高三物理教案 核力与核能

第一篇：高三物理教案 核力与核能

高三物理教案 核力与核能

核力与核能

三维教学目标

1、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。

2、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、及物理计算能力。

3、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。

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

(一)引入新课 提问1：氦原子核中有两个质子，质子质量为mp=1.6710-27kg，带电量为元电荷e=1.610-19C，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2：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)进行新课

1、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。

提问1：那么核力有怎样特点呢?

(1)核力特点：

第一、核力是强相互作用(强力)的一种表现。

第二、核力是短程力，作用范围在1.510-15 m之内。

第三、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。

总结：除核力外，核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用弱相互作用(弱力)，弱相互作用是引起原子核衰变的原因，即引起中子转变质子的原因。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。

(2)四种基本相互作用力： 弱力、强力、电磁力、引力和分别在不同的尺度上发挥作用：

①弱力(弱相互作用)：弱相互作用是引起原子核衰变的原因短程力;

②强力(强相互作用)：在原子核内，强力将核子束缚在一起短程力;

③电磁力：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原了结合成分子，使分子结合成液 体和固体长程力;

④引力：引力主要在宏观和宇观尺度上独领风骚。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状长程力。

2、原子核中质子与中子的比例

随着原子序数的增加，稳定原子核中的中子数大于质子数。

思考：随着原子序数的增加，稳定原子核中的质子数和中子数有怎样的关系?(随着原子序数的增加，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)

思考：为什么随着原子序数的增加，稳定原子核中的中子数大于质子数?

提示：学生从电磁力和核力的作用范围去考虑。

总结：

若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了;

若只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多。

由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间恨本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。因此只有200多种稳定的原子核长久地留了下来。

3、结合能

由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固的集合体。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。例如用强大的光子照射氘核，可以使它分解为一个质子和一个中子。

从实验知道只有当光子能量等于或大于2.22MeV时，这个反应才会发生。相反的过程一个质子和一个中子结合成氘核，要放出2.22MeV的能量。这表明要把原子核分开成核子要吸收能量，核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫做原子核的结合能。

原子核越大，它的结合能越高，因此有意义的是它的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。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。

那么如何求原子核的结合能呢?爱因斯坦从相对论得出了物体能量与它的质量的关系，指出了求原子核的结合能的方法。

4、质量亏损

(1)质量亏损

科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等，例如精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显的表现出来。

回顾质量、能量的定义、单位，向学生指出质量不是能量、能量也不是质量，质量不能转化能量，能量也不能转化质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。

(2)爱因斯坦质能方程： E=mc2

相对论指出，物体的能量(E)和质量(m)之间存在着密切的关系，即E=mc2式中，c为真空中的光速。爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比。由于c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的。

(3)核反应中由于质量亏损而释放的能量：△E=△m c2

物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的，但是如何使这样巨大的能量释放出来?从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化△E与物体的质量变化△m的关系：△E=mc2

单个的质子、中子的质量已经精确测定。用质谱仪或其他仪器测定某种原子核的质量，与同等数量的质子、中子的质量之和相比较，看一看两条途径得到的质量之差，就能推知原子核的结合能。

说明：

①物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量。

②质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量，只是静止质量的减少。

③在核反应中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律。

④质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。

阅读原子核的比结合能，指出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。另一方面如果使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，这样可以释放能量供人使用。

巩固练习

已知：1个质子的质量mp=1.007 277u，1个中子的质量mn=1.008 665u.氦核的质量为4.001 509 u.这里u表示原子质量单位，1 u=1.660 56610-27 kg.由上述数值，计算2个质子和2个中子结合成氦核时释放的能量。(28.3MeV)

第二篇：三、核能 教学设计物理教案

（一）教学目的

1．常识性了解原子和原子核的组成。

2．常识性了解裂变、链式反应、聚变的大致情况和原子弹、氢弹的制造原理，以及核反应堆的作用。

3．常识性了解研究可控核聚变的重大意义。启发学生想象人类开发利用核能的美好前景，激发学生努力学习科学技术的热情。

（二）教具

原子和原子核的挂图，链式反应的挂图（能用幻灯显示原子、原子核的结构和链式反应的情况更好）。

（三）教学过程

1．引入

板书：核能

指出核能是一种先进的、可以替代常规能源的新能源。目前世界上利用核能发电的核电站已有400多个。其年发电量约占全球年发电总量的17%，到下世纪，核能有时能成为一些国家的主要能源。

要了解核能是怎么回事，就需要从物质结构——原子和原子核的组成说起。

2．新课

板书：原子和原子核的组成

提问：请根据化学课中讲过的内容，说说原子和原子核的组成情况？

教师展示原子和原子核的挂图，归纳小结学生的回答，要求学生明确：任何物质的原子都是由位于原子中心区域带正电的原子核和带负电的核外电子组成的；原子核又是由带正电的质子和不带电的中子（质子和中子统称为核子）组成的。

板书：

讲述：本世纪初，科学家们通过实验和理论研究对原子和有子核的组成有了正确的认识，发现原子核是可以改变的，而且在改变过程中可以释放出巨大的能量——原子核能，简称核能，通常也叫原子能（确切地说，原子能应是原子核能的缩写代名词）。那么，怎样才能有效地获得蕴藏在原子核里的大量核能呢？

旁注：在原子中，原子核和核外电子之间有广阔的空间，而在原子核中，质子和中子则是紧密地结合在一起的。此注供教师参考。

板书：裂变

指导学生阅读教材上讲裂变那一段课文。提出其注意：

(1)裂变指的是什么现象；

（观察教材上铀核裂变的示意图，结合阅读课文中的讲述，了解铀核裂变释放出核能，转化为周围物体的内能是怎么回事；

了解裂变释放出的核能十分巨大。

提问：什么叫裂变？

l千克铀中的铀核如果全部发生裂变，释放出的能量大约是1千克标准煤完全燃烧所放出能量的多少倍？

旁注：检查学生阅读教材的效果。

教师小结并强调：用中子轰击铀235，铀核（质量大的核）会分裂成两部分（两个中等质量的核），这种现象叫做核裂变，简称裂变。根据书上提供的数据很容易算出，1千克铀中的铀核如果全部发生裂变，释放出的能量大约是1千克标准煤完全燃烧所放出能量的2.5×106(250万)倍。由此可知，裂变是获得大量核能的重要途径。

板书：链式反应

教师展示链式反应挂图并讲述：

用中子轰击铀核，才能使铀核发生裂变，放出能量。如果外界的中子停止轰击，裂变也就停止。然而实验表明，铀核分裂时，还同时放出2～3个中子，这一点的意义特别重要。因为放出的中子，又可以轰击其它铀核，使它们也发生裂变。这些铀核分裂时，同样放出中子，从而引起更多的铀核发生裂变。于是裂变反应便会链锁式地自行持续下去。这种现象叫做链式反应。

如果对裂变的链式反应不加控制，在极短时间（约百万分之几秒）会释放出大量核能，发生猛烈爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的。

让学生看教材上我国第一颗原子弹爆炸后引起蘑菇状烟云的示意图（说明：原子弹爆炸时，立刻发出强烈的闪光，可照亮100千米以内的天空和地面，闪光后，天空出现一个火球，并迅速上升。火球冷却后变成褐色烟云，同时地面上升起的尘土和烟柱一起形成可上升到15千米高空的蘑菇状烟云。原子弹爆炸时还发出极其强烈的爆炸声，几十千米以外也可听到）。

讲述：为便于和平利用核能，必须控制链式反应的速度，使核能缓慢而又平稳地释放出来。为此，人们制成了一种专门装置。

板书：核反应堆——能缓慢、平稳地释放核能的装置。

让学生看教材上我国第一座核反应堆外貌图（彩图，说明：建造核反应堆，对材料、技术、安全防护设施等都有很高、很严的要求。不但需要解决很多核物理问题，也要求材料科学、电子学、自动控制学等解决许多困难问题。能自行设计、制造核反应堆，表明我国在这一高科技领域取得了重大成就，为和平利用核能创造了必要的条件）。

板书：聚变——获得大量核能的另一重要途径

讲述：科学家们发现，某些质量较小的原子核结合成质量较大的原子核时，也能释放出核能，这种现象叫做核聚变，简称聚变。[1][2]下一页

第三篇：高三物理教案 光电效应

高三物理教案 光电效应

光电效应

三维教学目标

1、知识与技能

(1)通过实验了解光电效应的实验规律。

(2)知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。

(3)了解康普顿效应，了解光子的动量

2、过程与方法：经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。

3、情感、态度与价值观：领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

教学重点：光电效应的实验规律

教学难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备

(一)引入新课

回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程?

(多媒体投影，见课件。)光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。

(二)进行新课

1、光电效应

实验演示1：(课件辅助讲述)用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连)，使验电 器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。上述实验说明了什么?(表明锌板在射线照射下失去电子而带正电)

概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子。

2、光电效应的实验规律

(1)光电效应实验

如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。光电子在电场作用下形成光电流。

概念：遏止电压，将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。当 K、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 Uc 时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。根据动能定理，有：

(2)光电效应实验规律

① 光电流与光强的关系：饱和光电流强度与入射光强度成正比。

② 截止频率c----极限频率，对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率c，当入射光频率c 时，电子才能逸出金属表面;当入射光频率c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。

③ 光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间10-9s。

3、光电效应解释中的疑难

经典理论无法解释光电效应的实验结果。

经典理论认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。

光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流;频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。

光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。

为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。

4、爱因斯坦的光量子假设

(1)内容

光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为 的光是由大量能量为 E =h的光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。

(2)爱因斯坦光电效应方程

在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W0，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek。由能量守恒可得出：

W0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功。Wk为光电子的最大初动能。

(3)爱因斯坦对光电效应的解释

①光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。

②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。

③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系

④从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极限频率： 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。

5、光电效应理论的验证

美国物理学家密立根，花了十年时间做了光电效应实验，结果在1915年证实了爱因斯坦光电效应方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了光量子理论的正确。

6、展示演示文稿资料：爱因斯坦和密立根

由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律，荣获1921年诺贝尔物理学奖。

密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。

光电效应在近代技术中的应用

(1)光控继电器 可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。

(2)光电倍增管

可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。

第四篇：高三物理教案：光电效应

高三物理教案：光电效应

【摘要】鉴于大家对查字典物理网十分关注，小编在此为大家搜集整理了此文高三物理教案：光电效应，供大家参考!

本文题目：高三物理教案：光电效应

光量子(光子)：E=h

实验结论 光子说的解释

1、每种金属都有一个极限频率入射光的频率必须大于这个频率才能产生光电效应 电子从金属表面逸出，首先须克服金属原子核的引力做功(逸出功W)，要使入射光子的能量不小于W，对应频率 即是极限频率。

2、光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大 电子吸收光子能量后，只有直接从金属表面飞出的光电子，才具有最大初动能即：

3、入射光照射到金属板上时光电子的发射机率是瞬时的，一般不会超过10-9S 光照射金属时，电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的过程。

4、当入射光的频率大于极限频率时，光电流强度与入射光强度成正比 当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，单位时间内入射到金属表面的光子数越多，产生的光电子数越多，射出的光电子作定向移动时形成的光电流越大。

(1)产生光电效应的条件：①极;②hW

(2)发生光电效应后，入射光的强度与产生的光电流成正比。

(3)光电效应方程 ,W=h

(4)光电管的应用

能级

一、核式结构模型与经典物理的矛盾

(1)根据经典物理的观点推断：①在轨道上运动的电子带有电荷，运动中要辐射电磁波。②电子损失能量，它的轨道半径会变小，最终落到原子核上。

③由于电子轨道的变化是连续的，辐射的电磁波的频率也会连续变化。

事实上：①原子是稳定的;②辐射的电磁波频率也只是某些确定值。

二、玻尔理论

①轨道量子化：电子绕核运动的轨道半径只能是某些分立的数值。对应的氢原子的轨道半径为：rn=n2r1(n=1,2,3,)，r1=0.5310-10m。

②能量状态量子化：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，这些状态的能量值叫能级，能量最低的状态叫基态，其它状态叫激发态。原子处于称为定态的能量状态时,虽然电子做加速运动,但并不向外辐射能量.氢原子的各能量值为： ③跃迁假说：原子从一种定态跃迁到另一种定态要辐射(或吸收)一定频率的光子，即：h=Em-En

三、光子的发射和吸收

(1)原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态，跃迁时以光子的形式放出能量。

(2)原子在始末两个能级Em和Enn)间跃迁时发射光子的频率为，其大小可由下式决定：h=Em-En。

(3)如果原子吸收一定频率的光子，原子得到能量后则从低能级向高能级跃迁。

(4)原子处于第n能级时，可能观测到的不同波长种类N为：

考点分析：

考点：波尔理论：定态假设;轨道假设;跃迁假设。

考点：h=Em-En

考点：原子处于第n能级时，可能观测到的不同波长种类N为：

考点：原子的能量包括电子的动能和电势能(电势能为电子和原子共有)即：原子的能量En=EKn+EPn.轨道越低，电子的动能越大，但势能更小，原子的能量变小。

电子的动能：，r越小，EK越大。

原子物理

一、原子的核式结构

二、天然放射现象、衰变

衰变次数的计算方法：根据质量数的变化计算次数，其次数n=质量数的变化量/4;根据电荷数的变化，计算衰变次数。中子数的变化量=2衰变次数+衰变次数。

三、半衰期的计算 半衰期计算公式:;m为剩余质量;mO为原有质量;t为衰变时间;为半衰期。

四、核反应方程

五、核能的计算

核反应释放的核能：

E=mc2或E=m931.5Mev

第五篇：高三物理教案 追及与相遇问题复习

高三物理教案 追及与相遇问题复习

一、相遇

指两物体分别从相距x的两地运动到同一位置,它的特点是:两物体运动的位移的矢量和等于x,分析时要注意:

⑴、两物体是否同时开始运动,两物体运动至相遇时运动时间可建立某种关系;

⑵、两物体各做什么形式的运动;

⑶、由两者的时间关系,根据两者的运动形式建立位移的矢量方程。

【例1】1999年5月11日《北京晚报》报道了一位青年奋勇接住一个从15层高楼窗口落下的孩子的事迹。设每层楼高是2.8m,这位青年所在的地方离高楼的水平距离为12m,这位青年以6m/s的速度匀速冲到楼窗口下方,请你估算出他要接住小孩至多允许他有的反应时间(反应时间指人从发现情况到采取相应行动经过的时间)。(g取10m/s2)【答案】0.8s

【针对练习1】一人站在离公路h=50m远处,如图所示,公路上有一辆汽车以v1=10m/s的速度行驶,当汽车到A点与在B点的人相距d=200m时,人以v2=3m/s的平均速度奔跑,为了使人跑到公路上恰与汽车相遇,则此人应该朝哪个方向跑?

【答案】此人要朝与AB连线夹角=arcsin(5/6)的方向跑

二、追及

指两物体同向运动而达到同一位置。找出两者的时间关系、位移关系是解决追及问题的关键,同时追及物与被追及物的速度恰好相等时临界条件,往往是解决问题的重要条件:

(1)类型一:一定能追上类

特点:

①追击者的速度最终能超过被追击者的速度。

②追上之前有最大距离发生在两者速度相等时。

【例2】一辆汽车在十字路口等绿灯,当绿灯亮时汽车以3m/s2的加速度开使行驶,恰在这时一辆自行车在汽车前方相距18m的地方以6m/s的速度匀速行驶,则何时相距最远?最远间距是多少?何时相遇?相遇时汽车速度是多大?

【方法提炼】解决这类追击问题的思路:

①根据对两物体运动过程的分析,画运动示意图

②由运动示意图中找两物体间的位移关系,时间关系

③联立方程求解,并对结果加以验证

【针对练习2】一辆执勤的警车停在公路边,当警员发现从他旁边驶过的货车(以8m/s的速度匀速行驶)有违章行为时,决定前去追赶,经2.5s将警车发动起来,以2m/s2的加速度匀加速追赶。求:①发现后经多长时间能追上违章货车?②追上前,两车最大间距是多少?

(2)、类型二:不一定能追上类 特点:

①被追击者的速度最终能超过追击者的速度。

②两者速度相等时如果还没有追上,则追不上,且有最小距离。

【例3】一辆汽车在十字路口等绿灯,当绿灯亮时汽车以3m/s2的加速度开使行驶,恰在这时一辆自行车在汽车后方相距20m的地方以6m/s的速度匀速行驶,则自行车能否追上汽车?若追不上,两车间的最小间距是多少?

【针对练习3】例3中若汽车在自行车前方4m的地方,则自行车能否追上汽车?若能,两车经多长时间相遇?

【答案】能追上。

设经过t追上;则有x汽+x0=x自;

3t2/2+4=6t

得t=(623)/3s,二次相遇