定律是自然界几个基本的守恒定 律之一,也是研究微观粒子所必需的知识,所以教材 安排在学习原子结构和原子核的内容之前

学习它。 科学方法:对于原子结构的认识,典型地展示了人类 认识自然规律的科学方法;而对于微观粒子的波粒二 象性的认识,则表现了人类直接经验的局限性。在这 个模块的教学中,要注意体会其中的科学方法,受到 科学哲学思想的启迪,感受科学的和谐美。

本章概览
第 十 六 章 动 量 守 恒 定 律

提出问题:在自然界中,从微观、宏观到宇 宙,碰撞的事例很多。由于碰撞时相互作用 的时间很短,而且在碰撞过程中作用力是变 化的,直接运用牛顿定律来分析就很困难。 那么,怎样分析研究这类碰撞问题呢? 概念规律:本章将引入新的物理量——动量 和冲量,通过实验,探究碰撞中所遵循的物 理原理——动量守恒定律,并从动量和能量 的角度分析弹性碰撞和非弹性碰撞、反冲运 动、火箭等问题,最后,将对学过的守恒定 律进行总结,学生将进一步体会自然规律的 和谐统一,感受物理学之美。

第 十 六 章 动 量 守 恒 定 律

重点:动量守恒定律的实验探究

难点:动量守恒定律和动量定理的应用
研究范围:动量是物理学中一个重要的物理 量,动量守恒定律是自然界普遍运用的基本 规律之一,它比牛顿运动定律的适用范围广 泛得多。因此本章内容在力学中占有重要的 地位,在整个物理学中也是重要内容之一。 也是高考对本章考查的热点之一。

课标要求与高考考点分析
内容标准
1

2007考试说明
动量、动量守恒定律及其应用 Ⅱ (只限于一维) 弹性碰撞和非弹性碰撞 Ⅰ

2

3

探究物体弹性碰撞的一些 1 特点。知道弹性碰撞和非 弹性碰撞 2 通过试验,理解动量和动 量守恒定律。能用动量守 恒定律定量分析一维碰撞 问题。知道动量守恒定律 的普遍意义。 通过物理学中的守恒定律, 体会自然界的和谐与统一。

新旧教材对比分析
过去的思路 冲量和动量的概念 现在的思路:出发点――“守恒”的重 要性,而非牛顿定律

寻找碰撞中的不变量
碰撞中两个物体的m1v1 + m2v2 可能是不变的 定义动量

由牛顿第二定律导出动量定理

由动量定理导出动量守恒定律

经过几代物理学家的探索与争论……共识 ――动量守恒定律

最后告诉学生:动量守恒定律的 适用范围更广

动量守恒定律与牛顿定律的关系,动 量定理(物理规律的自恰)
动量守恒定律的普适性

思路与过去相比有很大的不同――科学思想、科学方法

课时分配建议
第一单元 1实验:探究碰撞中的不变量 2动量守恒定律(一) 3动量守恒定律(二) 第二单元 4碰撞 2学时 2学时 2学时 1学时

5反冲运动 火箭
第三单元 6用动量概念表示牛顿第二定律 复习检测

1学时
1学时 2学时

教材分析
第1节 实验:探究碰撞中的不变量(2学时)
教学目标:理解碰撞的概念,知道实验探究过程,体会科学探究 七要素 引入思路:碰撞是常见的现象,以宏观、微观现象为例,从生产、 生活中的现象(包括实验现象)中提出研究的问题----碰撞前后是 否有什么物理量保持不变?引导学生从现象出发去发现隐藏在现象 背后的自然规律。 P2演示 A、B是两个悬挂起来的钢球,质量相等。使 B球静止,拉起A球,放开后A与B碰撞,观察 碰撞前后两球运动的变化。 换为质量相差较多的两个小球,重做以上实验 通过演示实验的结果看出,两物体碰后质量虽然没有改变,但运动 状态改变的程度与物体质量的大小有关。让学生通过观察现象猜想 碰撞前后可能的“不变量”。

P2课文,描述思路
两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是不变 量? m1 v1 + m2v2 = m1 v1’ + m2 v2’ ? 或者,各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是不 变量? m1 v12 + m2v2 = m1 v1’2 + m2 v2’2 ? 也许,两个物体的速度与自己质量的比值之和在碰撞前后 ? ? 保持不变? v v v v ? ? ? ? m m m m ……
1 2 1 2 1 2 1 2

指明了探究的方向和实验的目的

制定计划与设计实验:P4~P5参考案例:给学生一定 的设计空间

P3需要考虑的问题: 讨论操作和数据处理中的技术性问题
(1)获得一维碰撞的方案①利用气垫导轨实现两滑块发生一维 碰撞;②利用等长悬线悬挂等大小球实现两球发生一维碰撞; ③利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞。
(2)数据采集方案:①质量的测量:天平②速度的测量

方案一:滑块速度的测量: 方案二:摆球速度的测量:

v ? ?x / ?t
v ? 2 gh

方案三:小车速度的测量:

v ? ?x / ?t

(3)数据处理方案:把测量的量m、v,填入表格,并 进行计算 (参考用的记录表格 P3) 设计与进行实验:教学中要针对具体实验参考案例设计 实验,要求说明其实验原理、实验条件、主要测量的物 理量、重要的实验步骤、数据记录、数据处理。 教学中要针对具体实验参考案例合理安排,参考过程如 下: (1) 用天平测相关质量 (2) 安装实验装置 (3) 使物体发生碰撞 (4)测量和读出相关物理量,按数据采集方案中速度 的测量内容,计算有关速度,并填入表格。 (5) 进行数据处理,通过分析比较,找出碰撞中的不 变量 (6) 整理实验器材。

实验结论:在实验误差允许的范围内,碰撞系统的 mv是不变的。

有限的几次简单的测量是得不出普适性的物理规 律的。只有根据实验结果推导出的许许多多新结论都 与事实一致时,它才能成为一条定律。尽管如此,本 节实验还是很有意义的,它让学生体验了探究自然规 律的过程。 (在此体现了科学方法的教育。)

P6第1题,重现探究的过程: 1.光滑桌面上有两1、2两个小球。1球的质量为 0.3 kg,以速度8 m/s跟质量0.1 kg的静止的2球发生 碰撞,碰撞后2球的速度变为9 m/s,1球的速度变为5 m/s,方向与原来相同。根据这些实验数据,晓明对 这次碰撞的规律做了如下几项猜想。 (1)碰撞后2球获得了速度,是否是1球把速度 传递给了2球?经计算,2球增加的速度是9 m/s,1球 减小的速度是3 m/s,因此,这种猜想不成立。 (2)碰撞后2球获得了动能,是否是1球把动能 传递给了2球?经计算,2球增加的动能是4.05 J,1 球减小的动能是5.85 J,这种猜想也不成立。 (3)请你根据以上实验数据猜想:有一个什么 物理量,在这次碰撞中2球所增加的这个量与1球所 减小的这个量相等?请计算表明。

教学建议
(1)本节实验在本章第一节进行,以体现探究式学习的宗旨; (2)教材P4~P5参考案例:给学生一定的设计空间,教学中可 重点介绍一个,条件不具备的学校,可以考虑改用平抛器。 (3)本节教学重视科学探究的过程,体会科学探究的七要素。
下面提供一个参考案例 实验装置如图16—1所示。让一个质量较大的小球 m1 ,从斜槽 上滚下来,跟放在斜槽末端的另一质量较小的小球 m2 (半径相同 )发生碰撞(正碰)。

本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。

第2节

动量守恒定律(一)

教学目标: 理解动量的概念,明确动量守恒定律的内容,理 解守恒条件和矢量性。理解“总动量”就是系统内各 个物体动量的矢量和。 引入思路: 本节在前面科学探究的基础上提出了动量的概念 和动量守恒定律,并从物理学史的角度来加以认识。 一、动量 1.动量是状态量:p=mv 2.动量的矢量性:物体动量的方向与物体的瞬时速 度方向相同 3.动量具有相对性:一般情况下是相对于地面的。 4.动量的变化量△p:△p=V2-V1 ,△p是矢量,运算 时遵循平行四边形定则。一维情况,规定正方向。

5.动量与动能的关系: E= p2 /2m,动量与动能的区别是 动量是矢量,动能是标量。(可通过例题体会) 例题1的功能:建立矢量运算的概念,强化矢量运算 的方法。 二、系统 1.系统:存在相互作用的几个物体所组成的整 体称为系统,系统可按解决问题的需要灵活选取。 2.内力:系统内各个物体间相互用力称为内力。 3.外力:系统外其他物体作用在系统内任何一 个物体上的力称为外力。 内力和外力的区分依赖于系统的选取,只有在确定 了系统后,才能确定内力和外力。

三、动量守恒定律 1.动量守恒定律的条件: (1)系统不受外力或所受外力之矢量和为零。 (2)系统受外力,合外力也不为零,但合外力远小于 物体间相互作用的内力,合外力可以忽略不计. (3)系统所受的合外力不为零,但在某一个方向上所 受的合外力为零,或在某一方向上外力比内力小得多 ,则系统只在该方向上动量守恒。 后两种情况严格说只是动量近似守恒,但却是最 常见的情况。 注意: (1)应用时需注意区分内力和外力。 (2)区分“外力的矢量和”:把作用在系统上的所有 外力平移到某点后算出的矢量和。 “合外力”:作用 在某个物体(质点)上的外力的矢量和。 (3)明确“不变量”绝不是“守恒量”。确切理解 “守恒量”是学习物理的关键。

例题2教学 (1)明确系统、内力和外力,判断是否满足守恒条件。 (2)明确研究过程,分析碰撞过程的初末状态。画出初末 态的情景图 (3)分析初、末状态的总动量,最后列方程。 (4)解题过程的表述力求清楚、规范。 可以引导学生从例题总结出解决这类问题的分析思路,以 便学生更好地掌握和运用动量守恒定律分析和解决问题。 动量守恒定律解题的一般步骤: (1)明确题意,明确研究对象; (2)受力分析,判断是否守恒; (3)确定动量守恒系统的作用前总动量和作用后总动量; (4) 选定正方向根据动量守恒定律列出方程; (5)解方程,得出结论。

例题教学中要让学生明确: ① 应用动量守恒定律分析问题时研究的对 象不是一个物体,而是相互作用的两个或多个 物体组成的物体系。应用时注意选系统。 ② 动量守恒定律的表达式实际上是一个矢 量式。处理一维问题时,注意规定正方向。 ③动量守恒定律指的是系统任一瞬时的动 量矢量和恒定。 ④应用动量守恒定律时,各物体的速度必 须是相对同一惯性系的速度。一般以地球为参 考系。

第3节

动量守恒定律(二)

教学目标: 理解动量守恒定律与牛顿运动定律的关系,理解 动量守恒定律的适用范围

引入思路: 以一维情况下两个相互作用的小球为例,根据牛 顿第二定律和第三定律,推导出具体的动量守恒定律 的表达式,并由此给出动量守恒定律的一般表述和几 种表达形式。这样的处理,使学生对动量守恒定律的 理解更深刻。在推导动量守恒定律时要注意情景的设 置,明确条件。

一、动量守恒定律与牛顿运动定律的关系 1.由牛顿第二、第三定律导出动量守恒定律 明确牛顿定律只在惯性参考系中成立,所以动量守 恒定律也只在惯性系中成立,而且系统中各物体的动 量必须相对同一惯性系来计算。 2.动量守恒定律是实验定律,它的结论完全由实验 决定。 明确虽然定律可由牛顿第二、第三定律导出,但它 比牛顿定律更普遍,在相对论和微观粒子范畴仍然适 用(动量守恒定律并不依赖牛顿定律)。动量守恒定律 是物理学中的一条十分普遍的基本规律。
二、动量守恒定律适用范围:目前为止的物理学研究 的一切领域,即不仅适用于宏观、低速领域,而且适 用于微观、高速领域. 例题教学给出了爆炸问题系统外力不为零的处理方法

三、关于爆炸问题
1.爆炸问题的特点 最简单的爆炸问题是质量为m的物体,炸裂成 两块,这样我们就可以认为未炸裂前是由质量为m 和(m- m1)的两块组成.爆炸过程时间短,爆炸力很 大,炸裂的两块间的内力远大于它们所受的重力, 所以可认为爆炸前后系统的动量守恒. 2.爆炸过程初状态是指炸弹将要爆炸前瞬间的状 态,末状态是指爆炸力刚停止作用时的状态,只要 抓住过程的初末状态,即可根据动量守恒定律列式 求解。

例题教学:进一步加深了对动量守恒定律的守恒条件 和矢量性的理解。在分析例题时,(一)要明确题目 中的 v 、1、2均是指的速度矢量,包含大小和方向; v v (二)要明确内力远远大于外力时,动量守恒定律依 然成立;(三)要明确教材上列出的动量守恒的方程 是矢量方程,最后选择正方向讨论 v 2方向。 例题还可以变化为:已知爆炸后与初速度的方向一致 的那块弹片(质量为m-m1)的速度,求另一块弹片(质量 为m1)的速度。将会在结论的讨论中发现 m1速度有三种 可能性:其方向仍然向前、为零或反方向。还可以用 矢量图来反应这一情况。这类问题很典型。人从运动 着的滑板车向前跳出,就属于这类问题。

“思考与讨论”中提出的问题,重在加深理解动量的 改变量是末动量与初动量的矢量之差,也是矢量。虽 然教学中不要求做这种计算,但是思考一下这个问题 ,会帮助学生加深对动量的矢量性的认识。

本节小结:
明确牛顿运动定律和动量守恒定律不是 等价的,动量守恒定律是一个独立的实验定 律,它适用于目前为止物理学研究的一切领 域,而牛顿运动定律只适用于宏观、低速的 情形。应用动量守恒定律解决碰撞等问题时 不涉及过程中的复杂受力情况,更为方便。

第4节
教材分析

碰撞

不要把这节当做新的知识点,应该把它看成动量守恒定律和 机械能守恒定律的习题课。本节回顾第1节的演示实验,提出了弹 性碰撞的概念,进而提出非弹性碰撞的概念。通过“思考与讨 论”,进行理论推导,从而解释了第1节的演示实验。明确对心碰 撞和非对心碰撞的概念,进一步介绍了微观粒子的碰撞现象——散 射。最后介绍了中子的发现过程,让学生进一步了解动量守恒定 律的应用。

引入思路:
碰撞问题,遵循动量守恒定律学生已经明确,这时可以向 学生提出两个物体碰撞前后其能量是否守恒的问题。因为在处 理碰撞问题过程中,学生往往关注的是动量及动量守恒定律的 应用,而对系统的总能量是否守恒的问题容易忽视。

探究: P14思考与讨论 在本章第一节开始的演示中,一个钢球与另一个静止的钢球相 碰,如果两个钢球的质量相等,第一个钢球停止运动,第二个钢 球能摆到同样的高度,说明这个碰撞过程中没有能量损失,碰撞 过程能量守恒。 碰撞过程中能量总要守恒吗?下面分析一个例子。 如图16.4-1,两个物体的质量都是m,碰撞以前一个物体静止, 另一个以速度v向它撞去。碰撞以后两个物体粘在一起,成为一个 质量为2m的物体,以速度v’继续前进。 这个碰撞过程中能量(总动能)守恒吗? 可以先根据动量守恒定律求出碰撞后的共同速度v’,用v表示它 ,然后分别计算碰撞前后的总动能。 实质上又是一个科学探究过程(理论探究 )

图16.4-1碰撞后两个物体结合 在一起,碰撞过程中能量守 恒吗?

探究过程: P15思考与讨论 ……我们的任务是得出用m1、m2、v1表达v1’和v2’的公式。 碰撞过程都要遵从动量守恒定律……弹性碰撞中没有机械能损失……两个 方程联立,把v1’和v2’作为未知量解出来就可以了。(落实探究精神,改变 学习方式) 评估: P16旁批:对一个问题进行理论分析之后,我们会关心分析的过程 是否正确、分析的根据是否可靠。可以有多种方法进行评估。方法之一是 把分析的结果应用于几个比较简单的特例,这些特例中的结论如果与常识 或已有的知识一致,那么理论分析很可能是正确的,否则一定出了问题。 (“评估”:科学探究的要素) P16“弹性碰撞”、“非弹性碰撞”、“对心碰撞”、“非对心碰撞”、 “散射”都是有用的名词。理解上不会有困难。 P17旁批:对于非对心碰撞,应该在两个相互垂直的两个方向上分别应用 动量守恒定律。 从对心碰撞到非对心碰撞,从一维动量守恒变为平面内的二维动量守恒 ,问题复杂了。在解释台球相碰问题的同时,也加深了学生的思维活动,同 时也为介绍微观粒子的散射现象打下了基础。(扩展,不做定量要求。)

要求:画出图来就可以,不要求定量计算。
“科学足迹”中介绍了中子的发现,可以结合弹性正碰和“问 题与练习”中的第5题来说明。中子的发现过程体现了科学的 猜想(卢瑟福预言中子的存在)和科学精神(合作与交流)的重要 性。还应该让学生明白,认识和掌握了规律之后,能够对人类 的认识活动和生产活动产生的巨大推动作用。

教学内容
一、碰撞 1.碰撞的特点: 2.碰撞的种类 (1)弹性碰撞:满足动量守恒和机械能守恒(讨论) (2)非弹性碰撞:满足动量守恒,但机械能不守恒 (3)完全非弹性碰撞:两物体相碰后黏合为一个整体 ,这种碰撞能量损失最多. 二、对心碰撞和非对心碰撞、散射 说明:关于“碰撞前”和“碰撞后”的含义 碰撞前的动量是指即将发生碰撞那一时刻的动 量,而不是指发生碰撞之前某一时刻的动量;碰撞 后的动量是指碰撞刚结束那一时刻的动量,而不是 指碰撞结束之后某一时刻的动量.
解决的问题:一维碰撞 题型:爆炸、反冲、子弹打木块问题、人船模型、简单的多体问题

教学建议 (1)对于弹性碰撞和非弹性碰撞的教学,应 该发挥学生的主观能动性,让他们根据课本中 “思考与讨论”的提示,自己分析列出方程,解 出结果后,再做讨论。 (2)还可以在第1节的演示实验的基础上,演 示非弹性碰撞和完全非弹性碰撞,只要在两个钢 球间粘上少量的橡皮泥或双面胶即可。 (3)教材强调了物理学中研究的碰撞不仅包括 宏观物体间的相互作用,而且包括微观粒子间的 相互作用,教师可以举一些微观粒子相互作用的 动量守恒的例子让学生分析讨论。

第5节

反冲运动

火箭

教材分析
本节介绍了动量守恒定律在生产和科技方面的 应用,通过生产、生活中的现象介绍反冲运动,通过 演示实验加深对反冲运动的理解,最后介绍了火箭的 飞行原理——反冲(动量守恒定律),这一节一方面体 现了动量守恒定律的应用,另一方面也体现了从物理 走向社会的新课程理念。

知识点

反冲运动、火箭

引入思路 由 P19 思 考 与 讨 论 章 鱼 的 运 动 引 入 新 课 , P19~P20定性介绍反冲现象。

反冲运动教学:做好反冲实验是教学中的重要环节。在做火箭的模拟实验 时要注意安全。还可以让学生举出其他的反冲运动的例子,或者演示其他 的反冲现象。教师在教学中可多做一些小实验,或结合参观、看电影、录 像等活动使教学内容尽可能生动些。 教学内容: 1.反冲运动 2.反冲运动的特点:反冲运动和碰撞、爆炸有相似之处,相互作用力常为 变力,且作用力大,一般都满足内力>>外力,所以反冲运动可用动量守恒 定律来处理。 3、反冲运动的应用:火箭、喷气式飞机、反击式水轮机、灌溉喷水等。 注意:(1)反冲运动的问题,有时遇到的速度是相互作用的两物体间的相对 速度,这时应先将相对速度转换成对地的速度后,再列动量守恒的方程 (2)在反冲运动中还常遇到变质量物体的运动,如火箭在运动过程中, 随着燃料的消耗火箭本身的质量不断减少,此时必须取火箭本身和在相互 作用的时间内喷出的所有气体为研究对象,以相互作用的整个过程来进行 研究。

P21反冲运动的应用---火箭 思考与讨论:为火箭的半定量讨论做铺垫――改变学习方式

火箭的教学: 让学生认识到火箭是反冲运动的重要应用,它是靠喷出气 流的反冲作用而获得巨大速度的。火箭向前飞行所能达到的最大速度,也 就是燃料烧尽时火箭获得的最终速度,跟什么因素有关呢?由学生根据动 量守恒定律进行讨论。在介绍了火箭的原理、结构之后,可以介绍一下我 国在航空、航天事业中的进步,介绍一下“神舟”系列飞船以及我国的登 月计划,激发学生的学习热情。

教学内容: 1.火箭:现代火箭是指一种靠喷射高温、高压燃气获得反作用力向前 推进的飞行器。 2.火箭的工作原理:动量守恒定律 ?m ?v ? ? u 3.火箭的速度:mΔv +Δm u = 0 m 理解这里的Δv的物理意义是什么?
火箭飞行能达到的最大飞行速度,主要决定于两个因素:

一个是喷气速度u,一个是质量比△m/m, 即火箭起飞时的质量与燃料烧尽时的质量之比。喷气速度越大,质量 比 越大,火箭的最终速度也越大(忽略重力的影响)。

第6节 用动量概念表示牛顿第二定律
教材分析 首先用动量的概念表示牛顿第二定律,进而得出 动量定理,然后介绍动量定理的应用,解释一些生产、 生活中的现象。 引入思路 提出问题用动量的概念表示牛顿第二定律:首 先要建立一个情景,再运用加速度的定义和牛顿第二 定律进行推导。学生自主完成。 用动量概念表示牛顿第二定律:物体动量的变 化率等于它所受的力。这是牛顿第二定律的另一种 表示。 ?p F= ?t 计算时的用处不大,可认为是动量定理的表示

动量定理的教学: 1、动量定理的表达式:I=△P 是矢量式,处理一维问 题时,需选定一个正方向,以简化成代数运算。在教 材的例题中,以初速度的方向为正方向,平均作用力 F的方向和末动量的方向都以初速度的方向为标准。 在例题教学中要明确研究对象(垒球)和研究的物理过 程中的初、末态,注意加深对动量定理矢量性的理解。 题目不要太难,主要是一维问题。
2、动量定理的意义:表示力在一段时间内连续作用 的积累效果引起物体动量的变化。课本虽然是在恒力 作用的情况下由牛顿第二定律推导出动量定理的,但 是,动量定理不仅适用于恒力情形,也适用于变力情 形。正因为如此,动量定理在实际中有广泛的应用。 尤其是在解决作用时间短、作用力大而且随时间变化 的打击、碰撞等问题时,动量定理要比牛顿定律方便 得多。

教学建议
用动量定理来解释生产、生活中的现象,应紧扣 在某一物理过程中物体的动量改变量、作用时间以及 作用力,可以做一些演示实验来加深理解。 还可以对汽车安全带、安全气囊和交通规则进行 介绍,加强学生的安全意识,提高他们的科学素质。 这也很好体现了理论与实际相结合,从物理走向社会 的理念。还可以列举分析一些应用实例,开阔学生眼 界,活跃思维,培养他们运用所学知识来分析和解决 实际问题的能力。

冲量的教学
定义式:I=Ft 冲量是矢量、过程量,是力对时间的积累 效应。 它的方向不能笼统地说是力的方向。只有在作用时间内, 力的方向不变时,冲量的方向才是力的方向。因为一般情况下, 冲量矢量是在作用时间内,力矢量对这段时间的积分,而不是 简单的力和力的作用时间的乘积。如果在作用时间内,力的方 向不断变化,冲量的方向可能跟任何时刻力的方向都不相同。 注意动量定理中的冲量是指合力的冲量,F是指合力。

通过“科学足迹”,理解动量和动能、动量定理和动能定理的 区别。练习中还应理解冲量和动量的区别,主要区别状态量和 过程量。动量定理和牛顿第二定律的区别,两者实质是相同的, 动量定理反映了合力在时间上的积累效果——改变物体的动量, 牛顿第二定律反映了合力的瞬时作用效果——使物体产生加速 度。

教学建议
在学生做过一定数量练习后,引导学生 将所学知识加以整理、比较。在学完动量守 恒定律的应用以后,可引导学生将所学的牛 顿运动定律、动量定理、动量守恒定律和动 能定理、动量的变化率与动量的变化△p等加 以比较,教师可启发学生从定律或定理的内 容、研究对象、适用条件、分析问题的基本 步骤和方法等方面去讨论。

本章概要
第 十 七 章 波 粒 二 象 性

到19世纪末,经典物理学经历300多年的发展, 已达到完善成熟的阶段,不少物理学家都认为: 辉煌的物理大厦已建成,剩下的只是进一步精 细化的工作,如在一些细节上做了些补充和修 正,使各个物理学常量测得更精确一些。但这 时,物理学晴朗的天空中飘着两朵“乌云”影 响了物理学家的好心情。第一朵与以太的零漂 移实验有关,相对论对此做出了圆满的回答, 第二朵“乌云”是什么?物理学家又是怎样拨 开的呢?

教材分析:本章教材遵循着量子理论发展的线索展开
首先介绍了经典物理学在解释黑体辐射规律时遇到的困 难,简述普朗克提出量子假设的主要内容及其思路。引 导学生用类比的方法,分析量子理论与经典物理学关于 能量的不同观点,让学生了解能量子假设、普朗克常量 在物理学研究中的重要地位。 接着,让学生通过实验探究认识光电效应的规律,通过 分析论证,理解爱因斯坦提出的光子说、光电效应方程 及其意义,通过康普顿效应的介绍,深化学生对光子说 的认识,初步建立光的波粒二象性的图景。 最后介绍了德布罗意波的内容、研究思路及其实验验证, 通过分析电子的单缝衍射,使学生了解不确定关系,并 提出正是由于把波粒二象性推广到微观粒子上去,才促 进了量子力学的蓬勃发展。

第 十 七 章 波 粒 二 象 性

第 十 七 章 波 粒 二 象 性

本章内容的教学要求大多为“了解”、“知 道” 教学重点:普朗克能量子假设及其意义、光 电效应实验和爱因斯坦光电效应方程、光和 实物粒子的波粒二象性

教学难点:主要是能量量子化、光与实物粒 子的波粒二象性等概念的建立
学习困难:在于量子理论远离学生和生活经 验

课标要求和高考考点分析
内容标准 1.了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和 微观粒子的能量变化特点,体会量子论的建立深化 了人们对于物质世界的认识。 2.通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应 方程及意义。 3.了解康普顿效应。 4.根据实验事实说明光的波粒二象性。知道光是一 种概率波。 5.知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了 解不确定性关系。 6.通过典型事例了解人类直接经验的局限性,体会 人类对世界的探究是不断深入的。 本节高考无要求

课时分配建议
第一单元 1. 能量量子化 :物理学的新纪元 第二单元 2. 科学的转折:光的粒子性 第三单元 3. 崭新的一页:粒子的波动性 4. 概率波 5. 不确定原理 1学时 2学时

2学时 1学时 1学时

重点知识
量子论、光电效应、康普顿效应、波粒二象性

第1节 能量量子化:物理学的新纪元
教学要求:了解黑体和黑体辐射。 体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。 黑体辐射,学生理解为热辐射就可以了,不要在“黑体”概念上 作文章。通过前人的工作了解科学探究,了解量子论的建立过程。
本节重点:“量子化”概念的建立(可以通过通俗的事例说明)
黑体辐射

经典电磁学
矛盾 普朗克假设 推理(数学) 验证

黑体辐射实验 规律

教学内容
一、黑体与黑体辐射 1.热辐射:一切物体都在辐射电磁波,这种 辐射与物体的温度有关,叫热辐射。 2.黑体:如果某种物体能够完全吸收入射的 各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就 是绝对黑体,简称黑体。 3.黑体辐射:绝对黑体辐射的电磁波的强度 只与黑体的温度有关,这种辐射叫黑体辐射。

二、黑体辐射的实验规律 1.实验规律:随着温度的升高,一方面,各种波长 的辐度都有增加;另一方面,辐射强度的极大值向波 长较短的方向移动。 2.经验定律 (1)维恩位移定律:随着黑体温度升高,所发射的辐 射最强的波长变短,即向光谱的紫色区移动。 (2)瑞利一金斯公式 3.“紫外灾难” 维恩公式在短波区与实验非常接近,在长波区与实 验偏离很大;瑞利公式在长波区与实验严重不符,不 但不符,而且当波长趋于零时,辐射竞变成无穷大, 这显然是荒谬的,由于长波很小的辐射处在紫外线波 段,故而由理论得出的这种荒谬结果被认为是物理学 理论的灾难,当时称为“紫外灾难”。

三、普朗克的能量子观点 1.能量子:德国物理学家普朗克认为,振动着的 带电微粒的能量只能是某一最小能量值E的整数倍。 2.能量子的大小:E=hv v是电磁波的频率, h普 朗克常量, h=6.626×10J· S 3.能量量子化:用能量子观点解释黑体辐射的实 验规律:普朗克能量子假设认为微观粒子的能量是 量子化的,或者说微观粒子的能量是分立的.借助 于能量子的假说,普朗克得出黑体辐射的强度按波 长分布的公式,与实验符合得很好. 普朗克在1900年把“能量子”引入物理学,正确 地破除了“能量连续变化”的传统观念,成为新物 理学思想的基石之一。

第2节 科学的转折:光的粒子性
教学要求 知道光电效应,通过实验了解光电效应实验规律。 了解爱因斯坦光子说,并能够用它来解释光电效应现 象。 知道爱因斯坦光电效应方程,并能利用它解决一些简 单问题。 了解康普顿效应及光子理论对康普顿效应的解释。 认识到康普顿效应进一步证明了光的粒子性。 教学重点: 光电效应 康普顿效应

引入思路:渗透科学方法和科学态度的教育:
历史上,关于光的本性有两种学说
干涉衍射现象证明了波动说

麦克斯韦理论使波动说近乎完美

波动说无法解释光电效应

重新指出光的粒子性(标题中“转折”的含义)

由P32演示实验:用紫外线照射锌板,观察现象,提出问题。 P32光电效应的定量研究 光电流与电压的关系

实验发现规律:饱和电压、遏止电压和截止频率、瞬时性 光的电磁理论的困难: 不应存在截止频率、遏止电压应与光强有关、光弱时电子逸出 应需很长时间

爱因斯坦光电效应方程 Ek ? h? ? W0 密立根的精密测量直接证实这个方程

光电效应实验发现规律
用经典光的电磁理论解释实验规律 (只有少部分能解释) 光的电磁理论的困难 爱因斯坦光量子假设 (以普朗克能量子假说为基础) 数学推理--爱因斯坦光电效应方程
Ek ? h? ? W0

饱和电压、 遏止电压和截止频率、 瞬时性

不应存在截止频率、 遏止电压应与光强有关、 光弱时电子逸出应需很长时间

密立根的精密测量直接证实这个方程

P36思考与讨论 Ek ? h? ? W0 给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率 ν的关系。但是,很难直接测量光电子的动能,容易测量的是 遏止电压Uc。怎样改写此式以得到Uc与ν、W0的关系? 提示:明确物理图景,Ek = eUc

P36例题:密立根……测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν, 由此算出普朗克常数h …… 下表是某金属的Uc和ν的几组数据。
Uc/V 0.541 0.637 0.714 0.809 0.878

ν/1014 Hz

5.644

5.888

6.098

6.303

6.501

试作出Uc-ν图象并通过图象求出: (1)这种金属的截止频率; (2)普朗克常量。

解题的核心是由 光电效应方程 结合 动能与静电力做功的关系 写出 学生熟悉的形式Uc = ν ?
h e

Ek ? h? ? W0

Ek = eUc
W0 (蓝字――两个变量) e

由图象求参数的方法: 电源电动势和内阻(直接求参数) 用单摆测重力加速度(用图象求平均值) ……

康普顿效应 光的电磁理论:散射光的波长应与入射光的波长相同 康普顿假设:光子不仅具有能量,而且具有动量;用 动量守恒、能量守恒完美地解释了康普顿效应。 能量:E = h · ν 动量:p = h / λ

教学线索
X射线散射实验的研究 ?? ? ? ?
0

用经典电磁理论解释实验规律 (? ? ? )
0

难以解决的矛盾 康普顿用光量子说解释实验规律 数学推理 与实验事实对照

小结: ①光电效应和康普顿效应光子都说明具有粒子性,光电效应 表明光具有能量,康普顿效应表明光子既具有能量,又有动量。 ②光子的能量表达式与动量表达式具有高度对称性。(为下 节课教学打下伏笔)

第3节 崭新的一页:粒子的波动性 引入思路: 通过对光的认识历史过程中的一系列事实的简单 回顾,顺利引入光的波粒二象性理论,介绍了德布罗 意如何受到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的启发, 以类比的方法提出实物粒子具有波粒二象性的假设, 提出---物质波的概念。

教学线索:德布罗意提出实物粒子具有波动性的假 设: v=E/h λ=h/P 物质波的实验验证

粒子束是一种波,应该产生衍射
波长很短,障碍物(孔隙)应该很小,一般物体不行 此前已经了解了晶体的结构(用伦琴射线)

1927年得出了电子衍射图样

后来陆续证实了其它粒子具有波动性。德布罗意提出物质波 假设: v=E/h λ=h/P 得到验证

教学可分四步进行: 1、让学生应用光子能量、动量关 系式计算教材最后自然段的子 弹及电子的波长λ = h/p 2、提出问题:若要验证其波动性 怎么办?并让学生回顾热学中 学过的分子直径的数量级,提 出问题:紧密排列的分子数量 级多大?能否让电子通过分子间隙从而发生明 显衍射现象? 3、学生看书,了解粒子波动性的实验验证的历史 过程,并观察课本电子穿过铝箔后的衍射图样

第4节 概率波
引入思路:提出问题---为什么说光波是概率波? 思维层次: 双缝干涉条纹的解释:波――强度不同;粒子――数目不同 是否不同粒子之间相互作用表现为波动性?

用极弱的光照,也表现出波动性

单个粒子不一定沿直线“运动”?

不确定性关系

概率波

教学内容: 经典的粒子和经典的波特征概述 概率波理论及其验证

第5节 不确定性关系
引入思路:不确定性关系描述的是微观现象,可利用计算机模 拟光的单缝衍射实验,结合用课件展示微观粒子在狭缝处位置 不确定的情景。提出问题。 粒子束会发生衍射 → 粒子的位置和动量不能同时确定

分析这种不确定性的数量关系的基础上,给出量子力学中的数 h 学关系式 ---不确定性关系: ?x?p ? 4? 常用的还有能量和时间 ?E?t ? h
4?

教学建议: (1)不必进行不确定关系的定量推导,应 强调关系式中各量物理意义。 (2)教学中让学生明确: ①经典物理学中,物理模型与直接经验 一致,物理现象直观可感;经典物理学中, 物理现象不能直感。 ②量子力学在社会的各个领域成功应用, 但量子理论存在争论,还需完善。

本章概要
我们已经知道,物体是由原子组成的,那么,原子是 构成物质的最小微粒吗?原子内部有复杂的结构吗? 这些问题诱使科学家们试图敲开原子的大门,为此他 们进行了一系列激动人心的探究活动。

第 十 八 章 原 子 结 构

本章以人类探索原子结构的历程为线索,从电子的发 现开始,展示了科学家探索原子结构的过程及其有关 经典实验。在学习过程中要注意体会人类在探究过程 中所运用的研究方法,在现代科学发展中的作用和价 值;认识在现代量子论视野下的原子结构图景;最后 通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构,以 及光谱分析在科学技术中的应用。

第 十 八 章 原 子 结 构

本章内容的教学要求多数为“了解”、“知 道”。 教学重点:汤姆孙发现电子的科学思想与实验 方法,人类在实验的基础上认识原子结构和原 子核的组成、能级跃迁、掌握光谱的分类及从 现象上区分各种光谱,并能够掌握发射光谱和 吸收光谱的形成过程方面的区别。

教学难点:人类研究微观世界的方法,初步建 立量子化的概念。

课标要求与高考考点分析
内容标准
1 了解人类探索原子结构的 历史以及有关经典实验

2007考试说明
1 氢原子的能级结构 2 能级公式 Ⅰ Ⅰ

2

通过对氢原子光谱的分析, 了解原子的能级结构

课时分配建议
第一单元 第二单元 第三单元 1电子的发现 2原子的核式结构 3 氢原子光谱 4玻尔的原子模型 5激光 1学时 1学时 1学时 2学时 1学时

本章重点
原子的核式结构模型 玻尔的原子结构理论

教材分析
第1节 电子的发现 本节重点:电子的发现过程 引入思路:通过实验说明阴极射线的存在,对阴极射 线一系列实验研究发现电子。 教学线索:P52阴极射线小标题中主要说的是气体放 电,可以用投影展示气体导电原理图,让学生明确气 体导电的条件和机理。但要让学生明白以下思路(不 要求学生复述)

连在电源负极上的某些金属在强电场(高电压)、高温、紫外线的作

用下会发出一种射线,这种射线叫做阴极射线(阴极射线是什么?)
关于阴极射线的两种观点:电磁波~粒子流? J. J. 汤姆孙测量阴极射线的比荷 (复习带电粒子在电磁场中的运动) 阴极射线由带电粒子组成 但粒子或者质量非常小,或者电荷量非常大 汤姆孙又直接测量了阴极射线粒子的电荷量 (不同物质做成的阴极发出的射线的粒子都有相同的比 荷,表明都能发射相同的带电粒子) 阴极射线粒子的电荷与质子相当(负电)质量比质子小得多 发现电子 认识到原子不是组成物质的最小微粒,原子本身也有结构。提出 进一步探索原子的结构、建立原子模型的问题 。

P53思考与讨论(汤姆孙气体放电管的示意图) q 带电粒子的电荷量与其质量之比——比荷 m ,是一个重要的物理 量。根据带电粒子在电场和磁场中受力的情况,可以得出组成阴极 射线的微粒的比荷。建议依照下面的提示自己算一算。 1. 当金属板D、F之间未加电场时,射线不偏转,射在屏上P1点 。施加电场E之后,射线发生偏转并射到屏上P2处。由此可以推断 阴极射线带有什么性质的电荷?

2. 如果要抵消阴极射线的偏转,使它从P2点回到P1,需要在两块 金属板之间的区域再施加一个大小合适、方向垂直于纸面的磁场。 这个磁场B应该向纸外还是向纸内?写出此时每个阴极射线微粒受 到的洛仑兹力和电场力。两个力之间应该有什么关系?据此算出阴 极射线的速度v的表达式。由于金属板D、F间的距离是已知的,两 板间的电压是可测量的,所以两板间的电场强度E也是已知量。磁 感应强度B可以由电流的大小算出,同样按已知量处理。

3. 如果去掉D、F间的电场E,只保留磁场B, 磁场方向与射线运动方向垂直。阴极射线在有磁 场的区域将会形成一个半径为r的圆弧。此时,组 成阴极射线的粒子做圆周运动的向心力是洛仑兹 力。 q 按照以上步骤就可以写出比荷 m 的表达式了。 这里要用到步骤2中求出的阴极射线速度v的表达 式。 教学建议:复习带电粒子在电磁场中的运动,体验科 学探究 中的分析与论证。(P56第4题与此题相似)

第2节 原子的核式结构模型
本节重点:?散射实验和原子核式结构 引入思路:由上节电子的发现提出原子模型。 教学思路:P57 ? 粒子散射实验的教学目的是让学生从科学家的 具体工作中体会科学探究的过程,教学线索如下展开:
原子中正负电荷分布的研究 汤姆孙的原子模型 被? 粒子散射实验否定

卢瑟福提出新的假设(核式结构模型) 数学推理
与实验事实对照

? 粒子散射实验的教学可按以下层次进行: ①为什么用? 粒子的散射现象可以研究原子的结构?明确原子的结构和 ? 粒子的性质。原子的结构非常紧密,一般的方法无法探测它。? 粒子是 从放射性物质(如铀和镭)中发射出来的高速运动的粒子,带有两个单位 的正电荷,质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍。(那时候已经知 道 ? 粒子的性质了) ②? 粒子散射实验怎么做?可根据课本讲述? 粒子散射实验装置,主要 由放射源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘组成,明确每一部分的作用 重点指出荧光屏、放大镜能围绕金箔在圆周上转动,从而观察到穿过金箔 偏转角度不同的? 粒子。 ③实验结果是什么?明确实验结果可把? 粒子分为两大部分,用“绝大 多数”和“少数”来描述,卢瑟福的原子核式结构就是在分析两大部分? 粒子情况建立起来的。 ④分析实验结果得到怎样的原子模型?明确的问题(1)电子不可能使 ? 粒子大角度散射(2)汤姆孙原子结构与实验现象不服(3)少数? 粒子 大角度偏转,甚至反弹,说明受到大质量大电量的物质。(4)绝大多数? 粒子基本没有受到力的作用,说明原子中绝大部分是空的。 卢瑟福的原子核式结构模型--教学过程让学生体会科学探究的思想和方法

P58思考与讨论 1. ?粒子射入金箔时难免与电子碰撞。试估计这种 碰撞对?粒子速度影响的大小。 2. 按照汤姆孙的原子模型,正电荷均匀分布在整个 原子球体内。请分析:?粒子穿过金箔,受到电荷的作 用力后,沿哪些方向前进的可能性较大,最不可能沿 哪些方向前进。 学习猜想与假设、分析与论证――原子物理也能体 现 探究精神!

P59原子核的电荷与尺度让学生记住。 原子--10?10 m 原子核--10?15 m

第3节 氢原子光谱 教学重点: 光谱概念(连续谱、线状谱) 氢光谱的实验规律

引入思路:提出问题---电子在原子核周围怎样运动? 它的能量是怎样变化的?引入光谱的概念,(连 续谱、线状谱的特征)进一步介绍原子的特征光 谱和光谱分析。

教学线索:
1、特征光谱----任何一种原子都有自己的特征谱线,可以用来 鉴别物质和确定物质的组成成分。 2、在科学足迹教学中明确暗线的形成及 用光谱分析发现新元素的方法。 3、P61氢原子光谱的实验规律教学展示 氢光谱图片,观察氢光谱中有几条亮 线? 1 1 1 ? R ( 2 ? 2) ? 观测事实(巴耳末公式): n = 3, 4, 5 … 2 n 不要讲述公式的来历,但要重点说明公式中n的含义 (1)n取一个值,可求出氢光谱中一条谱线的波长,说明每 一个n值分别对应一条谱线。 (2)只能取正整数3,4,5----不能取连续值,说明原子光谱 波长的分立性。 4、卢瑟福的原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾有两点----在书上

第4节 玻尔的原子模型
教学要求:分清若干名词:量子化、能级、定态、基态、激发态、跃迁 教学线索: 1原子结构的研究 2用经典电磁理论解释??粒子散射实验 3难以解决的矛盾 4玻尔原子理论的基本假设 5数学推理 6与实验事实对照(氢光谱实验、弗兰克-赫兹实验) 7玻尔模型的局限性

玻尔原子理论的基本假设教学:玻尔把量子观念引入原子理论中,提出 不能用经典概念解释的假设,是一个创举。玻尔原子理论的假设称为能 级假设、跃迁假设、轨道假设。三条假设具有针对性,据图讲述轨道 “不连续”的含义,让学生对“不连续”量子概念有一个形象的具体的 了解。使学生认识到从宏观现象的“连续”的概念过渡到微观世界的 “不连续”的概念,是人类认识的一次飞跃。 玻尔理论对氢光谱的解释:

P65思考与讨论 巴耳末公式中有正整数n出现,这里我们也用正整数n来标志 氢原子的能级,它们之间是否有某种联系? 1 1 1 , h? ? E m ? E n ?R ( ? )
?
22 n 2

……原子从较高的能级E2跃迁到较低的能级E1时,辐射的光 子的能量为 h? ? E2 ? E1 ……巴耳末公式中的正整数n和2,正好 代表电子跃迁之前和跃迁之后所处的定态轨道的量子数n和2。 因此,巴耳末公式代表的应该是电子从量子数分别为n = 3,4, 5 … 的能级向量子数为2的能级跃迁时发出的光谱线。按照这个 思路可以根据玻尔理论推导出巴耳末公式,并从理论上算出里 德伯常量R的值,所得结果与实验值符合得很好。同样,玻尔理 论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱线系。 在巴耳末公式中如果把分母中的2换为其他自然数,就得到了 其他谱线系的波长。它们对应于氢原子从较高能级向除n=2以 外其他能级跃迁时辐射的光。

P65弗兰克-赫兹实验――可以略去

教学建议:弗兰克-赫兹实验方法和原理:是加速的电子通过压 强很低的汞蒸汽,与汞原子发生碰撞,测量电子与汞原子碰撞中 损失的能量,就可确定汞原子获得的能量.

汞蒸汽--4.9eV 弗兰克-赫兹实验的结果:接收级电流随K-G键电压的变化关系 图,会分析此图是作出结论的关键。

玻尔模型的局限性:玻尔理论是半经典理论,一方面引入量 子假设,另一方面保留了“轨道”的概念,定量解释只适用于氢 原子。

P68第1题: 1. 用玻尔理论解释,当巴耳末公式n=5时计算 出的氢原子光谱的谱线,是哪两个能级之间的跃 迁造成的?请用氢原子能级图中的数据计算这条 谱线的波长,再用巴耳末公式计算它的波长。比 较用这两种方法计算的结果。
1

?

?R (

1 1 ? 2) 22 n



h? ? E m ? E n

目的:加深对于原子能级与分立的光谱线间关系 的认识。不要再用巴尔末公式做其他题目。

第5节 激光 教学要求: 3-4中的“激光”只讲激光是什么,不讲激光是 怎样产生的。本节主要说明激光的产生机理 引入思路:回顾3-4中学过“激光”的特点,提出问题 教学思路: 原子发光的两种情形----自发辐射(自然光)和 受激辐射(激光)两种辐射的机制和发出的光在频 率、初相和偏振方向上的不同特点-----激光产生机 理(粒子数反转)-----激光器(激活物质、抽运装 置、光学共振腔)-----结合激光产生的机理说明激 光的特点。

本章概览
第 十 九 章 原 子 核

本章涉及的不仅是原子核、原子、中子以及那 些并不基本的“基本粒子”所处的微观世界, 也把眼光投向了广袤无边的宇宙,介绍宇宙世 界中恒量的演化和宇宙大爆炸理论。本章贯穿 着物理研究方法、思维方法,在学习中要注意 领会科学探究过程中的“猜想”环节,重视统 计概率思想在微观世界探索中的重要性,掌握 逻辑推理和科学思维方法。

本章内容的教学要求比较低,多数为“了解” 和“知道”
第 十 九 章 原 子 核

重点:原子的组成、天然放射现象、原子核衰 变和质能方程求解裂变和聚变释放的能量
难点:主要是卢瑟福原子核式结构,半衰期、 结合能等概念的建立 通过本章的学习,要初步了解科学家研究核能 的历史过程和科学方法,了解物理学与社会发 展、科学技术进步的关系,关注物理学与科技 的发展,培养和发展各科科学志趣,树立将科 学服务于人类的意识。

课标要求与高考考点分析
内容标准
1. 知道原子核的组成。知道放射性和原子 核的衰变。会用半衰期描述衰变速度, 知道半衰期的统计意义。 2. 了解放射性同位素的应用。知道射线的 危害和防护。 3. 知道核力的性质。能简单解释轻核与重 核内中子数、质子数具有不同比例的 原因。会根据质量数守恒和核电数守 恒写出核反应方程。 4. 认识原子核的结合能。知道裂变反应和 聚变反应。关注受控聚变反应研究的 进展。 5. 知道链式反应的发生条件。了解裂变反 应堆的工作原理。了解常用裂变反应 堆的类型。知道核电站的工作模式。 6. 通过核能的利用,思考科学技术和社会 的关系 7. 初步了解恒星的演化,初步了解粒子物 理学的初步知识。

2007考试说明 1. 原子核的组成、放射性、原子核的 衰变、半衰期 2. 放射性同位素 3. 核力氢原子光谱 4. 氢原子、核反应方程 5. 结合能、质量亏损 6. 裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 7. 放射性的防护

Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ

课时分配建议 第一单元 1 原子核的组成 2 放射性元素的衰变 3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护 5 核力与结合能 6 重核裂变 7 核聚变 8 粒子和宇宙 1学时 1学时 1学时 1学时 1学时 1学时 1学时 1学时

第二单元

第三单元 本章知识点

天然放射现象、半衰期、结合能、裂变与聚变反 应、链式反应、原子核的组成、核力的性质、裂 变反应堆原理、夸克模型等

教材分析
第1节 原子核的组成 教学重点:原子核的组成 引入思路:引导学生自学天然放射现象,提出 问题:有什么事实和理由可以说明放射性元素 放出的射线来自原子核的内部?天然放射现象 的发现对物质微观结构的研究有什么意义?

教学线索:
引导学生分析教材第75页“思考与讨论”的内容,即教材所介绍的研究 放射性元素发出射线的性质的实验,让射线进入磁场,观察偏转情况。 实际上也可以让射线进入电场,同样通过观察偏转情况判断其性质。
名 称 本 质 带正 电的 ?粒 子流 高速 电 子流 光 子流 或高 频电 磁波 符 号
4 2He

在磁场 中的偏 转情况 偏转

在电场 中偏转 情况 偏转

电 荷 量 2e

射出 速度 约为 c/10

电离 本领 强

贯穿 本领 弱

?
射 线

?
射 线

0

-1e

偏转

偏转

一e

接近c

较弱

较强

?
射 线

?

?

不偏转

不偏转

O

C





原子核的组成 质子是1919年卢瑟福用 ?粒子轰击氮核发现的, 方程为:42He +147N=178O+11H 卢瑟福预言了原子核内有中子--查德威克用粒子轰出铍核发 现中子,方程为:94Be+42He=126C+10n 原子核由质子和中子组成,质子和中子统称核子。 原子核的符号:AZX
同位素的概念: (1) 核内质子数相同,核内中子数可不同,互称同位素。 (2) 同一元素的不同种同位素在元素周期表上具有相同位置( 原子序数相同)。它们的核电荷数相同,具有相同的化学性质。 (3)同种元素的各种同位素的中子数不同,因此它们的物理性 质有差异。 (4) 同一种元素的多种同位素中,有稳定的也有不稳定的。不 稳定的同位素会自发地放出 ? 粒子或正负电子,衰变成新的元素 。这种不稳定的同位素叫放射性同位素。

第2节 放射性元素的衰变
教学重点:α衰变、 ?衰变及其规律,运用质量数守恒和核电荷数守恒的规律正确书 写核反应方程 教学难点:半衰期

放射性元素的衰变及其衰变规律 原子核的衰变:原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫原子核的 衰变。 1. ? 衰变:原子核释放出粒子的过程 23892U=23490Th+42He(质子和中子进行 重组) P80明确提出了衰变时电荷数守恒和质量数守恒的规律。 P80思考与讨论:在α衰变中,新核的质量数与原来的核的质量数有什么 关系?相对于原来的核在周期表中的位置,新核在周期表中的位置应当向 前移还是向后移?要移动几位?你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变 化的一般规律吗?(体现学习方式) 规律:每发生一次 ?衰变,新原子核比原来的原子核的质子数减少2,中子 数也减少2质量数减4。

2. ? 衰变:原子核释放出 ? 粒子的衰变过程 234 Th=234 Pa+0 e(电子是核内中子转化为质子时放 90 90 -1 出的) 在β衰变中,质量数、核电荷数有什么变化规律? 说明:每发生一次 衰变,新原子核较原来的原 ? 子核质子数增加l,中子数减少1,但质量数不变。

3.衰变规律 (1)质量数守恒 (2)电荷数守恒 (3)能量守恒 (4)电量 守恒 (5)动量守恒

1.半衰期:半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的 时间用T表示。 注意: (1)每种放射性元素都有一定的半衰期,不同元素半衰期不同。 (2)半衰期由核内部本身的因素决定,而跟原子所处的物理状态 或化学状态无关。 (3)半衰期是一个宏观统计规律,只对大量的原子核才适用,对 少数原子核是不适用的. 2.半衰期公式:N=N0(1/2)t/T 或 m=m0(1/2)t/T 说明式中各量的意义

对于半衰期要求能定量地解决问题,“问题与练习”中例如P83 第5、6题 5. …… 已知钍234的半衰期是24天,1 g钍经过120天后还剩多少? 6. 铋210的半衰期是5天,经过多少天后,20 g铋还剩1.25 g? 题目中的天数是半衰期的整数倍

第3节 探测射线的方法

第4节 放射性的应用与防护

教学要求:两节内容都是一般性了解的要求 教学内容:威耳逊云室、气泡室、计数器等探测方法的原理、使用 方法。放射性同位素及其应用、辐射与安全。 介绍探测射线的三种方法:1、威尔逊云室2.气泡室3.盖革一弥勒计 数器原理和方法,应让学生知道,研究原子核变化中的微观现象,可 以根据各种粒子产生的效应来进行观察和判断,进而了解物理中这种 研究问题的方法。

卢瑟福发现质子:用 ? 粒子轰出氮原子产生氧的同位素,方程: 14 N十4 He=17 0+1 H 7 2 8 1 这是第一次实现原子核的人工转变:用? 粒子、质子、 中子甚 至光子去轰击原子核都可实现原子核的转变,通过这种方式可以研究 原子核的结构,发现和制造新元素。

?

放射性同位素:有些元素的同位素具有放射性 1934年约里奥一居里夫妇发现经过? 粒子轰击的铝片中会有放射性 30 P,即: 15 4 He+27 Al=30 P+1 n 30 P=30 Si+0 e 2 13 15 0 15 14 1 30 P,它是通过核反应生成的人工放射性同位素。 自然界里没有天然的 15 人工放射性的优点:半衰期短,容易控制。
放射性同位素的应用与防止教学 1.利用放射性同位素的射线 (1)r射线探伤仪可检查金属内部的损伤,其依据是r射线有很强的贯穿本 领。 (2)a射线带电能最大,可使放射源周围的空气电离变成导电气体从而消除 静电积累。 (3)放射线能引起生物体内的DNA的突变,这种作用可以应用在放射线育 种,放射线灭害虫,放射作用保存食品以及医疗学上的“放疗”等。 (4)做“放射性标记”的放射性同位素就是示踪原子。 2.污染与防止 放射线对人体组织的破坏作用是对细胞核的破坏,使用放射性同位素必 须注意人身安全,同时要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。

P85做一做: 用传感器测量放射性

G-M管可以把射入的粒子的数目转换为电脉冲的数目,所以它是一种 辐射传感器……可对不同辐射源的强度进行对比。 ……传感器盒子里面装着G-M管。开始计数后,计算机荧光屏上每隔 1 min跳出一个竖直放置的狭长矩形,表示G-M管在这1 min内接收粒子 的数目。 放射源可用学校实验室与威尔孙云室配套的弱放射源。此外,目前有 些地区还可以买到气灯罩,它含有硝酸钍Th(NO3)4,具有微弱的放射性 。图19.3-6就是对气灯罩的射线计数得到的直方图。 图19.3-6的下部用绿色标出,即使没有放射源,G-M管也会记录微弱 的辐射,但不会高于这个区域。这些辐射称为本底辐射,来自宇宙射线 或地壳中的放射性物质。 用传感器还可以研究射线强度与距离的关系、不同物质对射线的吸收 能力等许多课题。

第5节

核力与结合能

教学重点:结合能 质量亏损

引入思路:在原子核狭小的空间里,带正电的 质子为什么能挤在一起而不飞散?

核力教学:可让学生自学教材,比较四种基 本相互作用的区别和特点,重点了解核力的 发现、推理过程和核力的几个特点。

P91原子核中质子与中子的比例-新内容 一个质子与一个中子结合在一 起是氢的一种同位素――氘。两 对质子-中子相结合就是氦, 8对 质子-中子的结合是氧。 这些都是自然界中存在的原子 核。这样质子数与中子数相等的 结构,能够形成很大的原子核吗 ?提出问题
横坐标――Z,纵坐标――N指导学生看懂图像,并能利用 核力和电磁力的不同特点解释这个图像的意义。 图像的意义:自然界中较轻的原子核,质子数与中子数大致 相等,但对于较重的原子核,中子数大于质子数,越重的元 素,两者相差越多。

P91结合能的教学 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。这个能量巨大,如何求出这个能量?应用质 能方程和质量亏损的概念,教学中应注意一定的质量m和一定的能量 mc2相对应的观点, 以及原子核在变化时,其变化前后总质量是不同 的,这种质量的差异对应的就是核反应中所吸收或释放的能量。
结合能 原子核越大,它的结合能越高 ↓ 比结合能 比核能越大, 表示原子核中核子结合得越牢固, 原子核越稳定 ↓ 质量亏损E=mc2 ↓ 核能 ? E= ? mc2 原子核反应中的质量亏损并不破坏质量守恒定律,在核能例题的计算中, 要让学生体会这一点,训练单位换算,原子质量单位和千克的关系,焦 耳和电子伏的关系。

第6节 重核的裂变
核裂变:通过事例分析,可以让学生总结出裂变的几个特点: ①裂变过程中能放出巨大的能量。 ②裂变的同时能放出2~3个(或更多个)中子。 ③裂变的产物不是唯一的。 注意:裂变反应的依据是实验事实,不能仅凭反应前后质量数守恒和电荷 数守恒,杜撰各裂变反应。重核裂变的机制,不做说明。 链式反应:应该让学生了解,维持链式反应要有一定的条件。要维持链式反 应,就要减少裂变物质中的杂质,还要增大裂变物质的体积。这就引入了临 界体积的概念。 核反应堆(可控链式反应):核反应堆是可控的链式反应装置,它能使核能平 稳释放。核反应堆主要由核燃料、减速剂、控制调节系统、冷却系统和防护 层组成。核燃料是由天然铀或浓缩铀制成的铀棒。核反应堆的教学,着重让 学生了解用人工方法控制链式反应速度的原理,了解减速剂和控制棒的作用。 核电站的教学:让学生了解目前所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。 应该适当介绍世界上各发达国家以及一些发展中国家和地区在核能发电上取 得的进展,介绍我国正在建设中的广东大亚湾和浙江秦山核电站的有关情况, 指明发展核电以适应对能源日益增长的需要,是一种必然的趋势。

P96 STS:原子弹与科学家的责任 P98科学漫步:石墨堆、重水堆、轻水堆、压水堆、沸 水堆及快中子增殖反应堆 (关心我国的核电政策,了解新闻中的科技名词。)

第7节 核聚变
轻核的聚变 聚变发生的条件: (1)微观上 (2)宏观上 聚变能量的释放 :热核反应在宇宙中是很普遍的,说明太阳的热核反应。 说明热核反应在短时间释放巨大的能量,这就是核聚变引起的核爆炸, 人们利用核聚变反应制成的氢弹。 核聚变与核裂变的差异 (1)放能原理不同.核裂变是重核分裂成两个或多个中等质量的原子核 放出核能的反应;核聚变是两个轻核结合成质量较大的原子核放出核能 的反应. (2)放能多少不同.聚变比裂变放能要大得多. (3)原料的蕴藏量不同.聚变材料丰富,主要原料氘的储量比裂变的原 料铀多得多. (4)可控性不同.裂变反应早已实现人工控制,被人类和平利用;聚变 反应还未实现人工控制,未被人类和平利用. (5)安全、污染小.裂变堆的核燃料不仅产生强大的辐射,伤害人体。 而且贻害千年的废料也很难处理,核聚变的辐射则小得多。 可控热核反应:难题是地球上没有任何容器能经受如此高温度,介绍两 种方案:磁约束和惯性约束,环流器是目前性能最好的磁约束装置。 (初步了解,知道可控核聚变的主要困难)

第8节 粒子和宇宙
教学内容:初步了解,意识到粒子物理学还很不成熟
现代粒子理论 (1)强子:参与强相互作用的粒子。 (2)轻子:不参与强相互作用的粒子。 (3)媒介子:传递各种相互作用的粒子。 夸克模型的理解 夸克:现代物理学把构成强子的基本成 分称为夸克,带分数电荷的,每个夸克 带+2e/3或一e/3电荷(e为质子电荷单 位).夸克共有6种,它们组成了所有的 强子,每种夸克都有对应的反夸克。
宇宙的演化及恒星的演化---大爆炸理论


相关文章:
物理选修3-5_知识点总结提纲_精华版
2012 届高考备考物理二轮复习资料(选修 3-5 知识点梳理) 谷城一中高三物理组 高中物理选修 3-5 知识点梳理 一、动量 动量守恒定律 1、 动量: 可以从两个侧面...
高中物理选修3-5知识点整理
2012 届高考备考物理二轮复习资料(选修 3-5 知识点梳理) 谷城一中高三物理组 高中物理选修 3-5 知识点梳理一、动量 动量守恒定律 1、动量:可以从两个侧面对...
高中物理选修3-5模块检测
高中物理选修 3-5 模块检测一、选择题 1.如图 1,木块 a 和 b 用一根轻弹簧连接起来,放在光滑水平面上,a 紧靠在墙壁上,在 b 上施加向左的水平力使弹簧...
高中物理选修3-5知识点汇总
高中物理选修3-5知识点汇总_理化生_高中教育_教育专区。物理选修3-5知识点、考点汇总 物理选修 3-5 知识点整理 第十六章 动量 1. 动量 物体的质量与速度的...
高中物理选修3-4-5复习读书题纲
高中物理选修3-4-5复习读书题纲_理化生_高中教育_教育专区。高中物理复习提纲 物理要过 B 选考要牢记 选考记得熟 达 B 有把握 物理回归课本 选修 3-4 内容...
2016物理选修3-5_知识点总结提纲详细版
2016物理选修3-5_知识点总结提纲详细版_高三理化生_理化生_高中教育_教育专区。2016高考物理选修3-5复习 高中物理选修 3-5 知识点梳理 一、动量 动量守恒定律 ...
高中物理选修3-5_知识点总结
这是我自己编写的高中物理3-5知识点总结,很简洁,很实用哦!!! 选修3-5 知识汇总一、冲量与动量(物体的受力与动量的变化) 1.动量:p=mv {方向与速度方向相同...
物理选修3-5知识点_总结
高中物理选修 3-5 一、动量守恒定律 动量守恒 两个物体组成的系统 系统总能量守恒 第一个过程动量守恒 三个物体组成的系统 第二个过程动量守恒 系统总能量守恒 ...
高中物理选修3-5复习
高中物理选修3-5复习_高三理化生_理化生_高中教育_教育专区。一、选择题 1.关于...高中物理选修3-5模块复习... 103页 1下载券 高中物理选修3-5综合测试... ...
更多相关标签: