高三物理教案四
來源：網(wǎng)絡整理 2024-12-08 21:35:45
高三這年，其重要性，是不言而喻的。高考網(wǎng)陸續(xù)的整理了一些全國各省市優(yōu)秀教案供廣大考生參考。
核力與核能
三維教學目標
1、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(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��；
(3)理解結合能的概念，知道核反應中的質(zhì)量虧損；
(4)知道愛因斯坦的質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關系。
2、過程與方法
(1)會根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念計算核反應中釋放的核能；
(2)培養(yǎng)學生的理解能力、推理能力、及數(shù)學計算能力。
3、情感、態(tài)度與價值觀
(1)使學生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(fā)和利用核能對解決人類能源危機的重要意義。
教學重點：質(zhì)量虧損及愛因斯坦的質(zhì)能方程的理解。
教學難點：結合能的概念、愛因斯坦的質(zhì)能方程、質(zhì)量與能量的關系。
教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。
教學用具：多媒體教學設備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。
(一)引入新課
提問1：氦原子核中有兩個質(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)量級為10-15m，那么兩個質(zhì)子之間的庫侖斥力與萬有引力兩者相差多少倍?(兩者相差1036倍)
提問2：在原子核那樣狹小的空間里，帶正電的質(zhì)子之間的庫侖斥力為萬有引力的1036倍，那么質(zhì)子為什么能擠在一起而不飛散?會不會在原子核中有一種過去不知道的力，把核子束縛在一起了呢?今天就來學習這方面的內(nèi)容。
(二)進行新課
1、核力與四種基本相互作用
提示：20世紀初人們只知道自然界存在著兩種力：一種是萬有引力，另一種是電磁力(庫侖力是一種電磁力)。在相同的距離上，這兩種力的強度差別很大。電磁力大約要比萬有引力強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抗衡相互間的庫侖斥力是不可能的。核物理學家猜想，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，后來的實驗證實了科學家的猜測。
提問
1：那么核力有怎樣特點呢?
(1)核力特點：
第一、核力是強相互作用(強力)的一種表現(xiàn)。
第二、核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)。
第三、核力存在于核子之間，每個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。
總結：除核力外，核物理學家還在原子核內(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β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，其力程比強力更短，為10-18m，作用強度則比電磁力小。
(2)四種基本相互作用力：
弱力、強力、電磁力、引力和分別在不同的尺度上發(fā)揮作用：
�、偃趿�(弱相互作用)：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因→短程力；
�、趶娏�(強相互作用)：在原子核內(nèi)，強力將核子束縛在一起→短程力；
③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，使原了結合成分子，使分子結合成液體和固體→長程力；
�、芤Γ阂χ饕诤暧^和宇觀尺度上“獨領風騷”。是引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn)，并且聯(lián)系著星系團，決定著宇宙的現(xiàn)狀→長程力。
2、原子核中質(zhì)子與中子的比例
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)。
思考：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)有怎樣的關系?(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)
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)?
提示：學生從電磁力和核力的作用范圍去考慮。
總結：
若質(zhì)子與中子成對地人工構建原子核，隨原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以當原子核增大到一定程度時，相距較遠的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了；
若只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力，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大到其間恨本沒有核力的'作用，這時候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。因此只有200多種穩(wěn)定的原子核長久地留了下來。
3、結合能
由于核子間存在著強大的核力，原子核是一個堅固的集合體。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。例如用強大的γ光子照射氘核，可以使它分解為一個質(zhì)子和一個中子。
從實驗知道只有當光子能量等于或大于2.22MeV時，這個反應才會發(fā)生。相反的過程一個質(zhì)子和一個中子結合成氘核，要放出2.22MeV的能量。這表明要把原子核分開成核子要吸收能量，核子結合成原子核要放出能量，這個能量叫做原子核的結合能。
原子核越大，它的結合能越高，因此有意義的是它的結合能與核子數(shù)之比，稱做比結合能，也叫平均結合能。比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。
那么如何求原子核的結合能呢?愛因斯坦從相對論得出了物體能量與它的質(zhì)量的關系，指出了求原子核的結合能的方法。
4、質(zhì)量虧損
科學家研究證明在核反應中原子核的總質(zhì)量并不相等，例如精確計算表明：氘核的質(zhì)量比一個中子和一個質(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中才能明顯的表現(xiàn)出來。
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。
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