2019-2020年《核力與結(jié)合能》WORD教案.doc

2019 2020 年 核力與結(jié)合能 WORD 教案 新課標(biāo)要求 一 知識(shí)與技能 1 知道核力的概念 特點(diǎn)及自然界存在的四種基本相互作用 2 知道穩(wěn)定原子核中質(zhì)子與中子的比例隨著原子序數(shù)的增大而減小 3 理解結(jié)合能的概念 知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損 4 知道愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程 理解質(zhì)量與能量的關(guān)系 二 過(guò)程與方法 1 會(huì)根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能 2 培養(yǎng)學(xué)生的理解能力 推理能力 及數(shù)學(xué)計(jì)算能力 三 情感 態(tài)度與價(jià)值觀 1 使學(xué)生樹(shù)立起實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn) 科學(xué)理論對(duì)實(shí)踐有著指導(dǎo)和預(yù)見(jiàn)作用的 能力 2 認(rèn)識(shí)開(kāi)發(fā)和利用核能對(duì)解決人類能源危機(jī)的重要意義 教學(xué)重點(diǎn) 質(zhì)量虧損及愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程的理解 教學(xué)難點(diǎn) 結(jié)合能的概念 愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程 質(zhì)量與能量的關(guān)系 教學(xué)方法 教師啟發(fā) 引導(dǎo) 學(xué)生討論 交流 教學(xué)用具 多媒體教學(xué)設(shè)備一套 可供實(shí)物投影 放像 課件播放等 課時(shí)安排 1 課時(shí) 教學(xué)過(guò)程 一 引入新課 復(fù)習(xí)提問(wèn) 氦原子核中有兩個(gè)質(zhì)子 質(zhì)子質(zhì)量為 mp 1 67 10 27kg 帶電量為元電荷 e 1 6 10 19C 原子核的直徑的數(shù)量級(jí)為 10 15m 那么兩個(gè)質(zhì)子之間的庫(kù)侖斥力與萬(wàn)有引 力兩者相差多少倍 學(xué)生通過(guò)計(jì)算回答 兩者相差 1036 倍 問(wèn) 在原子核那樣狹小的空間里 帶正電的質(zhì)子之間的庫(kù)侖斥力為萬(wàn)有引力的 1036 倍 那么質(zhì)子為什么能擠在一起而不飛散 會(huì)不會(huì)在原子核中有一種過(guò)去不知道的力 把核子束縛在一起了呢 今天就來(lái)學(xué)習(xí)這方面的內(nèi)容 也就是第五節(jié) 核力與結(jié)合能 板 書(shū) 點(diǎn)評(píng) 讓學(xué)生從熟悉的庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律出發(fā) 比較氦原子核中兩個(gè)質(zhì)子之 間的庫(kù)侖斥力與萬(wàn)有引力的大小 產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突 進(jìn)而引入核力的概念 二 進(jìn)行新課 1 核力與四種基本相互作用 板書(shū) 點(diǎn)撥 20 世紀(jì)初人們只知道自然界存在著兩種力 一種是萬(wàn)有引力 另一種是電磁 力 庫(kù)侖力是一種電磁力 在相同的距離上 這兩種力的強(qiáng)度差別很大 電磁力大約要 比萬(wàn)有引力強(qiáng) 1036 倍 基于這兩種力的性質(zhì) 原子核中的質(zhì)子要靠自身的引力來(lái)抗衡相互間的庫(kù)侖斥力是 不可能的 核物理學(xué)家猜想 原子核里的核子間有第三種相互作用存在 即存在著一種 核力 是核力把核子緊緊地束縛在核內(nèi) 形成穩(wěn)定的原子核 后來(lái)的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了科學(xué)家的 猜測(cè) 問(wèn) 那么核力有怎樣特點(diǎn)呢 學(xué)生 閱讀教材核力的特點(diǎn)部分 討論 總結(jié)并回答核力特點(diǎn) 1 核力是強(qiáng)相互作用 強(qiáng)力 的一種表現(xiàn) 2 核力是短程力 作用范圍在 1 5 10 15 m 之內(nèi) 3 核力存在于核子之間 每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用 這種性質(zhì)稱 為核力的飽和性 教師總結(jié) 除核力外 核物理學(xué)家還在原子核內(nèi)發(fā)現(xiàn)了自然界的第四種相互作用 弱相互作用 弱力 弱相互作用是引起原子核 衰變的原因 即引起中子轉(zhuǎn)變質(zhì)子的原 因 弱相互作用也是短程力 其力程比強(qiáng)力更短 為 10 18m 作用強(qiáng)度則比電磁力小 點(diǎn)評(píng) 通過(guò)學(xué)生自主學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力 同時(shí)通過(guò)討論激發(fā)學(xué)習(xí)興趣 教師講述 四種基本相互作用力 弱力 強(qiáng)力 電磁力 引力和分別在不同的尺度上發(fā)揮作用 弱力 弱相互作用 弱相互作用是引起原子核 衰變的原因 短程力 強(qiáng)力 強(qiáng)相互作用 在原子核內(nèi) 強(qiáng)力將核子束縛在一起 短程力 電磁力 電磁力在原子核外 電磁力使電子不脫離原子核而形成原子 使原了結(jié) 合成分子 使分子結(jié)合成液體和固體 長(zhǎng)程力 引力 引力主要在宏觀和宇觀尺度上 獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷 是引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn) 并且聯(lián)系著星系團(tuán) 決定著宇宙的現(xiàn)狀 長(zhǎng)程力 學(xué)生 閱讀課本左邊的閱讀內(nèi)容總結(jié)自然界的四種基本相互作用力及它們的作用范 圍 2 原子核中質(zhì)子與中子的比例 教師 隨著原子序數(shù)的增加 穩(wěn)定原子核中的中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù) 引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材原子核中質(zhì)子與中子的比例部分及掛圖 思考兩個(gè)問(wèn)題 隨著原 子序數(shù)的增加 穩(wěn)定原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)有怎樣的關(guān)系 學(xué)生回答 隨著原子序數(shù)的增加 較輕的原子核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等 但對(duì)于 較重的原子核中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù) 越重的元素 兩者相差越多 引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材思考為什么隨著原子序數(shù)的增加 穩(wěn)定原子核中的中子數(shù)大于質(zhì) 子數(shù) 點(diǎn)評(píng) 提示學(xué)生從電磁力和核力的作用范圍去考慮 總結(jié) 若質(zhì)子與中子成對(duì)地人工構(gòu)建原子核 隨原子核的增大 核子間的距離增大 核力和電磁力都會(huì)減小 但核力減小得更快 所以當(dāng)原子核增大到一定程度時(shí) 相距較 遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫(kù)侖力 這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了 若只增加中子 中子與其他核子沒(méi)有庫(kù)侖斥力 但有相互吸引的核力 所以有助于 維系原子核的穩(wěn)定 所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多 由于核力的作用范圍是有限的 以及核力的飽和性 若再增大原子核 一些核子間 的距離會(huì)大到其間恨本沒(méi)有核力的作用 這時(shí)候再增加中子 形成的核也一定是不穩(wěn)定 的 因此只有 200 多種穩(wěn)定的原子核長(zhǎng)久地留了下來(lái) 3 結(jié)合能 由于核子間存在著強(qiáng)大的核力 原子核是一個(gè)堅(jiān)固的集合體 要把原子核拆散成核 子 需要克服核力做巨大的功 或者需要巨大的能量 例如用強(qiáng)大的 光子照射氘核 可以使它分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子 從實(shí)驗(yàn)知道只有當(dāng)光子能量等于或大于 2 22MeV 時(shí) 這個(gè)反應(yīng)才會(huì)發(fā)生 相反的過(guò)程一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核 要放出 2 22MeV 的能量 這表明要把原子核分開(kāi)成核子要吸收能量 核子結(jié)合成原子核要放出能量 這個(gè)能 量叫做原子核的結(jié)合能 原子核越大 它的結(jié)合能越高 因此有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比 稱做比結(jié) 合能 也叫平均結(jié)合能 比結(jié)合能越大 表示原子核中核子結(jié)合得越牢固 原子核越穩(wěn)定 點(diǎn)撥 那么如何求原子核的結(jié)合能呢 愛(ài)因斯坦從相對(duì)論得出了物體能量與它的質(zhì) 量的關(guān)系 指出了求原子核的結(jié)合能的方法 4 質(zhì)量虧損 1 質(zhì)量虧損 講述 科學(xué)家研究證明在核反應(yīng)中原子核的總質(zhì)量并不相等 例如精確計(jì)算表明 氘核的質(zhì)量比一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量之和要小一些 這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損 質(zhì)量 虧損只有在核反應(yīng)中才能明顯的表現(xiàn)出來(lái) 讓學(xué)生回顧質(zhì)量 能量的定義 單位 向?qū)W生指出質(zhì)量不是能量 能量也不是質(zhì)量 質(zhì)量不能轉(zhuǎn)化能量 能量也不能轉(zhuǎn)化質(zhì)量 質(zhì)量只是物體具有能量多少及能量轉(zhuǎn)變多少 的一種量度 點(diǎn)評(píng) 質(zhì)量虧損與質(zhì)量與能量的關(guān)系是本節(jié)的難點(diǎn) 學(xué)生很容易從字面上得出錯(cuò)誤結(jié)論 質(zhì)量就是能量 能量就是質(zhì)量 質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化能量 能量可以轉(zhuǎn)化質(zhì)量 在核反應(yīng)中不遵守質(zhì)量守恒定律 能量守恒定律 2 愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程 E mc 2 講述 相對(duì)論指出 物體的能量 E 和質(zhì)量 m 之間存在著密切的關(guān)系 即 E mc 2 式中 c 為真空中的光速 愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程表明 物體所具有的能量跟它的質(zhì)量成正比 由于 c2 這個(gè)數(shù)值十 分巨大 因而物體的能量是十分可觀的 3 核反應(yīng)中由于質(zhì)量虧損而釋放的能量 E m c2 講述 物體貯藏著巨大的能量是不容置疑的 但是如何使這樣巨大的能量釋放出來(lái) 從愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程同樣可以得出 物體的能量變化 E 與物體的質(zhì)量變化 m 的關(guān)系 E mc2 單個(gè)的質(zhì)子 中子的質(zhì)量已經(jīng)精確測(cè)定 用質(zhì)譜儀或其他儀器測(cè)定某種原子核的質(zhì) 量 與同等數(shù)量的質(zhì)子 中子的質(zhì)量之和相比較 看一看兩條途徑得到的質(zhì)量之差 就 能推知原子核的結(jié)合能 點(diǎn)評(píng) 向?qū)W生指出以下幾點(diǎn) 物體的質(zhì)量包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量 質(zhì)量虧損指的是靜止質(zhì)量的減少 減少的 靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量有關(guān)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量 質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?只是靜止質(zhì)量的減少 在核反應(yīng)中仍然遵守質(zhì)量守恒定律 能量守恒定律 質(zhì)量只是物體具有能量多少及能量轉(zhuǎn)變多少的一種量度 點(diǎn)撥 師生共同閱讀原子核的比結(jié)合能掛圖 指出中等大小的核的比結(jié)合能最大 平 均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大 這些核最穩(wěn)定 另一方面如果使較重的核分裂成中等大小 的核 或者把較小的核合并成中等大小的核 核子的比結(jié)合能都會(huì)增加 這樣可以釋放 能量供人使用 鞏固練習(xí) 已知 1 個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量 mp 1 007 277u 1 個(gè)中子的質(zhì)量 mn 1 008 665u 氦核的質(zhì)量為 4 001 509 u 這里 u 表示原子質(zhì)量單位 1 u 1 660 566 10 27 kg 由上述 數(shù)值 計(jì)算 2 個(gè)質(zhì)子和 2 個(gè)中子結(jié)合成氦核時(shí)釋放的能量 28 3MeV 學(xué)生 學(xué)習(xí)課本例題 做鞏固練習(xí) 加深對(duì)質(zhì)量虧損 原子核的結(jié)合能及比結(jié)合能 的理解 三 課堂小結(jié) 根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程自然界中物體的質(zhì)量和能量間存在著一定對(duì)應(yīng)關(guān)系 E mc2 可見(jiàn)物質(zhì)世界貯藏著巨大能量 問(wèn)題是如何使貯藏的能量釋放出來(lái) 人類以前 利用的是燃料燃燒時(shí)釋放的化學(xué)能 在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí) 是原子外層電子的得失 這種 情況下人類獲取的能量可以說(shuō)屬于原子的 皮能 在核反應(yīng)時(shí) 可以產(chǎn)生較大一些的 質(zhì)量虧損 從而使人類獲得了大得多的能量 這里的變化屬于原子核的變化 相應(yīng)的能 量稱作原子核能 換句話說(shuō) 即物體貯藏的能量是巨大的 迄今為止 人類所利用的能 量還只是很小的一部分 如果人類在探索中能掌握新的方式 以產(chǎn)生更大的質(zhì)量虧損 也就必然能夠獲得更為可觀的能量 這對(duì)解決人類的能源危機(jī)具有重要意義 四 作業(yè) 1 理解原子核的結(jié)合能的概念 理解質(zhì)量與能量的區(qū)別及它們之間 的對(duì)應(yīng)關(guān)系 2 完成課本后面的練習(xí) 1 2 3 4 教學(xué)體會(huì) 思維方法是解決問(wèn)題的靈魂 是物理教學(xué)的根本 親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程是培養(yǎng) 學(xué)生能力的關(guān)鍵 離開(kāi)了思維方法和實(shí)踐活動(dòng) 物理教學(xué)就成了無(wú)源之水 無(wú)本之木 學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花 水中月