高二英語口語教學(xué)設(shè)計及高二物理選修3-5 全套教案

則：根據(jù)已知量，可求出陰極射線的比荷。思考：利用磁場使帶電的陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，能否根據(jù)磁場的特點和帶電粒子在磁場中的運(yùn)動規(guī)律來計算陰極射線的比荷？湯姆孫發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極和不同的方法做實驗，所得比荷的數(shù)值是相等的。這說明，這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。并由實驗測得的陰極射線粒子的比荷是氫離子比荷的近兩千倍。若這種粒子的電荷量與氫離子的電荷量機(jī)同，則其質(zhì)量約為氫離子質(zhì)量的近兩千分之一。湯姆孫后續(xù)的實驗粗略測出了這種粒子的電荷量確實與氫離子的電荷量差別不大，證明了湯姆孫的猜測是正確的。湯姆生把新發(fā)現(xiàn)的這種粒子稱之為電子。電子的電荷量e＝1.60217733×10－19第一次較為精確測量出電子電荷量的是美國物理學(xué)家密立根利用油滴實驗測量出的。密立根通過實驗還發(fā)現(xiàn)，電荷具有量子化的特征。即任何電荷只能是e的整數(shù)倍。電子的質(zhì)量m＝9.1093897×10－31課堂例題例題1：一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方，放一通電直導(dǎo)線AB時，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏，則：（）ABABC．若要使電子束的徑跡往上偏，可以通過改變AB中的電流方向來實現(xiàn)D．電子束的徑跡與AB中的電流方向無關(guān)例題2：有一電子（電荷量為e）經(jīng)電壓為U0的電場加速后，進(jìn)入兩塊間距為d，電壓為U的平行金屬板間，若電子從兩板正中間垂直電場方向射入，且正好能穿過電場，求：（1）金屬板AB的長度ABABU0v0++++－－－－第二節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型三維教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能（1）了解原子結(jié)構(gòu)模型建立的歷史過程及各種模型建立的依據(jù)；（2）知道粒子散射實驗的實驗方法和實驗現(xiàn)象，及原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。2、過程與方法（1）通過對粒子散射實驗結(jié)果的討論與交流，培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)象的分析中歸納中得出結(jié)論的邏輯推理能力；（2）通過核式結(jié)構(gòu)模型的建立，體會建立模型研究物理問題的方法，理解物理模型的演化及其在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用；（3）了解研究微觀現(xiàn)象。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）通過對原子模型演變的歷史的學(xué)習(xí)，感受科學(xué)家們細(xì)致、敏銳的科學(xué)態(tài)度和不畏權(quán)威、尊重事實、尊重科學(xué)的科學(xué)精神；（2）通過對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識的不斷深入，使學(xué)生認(rèn)識到人類對微觀世界的認(rèn)識是不斷擴(kuò)大和加深的，領(lǐng)悟和感受科學(xué)研究方法的正確使用對科學(xué)發(fā)展的重要意義。教學(xué)重點：（1）引導(dǎo)學(xué)生自主思考討論在于對粒子散射實驗的結(jié)果分析從而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式結(jié)構(gòu)；（2）在教學(xué)中滲透和讓學(xué)生體會物理學(xué)研究方法，滲透三個物理學(xué)方法：模型方法，黑箱方法和微觀粒子的碰撞方法。教學(xué)難點：引導(dǎo)學(xué)生小組自主思考討論在于對粒子散射實驗的結(jié)果分析從而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式結(jié)構(gòu)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：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。（一）引入新課湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，根據(jù)原子呈電中性，提出了原子的葡萄干布丁模型。用動畫展示原子葡萄干布丁模型。（二）進(jìn)行新課1、粒子散射實驗原理、裝置（1）粒子散射實驗原理：問題：湯姆生提出的葡萄干布丁原子模型是否對呢？原子的結(jié)構(gòu)非常緊密，用一般的方法是無法探測它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，要認(rèn)識原子的結(jié)構(gòu)，需要用高速粒子對它進(jìn)行轟擊。而粒子具有足夠的能量，可以接近原子中心。它還可以使熒光屏物質(zhì)發(fā)光。如果粒子與其他粒子發(fā)生相互作用，改變了運(yùn)動方向，熒光屏就能夠顯示出它的方向變化。研究高速的粒子穿過原子的散射情況，是研究原子結(jié)構(gòu)的有效手段。指出：研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)要用到的方法：黑箱法、微觀粒子碰撞方法。（2）粒子散射實驗裝置粒子散射實驗的裝置，主要由放射源、金箔、熒光屏、望遠(yuǎn)鏡和轉(zhuǎn)動圓盤幾部分組成。粒子散射實驗在課堂上無法直接演示，希望借助多媒體系統(tǒng)，利用動畫向?qū)W生模擬實驗的裝置、過程和現(xiàn)象，使學(xué)生獲得直觀的切身體驗，留下深刻的印象。通過多媒體重點指出，熒光屏和望遠(yuǎn)鏡能夠圍繞金箔在一個圓周上運(yùn)動，從而可以觀察到穿透金箔后偏轉(zhuǎn)角度不同的粒子。并且要讓學(xué)生了解，這種觀察是非常艱苦細(xì)致的工作，所用的時間也是相當(dāng)長的。動畫展示粒子散射實驗裝置動畫展示實驗中，通過顯微鏡觀察到的現(xiàn)象。（3）實驗的觀察結(jié)果明確：入射的粒子分為三部分。大部分沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。2、原子的核式結(jié)構(gòu)的提出三個問題：用湯姆生的葡萄干布丁模型能否解釋粒子大角度散射？請同學(xué)們根據(jù)以下三方面去考慮：（1）粒子出現(xiàn)大角度散射有沒有可能是與電子碰撞后造成的？（2）按照葡萄干布丁模型，粒子在原子附近或穿越原子內(nèi)部后有沒有可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)？（3）你認(rèn)為原子中的正電荷應(yīng)如何分布，才有可能造成粒子的大角度偏轉(zhuǎn)？為什么？小結(jié)：對于問題1、2：按照葡萄干布丁模型，①碰撞前后，質(zhì)量大的粒子速度幾乎不變。只可能是電子的速度發(fā)生大的改變，因此不可能出現(xiàn)反彈的現(xiàn)象，即使是非對心碰撞，也不會有大角散射。②對于粒子在原子附近時由于原子呈中性，與粒子之間沒有或很小的庫侖力的作用，正電荷在原子內(nèi)部均勻的分布，粒子穿過原子時，由于原子兩側(cè)正電荷將對它的斥力有相當(dāng)大一部分互相抵消，使粒子偏轉(zhuǎn)的力不會很大所以粒子大角度散射說明葡萄干布丁模型不符合原子結(jié)構(gòu)的實際情況。對于問題3：討論、推理、分析得到盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型。小結(jié)：實驗中發(fā)現(xiàn)極少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些粒子在原子中某個地方受到了質(zhì)量、電量均比它本身大得多的物體的作用，可見原子中的正電荷、質(zhì)量應(yīng)都集中在一個中心上。①絕大多數(shù)粒子不偏移→原子內(nèi)部絕大部分是“空”的。②少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)→原子內(nèi)部有“核”存在。③極少數(shù)粒子被彈回表明：作用力很大；質(zhì)量很大；電量集中。點評：教師進(jìn)行科學(xué)研究方法教育：模型法（實驗現(xiàn)象）→（分析推理）→（構(gòu)造模型）（通過湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型到盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立，既滲透科學(xué)探究的因素教學(xué)，又進(jìn)行了模型法的教學(xué)，并將盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型與行星結(jié)構(gòu)相類比，指出大自然的和諧統(tǒng)一的美，滲透哲學(xué)教育。通過學(xué)生對這三個問題的討論與交流，順理成章地否定了葡萄干布丁模型，并開始建立新的模型。希望這一部分由學(xué)生自己完成，教師總結(jié)，總結(jié)時，突出湯姆生原子模型與粒子散射實驗之間的矛盾，可以將粒子分別穿過葡萄干布丁模型和核式結(jié)構(gòu)模型的不同現(xiàn)象用動畫模擬，形成強(qiáng)烈的對比，突破難點）得到盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型后再展示立體動畫粒子散射模型，使學(xué)生有更清晰的直觀形象、生動的認(rèn)識。3、原子核的電荷與大小關(guān)于原子的大小應(yīng)該讓學(xué)生有個數(shù)量級的概念，即原子的半徑在10-10m左右，原子核的大小在10-15～10-14半徑大小（數(shù)量級）類比原子10-10m足球場原子核10-15m~10-14m一枚硬幣附1：教學(xué)主線設(shè)計第三節(jié)波爾的原子模型三維教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能（1）了解玻爾原子理論的主要內(nèi)容；（2）了解能級、能量量子化以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)的概念。2、過程與方法：通過玻爾理論的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步了解氫光譜的產(chǎn)生。3、情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)我們對科學(xué)的探究精神，養(yǎng)成獨立自主、勇于創(chuàng)新的精神。教學(xué)重點：玻爾原子理論的基本假設(shè)。教學(xué)難點：玻爾理論對氫光譜的解釋。教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。（一）引入新課提問：（1）α粒子散射實驗的現(xiàn)象是什么？（2）原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容是什么？（3）盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說與經(jīng)典電磁理論的矛盾？電子繞核運(yùn)動（有加速度）電子繞核運(yùn)動（有加速度）輻射電磁波頻率等于繞核運(yùn)行的頻率能量減少、軌道半徑減少頻率變化電子沿螺旋線軌道落入原子核原子光譜應(yīng)為連續(xù)光譜（矛盾：實際上是不連續(xù)的亮線）原子是不穩(wěn)定的（矛盾：實際上原子是穩(wěn)定的）為了解決上述矛盾，丹麥物理學(xué)家玻爾，在1913年提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說。（二）進(jìn)行新課1、玻爾的原子理論（1）能級（定態(tài)）假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)。（本假設(shè)是針對原子穩(wěn)定性提出的）（2）躍遷假設(shè)：原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為En）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能量為Em）時，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即（h為普朗克恒量）（本假設(shè)針對線狀譜提出）（3）軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。（針對原子核式模型提出，是能級假設(shè)的補(bǔ)充）2、玻爾根據(jù)經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計算出氫原子的電子的各條可能軌道半徑和電子在各條軌道上運(yùn)動時的能量（包括動能和勢能）公式：軌道半徑：n=1，2，3……能量：n=1，2，3……式中r1、E1、分別代表第一條（即離核最近的）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運(yùn)動時的能量，rn、En分別代表第n條可能軌道的半徑和電子在第n條軌道上運(yùn)動時的能量，n是正整數(shù)，叫量子數(shù)。3、氫原子的能級圖從玻爾的基本假設(shè)出發(fā)，運(yùn)用經(jīng)典電磁學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的理論，可以計算氫原子中電子的可能軌道半徑和相應(yīng)的能量。（1）氫原子的大?。簹湓拥碾娮拥母鳁l可能軌道的半徑rn：rn=n2r1，r1代表第一條（離核最近的一條）可能軌道的半徑r1=0.53×10-10例如：n=2，r2=2.12×10-10（2）氫原子的能級：原子在各個定態(tài)時的能量值En稱為原子的能級。它對應(yīng)電子在各條可能軌道上運(yùn)動時的能量En（包括動能和勢能）En=E1/n2n=1，2，3，······E1代表電子在第一條可能軌道上運(yùn)動時的能量，E1=-13.6eV注意：計算能量時取離核無限遠(yuǎn)處的電勢能為零，電子帶負(fù)電，在正電荷的場中為負(fù)值，電子的動能為電勢能絕對值的一半，總能量為負(fù)值。例如：n=2，E2=-3.4eV，n=3，E3=-1.51eV，n=4，E4=-0.85eV，……氫原子的能級圖如圖所示：4、玻爾理論對氫光譜的解釋（1）基態(tài)和激發(fā)態(tài)基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級，這時電子在離核最近的軌道上運(yùn)動，這種定態(tài)，叫基態(tài)。激發(fā)態(tài)：原子處于較高能級時，電子在離核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動，這種定態(tài)，叫激發(fā)態(tài)。課堂練習(xí)（1）對玻爾理論的下列說法中，正確的是（ACD）A．繼承了盧瑟福的原子模型，但對原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè)B．對經(jīng)典電磁理論中關(guān)于“做加速運(yùn)動的電荷要輻射電磁波”的觀點表示贊同C．用能量轉(zhuǎn)化與守恒建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關(guān)系D．玻爾的兩個公式是在他的理論基礎(chǔ)上利用經(jīng)典電磁理論和牛頓力學(xué)計算出來的（2）下面關(guān)于玻爾理論的解釋中，不正確的說法是（C）A．原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個狀態(tài)都對應(yīng)一定的能量B．原子中，雖然核外電子不斷做加速運(yùn)動，但只要能量狀態(tài)不改變，就不會向外輻射能量C．原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，一定要輻射一定頻率的光子D．原子的每一個能量狀態(tài)都對應(yīng)一個電子軌道，并且這些軌道是不連續(xù)的（3）根據(jù)玻爾理論，氫原子中，量子數(shù)N越大，則下列說法中正確的是（ACD）A．電子軌道半徑越大B．核外電子的速率越大C．氫原子能級的能量越大D．核外電子的電勢能越大（4）根據(jù)玻爾的原子理論，原子中電子繞核運(yùn)動的半徑（D）A．可以取任意值B．可以在某一范圍內(nèi)取任意值C．可以取一系列不連續(xù)的任意值D．是一系列不連續(xù)的特定值（5）按照玻爾理論，一個氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上，已知ra>rb，則在此過程中（C）A．原子要發(fā)出一系列頻率的光子B．原子要吸收一系列頻率的光子C．原子要發(fā)出某一頻率的光子D．原子要吸收某一頻率的光子第四節(jié)氫原子光譜與能級結(jié)構(gòu)三維教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能（1）了解光譜的定義和分類；（2）了解氫原子光譜的實驗規(guī)律，知道巴耳末系；（3）了解經(jīng)典原子理論的困難。2、過程與方法：通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，感受科學(xué)發(fā)展與進(jìn)步的坎坷。3、情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)我們探究科學(xué)、認(rèn)識科學(xué)的能力，提高自主學(xué)習(xí)的意識。教學(xué)重點：氫原子光譜的實驗規(guī)律。教學(xué)難點：經(jīng)典理論的困難。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：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。（一）引入新課粒子散射實驗使人們認(rèn)識到原子具有核式結(jié)構(gòu)，但電子在核外如何運(yùn)動呢？它的能量怎樣變化呢？通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)我們就來進(jìn)一步了解有關(guān)的實驗事實。（二）進(jìn)行新課1、光譜（結(jié)合課件展示）早在17世紀(jì)，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實驗中得到的彩色光帶叫做光譜。（如圖所示）光譜是電磁輻射（不論是在可見光區(qū)域還是在不可見光區(qū)域）的波長成分和強(qiáng)度分布的記錄。有時只是波長成分的記錄。（1）發(fā)射光譜物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜。發(fā)射光譜可分為兩類：連續(xù)光譜和明線光譜。問題：什么是連續(xù)光譜和明線光譜？（連續(xù)分布的包含有從紅光到紫光各種色光的光譜叫做連續(xù)光譜。只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜叫做明線光譜。明線光譜中的亮線叫譜線，各條譜線對應(yīng)不同波長的光）熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜。例如白熾燈絲發(fā)出的光、燭焰、熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜。如圖所示。稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是明線光譜。明線光譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的，所以也叫原子的光譜。實踐證明，原子不同，發(fā)射的明線光譜也不同，每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光，因此明線光譜的譜線也叫原子的特征譜線。如圖所示。（2）吸收光譜高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長的光）通過物質(zhì)時，某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜。各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該種原子的原子的發(fā)射光譜中的一條明線相對應(yīng)。這表明，低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時發(fā)出的光。因此吸收光譜中的暗譜線，也是原子的特征譜線。太陽的光譜是吸收光譜。如圖所示。課件展示：氫、鈉的光譜、太陽光譜：投影各種光譜的特點及成因知識結(jié)構(gòu)圖：（3）光譜分析由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定的化學(xué)組成。這種方法叫做光譜分析。原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，所以光譜分析也可以用于探索原子的結(jié)構(gòu)。2、氫原子光譜的實驗規(guī)律氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單。（課件展示）4、玻爾理論對氫光譜的解釋（1）基態(tài)和激發(fā)態(tài)基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級，這時電子在離核最近的軌道上運(yùn)動，這種定態(tài)，叫基態(tài)。激發(fā)態(tài)：原子處于較高能級時，電子在離核較遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動，這種定態(tài)，叫激發(fā)態(tài)。（2）原子發(fā)光：原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷的過程是吸收能量的過程。原子從較高的激發(fā)態(tài)向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程，是輻射能量的過程，這個能量以光子的形式輻射出去，吸收或輻射的能量恰等于發(fā)生躍遷的兩能級之差。說明：氫原子中只有一個核外電子，這個電子在某個時刻只能在某個可能軌道上，或者說在某個時間內(nèi)，由某軌道躍遷到另一軌道——可能情況只有一種?？墒?，通常容器盛有的氫氣，總是千千萬萬個原子在一起，這些原子核外電子躍遷時，就會有各種情況出現(xiàn)了。但是這些躍遷不外乎是能級圖中表示出來的那些情況。（1）夫蘭克—赫茲實驗的歷史背景及意義1911年，盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型。1913年，玻爾將普朗克量子假說運(yùn)用到原子核式結(jié)構(gòu)模型，建立了與經(jīng)典理論相違背的兩個重要概念：原子定態(tài)能級和能級躍遷概念。電子在能級之間躍遷時伴隨電磁波的吸收和發(fā)射，電磁波頻率的大小取決于原子所處兩定態(tài)能級間的能量差。隨著英國物理學(xué)家埃萬斯對光譜的研究，玻爾理論被確立。但是任何重要的物理規(guī)律都必須得到至少兩種獨立的實驗方法的驗證。隨后，在1914年，德國科學(xué)家夫蘭克和他的助手赫茲采用電子與稀薄氣體中原子碰撞的方法（與光譜研究相獨立），簡單而巧妙地直接證實了原子能級的存在，從而為玻爾原子理論提供了有力的證據(jù)。1925年，由于他二人的卓越貢獻(xiàn)，他們獲得了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎（1926年于德國洛丁根補(bǔ)發(fā)）。夫蘭克-赫茲實驗至今仍是探索原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要手段之一。所以，在近代物理實驗中，仍把它作為傳統(tǒng)的經(jīng)典實驗。（2）夫蘭克—赫茲實驗的理論基礎(chǔ)根據(jù)玻爾的原子理論，原子只能處于一系列不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài)之中，其中每一種狀態(tài)相應(yīng)于一定的能量值En（n=1，2，3‥），這些能量值稱為能級。最低能級所對應(yīng)的狀態(tài)稱為基態(tài)，其它高能級所對應(yīng)的態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。當(dāng)原子從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)時就會吸收或輻射一定頻率的電磁波，頻率大小決定于原子所處兩定態(tài)能級間的能量差。（h為普朗克恒量）本實驗中是利用一定能量的電子與原子碰撞交換能量而實現(xiàn)，并滿足能量選擇定則：（V為激發(fā)電位）夫蘭克-赫茲實驗玻璃容器充以需測量的氣體，本實驗用的是汞。電子由陰級K發(fā)出，K與柵極G之間有加速電場，G與接收極A之間有減速電場。當(dāng)電子在KG空間經(jīng)過加速、碰撞后，進(jìn)入KG空間時，能量足以沖過減速電場，就成為電流計的電流。（3）實驗原理改進(jìn)的夫蘭克-赫茲管的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。電子由陰極K發(fā)出，陰極K和第一柵極G1之間的加速電壓VG1K及與第二柵極G2之間的加速電壓VG2K使電子加速。在板極A和第二柵極G2之間可設(shè)置減速電壓VG2A。設(shè)汞原子的基態(tài)能量為E0，第一激發(fā)態(tài)的能量為E1，初速為零的電子在電位差為V的加速電場作用下，獲得能量為eV，具有這種能量的電子與汞原子發(fā)生碰撞，當(dāng)電子能量eV<E1-E0時，電子能量幾乎不損失。如果eV≥E1-E0=ΔE，則汞原子從電子中取得能量ΔE，而由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，ΔE=eVC。相應(yīng)的電位差VC即為汞原子的第一激發(fā)電位。在實驗中，逐漸增加VG2K，由電流計讀出板極電流IA，得到如下圖所示的變化曲線：（4）實驗結(jié)論夫蘭克—赫茲實驗證明了原子被激發(fā)到不同的狀態(tài)時，吸收的能量是不連續(xù)的，進(jìn)而說明原子能量是量子化的。6、玻爾理論的局限性玻爾理論雖然把量子理論引入原子領(lǐng)域，提出定態(tài)和躍遷概念，成功解釋了氫原子光譜，但對多電子原子光譜無法解釋，因為玻爾理論仍然以經(jīng)典理論為基礎(chǔ)。如粒子的觀念和軌道。量子化條件的引進(jìn)沒有適當(dāng)?shù)睦碚摻忉?。第三章原子核與放射性第一節(jié)原子核結(jié)構(gòu)新課標(biāo)要求1、知識與技能（1）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(xué)會探究的方法；（2）通過對知識的理解，培養(yǎng)自學(xué)和歸納能力。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）樹立正確的，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度；（2）樹立辨證唯物主義的科學(xué)觀和世界觀。教學(xué)重點：原子核的組成。教學(xué)難點：如何利用磁場區(qū)分質(zhì)子與中子教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備1、原子核的組成問提：質(zhì)子：由誰發(fā)現(xiàn)的？怎樣發(fā)現(xiàn)的？中子：發(fā)現(xiàn)的原因是什么？由誰發(fā)現(xiàn)的？（盧瑟福用粒子轟擊氮核，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。查德威克發(fā)現(xiàn)中子。發(fā)現(xiàn)原因：如果原子核中只有質(zhì)子，那么原子核的質(zhì)量與電荷量之比應(yīng)等于質(zhì)子的質(zhì)量與電荷量之比，但實際卻是，絕大多數(shù)情況是前者的比值大些，盧瑟福猜想核內(nèi)還有另一種粒子）小結(jié)：①質(zhì)子(proton)帶正電荷，電荷量與一個電子所帶電荷量相等，中子(nucleon)不帶電，②數(shù)據(jù)顯示：質(zhì)子和中子的質(zhì)量十分接近，統(tǒng)稱為核子，組成原子核。提問：③原子核的電荷數(shù)是不是電荷量？④原子荷的質(zhì)量數(shù)是不是質(zhì)量？提示：③不是，原子核所帶的電荷量總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，那這個倍數(shù)就叫做原子核的電荷數(shù)。④原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍，那這個倍數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)。小結(jié)：③原子核的電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)=原子序數(shù)④原子核的質(zhì)量數(shù)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)⑤符號表示原子核，X：元素符號；A：核的質(zhì)量數(shù)；Z：核電荷數(shù)一種鈾原子核的質(zhì)量數(shù)是235，問：它的核子數(shù)，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？（核子數(shù)是235，質(zhì)子數(shù)是92，中子數(shù)是143）2、同位素(isotope)（1）定義：具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素。（2）性質(zhì)：原子核的質(zhì)子數(shù)決定了核外電子數(shù)目，也決定了電子在核外的分布情況，進(jìn)而決定了這種元素的化學(xué)性質(zhì)，因而同種元素的同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)。提問：列舉一些元素的同位素？提示：氫有三種同位素：氕（通常所說的氫），氘（也叫重氫），氚（也叫超重氫），符號分別是：。碳有兩種同位素，符號分別是。原子核衰變及半衰期新課標(biāo)要求1、知識與技能（1）了解天然放射現(xiàn)象及其規(guī)律；（2）知道三種射線的本質(zhì)，以及如何利用磁場區(qū)分它們；（3）知道放射現(xiàn)象的實質(zhì)是原子核的衰變；（4）知道兩種衰變的基本性質(zhì)，并掌握原子核的衰變規(guī)律；（5）理解半衰期的概念。2、過程與方法（1）能夠熟練運(yùn)用核衰變的規(guī)律寫出核的衰變方程式；（2）能夠利用半衰期來進(jìn)行簡單計算（課后自學(xué)）。（3）通過觀察，思考，討論，初步學(xué)會探究的方法；（4）通過對知識的理解，培養(yǎng)自學(xué)和歸納能力。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）樹立正確的，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度；（2）樹立辨證唯物主義的科學(xué)觀和世界觀。教學(xué)重點：天然放射現(xiàn)象及其規(guī)律，原子核的衰變規(guī)律及半衰期。教學(xué)難點：知道三種射線的本質(zhì)，以及如何利用磁場區(qū)分它們及半衰期描述的對象。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：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備（一）引入新課本節(jié)課我們來學(xué)習(xí)新的一章：原子核。本章主要介紹了核物理的一些初步知識，核物理研究的是原子核的組成及其變化規(guī)律，是微觀世界的現(xiàn)象。讓我們走進(jìn)微觀世界，一起探索其中的奧秘！我們已經(jīng)知道原子由原子核與核外電子組成。那原子核內(nèi)部又是什么結(jié)構(gòu)呢？原子核是否可以再分呢？它是由什么微粒組成？用什么方法來研究原子核呢？人類認(rèn)識原子核的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和它的變化規(guī)律，是從發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象開始的，1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的射線，這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光。居里和居里夫人在貝克勒爾的建議下，對鈾和鈾的各種礦石進(jìn)行了深入研究，又發(fā)現(xiàn)了發(fā)射性更強(qiáng)的新元素。其中一種，為了紀(jì)念她的祖國波蘭而命名為釙（Po），另一種命名為鐳（Ra）。（二）進(jìn)行新課1、天然放射現(xiàn)象（1）物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性(radioactivity)。元素這種自發(fā)的放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象，具有放射性的元素稱為放射性元素。（2）放射性不是少數(shù)幾種元素才有的，研究發(fā)現(xiàn)，原子序數(shù)大于82的所有元素，都能自發(fā)的放出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性。2、射線到底是什么那這些射線到底是什么呢？把放射源放入由鉛做成的容器中，射線只能從容器的小孔射出，成為細(xì)細(xì)的一束。在射線經(jīng)過的空間施加磁場，發(fā)現(xiàn)射線如圖所示：（投影）思考與討論：①你觀察到了什么現(xiàn)象？為什么會有這樣的現(xiàn)象？②如果射線，射線都是帶電粒子流的話，根據(jù)圖判斷，他們分別帶什么電荷。③如果不用磁場判斷，還可以用什么方法判斷三種射線的帶電性質(zhì)？①射線分成三束，射線在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，是受到力的作用。這個力是洛倫茲力，說明其中的兩束射線是帶電粒子。②根據(jù)左手定則，可以判斷射線都是正電荷，射線是負(fù)電荷。③帶電粒子在電場中要受電場力作用，可以加一偏轉(zhuǎn)電場，也能判斷三種射線的帶電性質(zhì)，如圖：我們已經(jīng)研究了這三種射線的帶電性質(zhì)，那么這些射線還有哪些性質(zhì)呢？請同學(xué)們閱讀課文后填寫表格?？磿偨Y(jié)。小結(jié)：①實驗發(fā)現(xiàn)：元素具有放射性是由原子核本身的因素決定的，跟原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。不管該元素是以單質(zhì)的形式存在，還是和其他元素形成化合物，或者對它施加壓力，或者升高它的溫度，它都具有放射性。②三種射線都是高速運(yùn)動的粒子，能量很高，都來自于原子核內(nèi)部，這也使我們認(rèn)識到原子核蘊(yùn)藏有巨大的核能，原子核內(nèi)也有其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。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(lǐng)比粒子強(qiáng)點評：本題考查了粒子的性質(zhì)及電磁波波長的比較等基本知識。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)X，，，射線，經(jīng)研究知道，X，射線均為電磁波，只是波長不同?？梢姽?，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(lǐng)而言：射線最強(qiáng)，射線最弱，這些知識要牢記。3、原子核的衰變（1）原子核的衰變原子核放出α或β粒子，由于核電荷數(shù)變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。我們把這種變化稱為原子核的衰變。一種物質(zhì)變成另一種物質(zhì)。（2）α衰變鈾238核放出一個α粒子后，核的質(zhì)量數(shù)減少4，核電荷數(shù)減少2，變成新核--釷234核。那這種放出α粒子的衰變叫做α衰變。這個過程可以用衰變方程式來表示：23892U→23490Th+42He（3）衰變方程式遵守的規(guī)律第一、質(zhì)量數(shù)守恒第二、核電荷數(shù)守恒α衰變規(guī)律：AZX→A-4Z-2Y+42He（4）β衰變釷234核也具有放射性，它能放出一個β粒子而變成23491Pa（鏷），那它進(jìn)行的是β衰變，請同學(xué)們寫出釷234核的衰變方程式？β粒子用0-1e表示。釷234核的衰變方程式：23490Th→23491Pa+0-1e衰變前后核電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)都守恒，新核的質(zhì)量數(shù)不會改變但核電荷數(shù)應(yīng)加1β衰變規(guī)律：AZX→AZ+1Y+0-1e提問：β衰變?nèi)绻此プ兎匠淌降囊?guī)律來寫的話應(yīng)該沒有問題，但并不象α衰變那樣容易理解，因為核電荷數(shù)要增加，學(xué)生會問為什么會增加？哪來的電子？原子核內(nèi)雖然沒有電子，但核內(nèi)的的質(zhì)子和中子是可以相互轉(zhuǎn)化的。當(dāng)核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時同時要產(chǎn)生一個電子：10n→11H＋0-1e這個電子從核內(nèi)釋放出來，就形成了β衰變?？梢钥闯鲂潞松倭艘粋€中子，卻增加了一個質(zhì)子，并放出一個電子。（5）γ射線是由于原子核在發(fā)生α衰變和β衰變時原子核受激發(fā)而產(chǎn)生的光（能量）輻射，通常是伴隨α射線和β射線而產(chǎn)生。γ射線的本質(zhì)是能量。理解γ射線的本質(zhì)，不能單獨發(fā)生。4、半衰期提問：閱讀教材半衰期部分放射性元素的衰變的快慢有什么規(guī)律？用什么物理量描述？這種描述的對象是誰？氡的衰變圖的投影：m/m0＝(1/2)n學(xué)生交流閱讀體會：（1）氡每隔3.8天質(zhì)量就減少一半。（2）用半衰期來表示。（3）大量的氡核?？偨Y(jié)：半衰期表示放射性元素的衰變的快慢；放射性元素的原子核，有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期；半衰期描述的對象是大量的原子核，不是個別原子核，這是一個統(tǒng)計規(guī)律。例如：數(shù)學(xué)上的概率問題（拋硬幣）將1萬枚硬幣拋在地上，那正反兩面的個數(shù)大概為5000對5000，但就某個硬幣來看要么是正面，要么是反面。這個事實告訴我們統(tǒng)計規(guī)律的對象僅僅對大量事實適用，對個別不適用。元素的半衰期反映的是原子核內(nèi)部的性質(zhì)，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)。簡單介紹：鐳226→氡222的半衰期為1620年鈾238→釷234的半衰期為4.5億年說明：一種元素的半衰期與這種元素是以單質(zhì)形式還是以化合物形式存在，或者加壓，增溫均不會改變。教師給出課堂鞏固練習(xí)題例1：配平下列衰變方程23492U→23090Th+(42He)23490U→23491Pa+(0-1e)例2：釷232（23290Th）經(jīng)過________次α衰變和________次β衰變，最后成為鉛208（20882Pb）分析：因為α衰變改變原子核的質(zhì)量數(shù)而β衰變不能，所以應(yīng)先從判斷α衰變次數(shù)入手：α衰變次數(shù)==6每經(jīng)過1次α衰變，原子核失去2個基本電荷，那么，釷核經(jīng)過6次α衰變后剩余的電荷數(shù)與鉛核實際的電荷數(shù)之差，決定了β衰變次數(shù)：β衰變次數(shù)==4放射性的應(yīng)用與防護(hù)三維教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能（1）知道什么是核反應(yīng)，會寫出人工轉(zhuǎn)變方程；（2）知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物質(zhì)的主要不同點；（3）了解放射性在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用；（4）知道放射性污染及其對人類和自然產(chǎn)生的嚴(yán)重危害，了解防范放射線的措施，建立防范意識。2、過程與方法：滲透和安全地開發(fā)利用自然資源的教育。3、情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學(xué)生收集信息、應(yīng)用已有知識、處理加工信息、探求新知識的能力。教學(xué)重點：人工轉(zhuǎn)變的兩個核反應(yīng)方程及反應(yīng)過程中遵循的規(guī)律。教學(xué)難點：人工轉(zhuǎn)變的兩個核反應(yīng)方程及反應(yīng)過程中遵循的規(guī)律教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：（1）掛圖，實驗器材模型，課件等；（2）多媒體教學(xué)設(shè)備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。（一）引入新課前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了核反應(yīng)的一種形式：衰變。本節(jié)課我們要學(xué)習(xí)核反應(yīng)的另一種形式：人工轉(zhuǎn)變以及人工轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的放射性同位素的應(yīng)用和核輻射的防護(hù)。（二）進(jìn)行新課1、核反應(yīng)：原子核在其它粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程叫核反應(yīng)。在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)方程：例如：寫出下列原子核人工轉(zhuǎn)變的核反應(yīng)方程。（1）1123Na俘獲1個α粒子后放出1個質(zhì)子（2）1327Al俘獲1個α粒子后放出1個中子（3）816O俘獲1個中子后放出1個質(zhì)子（4）1430Si俘獲1個質(zhì)子后放出1個中子理解并記住核反應(yīng)方程，通過方程理解核反應(yīng)中遵循的規(guī)律。2、人工放射性同位素（1）放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。放射性同位素有天然和人造兩種，它們的化學(xué)性質(zhì)相同。（2）人工放射性同位素AlHeP（3）人工放射性同位素的優(yōu)點：放射強(qiáng)度容易控制；形狀容易控制；半衰期短，廢料容易處理。（4）凡是用到射線時，都用人造放射性同位素。3、放射性同位素的應(yīng)用：（1）利用射線：射線測厚裝置：煙霧報警器；放射治療；培育新品種，延長保質(zhì)期。作為示蹤原子：棉花對磷肥的吸收；甲狀腺疾病的診斷。4、輻射與安全通過看書與上網(wǎng)查找資料，了解放射性輻射的用處以及危害，知道只要控制好輻射量，我們就可以利用它的射線，知道身邊的一些放射性物質(zhì)，以及如何防護(hù)一些有害的放射性物質(zhì)。第四章核能第一節(jié)核力與核能三維教學(xué)目標(biāo)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?。唬?）理解結(jié)合能的概念，知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損；（4）知道愛因斯坦的質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)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(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)計算能力。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）使學(xué)生樹立起實踐是檢驗真理的標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)理論對實踐有著指導(dǎo)和預(yù)見作用的能力；（2）認(rèn)識開發(fā)和利用核能對解決人類能源危機(jī)的重要意義。教學(xué)重點：質(zhì)量虧損及愛因斯坦的質(zhì)能方程的理解。教學(xué)難點：結(jié)合能的概念、愛因斯坦的質(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(xué)習(xí)這方面的內(nèi)容。（二）進(jìn)行新課1、核力與四種基本相互作用提示：20世紀(jì)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(qiáng)度差別很大。電磁力大約要比萬有引力強(qiáng)1036倍?；谶@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(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，后來的實驗證實了科學(xué)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(qiáng)相互作用(強(qiáng)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?？偨Y(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(qiáng)力更短，為10-18m，作用強(qiáng)度則比電磁力小。（2）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：①弱力（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；②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；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(jié)合成分子，使分子結(jié)合成液體和固體→長程力；④引力：引力主要在宏觀和宇觀尺度上“獨領(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(guān)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(xué)生從電磁力和核力的作用范圍去考慮?？偨Y(jié)：若質(zhì)子與中子成對地人工構(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，相距較遠(yuǎn)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(jié)合能由于核子間存在著強(qiáng)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(qiáng)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(dāng)光子能量等于或大于2.22MeV時，這個反應(yīng)才會發(fā)生。相反的過程一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核，要放出2.22MeV的能量。這表明要把原子核分開成核子要吸收能量，核子結(jié)合成原子核要放出能量，這個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。那么如何求原子核的結(jié)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(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(yīng)中才能明顯的表現(xiàn)出來?；仡欃|(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。（2）愛因斯坦質(zhì)能方程：E＝mc2相對論指出，物體的能量（E）和質(zhì)量（m）之間存在著密切的關(guān)系，即E＝mc2式中，c為真空中的光速。愛因斯坦質(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=△mc2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？從愛因斯坦質(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=Δmc2單個的質(zhì)子、中子的質(zhì)量已經(jīng)精確測定。用質(zhì)譜儀或其他儀器測定某種原子核的質(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。說明：①物體的質(zhì)量包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動質(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)動質(zhì)量。②質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰浚皇庆o止質(zhì)量的減少。③在核反應(yīng)中仍然遵守質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律。④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。閱讀原子核的比結(jié)合能，指出中等大小的核的比結(jié)合能最大(平均每個核子的質(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)合能都會增加，這樣可以釋放能量供人使用。鞏固練習(xí)已知：1個質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.007277u，1個中子的質(zhì)量mn=1.008665u.氦核的質(zhì)量為4.001509u.這里u表示原子質(zhì)量單位，1u=1.660566×10-27kg.由上述數(shù)值，計算2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成氦核時釋放的能量。（28.3MeV）第二節(jié)核裂變?nèi)S教學(xué)目標(biāo)1、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?zhǔn)椒磻?yīng)；（3）會計算重核裂變過程中釋放出的能量；（4）知道什么是核反應(yīng)堆。了解常用裂變反應(yīng)堆的類型，了解核電站及核能發(fā)電的優(yōu)缺點。2、過程與方法（1）通過對核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)關(guān)系的理解，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力及應(yīng)用教學(xué)圖像處理物理問題的能力；（2）通過讓學(xué)生自己閱讀課本，查閱資料，培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括知識的能力和提出問題的能力。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)、探求真理的激情，樹立實事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生基本的科學(xué)素養(yǎng)，通過核能的利用，思考科學(xué)與社會的關(guān)系；（2）通過教學(xué)，讓學(xué)生認(rèn)識到和平利用核能及開發(fā)新能源的重要性；（3）確立世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運(yùn)動變化的，而變化過程必然遵循能量守恒的觀點。教學(xué)重點：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及其釋放核能的計算；重核裂變的核反應(yīng)方程式的書寫。教學(xué)難點：通過核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)的關(guān)系，推理得出由質(zhì)量數(shù)較大的原子核分裂成質(zhì)量數(shù)較小的原子核釋放能量這一結(jié)論。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：可供實物投影、放像、課件播放等。（一）引入新課大家都知道在第二次世界大戰(zhàn)即將結(jié)束的時候，美國于1945年8月6日、9日先后在日本的廣島、長崎上空投下了兩顆原子彈，剎那間，這兩座曾經(jīng)十分美麗的城市變成一片廢墟。大家還知道目前世界上有少數(shù)國家建成了許多核電站，我國也相繼建成了浙江秦山核電站和廣東大亞灣核電站等。我想，現(xiàn)在大家一定想知道原子彈爆炸及核發(fā)電的原理，那么，我們這節(jié)課就來學(xué)習(xí)裂變，通過學(xué)習(xí)，大家就會對上述問題有初步的了解。（二）進(jìn)行新課1、核裂變（fission）提問：核裂變的特點是什么？（重核分裂成質(zhì)量較小的核的反應(yīng)，稱為裂變）總結(jié)：重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為裂變。提問：是不是所有的核裂變都能放出核能？（只有核子平均質(zhì)量減小的核反應(yīng)才能放出核能）總結(jié)：不是所有的核反應(yīng)都能放出核能，有的核反應(yīng)，反應(yīng)后生成物的質(zhì)量比反應(yīng)前的質(zhì)量大，這樣的核反應(yīng)不放出能量，反而在反應(yīng)過程中要吸收大量的能量。只有重核裂變和輕核聚變能放出大量的能量。2、鈾核的裂變（1）鈾核的裂變的一種典型反應(yīng)。提問：鈾核的裂變的產(chǎn)物是多樣的，最典型的一種核反應(yīng)方程式是什么樣的？（2）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：提問：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)〔chainreaction〕是怎樣進(jìn)行的？（這種由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）（3）臨界體積（臨界質(zhì)量）：提問：什么是臨界體積（臨界質(zhì)量）？（通常把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫做臨界質(zhì)量）（4）裂變反應(yīng)中的能量的計算。裂變前的質(zhì)量：kg，kg裂變后的質(zhì)量：kg，kg，kg，學(xué)生計算：質(zhì)量虧損：kg，J=201MeV總結(jié)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界體積。鈾核裂變的產(chǎn)物不同，釋放的能量也不同。3、核電站提問：核核反應(yīng)堆各組成部分在核反應(yīng)中起什么作用？學(xué)生回答：鈾棒由濃縮鈾制成，作為核燃料。學(xué)生回答：控制棒由鎘做成，用來控制反應(yīng)速度。學(xué)生回答：減速劑由石墨、重水或普通水（有時叫輕水）做成，用來跟快中子碰撞，使快中子能量減少，變成慢中子，以便讓U235俘獲。學(xué)生回答：冷卻劑由水或液態(tài)的金屬鈉等流體做成，在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出，確保反應(yīng)堆的安全。學(xué)生回答：水泥防護(hù)層用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線，防止核輻射。提問：核能發(fā)電的優(yōu)點、缺點？優(yōu)點：①污染??；②可采儲量大；③比較經(jīng)濟(jì)。缺點：①一旦核泄漏會造成嚴(yán)重的核污染；②核廢料處理困難。點評：學(xué)生用自己的語言敘述，基本正確即可。補(bǔ)充：了解常用裂變反應(yīng)堆的類型：秦山二期、大亞灣二期是壓水堆，秦山三期是沸水堆。例題1、下列核反應(yīng)中，表示核裂變的是（）A、B、C、D、分析：核反應(yīng)中有四種不同類型的核反應(yīng)，它們分別是衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變、輕核聚變。其中衰變中有衰變、衰變等。是衰變，是衰變，是人工轉(zhuǎn)變，只的C選項是重核裂變。解：表示核裂變的是C例題2、秦山核電站第一期工程裝機(jī)容量為30萬kW，如果1g鈾235完全裂變時產(chǎn)生的能量為8.21010J，并且假定產(chǎn)生的能量都變成了電能，那么，每年要消耗多少鈾235?（一年按365天計算）學(xué)生回答：解：核電站每天的發(fā)電量為W=Pt=3×108×24×3600J=2.592×1013J，每年的發(fā)電量W總=365W=9.46×1015J而1g鈾完全裂變時產(chǎn)生的能量為：8.2×1010J 所以，每年消耗的鈾的量為：點評：培養(yǎng)學(xué)生推理及公式演算的能力。注意速度單位的換算，運(yùn)算過程中帶單位運(yùn)算。適當(dāng)進(jìn)行愛國主義教育。核聚變?nèi)S教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能（1）了解聚變反應(yīng)的特點及其條件；（2）了解可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究和發(fā)展；（3）知道輕核的聚變能夠釋放出很多的能量,如果能加以控制將為人類提供廣闊的能源前景。2、過程與方法：通過讓學(xué)生自己閱讀課本，培養(yǎng)他們歸納與概括知識的能力和提出問題的能力3、情感、態(tài)度與價值觀（1）通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識導(dǎo)科學(xué)技術(shù)的重要性，更加熱愛科學(xué)、勇于獻(xiàn)身科學(xué)；（2）認(rèn)識核能的和平利用能為人類造福，但若用于戰(zhàn)爭目的將給人類帶來災(zāi)難，希望同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，為人類早日和平利用核聚變能而作出自己的努力。教學(xué)重點:聚變核反應(yīng)的特點。聚變反應(yīng)的條件。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：可供實物投影、放像、課件播放等。（一）引入新課1967年6月17日，我國第一顆氫彈爆炸成功。從第一顆原子彈爆炸成功到第一顆氫彈爆炸成功，我國僅用了兩年零八個月。前蘇聯(lián)用了四年，美國用了7年。氫彈爆炸釋放核能是通過輕核的聚變來實現(xiàn)的。這節(jié)課我們就來研究聚變的問題。（二）進(jìn)行新課1、聚變及其條件提問：什么叫輕核的聚變？（兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的反應(yīng)叫做聚變）提問：為什么輕核的聚變反應(yīng)能夠比重核的裂變反應(yīng)釋放更多的核能？（因為較輕的原子核比較重的原子核核子的平均質(zhì)量更大，聚變成質(zhì)量較大的原子核能產(chǎn)生更多的質(zhì)量虧損，所以平均每個核子釋放的能量就更大）歸納補(bǔ)充：（1）氫的聚變反應(yīng)：21H+21H→31He+11H+4MeV、21H+31H→42He+10n+17.6MeV（2）釋放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6MeV，平均每個核子釋放能量3MeV以上，約為裂變反應(yīng)釋放能量的3～4倍提問：請同學(xué)們試從微觀和宏觀兩個角度說明核聚變發(fā)生的條件？結(jié)論：微觀上：參與反應(yīng)的原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即10-15m，要使原子核接近到這種程度，必須使它們具有很大的動能以克服原子核之間巨大的庫侖斥力。宏觀上：要使原子核具有如此大的動能，就要把它加熱到幾百萬攝氏度的高溫。聚變反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以維持反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行下去，在短時間釋放巨大的能量，這就是聚變引起的核爆炸。說明：（1）熱核反應(yīng)在宇宙中時時刻刻地進(jìn)行著，太陽和很多恒星的內(nèi)部溫度高達(dá)107K以上，因而在那里進(jìn)行著激烈的熱核反應(yīng)，不斷向外界釋放著巨大的能量。太陽每秒釋放的能量約為3.8×1026J，地球只接受了其中的二十億分之一。太陽在“核燃燒”的過程中“體重”不斷減輕。它每秒有７億噸原子核參與碰撞，轉(zhuǎn)化為能量的物質(zhì)是400萬噸?？茖W(xué)家估計，太陽的這種“核燃燒”還能維持90億~100億年。當(dāng)然，與人類歷史相比，這個時間很長很長?。?）上世紀(jì)四十年代，人們利用核聚變反應(yīng)制成了用于戰(zhàn)爭的氫彈，氫彈是利用熱核反應(yīng)制造的一種在規(guī)模殺傷武器，在其中進(jìn)行的是不可控?zé)岷朔磻?yīng)，它的威力是原子彈的十幾倍。提問：氫彈爆炸原理是什么？閱讀教材：課本圖19.7-1是氫彈原理圖，它需要用原子炸藥來引爆，以獲得熱核反應(yīng)所需要的高溫，而這些原子炸藥又要用普通炸藥來點燃。2、可控?zé)岷朔磻?yīng)（1）聚變與裂變相比有很多優(yōu)點提問：目前，人們還不能控制核聚變的速度，但科學(xué)家們正在努力研究和嘗試可控?zé)岷朔磻?yīng)，以使核聚變造福于人類。我國在這方面的研究和實驗也處于世界領(lǐng)先水平。請同學(xué)們自學(xué)教材，了解聚變與裂變相比有哪些優(yōu)點？可控?zé)岷朔磻?yīng)發(fā)展進(jìn)程：例1：一個氘核和一個氚核發(fā)生聚變，其核反應(yīng)方程是21H+31H→42He+10n，其中氘核的質(zhì)量：mD=2.014102u、氚核的質(zhì)量：mT=3.016050u、氦核的質(zhì)量：mα=4.002603u、中子的質(zhì)量：mn=1.008665u、1u=1.6606×10-27kg，e=1.6022×10-19C，請同學(xué)們求出該核反應(yīng)所釋放出來的能量。根據(jù)質(zhì)能方程，釋放出的能量為：平均每個核子放出的能量約為3.3MeV，而鈾核裂變時平均每個核子釋放的能量約為1MeV?？偨Y(jié)：聚變與裂變相比，這是優(yōu)點之一，即輕核聚變產(chǎn)能效率高。常見的聚變反應(yīng)：21H+21H→31He+11H+4MeV、21H+31H→42He+10n+17.6MeV。在這兩個反應(yīng)中，前一反應(yīng)的材料是氘，后一反應(yīng)的材料是氘和氚，而氚又是前一反應(yīng)的產(chǎn)物，所以氘是實現(xiàn)這兩個反應(yīng)的原始材料，而氘是重水的組成部分，在覆蓋地球表面三分之二的海水中是取之不盡的。從這個意義上講，輕核聚變是能源危機(jī)的終結(jié)者。總結(jié)：聚變與裂變相比，這是優(yōu)點之二，即地球上聚變?nèi)剂系膬α控S富。如1L海水中大約有0.03g氘，如果發(fā)生聚變，放出的能量相當(dāng)于燃燒300L汽油?？偨Y(jié)：聚變與裂變相比，優(yōu)點之三，是輕核聚變反應(yīng)更為安全、清潔。實現(xiàn)核聚變需要高溫，一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應(yīng)就自動終止了。另外，氘和氚聚就反應(yīng)中產(chǎn)生的氦是沒有放射性的，放射性廢物主要是泄漏的氚以及聚變時高速中子、質(zhì)子與其他物質(zhì)反應(yīng)而生成的放射性物質(zhì)，比裂就所生成的廢物的數(shù)量少，容易處理。（2）我國在可控?zé)岷朔磻?yīng)方面的研究和實驗發(fā)展情況。EAST全超導(dǎo)托卡馬克實驗裝置以探索無限而清潔的核聚變能源為目標(biāo)，這個裝置也被通稱為“人造太陽”，能夠像太陽一樣給人類提供無限清潔的能源。目前，由中科院等離子體物理研究所設(shè)計制造的EAST全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克實驗裝置大部件已安裝完畢，進(jìn)入抽真空降溫試驗階段。我國的科學(xué)家就率先建成了世界上第一個全超導(dǎo)核聚變“人造太陽”實驗裝置，模擬太陽產(chǎn)生能量。第五章波與粒子第一節(jié)光電效應(yīng)三維教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能（1）通過實驗了解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。（2）知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。（3）了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動量2、過程與方法：經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。3、情感、態(tài)度與價值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學(xué)重點：光電效應(yīng)的實驗規(guī)律教學(xué)難點：愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備一）引入新課回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類對光的本性的認(rèn)識的發(fā)展過程？（多媒體投影，見課件。）光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步說明光還是橫波。19世紀(jì)60年代，麥克斯韋又從理論上確定了光的電磁波本質(zhì)。然而，出人意料的是，正當(dāng)人們以為光的波動理論似乎非常完美的時候，又發(fā)現(xiàn)了用波動說無法解釋的新現(xiàn)象——光電效應(yīng)現(xiàn)象。對這一現(xiàn)象及其他相關(guān)問題的研究，使得人們對光的又一本質(zhì)性認(rèn)識得到了發(fā)展。（二）進(jìn)行新課1、光電效應(yīng)實驗演示1：（課件輔助講述）用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗電器相連），使驗電器張角增大到約為30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。上述實驗說明了什么？（表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電）概念：在光(包括不可見光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來的電子叫做光電子。2、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律（1）光電效應(yīng)實驗如圖所示，光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出光電子。光電子在電場作用下形成光電流。概念：遏止電壓，將換向開關(guān)反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。當(dāng)K、A間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱遏止電壓。根據(jù)動能定理，有：（2）光電效應(yīng)實驗規(guī)律①光電流與光強(qiáng)的關(guān)系：飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。②截止頻率νc極限頻率，對于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率νc，當(dāng)入射光頻率ν>νc時，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率ν<νc時，無論光強(qiáng)多大也無電子逸出金屬表面。③光電效應(yīng)是瞬時的。從光開始照射到光電子逸出所需時間<10-9s。3、光電效應(yīng)解釋中的疑難經(jīng)典理論無法解釋光電效應(yīng)的實驗結(jié)果。經(jīng)典理論認(rèn)為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強(qiáng)越大，光波的電場強(qiáng)度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應(yīng)該越大。也就是說，光電子的能量應(yīng)該隨著光強(qiáng)度的增加而增大，不應(yīng)該與入射光的頻率有關(guān)，更不應(yīng)該有什么截止頻率。光電效應(yīng)實驗表明：飽和電流不僅與光強(qiáng)有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子初動能也與頻率有關(guān)。只要頻率高于極限頻率，即使光強(qiáng)很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時，無論光強(qiáng)再大也沒有光電流。光電效應(yīng)具有瞬時性。而經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。為了解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦在能量子假說的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。4、愛因斯坦的光量子假設(shè)（1）內(nèi)容光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為hν的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為ν的光是由大量能量為E=hν的光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速c運(yùn)動。（2）愛因斯坦光電效應(yīng)方程在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功W0，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭幽蹺k。由能量守恒可得出：W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功。Wk為光電子的最大初動能。（3）愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋①光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。②電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。③從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關(guān)系④從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動能為零時，可得極限頻率：愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因為它完全違背了光的波動理論。5、光電效應(yīng)理論的驗證美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”實驗，結(jié)果在1915年證實了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，h的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。6、展示演示文稿資料：愛因斯坦和密立根由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎。密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎。點評：應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料，不僅有真實感，增強(qiáng)了說服力，同時也能對學(xué)生進(jìn)行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生的探索精神。光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用（1）光控繼電器可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。（2）光電倍增管可對微弱光線進(jìn)行放大，可使光電流放大105~108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。第二節(jié)康普頓效應(yīng)三維教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能（1）了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動量（2）了解光既具有波動性，又具有粒子性；（3）知道實物粒子和光子一樣具有波粒二象性；（4）了解光是一種概率波。2、過程與方法：（1）了解物理真知形成的歷史過程；（2）了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實驗事實以及實驗對于物理研究的重要性；（3）知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。3、情感、態(tài)度與價值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學(xué)重點：實物粒子和光子一樣具有波粒二象性教學(xué)難點：實物粒子的波動性的理解。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：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備（一）引入新課提問：前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)光的一些特性和相應(yīng)的事實表現(xiàn)，那么我們究竟怎樣來認(rèn)識光的本質(zhì)和把握其特性呢？（光是一種物質(zhì)，它既具有粒子性，又具有波動性。在不同條件下表現(xiàn)出不同特性，分別舉出有關(guān)光的干涉衍射和光電效應(yīng)等實驗事實）。我們不能片面地認(rèn)識事物，能舉出本學(xué)科或其他學(xué)科或生活中類似的事或物嗎？（二）進(jìn)行新課1、康普頓效應(yīng)（1）光的散射：光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。（2）康普頓效應(yīng)1923年康普頓在做X射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長和散射物質(zhì)都無關(guān)。（3）康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！散射中出現(xiàn)的現(xiàn)象，稱為康普頓散射?？灯疹D散射曲線的特點：①除原波長外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長②新波長隨散射角的增大而增大。波長的偏移為波長的偏移只與散射角有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長無關(guān)，=0.0241?=2.41×10-3nm（實驗值）稱為電子的Compton波長只有當(dāng)入射波長與可比擬時，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。（4）經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。②無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。（5）光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋①若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。②若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。③因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。（6）康普頓散射實驗的意義①有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè)；②首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設(shè)；③證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。2、光的波粒二象性講述光的波粒二象性，進(jìn)行歸納整理。（1）我們所學(xué)的大量事實說明：光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和連續(xù)性是相對的，是不同條件下的表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計規(guī)律。（2）光子在空間各點出現(xiàn)的概率遵從波動規(guī)律，物理學(xué)中把光波叫做概率波。3、光的波動性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)：大量光子行為顯示波動性；個別光子行為顯示粒子性；光的波長越長，波動性越強(qiáng)；光的波長越短，粒子性越強(qiáng)。光的波動性不是光子之間相互作用引起的，是光子本身的一種屬性。例題：已知每秒從太陽射到地球上垂直于太陽光的每平方米截面上的輻射能為1.4×103J，其中可見光部分約占45%，假設(shè)認(rèn)為可見光的波長均為0.55μm，太陽向各個方向的輻射是均勻的，日地之間距離為R=1.5×1011m，估算出太陽每秒輻射出的可見光的光子數(shù)。（保留兩位有效數(shù)字）第三節(jié)實物粒子的波粒二象性三維教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能（1）了解光既具有波動性，又具有粒子性；（2）知道實物粒子和光子一樣具有波粒二象性；（3）知道德布羅意波的波長和粒子動量關(guān)系。（4）了解不確定關(guān)系的概念和相關(guān)計算；2、過程與方法（1）了解物理真知形成的歷史過程；（2）了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實驗事實以及實驗對于物理研究的重要性；（3）知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）通過學(xué)生閱讀和教師介紹講解，使學(xué)生了解科學(xué)真知的得到并非一蹴而就，需要經(jīng)過一個較長的歷史發(fā)展過程，不斷得到糾正與修正；（2）通過相關(guān)理論的實驗驗證，使學(xué)生逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度；（3）通過了解電子衍射實驗，使學(xué)生了解創(chuàng)造條件來進(jìn)行有關(guān)物理實驗的方法。教學(xué)重點：實物粒子和光子一樣具有波粒二象性，德布羅意波長和粒子動量關(guān)系。教學(xué)難點：實物粒子的波動性的理解。教學(xué)方法：學(xué)生閱讀－討論交流－教師講解－歸納總結(jié)。教學(xué)用具：課件：PP演示文稿（科學(xué)家介紹，本節(jié)知識結(jié)構(gòu)）。多媒體教學(xué)設(shè)備（一）引入新課提問：前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)光的一些特性和相應(yīng)的事實表現(xiàn)，那么我們究竟怎樣來認(rèn)識光的本質(zhì)和把握其特性呢？（光是一種物質(zhì)，它既具有粒子性，又具有波動性。在不同條件下表現(xiàn)出不同特性，分別舉出有關(guān)光的干涉衍射和光電效應(yīng)等實驗事實）。我們不能片面地認(rèn)識事物，能舉出本學(xué)科或其他學(xué)科或生活中類似的事或物嗎？（二）進(jìn)行新課1、光的波粒二象性講述光的波粒二象性，進(jìn)行歸納整理。（1）我們所學(xué)的大量事實說明：光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和連續(xù)性是相對的，是不同條件下的表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計規(guī)律。（2）光子在空間各點出現(xiàn)的概率遵從波動規(guī)律，物理學(xué)中把光波叫做概率波。2、光子的能量與頻率以及動量與波長的關(guān)系。＝提問：作為物質(zhì)的實物粒子(如電子、原子、分子等)是否也具有波動性呢？3、粒子的波動性提問：誰大膽地將光的波粒二象性推廣到實物粒子？只是因為他大膽嗎？（法國科學(xué)家德布羅意考慮到普朗克能量子和愛因斯坦光子理論的成功，大膽地把光的波粒二象性推廣到實物粒子。）（1）德布羅意波：實物粒子也具有波動性，這種波稱之為物質(zhì)波，也叫德布羅意波。（2）物質(zhì)波波長：＝提問：各物理量的意義？（為德布羅意波長，h為普朗克常量，p為粒子動量）閱讀課本有關(guān)內(nèi)容，為什么德布羅意波觀點很難通過實驗驗證？又是在怎樣的條件下使實物粒子的波動性得到了驗證？4、物質(zhì)波的實驗驗證提問：粒子波動性難以得到驗證的原因？（宏觀物體的波長比微觀粒子的波長小得多，這在生活中很難找到能發(fā)生衍射的障礙物，所以我們并不認(rèn)為它有波動性，作為微觀粒子的電子，其德布羅意波波長為10－10m數(shù)量級，找與之相匹配的障礙物也非易事）例題：某電視顯像管中電子的運(yùn)動速度是4.0×107m/s；質(zhì)量為10g的一顆子彈的運(yùn)動速度是200m/s。分別計算它們的德布羅意波長。（根據(jù)公式計算得1.8×10-11m和3.3×10-34m）電子波動性的發(fā)現(xiàn)者——戴維森和小湯姆遜電子波動性的發(fā)現(xiàn),使得德布羅意由于提出實物粒子具有波動性這一假設(shè)得以證實，并因此而獲得1929年諾貝爾物理學(xué)獎，而戴維森和小湯姆遜由于發(fā)現(xiàn)了電子的波動性也同獲1937年諾貝爾物理學(xué)獎。閱讀有關(guān)物理學(xué)歷史資料，了解物理學(xué)有關(guān)知識的形成建立和發(fā)展的真是過程。（應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料，不僅有真實感，增強(qiáng)了說服力，同時也能對學(xué)生進(jìn)行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生的探索精神）電子衍射實驗：1927年，兩位美國物理學(xué)家使電子束投射到鎳的晶體上，得到了電子束的衍射圖案，從而證實了德布羅意的假設(shè)。除了電子以外，后來還陸續(xù)證實了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動性。提問：衍射現(xiàn)象對高分辨率的顯微鏡有影響否？如何改進(jìn)？（顯微鏡的分辨本領(lǐng)）5、德布羅意波的統(tǒng)計解釋1926年，德國物理學(xué)玻恩（Born，1882--1972）提出了概率波，認(rèn)為個別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計規(guī)律。6、經(jīng)典波動與德布羅意波（物質(zhì)波）的區(qū)別經(jīng)典的波動（如機(jī)械波、電磁波等）是可以測出的、實際存在于空間的一種波動。而德布羅意波（物質(zhì)波）是一種概率波。簡單的說，是為了描述微觀粒子的波動性而引入的一種方法。7、不確定度關(guān)系（uncertaintyrelatoin）經(jīng)典力學(xué)：運(yùn)動物體有完全確定的位置、動量、能量等。微觀粒子：位置、動量等具有不確定量（概率）。（1）電子衍射中的不確定度如圖所示，一束電子以速度v沿oy軸射向狹縫。電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。在經(jīng)典力學(xué)中，粒子（質(zhì)點）的運(yùn)動狀態(tài)用位置坐標(biāo)和動量來描述，而且這兩個量都可以同時準(zhǔn)確地予以測定。然而，對于具有二象性的微觀粒子來說，是否也能用確定的坐標(biāo)和確定的動量來描述呢？下面我們以電子通過單縫衍射為例來進(jìn)行討論。設(shè)有一束電子沿oy軸射向屏AB上縫寬為a的狹縫，于是，在照相底片CD上，可以觀察到如下圖所示的衍射圖樣。如果我們?nèi)杂米鴺?biāo)x和動量p來描述這一電子的運(yùn)動狀態(tài)，那么，我們不禁要問：一個電子通過狹縫的瞬時，它是從縫上哪一點通過的呢?也就是說，電子通過狹縫的瞬時，其坐標(biāo)x為多少?顯然，這一問題，我們無法準(zhǔn)確地回答，因為此時該電子究竟在縫上哪一點通過是無法確定的，即我們不能準(zhǔn)確地確定該電子通過狹縫時的坐標(biāo)。研究表明：對于第一衍射極小，式中為電子的德布羅意波長。電子的位置和動量分別用x和p來表示。電子通過狹縫的瞬間，其位置在x方向上的不確定量為，同一時刻，由于衍射效應(yīng)，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動量的分量px變化越大。分析計算可得：式中h為普朗克常量。這就是著名的不確定性關(guān)系，簡稱不確定關(guān)系。上式表明：①許多相同粒子在相同條件下實驗，粒子在同一時刻并不處在同一位置。②用單個粒子重復(fù)，粒子也不在同一位置出現(xiàn)。例題解析：例1：一顆質(zhì)量為10g的子彈，具有200m·s-1的速率，若其動量的不確定范圍為動量的0.01%(這在宏觀范圍是十分精確的了)，則該子彈位置的不確定量范圍為多大?解：子彈的動量動量的不確定范圍由不確定關(guān)系式，得子彈位置的不確定范圍我們知道，原子核的數(shù)量級為10-15m，所以，子彈位置的不確定范圍是微不足道的?？梢娮訌椀膭恿亢臀恢枚寄芫_地確定，不確定關(guān)系對宏觀物體來說沒有實際意義。例2：一電子具有200m/s的速率，動量的不確定范圍為動量的0.01%(這已經(jīng)足夠精確了)，則該電子的位置不確定范圍有多大?解

:電子的動量為：動量的不確定范圍由不確定關(guān)系式，得電子位置的不確定范圍我們知道原子大小的數(shù)量級為10-10m，電子則更小。在這種情況下，電子位置的不確定范圍比原子的大小還要大幾億倍，可見企圖精確地確定電子的位置和動量已是沒有實際意義。8、微觀粒子和宏觀物體的特性對比