19.0《原子核》PPT课件(新人教版 选修3-5)
文档属性
| 名称 | 19.0《原子核》PPT课件(新人教版 选修3-5) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 5.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2012-06-17 07:53:50 | ||
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文档简介
(共145张PPT)
新课标人教版课件系列
《高中物理》
选修3-5
第十九章
《原子核》
19.1《原子核的组成》
教学目标
1、知识与技能
（1）了解天然放射现象及其规律；（2）知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们；（3）知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念。
2、过程与方法
（1）通过观察，思考，讨论，初步学会探究的方法；
（2）通过对知识的理解，培养自学和归纳能力。
3、情感、态度与价值观
（1）树立正确的，严谨的科学研究态度；
（2）树立辨证唯物主义的科学观和世界观。
教学重点：天然放射现象及其规律，原子核的组成。
教学难点：知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们
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
1.放射性和放射性元素:
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为放射性．具有发射性的元素称为放射性元素．
2.天然放射性现象:
元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．
一、天然放射现象
钡铀云母
翠砷铜铀矿
斜水钼铀矿
铀钙石矿
放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．
放大了1000倍的铀矿石
天然放射现象
天然放射现象
射线
射线
射线
电离能力
贯穿能力
速度
成分
氦原子核
高速
电子流
高能量
电磁波
1/10光速
接近光速
光速
弱
较强
很强
很容易
较弱
更小
阅读课文填写表格：
三.质子和中子的发现
1.质子的发现
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，得到了质子。经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的1836倍.进一步研究表明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核.
同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子。------质子是原子核的组成部分。
原子核是否只是由质子组成呢？
核的质量
质子质量
核的电量
质子电量
？
卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．
>
2.中子的发现
1.卢瑟福的预言
2.1932年英国物理学家查德威克又发现了中子
3.
四.原子核的组成
1.原子核的组成:质子和中子
2.原子核中的三个整数:
(1)核子数:质子和中子质量相差很小,统称为核子.质子数和中子数之和叫核子数.
(2)电荷数(z):原子核所带的电核总是质子数的整数倍,用这个整数表示电荷量.
(3)质量数(A):原子核的质量等于质子和中子的质量和,所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍,这个整数,叫质量数.
3.原子核中的两个等式:
(1)核电荷数=质子数=元素的原子序数=荷外电子数
(2)质量数=核子数=质子数+中子数
X表示 元素符号
Z表示 质子数
A表示 质量数
4.同位素:如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），则互为同位素。
氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氚的原子，下列说法哪个正确？
（1）具有相同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；
（2）具有不同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；
（3）具有相同的质子数、不同的中子数、相同的电子数；
（4）具有相同的质子数、相同的中子数、不同的电子数．
19.2《放射性元素
的衰变》
教学目标
1、知识与技能
（1）知道放射现象的实质是原子核的衰变；
（2）知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律；
（3）理解半衰期的概念。
2、过程与方法
（1）能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式；
（2）能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）。
3、情感、态度与价值观：
通过传说的引入，对学生进行科学精神与唯物史观的教育，不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从而引领学生进入一个美妙的微观世界。
教学重点：原子核的衰变规律及半衰期。
教学难点：半衰期描述的对象。
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。
回顾：三种放射性射线的性质
三种射线 、 、
三种射线的性质：
最弱
最强
c
光子
较弱
较弱
接近c
电离本领
贯穿本领
速率
组成物质
射线
射线种类
氦核
电子
最强
最弱
一、原子核的衰变
2.衰变遵循的原则：
质量数守恒，电荷数守恒。
原子核放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。
1.原子核的衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变（decay）．
（1） 衰变:原子核放出 粒子的衰变叫做 衰变．
3.原子核衰变的分类:
（1） 衰变:原子核放出 粒子的衰变叫做 衰变．
3.原子核衰变的分类:
（2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．
思考与讨论
原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？
（1） 衰变:原子核放出 粒子的衰变叫做 衰变．
3.原子核衰变的分类:
（2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．
（3）γ衰变:
伴随 射线或 射线产生.
注意：
1、 放射性元素衰变不可能有单独的γ衰变！
2、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！
例： 经过一系列 衰变和 衰变后，可以变成稳定的元素铅206 ，问这一过程 衰变和 衰变次数？
解：设经过x次 衰变，y次 衰变
238＝206＋4x
92 = 82 + 2x - y
x＝8
y＝6
钍232经过6次 衰变和4次 衰变后变成一种稳定的元素，这种元素是什么？它的质量数是多少？它的原子序数是多少？
练习：
二、半衰期
1、半衰期
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。
放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：
2、不同的放射性元素，半衰期不同
例如：
氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天
镭226衰变为氡222的半衰期为1620年
铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年
3、半衰期的计算
例：已知钍234的半衰期是24天，1g钍经过120天后还剩多少？
计算表达式:
放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：
练习
1.铋210的半衰期是5天，经过多少天后，20g铋还剩1.25g
2. 10克镭226变为氡222的半衰期为1620年，有人说：经过1620年有一半镭发生衰变，还有镭（226）5克，再经过1620年另一半镭也发生了衰变，镭226就没有了，对吗？为什么？
(1)“单个的微观事件是不可预测的”，所以，放射性元素的半衰期，描述的是统计规律。
(2)半衰期的长短由核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件都没有关系。
4、注意：
五、应用
1、人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变规律，测定地球的年龄为46亿年。地壳有一部漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历史。
2、碳14测年技术，14C是具有放射性的碳的同位素，能够自发的进行β 衰变，变成氮。
一、原子核的衰变
2.衰变原则：
质量数守恒，电荷数守恒。
1.原子核的衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变（decay）．
（1） 衰变:原子核放出 粒子的衰变叫做 衰变．
（2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．
（3）γ衰变:总是伴随 射线或 射线产生.
二、半衰期
1、半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。
2、不同的放射性元素，半衰期不同
放射性元素衰变的快慢是核内部自身因素决定。
课堂总结
放射性元素半衰变是一个统计规律。
判断古生物年代常用14C定年法。若干万年以前，始祖鸟通过摄食，吸收了植物中含有14C的营养物质，死亡后不再吸收。随着年代的推移，其体内14C的含量为现代鸟的 ，已知地表中14C的含量基本不变，14C的半衰期为T年，试判断始祖鸟距今年代为：
A B C D 2
高考题回顾：
高考题回顾：
1．图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线 在电 场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是
A．a为α射线、b为β射线
B．a为β射线、b为γ射线
C．b为γ射线、C为α射线
D．b为α射线、C为γ射线
BC
2002年 上海
10．完成核反应方程： Th→ Pa＋ 。
衰变为 的半衰期是1.2分钟，则64克 经过6分钟还有 克尚未衰变。
2
高考题回顾：
例题分析
为测定某水库的存水量，将一瓶放射性同位素溶液倒入水库中，已知这杯溶液每分钟衰变8× 107次，这种同位素半衰期为2天，该放射性同位素溶液在较短时间内与水库中水混合均匀. 10天后从水库取出1m3的水，并测得每分钟衰变10次，求水库的存水量为多少？
2.5× 105m3
例题分析
例题：本题中用大写字母代表原子核，E经α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成为H。上述系列衰变可记为下式：
另一系列衰变如下：
已知P和F是同位素，则（ ）
A.Q和G是同位素，R和H是同位素
B.R和E是同位素，S和F是同位素
C.R和G是同位素，S和H是同位素
D.Q和E是同位素，R和F是同位素
B
例题分析
例题：在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中a、b所示，由图可以知（ ）
A.该核发生的α衰变
B.该核发生的β衰变
C.磁场方向一定垂直纸面向里
D.磁场方向向里还是向外不能判定
BD
a
b
19.3《探测射线
的方法》
教学目标
1、知识与技能
（1）知道放射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象；
（2）知道用肉眼不能直接看到的放射线可以用适当的仪器探测到；
（3）了解云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理。
2、过程与方法
（1）能分析探测射线过程中的现象；
（2）培养学生运用已知结论正确类比推理的能力。
3、情感、态度与价值观
（1）培养学生认真严谨的科学分析问题的品质；
（2）从知识是相互关联、相互补充的思想中，培养学生建立事物是相互联系的唯物主义观点；
（3）培养学生应用物理知识解决实际问题的能力。
教学重点：根据探测器探测到的现象分析、探知各种运动粒子。
教学难点
（1）探测器的结构与基本原理。
（2）如何观察实验现象,并根据实验现象，分析粒子的带电、动量、能量等特性，从而判断是何种射线，区分射线的本质是何种粒子。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：
（1）挂图，实验器材模型，课件等；
（2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
天然放射现象
射线
射线
射线
电离能力
贯穿能力
速度
成分
氦原子核
高速
电子流
高能量
电磁波
1/10光速
接近光速
光速
弱
较强
很强
很容易
较弱
更小
1、粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和汽会产生云雾，过热液体会产生气泡
2、使照相底片感光
3、使荧光物质产生荧光
射线中的粒子与其它物质作用会产生的现象：
一、威尔逊云室：
构造：一个圆筒状容器，低部可以上下移动，上盖是透明的，内有干净空气
实验时，加入少量酒精，使酒精蒸汽达到过饱和状态。
利用射线的电离本领
a射线在云室中的径迹：直而粗
原因：a粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿涂产生的粒子多
射线在云室中的径迹：比较细，而且常常弯曲
原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向，电离本领小，沿途产生的离子少
二、气泡室-----高能物理实验的最风行的探测设备
气泡室是由一密闭容器组成，容器中盛有工作液体
液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀，由于在一定的时间间隔内（例如50ms）处于过热状态，液体不会马上沸腾，这时如果有高速带电粒子通过液体，在带电粒子所经轨迹上不断与液体原子发生碰撞而产生低能电子，因而形成离子对，这些离子在复合时会引起局部发热，从而以这些离子为核心形成胚胎气泡，经过很短的时间后，胚胎气泡逐渐长大，就沿粒子所经路径留下痕迹。如果这时对其进行拍照，就可以把一连串的气泡拍摄下来，从而得到记录有高能带电粒子轨迹的底片。
照相结束后，在液体沸腾之前，立即压缩工作液体，气泡随之消失，整个系统就很快回到初始状态，准备作下一次探测。
气泡室中带电粒子的径迹
气泡室的优点：
它的空间和时间分辨率高；
工作循环周期短，本底干净、径迹清晰，可反复操作。
但也有不足之处：
那就是扫描和测量时间还嫌太长；
体积有限，而且甚为昂贵，
三、盖革-米勒计数器
一种能自动把放射微粒计数出来的仪器，利用了射线的电离本领
19.4《放射性的
应用与防护》
教学目标
1、知识与技能
（1）知道什么是核反应，会写出人工转变方程；（2）知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点；（3）了解放射性在生产和科学领域的应用；（4）知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。
2、过程与方法：渗透和安全地开发利用自然资源的教育。
3、情感、态度与价值观：培养学生收集信息、应用已有知识、处理加工信息、探求新知识的能力。
教学重点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律。
教学难点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：（1）挂图，实验器材模型，课件等；（2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些现象来探知放射线的存在，这些现象主要是：
探测射线的方法
1、使气体电离
2、使照相底片感光
3、使荧光物质产生荧光
威耳孙云室
观察威耳孙云室的结构，研究射线在云室中的径迹：
射线径迹
径迹的长短和粗细可以知道粒子的性质；粒子轨迹的弯曲方向可以知道粒子带电的正负．
射线径迹
气泡室里装的是液体，控制室内的温度和压强，使室内的温度略低于液体的沸点，当气泡室的压强突然降低时，液体的沸点降低因此液体过热，在通过室内射线粒子周围就有气泡形成．通过照片上记录的情况，可以分析粒子的带电、动量、能量等情况．
气泡室
德国物理学家盖革在1928年与弥勒合作研制出的计数器用来检测放射性是非常方便的，盖革管的结构如图所示：
盖革－弥勒计数器
窗口
阴极
阳极
接放大器
粒子
盖革－弥勒计数器
四、放射性的应用与防护
1932年，居里夫妇用α粒子轰击铍，铝，硼等元素，发现了前所未有的穿透性强的辐射，后来被确定为中子流。
1934年，查德威克在用α粒子轰击铍，铝，硼等元素，除了测到中子流外，还探测到了正电子。
有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素
注意：
1、放射性同位素与放放射性元素一样，都有一定的半衰期，衰变规律一样。
2、放射性同位素衰变可生成另一种新元素。
3、可以用人工的方法得到放射性同位素。
4、放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质。
(二)、放射性同位素的应用
??放射性同位素在农业、医疗卫生、和科学研究等许多方面得到了广泛的应用．其应用是沿着利用它的射线和作为示踪原子两个方向展开的．
放射性的应用
射线应用
示踪原子
探伤仪
培育新种
保存食物
消除有害静电
消灭害虫
治疗恶性肿瘤
农作物检测
诊断器质性和功能性疾病
生物大分子结构及功能研究
食品保鲜
棉花育种
放射性同位素造影术
粮食保存
“放疗”治疗
放射线测厚仪
放射性污染和防护
??过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用．
20世纪人们在毫无防备的情况下研究放射性
遭原子弹炸后的广岛
放射性污染和防护
??为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施：
检测辐射装置
全身污染检测仪
辐射检测系统
辐射源的存放
铀
放射性污染和防护
??核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄：
1：下列关于放射线的说法中不正确的是( )
A、放射线可以用来进行工业探伤．
B、放射线可以使细胞发生变异．
C、放射同位素可以用来做示踪原子．
D、放射线对人体无害．
19.5《核力与结合能》
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、及数学计算能力。
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。
原子核的组成
原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子．
电荷数=质子数
质量数=质子数+中子数=核子数
原子核的半径约为10-15m , 只相当原子半径的万分之一。在这么小的空间里带正电的质子与质子间的库仑斥力是很大，万有引力太小，只有库仑力的10-36。而通常原子核是稳定的,于是核内还应有另一种力把各种核子紧紧拉在一起, 此力称为核力。
核力
mp
mp
库仑力
库仑力
万有引力
万有引力
核力
核子靠什么力结合成原子核？
核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力．
核力具有怎样的特点呢？
一、核力：
2. 核力是短程力。约在 10-15m量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力, 距离为10×10-15m时核力几乎消失，距离小于0.8×10-15m时为斥力。
3. 核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。
4. 核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。
要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组成物——夸克的相互作用。
1. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。
除核力外原子核内还存在 弱相互作用（弱力）
弱力是引起中子－质子转变的原因
弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。
二、原子核中质子与中子的比例
二、原子核中质子与中子的比例
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。
为什么会这样呢？
核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核大到一定程度时，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。这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。
由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。
在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200多种稳定的原子核长久地留了下来。现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。
某一数值时
某一数值时
相同
由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化．
可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个能量叫做原子核的结合能．
三、结合能
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。
比结合能：结合能与核子数之比，称做为比结合能。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。
三、结合能
四、质量亏损
1、例题：
中子的质量 =1.6749×10－27Kg
质子的质量 = 1.6726×10－27Kg
中子和质子的质量和 = 3.3475×10－27Kg
氘核的质量 = 3.3436×10－27Kg
质量差 = 0.0039×10－27Kg
四、质量亏损
2、质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。
1、例题：
爱因斯坦质能方程
E=mc2
式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量。
核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm，正表明它们在互相结合过程中放出了能量
ΔE=Δm·c2
3、有关问题的理解和注意事项
第一.核反应过程中:
核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质量(质量亏损),同时以 光子形式释放核能;
原子核分解为核子时,需要吸收一定能量,核子的总质量大于原原子核的质量.
第二.核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损(即质量数守恒),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛“瘦了”一些.
第三.质量亏损并非质量消失,而是减少的质量 m以能量形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏.
第四.公式ΔE=Δm·c2 的单位问题
国际单位: m用“kg” C用“m/s” ΔE用“J”
常用单位: m用“u(原子质量单位)”
1u=1.660566×10-27kg ΔE用“uc2”
1uc2=931MeV
(表示1u 的质量变化相当于931Me V的能量改变)
P39问题与练习 3.
当然，2.19MeV的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成1个氘核所放出的能量．如果组成的是6.02×1023个氘核时，放出的能量就十分可观了．与之相对照的是，使1摩的碳完全燃烧放出的能量为393.5×103J．折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4eV．若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍．
第五.核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸收的能量大好几个数量级.
课堂练习:
(1)试证明，1原子质量单位u相当于931.50 MeV的能量．1u=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．
(2)碳原子的质量是12.000 000 u，可以看做是由6个氢原子(质量是1.007 825u)和6个中子组成的．求核子结合成碳原子核时释放的能量．(在计算中可以用碳原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的质量代替质子的质量，因为电子的质量可以在相减过程中消去．)
19.6《重核的裂变》
教学目标
1、知识与技能
（1）知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量；
（2）知道什么是链式反应；
（3）会计算重核裂变过程中释放出的能量；
（4）知道什么是核反应堆。了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。
2、过程与方法
（1）通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力；
（2）通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。
3、情感、态度与价值观
（1）激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系；
（2）通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性；
（3）确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。
教学重点：链式反应及其释放核能的计算；重核裂变的核反应方程式的书写。
教学难点：通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。
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。
铀核裂变的产物是多种多样的，有时裂变为氙（Xe)和锶(Sr),有时裂变为钡（Ba）和氪（Kr）或者锑（Sb）和 铌（Nb），同时放出2～3个中子。铀核还可能分裂成三部分或四部分，不过这种情形比较少见。
铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是：
92235u+01n→3890sr+54136xe+1001n
在这个反应中释放的能量可以计算如下：
裂变以前：
U 235.0439u
n 1.0087u
236.0526u
裂变以后：
Sr 89.9077u
Xe 135.9072u
10n 10.0867u
235.9016u
反应过程中质量减少了△m=0.1510u.
反应中释放的能量：
△E= △mc2=141兆电子伏
说明：
如果1克铀全部裂变，它放出的能量就相当于2500吨优质煤完全燃烧时放出的化学能。
铀核裂变时，同时释放出2～3个中子，如果这些中子再引起其他U235核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应。
核反应堆：
石墨作用：作减速剂
镉棒作用：控制链式反应速度
水泥防护层作用：防止铀核裂变产物发出各种射线对人体危害
19.7《核聚变》
教学目标
1、知识与技能
（1）了解聚变反应的特点及其条件；
（2）了解可控热核反应及其研究和发展；
（3）知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
2、过程与方法：通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力
3、情感、态度与价值观
（1）通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学；
（2）认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。
教学重点:聚变核反应的特点。聚变反应的条件。
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。
复习:
1、在原子核反应产生的核能怎样计算？
E=mc2 E= mc2 1u=951.5MeV
2、怎样理解核反应中的质量守恒与质量亏损。
新课教学
一、轻核聚变
某些轻核结合成质量较大的核的核反应过
程，同时放出大量的核能。
例：
1、轻核聚变的条件：
核子要距
离十分近
加热
高温
热核反应
几百万度高温
2、热核反应的优点：
（1）热核反应释放的能量比裂变大得多。
（2）反应后的废物较易处理。
（3）原料易得。
例1、已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u
核的质量为3.0150u。求：
（1）写出两个氘核聚变成 的核反应方程式
（2）计算上述核反应中释放的核能。
2
3 He
2
3 He
【分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方程即可求出反应释放的核能。
解答： （1）
（2）由题给条件可求得质量亏损为：
Δm=2.0136×2－(3.0150+1.0087)=0.0035u
∴释放的核能为
ΔE=Δmc2=931.5×0.0035=3.26MeV
静止在匀强磁场中的 原子核，俘获一个速度为7.7×104 m/s 的中子而发生核反应放出α粒子后变成一个新原子核，已知中子速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子速度为：2×104m/s，方向与中子速度方向相同，求：
（1）生成的新核是什么？写出核反应方程式。
（2）生成的新核的速度大小和方向。
（3）若α粒子与新核间相互作用不计，则二者在磁场中运动轨道半径之比及周期之比各为多少？
6 Li
3
解：
（1）写出核反应方程式
生成的新核是氚核
例2、
（2）由动量守恒定律 mn vn=mα vα +mH vH
vn= 7.7×104 m/s vα = 2×104m/s
∴V H =( mn vn- mα vα )/ mH
= ( 1×7.7×104 - 4 × 2×104 ) ／3
= - 1.0×103 m/s
方向与中子方向相反
（3）由 r=mv/qB∝ mv/q
rα : rH = mαvα/qα ： mHvH/qH
=（4×2 ／ 2 ） : （3×0.1）= 40: 3
T=2πm/qB ∝m/q
Tα : TH=4/2 : 3/1=2: 3
静止在匀强磁场中的 核，沿与磁场垂直的方向射出一个α粒子后，变成铀的一种同位素核，同时释放能量为0.09 MeV光子。 核的质量为238.99965u，铀核质量为234.99347u， α粒子的质量为4.001509u，1u=1.660566×10-27 kg）若不计光子的动量，求：
（1）铀核与α粒子回转半径之比RU∶Rα；
（2）α粒子的动能为多少？
239 Pu
94
239 Pu
94
解： （1） 射出α粒子的过程中 动量守恒
239 Pu
94
0=mUvU-mαvα (1)
由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式得
RU =mU vU/qUB
Rα =mα vα/qαB （2）
由(1) (2) 得 RU / Rα = qα /qU=2/92=1/46
例9.
（2）核反应中释放的核能为
ΔE=Δmc2=(238.999655 - 234.99347 - 4.001509)×931.5
=4.356MeV
由能的转化和守恒定律知
EkU+E kα=ΔE - 0.09 = 4.266MeV
∵pU=pα
∴由EK=1/2·mv2 =p 2/2m
EKU / EKα=mα /mU=4/235
∴ α粒子的动能为
EK α = (EkU+E kα ) × mU ／ (mα +mU )
= 4.266 × 235／ 239 = 4.195(MeV)
04年广东5
中子n、质子p、氘核D的质量分别为 现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为 若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是 （ ）
A.
B.
C.
D.
C
1．下列说法中正确的是 （ ）
A．质子与中子的质量不等，但质量数相等
B．两个质子间，不管距离如何，核力总是大于
库仑力
C．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中
子数可以不同
D．除万有引力外，两个中子之间不存在其它相
互作用力
A
03年江苏高考1
19.8《粒子和宇宙》
教学目标
1、知识与技能
（1）了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史；
（2）初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一。
2、过程与方法
（1）感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法；
（2）能够突破传统思维重新认识客观物质世界。
3、情感、态度与价值观
（1）让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性；
（2）培养学生的科学探索精神。
教学重点：了解构成物质的粒子和宇宙演化过程
教学难点：各种微观粒子模型的理解
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：
（1）Internet网络素材、报刊杂志、影视媒体等；
（2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件（基于网络环境）播放等。
第十九章 原子核
第八节 粒子和宇宙
比比谁小
分子由______构成，不同原子构成_______分子，相同原子构成_______分子。
原子是由位于中心的_______和核外高速旋转的______构成的。
（电子带___电，原子核带___电）
原子核是由_____和_____构成的。
（质子带___电，中子_______电）
质子和中子都是由_____组成的。
原子
化合物
单质
原子核
电子
负
正
质子
中子
不带
夸克
正
盖尔曼
（夸克）
道尔顿
（原子）
汤姆逊
（电子）
卢瑟福（质子）
查德威克（中子）
盖尔曼
（夸克）
发现各种微粒的科学家
一、“基本粒子”不基本
1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在
二、发现新的粒子
粒子的分类
分类 自旋 泡利不相容原理 统计规律
费米子
(电子 质子 中子 各种重子) 半整数
1/2，3/2，… 服从 费米—狄拉克统计分布
玻色子
( 光子 介子
K介子、 介子 ) 整数
0 或 1 等 不服从 玻色— 爱因斯坦统计分布
1. 按自旋分类
2. 共振态粒子— 寿命极短（约10-23s）
万有引力 电磁力 弱相互作用 强相互作用
引力子 ＋
光子 ＋ ＋
轻子 ＋ ＋ ＋
强子 ＋ ＋ ＋ ＋
4. 按相互作用分类(＋ —— 参与)
正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物理量 ( 如电荷、磁矩等 ) 的符号相反。
引力子 自旋应为2、静止质量和电荷为零，以光速运动。
光子 自旋为1，是玻色子
3. 正粒子、反粒子
分类 正反粒子 自旋 电荷量
e 重子数B 轻子数 寿命10-6s
轻 子 电子μ子
τ子 1/2 -1 +1
-1 +1
-1 +1
0
0
0 0
-1 +1
稳定
2.2
<2.3
中
微
子 稳定
轻子（共12种）
中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。
说明
分类 粒子名称 自旋
介子 、 、 K介子等 整数 玻色子
重子 核子 质子、中子及其反粒子 1/2
(Ω超子 3/2) 费密子
超子 ΩΣΛΞ超子及反粒子
强子分类
K 介子和各种超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象
协同产生: 一个超子总是和一个或几个K介子同时产生。
奇异粒子协同产生的过程极快(约为10-23s), 表明是在强
相互作用下进行的；而衰变过程很慢(寿命约为10-8 ～
10-10s)， 表明是在弱相互作用下进行的。
强子结构的夸克模型
下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s
强子结构夸克模型 (1964年 ) ：
介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
粲夸克 c 底夸克 b 顶夸克 t
三、夸克模型
例如 质子 奇异粒子 π+ 介子
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
1. 质子
(uud)
电荷
重子数
奇异数
自旋
同位旋
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
2. 奇异粒子
（uus）
电荷
重子数
奇异数
自旋
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
1/3 1/2 -1/3 1/2 0
3.π+ 介子
重子数
电荷
奇异数
自旋
同位旋分量
类别 相对强度 力程(m) 作用时间(s) 参与离子
强作用 1 < 10-15 10-23 强子
电磁作用 ~10-2 长程 10-20 ~ 10-16 强子 轻子 光子
弱作用 ~10-13 < 10-17 ~ 10-8 强子 轻子
引力作用 ~10-39 长程 一切物质
四种基本相互作用
1. 四种基本相互作用的性质
相互作用是通过交换一定粒子实现的
作用类型 引力作用 电磁作用 弱作用 强作用
交换粒子 引力子 光子 玻色子 (W+ 、W–
Z0 粒子) 胶子
引力子尚未被实验证实
弱电统一理论:电磁相互作用和弱相互作用被看作是一种相互作用。
大统一理论试图将强、电、弱三种相互作用统一起来。
1983年，鲁比亚实验组在高能质子—反质子对撞试验中发现了W +、W -和 Z0 粒子。为60年代提出的弱电统一理论提供了实验上的支持。
欧洲核子中心高能质子同步加速器上的UAI 探测器
四、宇宙的演化
宇宙——从何而来？
大爆炸理论 (The Big Bang Theory)
宇宙从一个“奇点”爆炸产生
大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生
时间的零点
早在1929年，埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不断膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上，似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。
1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。
根据大爆炸宇宙论，甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。
从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：
大爆炸开始时 150－200亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。
大爆炸后10-43秒 宇宙从量子背景出现。
大爆炸后10-35秒 同一场分解为强力、电弱力和引力。
大爆炸后10-5秒 10万亿度，质子和中子形成。
大爆炸后0.01秒 1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。
大爆炸后0.1秒后 300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。
大爆炸后1秒后 100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。
大爆炸后13.8秒后 30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。
大爆炸后35分钟后 3亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。
大爆炸后30万年后 3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。
五、恒星的演化
粒子物理和宇宙学殊途同归
新课标人教版课件系列
《高中物理》
选修3-5
第十九章
《原子核》
19.1《原子核的组成》
教学目标
1、知识与技能
（1）了解天然放射现象及其规律；（2）知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们；（3）知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念。
2、过程与方法
（1）通过观察，思考，讨论，初步学会探究的方法；
（2）通过对知识的理解，培养自学和归纳能力。
3、情感、态度与价值观
（1）树立正确的，严谨的科学研究态度；
（2）树立辨证唯物主义的科学观和世界观。
教学重点：天然放射现象及其规律，原子核的组成。
教学难点：知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们
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
1.放射性和放射性元素:
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为放射性．具有发射性的元素称为放射性元素．
2.天然放射性现象:
元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．
一、天然放射现象
钡铀云母
翠砷铜铀矿
斜水钼铀矿
铀钙石矿
放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．
放大了1000倍的铀矿石
天然放射现象
天然放射现象
射线
射线
射线
电离能力
贯穿能力
速度
成分
氦原子核
高速
电子流
高能量
电磁波
1/10光速
接近光速
光速
弱
较强
很强
很容易
较弱
更小
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三.质子和中子的发现
1.质子的发现
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，得到了质子。经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的1836倍.进一步研究表明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核.
同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子。------质子是原子核的组成部分。
原子核是否只是由质子组成呢？
核的质量
质子质量
核的电量
质子电量
？
卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．
>
2.中子的发现
1.卢瑟福的预言
2.1932年英国物理学家查德威克又发现了中子
3.
四.原子核的组成
1.原子核的组成:质子和中子
2.原子核中的三个整数:
(1)核子数:质子和中子质量相差很小,统称为核子.质子数和中子数之和叫核子数.
(2)电荷数(z):原子核所带的电核总是质子数的整数倍,用这个整数表示电荷量.
(3)质量数(A):原子核的质量等于质子和中子的质量和,所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍,这个整数,叫质量数.
3.原子核中的两个等式:
(1)核电荷数=质子数=元素的原子序数=荷外电子数
(2)质量数=核子数=质子数+中子数
X表示 元素符号
Z表示 质子数
A表示 质量数
4.同位素:如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），则互为同位素。
氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氚的原子，下列说法哪个正确？
（1）具有相同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；
（2）具有不同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；
（3）具有相同的质子数、不同的中子数、相同的电子数；
（4）具有相同的质子数、相同的中子数、不同的电子数．
19.2《放射性元素
的衰变》
教学目标
1、知识与技能
（1）知道放射现象的实质是原子核的衰变；
（2）知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律；
（3）理解半衰期的概念。
2、过程与方法
（1）能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式；
（2）能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）。
3、情感、态度与价值观：
通过传说的引入，对学生进行科学精神与唯物史观的教育，不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从而引领学生进入一个美妙的微观世界。
教学重点：原子核的衰变规律及半衰期。
教学难点：半衰期描述的对象。
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。
回顾：三种放射性射线的性质
三种射线 、 、
三种射线的性质：
最弱
最强
c
光子
较弱
较弱
接近c
电离本领
贯穿本领
速率
组成物质
射线
射线种类
氦核
电子
最强
最弱
一、原子核的衰变
2.衰变遵循的原则：
质量数守恒，电荷数守恒。
原子核放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。
1.原子核的衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变（decay）．
（1） 衰变:原子核放出 粒子的衰变叫做 衰变．
3.原子核衰变的分类:
（1） 衰变:原子核放出 粒子的衰变叫做 衰变．
3.原子核衰变的分类:
（2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．
思考与讨论
原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？
（1） 衰变:原子核放出 粒子的衰变叫做 衰变．
3.原子核衰变的分类:
（2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．
（3）γ衰变:
伴随 射线或 射线产生.
注意：
1、 放射性元素衰变不可能有单独的γ衰变！
2、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！
例： 经过一系列 衰变和 衰变后，可以变成稳定的元素铅206 ，问这一过程 衰变和 衰变次数？
解：设经过x次 衰变，y次 衰变
238＝206＋4x
92 = 82 + 2x - y
x＝8
y＝6
钍232经过6次 衰变和4次 衰变后变成一种稳定的元素，这种元素是什么？它的质量数是多少？它的原子序数是多少？
练习：
二、半衰期
1、半衰期
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。
放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：
2、不同的放射性元素，半衰期不同
例如：
氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天
镭226衰变为氡222的半衰期为1620年
铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年
3、半衰期的计算
例：已知钍234的半衰期是24天，1g钍经过120天后还剩多少？
计算表达式:
放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：
练习
1.铋210的半衰期是5天，经过多少天后，20g铋还剩1.25g
2. 10克镭226变为氡222的半衰期为1620年，有人说：经过1620年有一半镭发生衰变，还有镭（226）5克，再经过1620年另一半镭也发生了衰变，镭226就没有了，对吗？为什么？
(1)“单个的微观事件是不可预测的”，所以，放射性元素的半衰期，描述的是统计规律。
(2)半衰期的长短由核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件都没有关系。
4、注意：
五、应用
1、人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变规律，测定地球的年龄为46亿年。地壳有一部漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历史。
2、碳14测年技术，14C是具有放射性的碳的同位素，能够自发的进行β 衰变，变成氮。
一、原子核的衰变
2.衰变原则：
质量数守恒，电荷数守恒。
1.原子核的衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变（decay）．
（1） 衰变:原子核放出 粒子的衰变叫做 衰变．
（2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．
（3）γ衰变:总是伴随 射线或 射线产生.
二、半衰期
1、半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。
2、不同的放射性元素，半衰期不同
放射性元素衰变的快慢是核内部自身因素决定。
课堂总结
放射性元素半衰变是一个统计规律。
判断古生物年代常用14C定年法。若干万年以前，始祖鸟通过摄食，吸收了植物中含有14C的营养物质，死亡后不再吸收。随着年代的推移，其体内14C的含量为现代鸟的 ，已知地表中14C的含量基本不变，14C的半衰期为T年，试判断始祖鸟距今年代为：
A B C D 2
高考题回顾：
高考题回顾：
1．图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线 在电 场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是
A．a为α射线、b为β射线
B．a为β射线、b为γ射线
C．b为γ射线、C为α射线
D．b为α射线、C为γ射线
BC
2002年 上海
10．完成核反应方程： Th→ Pa＋ 。
衰变为 的半衰期是1.2分钟，则64克 经过6分钟还有 克尚未衰变。
2
高考题回顾：
例题分析
为测定某水库的存水量，将一瓶放射性同位素溶液倒入水库中，已知这杯溶液每分钟衰变8× 107次，这种同位素半衰期为2天，该放射性同位素溶液在较短时间内与水库中水混合均匀. 10天后从水库取出1m3的水，并测得每分钟衰变10次，求水库的存水量为多少？
2.5× 105m3
例题分析
例题：本题中用大写字母代表原子核，E经α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成为H。上述系列衰变可记为下式：
另一系列衰变如下：
已知P和F是同位素，则（ ）
A.Q和G是同位素，R和H是同位素
B.R和E是同位素，S和F是同位素
C.R和G是同位素，S和H是同位素
D.Q和E是同位素，R和F是同位素
B
例题分析
例题：在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中a、b所示，由图可以知（ ）
A.该核发生的α衰变
B.该核发生的β衰变
C.磁场方向一定垂直纸面向里
D.磁场方向向里还是向外不能判定
BD
a
b
19.3《探测射线
的方法》
教学目标
1、知识与技能
（1）知道放射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象；
（2）知道用肉眼不能直接看到的放射线可以用适当的仪器探测到；
（3）了解云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理。
2、过程与方法
（1）能分析探测射线过程中的现象；
（2）培养学生运用已知结论正确类比推理的能力。
3、情感、态度与价值观
（1）培养学生认真严谨的科学分析问题的品质；
（2）从知识是相互关联、相互补充的思想中，培养学生建立事物是相互联系的唯物主义观点；
（3）培养学生应用物理知识解决实际问题的能力。
教学重点：根据探测器探测到的现象分析、探知各种运动粒子。
教学难点
（1）探测器的结构与基本原理。
（2）如何观察实验现象,并根据实验现象，分析粒子的带电、动量、能量等特性，从而判断是何种射线，区分射线的本质是何种粒子。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：
（1）挂图，实验器材模型，课件等；
（2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
天然放射现象
射线
射线
射线
电离能力
贯穿能力
速度
成分
氦原子核
高速
电子流
高能量
电磁波
1/10光速
接近光速
光速
弱
较强
很强
很容易
较弱
更小
1、粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和汽会产生云雾，过热液体会产生气泡
2、使照相底片感光
3、使荧光物质产生荧光
射线中的粒子与其它物质作用会产生的现象：
一、威尔逊云室：
构造：一个圆筒状容器，低部可以上下移动，上盖是透明的，内有干净空气
实验时，加入少量酒精，使酒精蒸汽达到过饱和状态。
利用射线的电离本领
a射线在云室中的径迹：直而粗
原因：a粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿涂产生的粒子多
射线在云室中的径迹：比较细，而且常常弯曲
原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向，电离本领小，沿途产生的离子少
二、气泡室-----高能物理实验的最风行的探测设备
气泡室是由一密闭容器组成，容器中盛有工作液体
液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀，由于在一定的时间间隔内（例如50ms）处于过热状态，液体不会马上沸腾，这时如果有高速带电粒子通过液体，在带电粒子所经轨迹上不断与液体原子发生碰撞而产生低能电子，因而形成离子对，这些离子在复合时会引起局部发热，从而以这些离子为核心形成胚胎气泡，经过很短的时间后，胚胎气泡逐渐长大，就沿粒子所经路径留下痕迹。如果这时对其进行拍照，就可以把一连串的气泡拍摄下来，从而得到记录有高能带电粒子轨迹的底片。
照相结束后，在液体沸腾之前，立即压缩工作液体，气泡随之消失，整个系统就很快回到初始状态，准备作下一次探测。
气泡室中带电粒子的径迹
气泡室的优点：
它的空间和时间分辨率高；
工作循环周期短，本底干净、径迹清晰，可反复操作。
但也有不足之处：
那就是扫描和测量时间还嫌太长；
体积有限，而且甚为昂贵，
三、盖革-米勒计数器
一种能自动把放射微粒计数出来的仪器，利用了射线的电离本领
19.4《放射性的
应用与防护》
教学目标
1、知识与技能
（1）知道什么是核反应，会写出人工转变方程；（2）知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点；（3）了解放射性在生产和科学领域的应用；（4）知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。
2、过程与方法：渗透和安全地开发利用自然资源的教育。
3、情感、态度与价值观：培养学生收集信息、应用已有知识、处理加工信息、探求新知识的能力。
教学重点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律。
教学难点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：（1）挂图，实验器材模型，课件等；（2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些现象来探知放射线的存在，这些现象主要是：
探测射线的方法
1、使气体电离
2、使照相底片感光
3、使荧光物质产生荧光
威耳孙云室
观察威耳孙云室的结构，研究射线在云室中的径迹：
射线径迹
径迹的长短和粗细可以知道粒子的性质；粒子轨迹的弯曲方向可以知道粒子带电的正负．
射线径迹
气泡室里装的是液体，控制室内的温度和压强，使室内的温度略低于液体的沸点，当气泡室的压强突然降低时，液体的沸点降低因此液体过热，在通过室内射线粒子周围就有气泡形成．通过照片上记录的情况，可以分析粒子的带电、动量、能量等情况．
气泡室
德国物理学家盖革在1928年与弥勒合作研制出的计数器用来检测放射性是非常方便的，盖革管的结构如图所示：
盖革－弥勒计数器
窗口
阴极
阳极
接放大器
粒子
盖革－弥勒计数器
四、放射性的应用与防护
1932年，居里夫妇用α粒子轰击铍，铝，硼等元素，发现了前所未有的穿透性强的辐射，后来被确定为中子流。
1934年，查德威克在用α粒子轰击铍，铝，硼等元素，除了测到中子流外，还探测到了正电子。
有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素
注意：
1、放射性同位素与放放射性元素一样，都有一定的半衰期，衰变规律一样。
2、放射性同位素衰变可生成另一种新元素。
3、可以用人工的方法得到放射性同位素。
4、放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质。
(二)、放射性同位素的应用
??放射性同位素在农业、医疗卫生、和科学研究等许多方面得到了广泛的应用．其应用是沿着利用它的射线和作为示踪原子两个方向展开的．
放射性的应用
射线应用
示踪原子
探伤仪
培育新种
保存食物
消除有害静电
消灭害虫
治疗恶性肿瘤
农作物检测
诊断器质性和功能性疾病
生物大分子结构及功能研究
食品保鲜
棉花育种
放射性同位素造影术
粮食保存
“放疗”治疗
放射线测厚仪
放射性污染和防护
??过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用．
20世纪人们在毫无防备的情况下研究放射性
遭原子弹炸后的广岛
放射性污染和防护
??为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施：
检测辐射装置
全身污染检测仪
辐射检测系统
辐射源的存放
铀
放射性污染和防护
??核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄：
1：下列关于放射线的说法中不正确的是( )
A、放射线可以用来进行工业探伤．
B、放射线可以使细胞发生变异．
C、放射同位素可以用来做示踪原子．
D、放射线对人体无害．
19.5《核力与结合能》
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、及数学计算能力。
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。
原子核的组成
原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子．
电荷数=质子数
质量数=质子数+中子数=核子数
原子核的半径约为10-15m , 只相当原子半径的万分之一。在这么小的空间里带正电的质子与质子间的库仑斥力是很大，万有引力太小，只有库仑力的10-36。而通常原子核是稳定的,于是核内还应有另一种力把各种核子紧紧拉在一起, 此力称为核力。
核力
mp
mp
库仑力
库仑力
万有引力
万有引力
核力
核子靠什么力结合成原子核？
核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力．
核力具有怎样的特点呢？
一、核力：
2. 核力是短程力。约在 10-15m量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力, 距离为10×10-15m时核力几乎消失，距离小于0.8×10-15m时为斥力。
3. 核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。
4. 核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。
要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组成物——夸克的相互作用。
1. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。
除核力外原子核内还存在 弱相互作用（弱力）
弱力是引起中子－质子转变的原因
弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。
二、原子核中质子与中子的比例
二、原子核中质子与中子的比例
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。
为什么会这样呢？
核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核大到一定程度时，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。这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。
由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。
在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200多种稳定的原子核长久地留了下来。现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。
某一数值时
某一数值时
相同
由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化．
可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个能量叫做原子核的结合能．
三、结合能
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。
比结合能：结合能与核子数之比，称做为比结合能。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。
三、结合能
四、质量亏损
1、例题：
中子的质量 =1.6749×10－27Kg
质子的质量 = 1.6726×10－27Kg
中子和质子的质量和 = 3.3475×10－27Kg
氘核的质量 = 3.3436×10－27Kg
质量差 = 0.0039×10－27Kg
四、质量亏损
2、质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。
1、例题：
爱因斯坦质能方程
E=mc2
式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量。
核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm，正表明它们在互相结合过程中放出了能量
ΔE=Δm·c2
3、有关问题的理解和注意事项
第一.核反应过程中:
核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质量(质量亏损),同时以 光子形式释放核能;
原子核分解为核子时,需要吸收一定能量,核子的总质量大于原原子核的质量.
第二.核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损(即质量数守恒),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛“瘦了”一些.
第三.质量亏损并非质量消失,而是减少的质量 m以能量形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏.
第四.公式ΔE=Δm·c2 的单位问题
国际单位: m用“kg” C用“m/s” ΔE用“J”
常用单位: m用“u(原子质量单位)”
1u=1.660566×10-27kg ΔE用“uc2”
1uc2=931MeV
(表示1u 的质量变化相当于931Me V的能量改变)
P39问题与练习 3.
当然，2.19MeV的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成1个氘核所放出的能量．如果组成的是6.02×1023个氘核时，放出的能量就十分可观了．与之相对照的是，使1摩的碳完全燃烧放出的能量为393.5×103J．折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4eV．若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍．
第五.核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸收的能量大好几个数量级.
课堂练习:
(1)试证明，1原子质量单位u相当于931.50 MeV的能量．1u=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．
(2)碳原子的质量是12.000 000 u，可以看做是由6个氢原子(质量是1.007 825u)和6个中子组成的．求核子结合成碳原子核时释放的能量．(在计算中可以用碳原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的质量代替质子的质量，因为电子的质量可以在相减过程中消去．)
19.6《重核的裂变》
教学目标
1、知识与技能
（1）知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量；
（2）知道什么是链式反应；
（3）会计算重核裂变过程中释放出的能量；
（4）知道什么是核反应堆。了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。
2、过程与方法
（1）通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力；
（2）通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。
3、情感、态度与价值观
（1）激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系；
（2）通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性；
（3）确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。
教学重点：链式反应及其释放核能的计算；重核裂变的核反应方程式的书写。
教学难点：通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。
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。
铀核裂变的产物是多种多样的，有时裂变为氙（Xe)和锶(Sr),有时裂变为钡（Ba）和氪（Kr）或者锑（Sb）和 铌（Nb），同时放出2～3个中子。铀核还可能分裂成三部分或四部分，不过这种情形比较少见。
铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是：
92235u+01n→3890sr+54136xe+1001n
在这个反应中释放的能量可以计算如下：
裂变以前：
U 235.0439u
n 1.0087u
236.0526u
裂变以后：
Sr 89.9077u
Xe 135.9072u
10n 10.0867u
235.9016u
反应过程中质量减少了△m=0.1510u.
反应中释放的能量：
△E= △mc2=141兆电子伏
说明：
如果1克铀全部裂变，它放出的能量就相当于2500吨优质煤完全燃烧时放出的化学能。
铀核裂变时，同时释放出2～3个中子，如果这些中子再引起其他U235核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应。
核反应堆：
石墨作用：作减速剂
镉棒作用：控制链式反应速度
水泥防护层作用：防止铀核裂变产物发出各种射线对人体危害
19.7《核聚变》
教学目标
1、知识与技能
（1）了解聚变反应的特点及其条件；
（2）了解可控热核反应及其研究和发展；
（3）知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
2、过程与方法：通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力
3、情感、态度与价值观
（1）通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学；
（2）认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。
教学重点:聚变核反应的特点。聚变反应的条件。
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。
复习:
1、在原子核反应产生的核能怎样计算？
E=mc2 E= mc2 1u=951.5MeV
2、怎样理解核反应中的质量守恒与质量亏损。
新课教学
一、轻核聚变
某些轻核结合成质量较大的核的核反应过
程，同时放出大量的核能。
例：
1、轻核聚变的条件：
核子要距
离十分近
加热
高温
热核反应
几百万度高温
2、热核反应的优点：
（1）热核反应释放的能量比裂变大得多。
（2）反应后的废物较易处理。
（3）原料易得。
例1、已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u
核的质量为3.0150u。求：
（1）写出两个氘核聚变成 的核反应方程式
（2）计算上述核反应中释放的核能。
2
3 He
2
3 He
【分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方程即可求出反应释放的核能。
解答： （1）
（2）由题给条件可求得质量亏损为：
Δm=2.0136×2－(3.0150+1.0087)=0.0035u
∴释放的核能为
ΔE=Δmc2=931.5×0.0035=3.26MeV
静止在匀强磁场中的 原子核，俘获一个速度为7.7×104 m/s 的中子而发生核反应放出α粒子后变成一个新原子核，已知中子速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子速度为：2×104m/s，方向与中子速度方向相同，求：
（1）生成的新核是什么？写出核反应方程式。
（2）生成的新核的速度大小和方向。
（3）若α粒子与新核间相互作用不计，则二者在磁场中运动轨道半径之比及周期之比各为多少？
6 Li
3
解：
（1）写出核反应方程式
生成的新核是氚核
例2、
（2）由动量守恒定律 mn vn=mα vα +mH vH
vn= 7.7×104 m/s vα = 2×104m/s
∴V H =( mn vn- mα vα )/ mH
= ( 1×7.7×104 - 4 × 2×104 ) ／3
= - 1.0×103 m/s
方向与中子方向相反
（3）由 r=mv/qB∝ mv/q
rα : rH = mαvα/qα ： mHvH/qH
=（4×2 ／ 2 ） : （3×0.1）= 40: 3
T=2πm/qB ∝m/q
Tα : TH=4/2 : 3/1=2: 3
静止在匀强磁场中的 核，沿与磁场垂直的方向射出一个α粒子后，变成铀的一种同位素核，同时释放能量为0.09 MeV光子。 核的质量为238.99965u，铀核质量为234.99347u， α粒子的质量为4.001509u，1u=1.660566×10-27 kg）若不计光子的动量，求：
（1）铀核与α粒子回转半径之比RU∶Rα；
（2）α粒子的动能为多少？
239 Pu
94
239 Pu
94
解： （1） 射出α粒子的过程中 动量守恒
239 Pu
94
0=mUvU-mαvα (1)
由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式得
RU =mU vU/qUB
Rα =mα vα/qαB （2）
由(1) (2) 得 RU / Rα = qα /qU=2/92=1/46
例9.
（2）核反应中释放的核能为
ΔE=Δmc2=(238.999655 - 234.99347 - 4.001509)×931.5
=4.356MeV
由能的转化和守恒定律知
EkU+E kα=ΔE - 0.09 = 4.266MeV
∵pU=pα
∴由EK=1/2·mv2 =p 2/2m
EKU / EKα=mα /mU=4/235
∴ α粒子的动能为
EK α = (EkU+E kα ) × mU ／ (mα +mU )
= 4.266 × 235／ 239 = 4.195(MeV)
04年广东5
中子n、质子p、氘核D的质量分别为 现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为 若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是 （ ）
A.
B.
C.
D.
C
1．下列说法中正确的是 （ ）
A．质子与中子的质量不等，但质量数相等
B．两个质子间，不管距离如何，核力总是大于
库仑力
C．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中
子数可以不同
D．除万有引力外，两个中子之间不存在其它相
互作用力
A
03年江苏高考1
19.8《粒子和宇宙》
教学目标
1、知识与技能
（1）了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史；
（2）初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一。
2、过程与方法
（1）感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法；
（2）能够突破传统思维重新认识客观物质世界。
3、情感、态度与价值观
（1）让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性；
（2）培养学生的科学探索精神。
教学重点：了解构成物质的粒子和宇宙演化过程
教学难点：各种微观粒子模型的理解
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：
（1）Internet网络素材、报刊杂志、影视媒体等；
（2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件（基于网络环境）播放等。
第十九章 原子核
第八节 粒子和宇宙
比比谁小
分子由______构成，不同原子构成_______分子，相同原子构成_______分子。
原子是由位于中心的_______和核外高速旋转的______构成的。
（电子带___电，原子核带___电）
原子核是由_____和_____构成的。
（质子带___电，中子_______电）
质子和中子都是由_____组成的。
原子
化合物
单质
原子核
电子
负
正
质子
中子
不带
夸克
正
盖尔曼
（夸克）
道尔顿
（原子）
汤姆逊
（电子）
卢瑟福（质子）
查德威克（中子）
盖尔曼
（夸克）
发现各种微粒的科学家
一、“基本粒子”不基本
1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在
二、发现新的粒子
粒子的分类
分类 自旋 泡利不相容原理 统计规律
费米子
(电子 质子 中子 各种重子) 半整数
1/2，3/2，… 服从 费米—狄拉克统计分布
玻色子
( 光子 介子
K介子、 介子 ) 整数
0 或 1 等 不服从 玻色— 爱因斯坦统计分布
1. 按自旋分类
2. 共振态粒子— 寿命极短（约10-23s）
万有引力 电磁力 弱相互作用 强相互作用
引力子 ＋
光子 ＋ ＋
轻子 ＋ ＋ ＋
强子 ＋ ＋ ＋ ＋
4. 按相互作用分类(＋ —— 参与)
正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物理量 ( 如电荷、磁矩等 ) 的符号相反。
引力子 自旋应为2、静止质量和电荷为零，以光速运动。
光子 自旋为1，是玻色子
3. 正粒子、反粒子
分类 正反粒子 自旋 电荷量
e 重子数B 轻子数 寿命10-6s
轻 子 电子μ子
τ子 1/2 -1 +1
-1 +1
-1 +1
0
0
0 0
-1 +1
稳定
2.2
<2.3
中
微
子 稳定
轻子（共12种）
中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。
说明
分类 粒子名称 自旋
介子 、 、 K介子等 整数 玻色子
重子 核子 质子、中子及其反粒子 1/2
(Ω超子 3/2) 费密子
超子 ΩΣΛΞ超子及反粒子
强子分类
K 介子和各种超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象
协同产生: 一个超子总是和一个或几个K介子同时产生。
奇异粒子协同产生的过程极快(约为10-23s), 表明是在强
相互作用下进行的；而衰变过程很慢(寿命约为10-8 ～
10-10s)， 表明是在弱相互作用下进行的。
强子结构的夸克模型
下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s
强子结构夸克模型 (1964年 ) ：
介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
粲夸克 c 底夸克 b 顶夸克 t
三、夸克模型
例如 质子 奇异粒子 π+ 介子
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
1. 质子
(uud)
电荷
重子数
奇异数
自旋
同位旋
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
2. 奇异粒子
（uus）
电荷
重子数
奇异数
自旋
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
夸克 质量 电荷
e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
1/3 1/2 -1/3 1/2 0
3.π+ 介子
重子数
电荷
奇异数
自旋
同位旋分量
类别 相对强度 力程(m) 作用时间(s) 参与离子
强作用 1 < 10-15 10-23 强子
电磁作用 ~10-2 长程 10-20 ~ 10-16 强子 轻子 光子
弱作用 ~10-13 < 10-17 ~ 10-8 强子 轻子
引力作用 ~10-39 长程 一切物质
四种基本相互作用
1. 四种基本相互作用的性质
相互作用是通过交换一定粒子实现的
作用类型 引力作用 电磁作用 弱作用 强作用
交换粒子 引力子 光子 玻色子 (W+ 、W–
Z0 粒子) 胶子
引力子尚未被实验证实
弱电统一理论:电磁相互作用和弱相互作用被看作是一种相互作用。
大统一理论试图将强、电、弱三种相互作用统一起来。
1983年，鲁比亚实验组在高能质子—反质子对撞试验中发现了W +、W -和 Z0 粒子。为60年代提出的弱电统一理论提供了实验上的支持。
欧洲核子中心高能质子同步加速器上的UAI 探测器
四、宇宙的演化
宇宙——从何而来？
大爆炸理论 (The Big Bang Theory)
宇宙从一个“奇点”爆炸产生
大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生
时间的零点
早在1929年，埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不断膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上，似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。
1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。
根据大爆炸宇宙论，甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。
从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：
大爆炸开始时 150－200亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。
大爆炸后10-43秒 宇宙从量子背景出现。
大爆炸后10-35秒 同一场分解为强力、电弱力和引力。
大爆炸后10-5秒 10万亿度，质子和中子形成。
大爆炸后0.01秒 1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。
大爆炸后0.1秒后 300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。
大爆炸后1秒后 100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。
大爆炸后13.8秒后 30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。
大爆炸后35分钟后 3亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。
大爆炸后30万年后 3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。
五、恒星的演化
粒子物理和宇宙学殊途同归