课件21张PPT。本章优化总结 章末综合检测本章优化总结专题归纳整合知识网络构建知识网络构建动量守恒研究动量守恒研究动量守恒研究专题归纳整合 用动量定理处理连续流体的作用问题1．运用动量定理解决连续流体的作用问题，即变质量问题，常常需要选取流体为研究对象，如水、空气等．
2．常见的处理方法是隔离出一定形状的一部分流体作为研究对象，这种方法叫微元法，然后列式求解． 在采煤方法中，有一种方法是用高压水流将煤层击碎而将煤采下．今有一采煤高压水枪，设水枪喷水口横截面积S＝6 cm2，由枪口喷出的高压水流流速为v＝60 m/s，设水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，水流垂直射向煤层并原速弹回，试求煤层表面可能受到的最大平均冲击力．【精讲精析】 设在Δt内射到煤层上的水的质量为m，则m＝ρSvΔt，设煤层对水的平均冲击力为N，规定N的方向为正方向，由动量定理得
NΔt＝ρSv2Δt－(－ρSv2Δt)＝2ρSv2Δt
故N＝2ρSv2＝2×1.0×103×6×10－4×602 N＝4.32×103 N
由牛顿第三定律知煤层受到的平均冲击力大小为4.32×103 N，即煤层受到的最大平均冲击力．
【答案】 4.32×103 N1．人船模型
船静止在静水中，人从船的一端走到另一端，不计水的阻力，人与船所组成的系统动量守恒，人前进时船要后退，可根据动量守恒定律推导出人、船的质量与运动位移的关系式，从而解决大量的实际问题，同时这一物理模型也可以推广到与之相类似的其他问题中应用．动量守恒定律应用中的常见模型 如图1－1所示，长为L、质量为M的船停在静水中，一个质量为m的人(可视为质点)站在船的左端，在人从船头走到船尾的过程中，船与人相对地的位移大小分别为多少？(忽略水对船的阻力)图1－1【精讲精析】 设人对地的速度为v1，船对地的速度为v2，由动量守恒知：0＝mv1－Mv2
设人向右运动的距离为s1，船向左运动的距离为s2，如图1－2所示．图1－22．子弹打木块模型
对于此种模型的解题方法一般都是把子弹和木块看成一个系统，利用以下知识加以解答：
(1)系统水平方向动量守恒．
(2)系统的能量守恒．
(3)对木块和子弹分别利用动能定理．
(4)摩擦产生的内能等于滑动摩擦力的大小与相对路程的乘积． 光滑的水平地面上放着一块质量为M、长度为d的木块，一个质量为m的子弹以水平速度v0射入木块，当子弹从木块中射出来时速度变为v1，子弹与木块的平均摩擦力为f.求：
(1)子弹打击木块的过程中摩擦力对子弹做功为多少？摩擦力对木块做功为多少？
(2)子弹从木块中出来时，木块的位移为多少？
(3)在这个过程中，系统产生的内能为多少？图1－3【名师点评】 (1)摩擦生热的条件：必须存在滑动摩擦力和相对滑行的路程．(2)摩擦生热的大小：Q＝f·s，其中f是滑动摩擦力的大小，s是两个物体的相对路程．(3)静摩擦力可对物体做功，但不能产生内能(因为两物体的相对路程为零)．动量守恒中的临界问题在动量守恒定律的应用中，常常会遇到相互作用的两物体相距最近，避免相碰和物体开始反向运动等临界问题．这类问题的求解关键，是充分利用反证法、极限法分析物体的临界状态，挖掘问题中隐含的临界条件，选取适当的系统和过程，运用动量守恒定律进行解答． (2011年高考山东卷)如图1－4所示，甲、乙两船的总质量(包括船、人和货物)分别为10m、12m，两船沿同一直线同一方向运动，速度分别为2v0、v0.为避免两船相撞，乙船上的人将一质量为m的货物沿水平方向抛向甲船，甲船上的人将货物接住，求抛出货物的最小速度 .(不计水的阻力)图1－4【精讲精析】 设乙船上的人抛出货物的最小速度大小为vmin，抛出货物后船的速度为v1，甲船上的人接到货物后船的速度为v2，由动量守恒定律得
12m·v0＝11m·v1－m·vmin①
10m·2v0－m·vmin＝11m·v2②
为避免两船相撞应满足
v1＝v2③
联立①②③式得
vmin＝4v0.【答案】 4v0课件45张PPT。第1节 动量定理 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第1节 动量定理课前自主学案课标定位学习目标：
1.理解动量、冲量的概念，知道动量、冲量是矢 量．
2．知道动量的变化量是矢量，会正确计算一维的动量变化．
3．理解动量定理的确切含义，掌握其表达式．
4．会用动量定理解释碰撞、缓冲等现象．
重点难点：
1.对动量、冲量的理解及应用．
2．动量定理的理解及其应用．课前自主学案一、动量
1．动量
(1)定义：运动物体的_______和______的乘积，通常用符号____表示．
(2)公式：________.
(3)单位：______________符号：__________.
(4)矢量性：方向与_______的方向相同．运算遵守____________________质量速度pp＝mv千克·米/秒，kg·m/s速度平行四边形定则．2．动量的变化量
(1)定义：物体在某段时间内________与_______的矢量差(也是矢量)，Δp＝____________(矢量式)．
(2)动量始终保持在一条直线上时的运算：选定一个正方向，动量、动量的变化量用带正、负号的数值表示，从而将矢量运算简化为代数运算(此时的正、负号仅代表_______，不代表大小)．末动量初动量mv2－mv1方向思考感悟1．若动能发生变化，动量是否一定变化呢？
提示：动能是标量，对于同一物体，动能变化则速度大小变化，故动量必定变化；但若动量变化，可能是其方向变化而大小不变，故动能不一定变化．二、动量定理
1．冲量
(1)定义：力与力的作用_______的乘积，通常用符号____表示．
(2)公式：_________.
(3)单位：__________，符号______.
(4)矢量性：方向与____的方向相同．
2．动量定理
(1)内容：物体所受_________的冲量等于物体的___________
(2)公式：I＝Δp或Ft＝_____________.时间II＝Ft牛顿·秒N·s力合外力动量变化．mv2－mv1思考感悟2．物体在水平面上运动时，支持力方向与速度方向垂直，支持力做功为零，那么支持力的冲量也是零，对吗？
提示：不对．功是标量，当力的方向与速度方向垂直时，力不做功；冲量是矢量，是力与时间的乘积，受到力且作用一段时间，冲量不会为零．三、碰撞与缓冲的实例分析
碰撞时可产生冲击力，要利用这种冲击力就要设法_______作用力的作用时间．
要防止冲击力带来的危害，就要_______作用力的作用时间．减少延长思考感悟3．在体操比赛中，当运动员表演完从鞍马上跳到地面上时，我们常会看到他们先屈膝，然后再站直．你知道其中蕴含着怎样的物理原理吗？
提示：蕴含着碰撞与缓冲的原理，由于运动员跳下来时有一定的速度，由动量定理Ft＝mv2－mv1，可知运动员屈膝，可以延长作用时间减小冲击力带来的危害．核心要点突破一、对动量及动量的变化量的理解
1．对动量的理解
(1)动量是状态量：求动量时要明确是哪一物体在哪一状态(时刻)的动量，p＝mv 中的速度v是瞬时速度．
(2)动量的矢量性：动量的方向与物体的瞬时速度的方向相同，有关动量的运算，如果物体在一条直线上运动，则选定一个正方向后，动量的矢量运算就可以转化为代数运算了．(3)动量的相对性：指物体的动量与参考系的选择有关，选不同的参考系时，同一物体的动量可能不同，通常在不说明参考系的情况下，物体的动量是指物体相对地面的动量．
2．对动量的变化量的理解
(1)对动量的变化量
运动物体的质量m不变，物体的运动速度由v1变化到v2，物体动量的变化量为Δp＝mv2－mv1，即动量的变化量Δp＝p2－p1，p1为初动量，p2为末动量．(2)动量的变化量也是矢量
动量变化量的方向与速度变化量的方向相同，即为这个过程中加速度的方向．动量变化量是过程量．
(3)动量变化量的计算
由于动量为矢量，则求解动量的变化量时，其运算遵循平行四边形定则．
①若初、末动量在同一直线上，则在选定正方向的前提下，可化矢量运算为代数运算．
②若初、末动量不在同一直线上，则运算遵循平行四边形定则．特别提醒：动量和动能的区别与联系体现在两个方面．
(1)动量是矢量，动能是标量．当某一物体的速度变化时，物体的动量一定发生变化，而物体的动能不一定发生变化．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．(2011年温州高二检测)下列关于动量的说法中，正确的是( )
A．物体的动量改变，其速度大小一定改变
B．物体的动量改变，其速度方向一定改变
C．物体运动速度的大小不变，其动量一定不变
D．物体的运动状态改变，其动量一定改变解析：选D.动量是矢量，有大小也有方向，动量改变是指动量大小或方向的改变，而动量的大小与质量和速度两个因素有关，其方向与速度的方向相同，质量一定的物体当速度的大小或方向有一个因素发生变化时，动量就发生变化，故A、B、C错，物体运动状态改变是指速度大小或方向的改变，故D正确．二、对冲量的理解和计算
1．冲量是过程量，它描述的是力作用在物体上的时间累积效应，与时间t相对应．
2．冲量是矢量，在作用时间内力的方向不变时，冲量的方向与力的方向相同，如果力的方向是变化的，则冲量的方向与相应时间内物体动量变化量的方向相同．3．冲量的计算
(1)某个力的冲量：仅由力与作用时间共同决定，与其他力是否存在及物体的运动状态无关，例如一个物体受几个恒力作用处于静止或匀速直线运动状态，其中每一个力的冲量均不为零．
(2)求合冲量
①如果是一维情形，可以化为代数和，如果不在一条直线上，求合冲量遵循平行四边形定则或用正交分解法求出．②两种方法：可分别求每一个力的冲量，再求各冲量的矢量和，I合＝F1t1＋F2t2＋F3t3＋…；如果各力的作用时间相同，也可以先求合力，再用I合＝F合t求解．
(3)变力的冲量可用动量定理求解．
特别提醒：冲量的计算公式I＝Ft 适用于计算某个恒力的冲量，这时冲量的数值等于力与作用时间的乘积，冲量的方向与恒力方向一致．若力为同一方向均匀变化的力，该力的冲量可以用平均力计算，若力为一般变力则不能直接计算冲量．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．(2011年金华高二月考)对于力的冲量的说法，正确的是( )
A．力越大，力的冲量就越大
B．作用在物体上的力大，力的冲量也不一定大
C．F1与其作用时间t1的乘积F1t1等于F2与其作用时间t2的乘积F2t2，则这两个冲量相同
D．静置于地面的物体受到水平推力F的作用，经时间t物体仍静止，由此推力的冲量为零．解析：选B.力的冲量I＝Ft与力和时间两个因素有关，力大而作用时间短，冲量不一定大，A错B对，冲量是矢量，有大小也有方向，冲量相同是指大小和方向都相同，C错，冲量的大小与物体的运动状态无关，D错，因此选B.三、动量定理的理解及应用
1．对动量定理的理解
(1)动量定理反映了合外力冲量与动量改变量之间的因果关系，即合外力的冲量是原因，物体的动量改变量是结果．
(2)动量定理表达式是矢量式，“＝”包含了大小相等、方向相同两方面的含义．(3)动量定理中的冲量是合外力的冲量，而不是某一个力的冲量，它可以是合力的冲量，可以是各力冲量的矢量和，也可以是外力在不同阶段的矢量和．
(4)动量定理具有普遍性，不论物体的运动轨迹是直线还是曲线，不论作用力是恒力还是变力，几个力的作用时间不论是相同还是不同，动量定理都适用．(2)应用动量定理的解题步骤
①确定研究对象，研究对象可以是一个物体，也可以是两个以上的物体组成的系统．
② 确定应用动量定理的物理过程，即确定在哪一段时间内应用动量定理．
③ 分析运动过程中的受力情况，给出外力冲量的矢量和的表达式．
④分析运动过程始末的动量，并由所定正方向写出增量的表达式．
⑤列出动量定理方程并求解．(2)区别：①两者反映的对应关系不同，牛顿第二定律是反映力和加速度之间的瞬时对应关系；而动量定理是反映在某段运动过程中力的时间积累(冲量)与该过程初、末状态物体的动量变化之间的对应关系．
②两者的适用范围不同，牛顿第二定律只适用于宏观物体的低速运动，对高速运动的物体和微观粒子不适用，而动量定理却是普遍适用的．课堂互动讲练 将质量为0.10 kg的小球从离地面4.0 m高处竖直向上抛出，抛出时的初速度为8.0 m/s，求：(g取10 m/s2)
(1)小球落地时的动量；
(2)小球从抛出至落地的过程中动量的变化量．(2)以小球初速度的方向为正方向，
则小球的初动量为：p＝mv0＝0.8 kg·m/s
小球的末动量为：p′＝mvt＝－1.2 kg·m/s
小球动量的变化量为：
Δp＝p′－p＝(－1.2－0.8) kg·m/s＝－2.0 kg·m/s，
负号表示方向竖直向下．【答案】 (1)1.2 kg·m/s，方向竖直向下
(2)－2.0 kg·m/s，方向竖直向下
【方法总结】 动量是矢量，动量的变化量也是矢量，计算在同一直线上动量的变化量时，一定要注意正方向的选定．通常取初速度方向为正方向，代入数据计算时，切不可丢掉表示方向的正、负号． 如图1－1－1所示，在倾角α＝37°的斜面上，有一质量为5 kg的物体沿斜面滑下，物体与斜面间的动摩擦因数 μ＝0.2，求物体下滑 2 s的时间内，物体所受各力的冲量．(g 取10 m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)【精讲精析】 重力的冲量：IG＝G·t＝mg·t＝5×10×2N·s＝100 N·s ，方向竖直向下．
支持力的冲量：IN＝N·t＝mgcosα·t＝5×10×0.8×2 N·s＝80 N·s，方向垂直于斜面向上．
摩擦力的冲量：If＝f·t＝μmgcosα·t＝0.2×5×10×0.8×2 N·s＝16 N·s，方向沿斜面向上．
【答案】 见精讲精析【方法总结】 冲量的计算关键是两点．
(1)若力F为恒力时，可直接用公式 I＝F·t 或 I合＝F合·t计算．
(2)若力F为变力，可通过平均力的转换或动量定理计算． 蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目．一个质量为60 kg 的运动员，从离水平网面3.2 m高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面 5.0 m高处．已知运动员与网接触的时间为1.2 s. 若把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理，求此力的大小．(取 g ＝10 m/s2) 【思路点拨】 整个过程可分为自由下落、与网接触和竖直上抛三个阶段，分析自由下落和竖直上抛可求得与网接触前后的两个速度，再对运动员与网接触的过程，应用动量定理求出网对运动员的作用力．图1－1－2【答案】 1500 N
【方法总结】 对于多过程问题既可以分段处理，也可以全程处理．分段处理时要注意相邻过程的联系．全程处理时要注意全过程中各个力作用的时间，准确求出各阶段冲量的和．变式训练图1－1－3质量为0.5 kg的小球沿光滑水平面以5 m/s的速度冲向墙壁后又以4 m/s的速度反向弹回．如图1－1－3所示，若球跟墙的作用时间为0.05 s，则小球所受到的平均力大小为________N.答案：90课件37张PPT。第2节 动量守恒定律 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第 2节动量守恒定律课前自主学案课标定位学习目标：
1.知道牛顿运动定律和动量守恒定律的关系，能用牛顿运动定律推导动量守恒定律．
2．理解动量守恒定律的确切含义和表达式．
3．知道什么是反冲运动，了解它在实际中的简单应用．
4．了解火箭的飞行原理和主要用途．
重点难点：动量守恒定律的推导及其应用．课前自主学案一、动量守恒定律
1．内容：一个系统不受_______或者所受________为零，这个系统的总动量保持不变．
2．守恒条件
(1)系统不受外力作用．
(2)系统受外力作用，但合外力________外力合外力为零．(3)系统受外力作用，合外力不为零，但内力_________外力，动量近似守恒．
(4)系统所受合外力不为零，但在某一方向上__________为零，或在某一方向上_______远大于________，则系统在该方向上动量守恒或近似守恒．
3．适用范围：它是自然界普遍适用的基本规律之一．不仅适用于宏观、低速领域，而且适用于_____________领域．远大于合外力内力外力微观、高速二、动量守恒定律的推导
设两质点质量分别为m1、m2，F1与F2表示两质点间相互作用力，两质点的加速度分别为a1、a2，初速度分别为v1、v2，末速度分别为v1′、v2′，相互作用时间为t，则
对m1，由动量定理得F1t＝________________
对m2，由动量定理得F2t＝m2v2′－m2v2m1v1′－m1v1据牛顿第三定律：__________
所以F2t＝__________
所以m2v2′－m2v2＝－(m1v1′－m1v1)
整理得：m1v1＋m2v2＝________________
此式表明质点在相互作用前的___________等于相互作用后的___________，这就是动量守恒定律的表达式．F2＝－F1－F1tm1v1′＋m2v2′总动量总动量思考感悟1．动量守恒定律可由牛顿运动定律和运动学公式(动量定理)推导，那么二者的适用范围是否一样？
提示：牛顿运动定律适用于宏观物体、低速运动(相对光速而言)，动量守恒定律适用于任何物体、任何运动．三、反冲运动与火箭
1．反冲运动：将气球充气后敞口释放，当空气喷出时，气球要向________方向运动．这种运动叫做反冲运动．在反冲运动中，系统的动量_______
2．火箭：火箭的发射是一种典型的____________火箭喷气速度越大，火箭能达到的速度也就______；燃料质量越大、负荷越小，火箭能达到的速度也_________相反守恒．反冲运动．越大越大．思考感悟2．划船时，船桨向后划水，水对桨有向前的推力，是不是也应用了反冲？
提示：反冲是物体在内力作用下分裂为两部分，它们的运动方向相反．划船时，水不是船的一部分，运动方向也不一定相反，不是反冲．核心要点突破一、动量守恒定律的理解及应用
1．系统：所选定的有相互作用的物体组通常称为系统．系统中物体之间的相互作用力称为内力，外部其他物体对系统中物体的作用力叫做外力．
2．“总动量保持不变”，不仅指系统在初末两个时刻的总动量相等，而且指系统在整个过程中任意两个时刻的总动量相等．3．动量守恒定律的常用表达式
(1)p＝p′或m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′(系统作用前的总动量等于作用后的总动量)．
(2)Δp1＝－ΔP2或m1Δv1＝－m2Δv2(系统内一个物体的动量变化与另一物体的动量变化等大反向)．
(3)Δp＝0(系统总动量的变化量为零)．4．动量守恒定律的“五性”
(1)矢量性：定律的表达式是一个矢量式，其矢量性表现在：①系统的总动量在相互作用前后不仅大小相等，而且方向也相同．
②在求初、末状态系统的总动量p＝p1＋p2＋…和p′＝p1′＋p2′＋…时，要按矢量运算法则计算．如果各物体动量的方向在同一直线上，要选取一正方向，将矢量运算转化为代数运算．计算时切不可丢掉表示方向的正、负号．(2)相对性：动量守恒定律中，系统中各物体在相互作用前后的动量，必须相对于同一惯性系，各物体的速度通常均为对地的速度．
(3)条件性：动量守恒定律是有条件的，应用时一定要首先判断系统是否满足守恒条件．
①系统不受外力或所受外力的矢量和为零，系统的动量守恒．
②系统受外力，但在某一方向上合外力为零，则系统在这一方向上动量守恒．③系统受外力，但内力远大于外力，也可认为系统的动量守恒，如碰撞、爆炸等．
④系统受外力，但在某一方向上内力远大于外力，也可认为在这一方向上系统的动量守恒．
(4)同时性：动量守恒定律中p1，p2，…必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量，p1′，p2′，…必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量．(5)普适性：动量守恒定律不仅适用于两个物体组成的系统，也适用于多个物体组成的系统；不仅适用于宏观物体组成的系统，也适用于微观粒子组成的系统．
5．应用动量守恒定律的解题步骤
(1)确定相互作用的系统为研究对象．
(2)分析研究对象所受的外力．
(3)判断系统是否符合动量守恒条件．
(4)规定正方向，确定初、末状态动量的正、负号．
(5)根据动量守恒定律列式求解．即时应用 (即时突破，小试牛刀)图1－2－1 如图1－2－1所示，光滑水平面上停放着A、B两车，其间夹有一压缩弹簧，用手抓住小车使它们处于静止状态，则下列说法中不正确的是( )
A．若两手同时放开A、B两车，则系统的动量守恒，且总动量为零
B．若两手同时放开A、B两车，A、B的动量大小始终相等
C．若先放开右边的B车，后放开左边的A车，则从放开A车后，系统的动量守恒，总动量等于零
D．若先放开右边的B车，后放开左边的A车，在放开A车前的运动过程中系统动量不守恒，但机械能守恒解析：选C.同时放开A、B两车，A、B系统所受合外力为零，动量守恒，A、B两车的动量之和始终为零，即动量的大小始终相等，A、B选项正确；先放开右边的B车，B车在弹簧的弹力下开始运动，系统受到手的作用力，动量不守恒，总动量也不等于零，但机械能守恒，C选项错误，D选项正确．二、对反冲运动的理解
1．反冲运动的特点
(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动．
(2)反冲运动中，相互作用的内力一般情况下远大于外力，所以可以用动量守恒定律来处理．
(3)反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的总动能增加．2．讨论反冲运动时应注意的问题
(1)相对速度问题：在讨论反冲运动时，有时给出的速度是相互作用的两物体的相对速度．由于动量守恒定律中要求速度为对同一参考系的速度(通常为对地的速度)，应先将相对速度转换成对地的速度后，再列动量守恒定律方程．(2)变质量问题：在讨论反冲运动时，还常遇到变质量物体的运动，如在火箭的运动过程中，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象，取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究．课堂互动讲练 试判断下列作用过程系统的动量是否守恒？
(1)如图1－2－2 甲所示，水平地面上有一大炮，斜向上发射一枚弹丸的过程；
(2)如图乙所示，粗糙水平面上有两个物体压紧它们之间的一根轻弹簧，在弹簧弹开的过程中；
(3)如图丙所示，光滑水平面上有一斜面体，将另一物体从斜面的顶端释放，在物体下滑的过程中．图1－2－2【思路点拨】 根据动量守恒的条件结合物体运动过程的受力情况分析．【精讲精析】 (1)对于图甲来说，大炮发射弹丸的过程中，弹丸加速上升，系统处于超重状态，地面对于系统向上的支持力大于系统的重力，所以系统在竖直方向动量不守恒．在水平方向上系统不受外力，或者说受到的地面给炮身的阻力远小于火药爆发过程中的内力，故系统在水平方向上动量守恒．(2)对于图乙来说，在弹簧弹开的过程中，地面给两物体的摩擦力方向相反且是外力，若两个摩擦力大小相等，则系统无论在水平方向上还是在竖直方向上所受合外力为零，则系统动量守恒；若两个物体受到的摩擦力大小不相等，则系统动量不守恒．
(3)对于图丙来说，物体在斜面上加速下滑的过程处于失重状态，系统在竖直方向上受到的合外力竖直向下，系统的动量增加，不守恒，而在水平方向上系统不受外力作用，故系统在水平方向上动量守恒．【答案】 见精讲精析
【方法总结】 动量是否守恒的条件有严格条件和近似条件．要结合具体的物理过程进行分析．要注意思考问题的全面性以及系统的选取、内力和外力． 如图1－2－3所示，在光滑水平面上，有一质量为M＝3 kg的薄板和质量为m＝1 kg的物块，都以v＝4 m/s的初速度向相反方向运动．它们之间有摩擦，薄板足够长，当薄板的速度为2.4 m/s时，物块的运动情况是( )
A．做加速运动 B．做减速运动
C．做匀速运动 D．以上运动都可能【思路点拨】 物块与薄板相对运动过程中，在竖直方向受重力和支持力的作用，刚好矢量和为零，所以物块与薄板组成的系统动量守恒，且在相对运动的过程中任一时刻系统的总动量都不变．【答案】 A
【方法总结】 应用动量守恒定律列方程时，应注意其矢量性，规定正方向后将矢量式转化为代数式．对方向不确定的速度，可假设其与正方向相同，若结果为正，说明假设成立；若结果为负，说明速度方向与规定的正方向相反．
变式训练 一只质量为5.4 kg的保龄球，撞上一只质量为1.7 kg、原来静止的球瓶，此后球瓶以 3.0 m/s 的速度向前飞去，而保龄球以 1.8 m/s 的速度继续向前运动，求保龄球碰撞前的运动速度．解析：设以保龄球碰撞前的速度方向为正方向，保龄球的质量m1＝5.4 kg，球瓶的质量 m2＝1.7 kg.设碰撞前保龄球的速度为 v1，球瓶的速度v2＝0，两者组成的系统的总动量
p＝m1v1＋m2v2＝5.4 kg×v1.
碰撞后保龄球的速度v1′＝1.8 m/s，球瓶的速度
v2′＝3.0 m/s，系统的总动量p′＝m1v1′＋m2v2′＝(5.4×1.8＋1.7×3.0)kg·m/s
＝14.82 kg·m/s
根据动量守恒定律有p＝p′，所以保龄球碰撞前的运动速度v1＝2.7 m/s.
答案：2.7 m/s 一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，喷出的气体相对地面的速度v＝1000 m/s.设此火箭初始质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次，在不考虑地球引力及空气阻力的情况下，火箭发动机1 s末的速度是多大？【精讲精析】 以火箭和它在1 s内喷出的气体为研究对象．设火箭1 s末的速度为v′，1 s内共喷出质量为20m的气体，以火箭前进的方向为正方向．
由动量守恒定律得：(M－20m)v′－20mv＝0【答案】 13.5 m/s
【方法总结】 对变质量问题，动量守恒定律仍适用，但必须考虑到气体喷出后，带走了一定质量，剩余部分质量已减少，在建立动量守恒定律方程时务必注意．课件46张PPT。第3节 科学探究——一维弹性碰撞 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第
3
节 科学
探究
——
一维弹性碰撞课前自主学案课标定位学习目标：
1.知道弹性碰撞的概念和特点．
2．知道非弹性碰撞和完全非弹性碰撞的概念和特点．
重点难点：碰撞的特点及弹性碰撞的规律．课前自主学案一、不同类型的碰撞
1．据碰撞中能量转化情况分类
(1)弹性碰撞：物体碰撞后，形变能够__________，碰撞前后系统总动能 ________
(2)非弹性碰撞：碰撞过程中动能有损失，碰撞后系统的总动能 _______碰撞前系统的总动能．
(3)完全非弹性碰撞：碰撞后两物体结合在一起，具有_______的速度，这种碰撞系统动能_____________完全恢复守恒．小于共同损失最大．2．据碰撞前后运动方向是否在同一直线上分类
(1)对心碰撞：碰撞前后，物体的运动方向在__________直线上，也叫正碰．
(2)非对心碰撞：碰撞前后 ，物体的运动方向________同一条直线上，也叫斜碰．
高中阶段只研究正碰的情况．同一条不在二、弹性碰撞的实验研究
把两个质量相等的钢球并排挂在一起(如图1－3－1所示)，B球静止，把A球拉到某一高度释放，A球摆到最低点时与B球相撞．图1－3－1实验中，可记下释放A球的位置和碰撞后A、B球弹至最大高度时的位置．改变A球拉起的高度，重复实验．
结论：(1)两球质量相等时，碰后A球静止，B球向左摆动；如果改变A球拉起的高度，碰后A球仍静止，A球拉起的位置越高，B球向左摆到最高点的位置也越高．(2)两球质量不相等时：①B球质量较小时，碰后A球、B球都向左摆动，B球摆动的最高点比A球高，若A球拉起的高度变大，A、B两球向左摆起的高度也相应增大．
②B球质量比A球大时，A球会向右摆动而B球向左摆动，若增大A球拉起的高度，则A、B两球摆起的高度也相应增大．三、弹性碰撞的规律
1．遵循的规律图1－3－2质量为m1的物体，以速度v1向右运动，与原来静止的物体m2发生完全弹性碰撞，如图1－3－2所示，设碰撞后它们的速度分别为v1′和v2′，碰撞前后的速度方向均在同一直线上．2．推论
(1)当m1＝m2时，v1′＝0，v2′＝v1，表示两球碰撞后 ________了速度．
(2)当m1>m2时，v1′>0，v2′>0，表示碰撞后两球都向前运动．
(3)当m10，表示碰撞后质量小的球被_______回来．交换反弹思考感悟质量相等的两物体发生碰撞，一定交换速度吗？
提示：质量相等的两个小球只有发生一维的弹性碰撞时，系统动量守恒，总动能守恒，才会交换速度，否则不会交换速度．核心要点突破一、碰撞问题的理解
1．碰撞过程的特点
(1)发生碰撞的物体间一般作用力很大，作用时间很短，各物体作用前后各自动量变化显著，物体在作用时间内的位移可忽略．
(2)即使碰撞过程中系统所受合力不等于零，因为内力远大于外力，作用时间又很短，所以外力的作用可忽略，认为系统的动量是守恒的．(3)若碰撞过程中没有其他形式的能转化为机械能，则系统碰后的总机械能不可能大于碰前系统机械能．
(4)对于弹性碰撞，碰撞前后无动能损失；对非弹性碰撞，碰撞前后有动能损失；对于完全非弹性碰撞，碰撞前后动能损失最大．2．碰撞过程的分析
判断依据：在所给条件不足的情况下，碰撞结果有各种可能，但不管哪种结果必须同时满足以下三条：
(1)系统动量守恒，即p1＋p2＝p1′＋p2′.
(2)系统动能不增加，即(3)符合实际情况，如果碰前两物体同向运动，则后面的物体速度必大于前面物体的速度，即v后>v前，否则无法实现碰撞．碰撞后，原来在前的物体的速度一定增大，且原来在前的物体速度大于或等于原来在后的物体的速度，即v前′≥v后′，否则碰撞没有结束．如果碰前两物体相向运动，则碰后两物体的运动方向不可能都不改变，除非两物体碰撞后速度均为零．特别提醒：判断一个碰撞过程能否发生时，必须同时考虑到碰撞过程中应满足的三个条件，不要认为满足动量守恒就能发生．
3．碰撞与爆炸的异同
(1)碰撞与爆炸的共同点是：物理过程剧烈，系统内物体相互作用的内力很大，过程持续时间极短，可认为系统满足动量守恒．(2)碰撞与爆炸的不同点是：弹性碰撞时动能不变，而非弹性碰撞时通常动能要损失，动能转化为内能，动能减小；爆炸有其他形式的能转化为动能，所以动能增加．但两种情况都满足能量守恒，总能量保持不变．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．(2011年高考福建卷)在光滑水平面上，一质量为m、速度大小为v的A球与质量为2m静止的B球碰撞后，A球的速度方向与碰撞前相反．则碰撞后B球的速度大小可能是( )
A．0.6v B．0.4v
C．0.3v D．0.2v二、碰撞问题中的几种典型情况图1－3－31．子弹打击木块如图1－3－3所示，质量为m的子弹以速度v0射中放在光滑水平面上的木块B，当子弹相对于木块静止不动时，子弹射入木块的深度最大，二者速度相等，此过程系统动量守恒，动能减少，减少的动能转化为内能．2.在图1－3－4中，光滑水平面上的A物体以速度v0去撞击静止的B物体，A、B两物体相距最近时，两物体速度相等，此时弹簧最短，其压缩量最大．此过程系统的动量守恒，动能减少，减少的动能转化为弹簧的弹性势能．图1－3－43.在图1－3－5中，物体A以速度v0在放在光滑的水平面上的B物体上滑行，当A在B上滑行的距离最远时，A、B相对静止，A、B两物体的速度相等．此过程中，系统的动量守恒，动能减少，减少的动能转化为内能．图1－3－54.如图1－3－6所示，质量为M的滑块静止在光滑水平面上，滑块的光滑弧面底部与桌面相切，一个质量为m的小球以速度v0向滑块滚来．设小球不能越过滑块，则小球到达滑块上的最高点时(即小球的竖直速度为零)，两物体的速度肯定相等(方向为水平向右)．此过程中，系统在水平方向上动量守恒，动能减少，减少的动能转化为小球的重力势能．图1－3－6特别提醒：以上四种情景中，系统动量守恒(或某一方向上动量守恒)，动能转化为其他形式的能．这些过程与完全非弹性碰撞具有相同的特征，可应用动量守恒定律，必要时结合能量守恒定律分析求解．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．(2011年南开区高二检测)如图1－3－7所示，位于光滑水平桌面上的小滑块P和Q都可视为质点，质量相等．Q与轻质弹簧相连．设Q静止，P以某一初速度向Q运动并与弹簧发生碰撞．在整个碰撞过程中，弹簧具有的最大弹性势能等于( )图1－3－7课堂互动讲练 (2011年泰州高二检测)质量相等的A、B两球在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，A球的动量是7 kg·m/s，B球的动量是5 kg·m/s.当A球追上B球发生碰撞，则碰撞后A、B两球的动量可能值是
( )A．pA＝6 kg·m/s，pB＝6 kg·m/s
B．pA＝3 kg·m/s，pB＝9 kg·m/s
C．pA＝－2 kg·m/s，pB＝14 kg·m/s
D．pA＝－4 kg·m/s，pB＝17 kg·m/s【答案】 A
【方法总结】 对碰撞问题中，涉及碰后物理情景或碰后结果的分析要紧紧把握碰撞问题处理的三原则．变式训练1 A、B两球在水平光滑直轨道上同向运动，已知它们的动量分别是pA＝5 kg·m/s，pB＝7 kg·m/s.A从后面追上B并发生碰撞，碰后B的动量pB′＝10 kg·m/s，则两球的质量关系可能是( )A．mA＝mB B．mB＝2mA
C．mB＝4mA D．mB＝6mA (2011年高考新课标全国卷)如图1－3－8所示，A、B、C三个木块的质量均为m，置于光滑的水平桌面上，B、C之间有一轻质弹簧，弹簧的两端与木块接触而不固连．将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把B和C紧连，使弹簧不能伸展，以至于B、C可视为一个整体．现A以初速v0沿B、C的连线方向朝B运动，与B相碰并粘合在一起．以后细线突然断开，弹簧伸展，从而使C与A、B分离．已知C离开弹簧后的速度为v0，求弹簧释放的势能．【思路点拨】 A与B相碰撞为完全非弹性碰撞，动量守恒而机械能不守恒；弹簧伸展使C与A、B分离的过程，动量守恒，机械能也守恒．变式训练2 (2011年高考大纲全国卷改编)质量为M、内壁间距为L的箱子静止于光滑的水平面上，箱子中间有一质量为m的小物块，小物块与箱子底板间的动摩擦因数为μ.初始时小物块停在箱子正中间，如图1－3－9所示．现给小物块一水平向右的初速度v，小物块与箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中间，并与箱子保持相对静止．设碰撞都是弹性的，则整个过程中，系统损失的动能为( )图1－3－9 (2011年高考天津卷)如图1－3－10所示，圆管构成的半圆形轨道竖直固定在水平地面上，轨道半径为R，MN为直径且与水平面垂直．直径略小于圆管内径的小球A以某一速度冲进轨道，到达半圆轨道最高点M时与静止于该处的质量与A相同的小球B发生碰撞，碰后两球粘在一起飞出轨道，落地点距N为2R.重力加速度为g，忽略圆管内径，空气阻力及各处摩擦均不计，求：(1)粘合后的两球从飞出轨道到落地的时间t；
(2)小球A冲进轨道时速度v的大小．【方法总结】 碰撞常与牛顿运动定律、圆周运动、平抛运动、能量守恒等知识进行综合，这种题目是较高层次的题目，要对物理过程进行正确分析，弄清各个物理过程的运动特点及相互之间的关系，选择合适的物理规律，巧用解决问题的方法，形成流畅的解题思路．课件16张PPT。本章优化总结 章末综合检测本章优化总结专题归纳整合知识网络构建知识网络构建原子结构原子结构原子结构专题归纳整合原子跃迁的条件与规律1．原子跃迁条件：hν＝E初－E终，适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离和实物粒子作用而使原子激发的情况，则不受条件的限制．这是因为，原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理
论．基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大，至于实物粒子和原子碰撞情况，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁．2．氢原子处于激发态是不稳定的，会自发地向基态或其他较低能级跃迁，这种自发跃迁具有随机性．
(1)一个氢原子会有多种可能的跃迁，如单个氢原子可以从n能级直接跃迁到基态，也可以从n能级逐渐往下跃迁，但可能的情况只有一种． 如图2－1所示为氢原子的能级图．用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长的光有多少种
( )图2－1A．15 B．10
C．4 D．1【答案】 B 核外电子绕核做圆周运动的向心力，来源于库仑力(量子化的卫星运动模型)．
规定无穷远处原子的能量为零，则原子各能级的能量为负值．核外电子运动的轨道与其能量相对应 氢原子基态的能量为E1＝－13.6 eV，电子绕核运动的半径为r1＝0.53×10－10 m．求氢原子处于n＝2的激发态时：
(1)原子系统具有的能量．
(2)电子在轨道上运动的动能．
(3)电子具有的电势能．【答案】 (1)－3.4 eV (2)3.4 eV (3)－6.8 eV课件32张PPT。第1节 电子的发现与汤姆孙模型 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第
1
节 电子的发现与汤姆孙模型课前自主学案课标定位学习目标：
1.知道阴极射线的产生及其本质．
2．了解汤姆孙发现电子的研究方法及电子发现的意义．
重点难点：电子的发现和汤姆孙模型．课前自主学案一、物质结构的早期探究
1．1661年，__________以化学实验为基础建立了科学的元素论．
2．19世纪初，__________提出了原子论，认为原子是元素的最小单元．
3．1811年，意大利化学家_____________提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成．玻意耳道尔顿阿伏伽德罗二、电子的发现
1．阴极射线
研究____________放电时，在气体压强很低时，阴极会发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为阴极射线．稀薄气体2．汤姆孙对阴极射线本质的探究
(1)通过实验：巧妙利用电场力与洛伦兹力平衡，确定了阴极射线的速度，并测量出了粒子的_________
(2)换用不同材料的阴极和不同的气体，所得粒子的_______相同．这说明不同物质都能发射这种粒子，该粒子是各种物质中共有的，是物质的组成部分．比荷．比荷3．结论
不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分，比最轻的氢原子的质量还要小的多，汤姆孙将这种带电粒子称为 ________，电子是物质的组成部分．
4．电子发现的意义
电子的发现说明________具有一定的结构，也就是说_________是由电子和其他物质组成的．电子原子原子5．微观世界的三大发现
19世纪末微观世界的三大发现为：
(1)1895年_________发现了X射线．
(2)1896年法国科学家__________发现了放射性．
(3)1897年英国物理学家_________发现了电子．伦琴贝可勒尔汤姆孙思考感悟为什么说电子的发现打破了“原子不可分割”这一观点？
提示：1897年，汤姆孙用实验证实了存在比原子更小的微粒——电子，从此改变了这一观点．三、汤姆孙原子模型
原子带正电荷的部分充斥整个原子，很小很轻的________镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的葡萄干面包模型．电子核心要点突破一、阴极射线与电子的发现
1．阴极射线
(1)气体的电离和导电：通常情况下，气体是不导电的；但在强电场中，气体能够被电离而导电．在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体．稀薄气体导电时可以看到辉光放电现象．
(2)阴极射线：在真空放电管中，由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引发荧光，这种射线叫做阴极射线．2．比荷的测定——发现电子
(1)首先确定阴极射线粒子带电性质：方法：①粒子在电场中运动时，如图2－1－1所示．带电粒子在电场中运动，受电场力作用运动状态发生改变(粒子重力忽略不计)．带电粒子在不受其他力，沿电场线方向偏转时，粒子带正电，逆电场线方向偏转时，粒子带负电． 图2－1－1②粒子在磁场中运动时，如图2－1－2所示．粒子将受到洛伦兹力作用F＝qvB，而我们曾学习过，速度方向v始终与洛伦兹力方向垂直，利用左手定则，即可判断粒子的电性．图2－1－2如果粒子按图示方向进入磁场，且做顺时针的圆周运动，则粒子带正电；若做逆时针的圆周运动，则粒子带负电．
通过上述方法可判定阴极射线是带有负电性质的电荷．即时应用(即时突破，小试牛刀)阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图2－1－3所示，若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为( )图2－1－3A．平行于纸面向左
B．平行于纸面向上
C．垂直于纸面向外
D．垂直于纸面向里
解析：选C.阴极射线是高速电子流，由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外．二、汤姆孙原子结构模型
20世纪初科学家们提出了很多种原子模型，其中最有影响力的是汤姆孙模型——原子的葡萄干面包模型：原子带正电的部分充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样．特别提醒：汤姆孙的原子结构模型虽然能解释一些实验事实，但这一模型很快就被新的实验事实所否定，不过它的意义却极其深远．电子的发现使我们认识到原子是有结构的，并用汤姆孙的原子模型可以粗略解释原子发光问题，为我们揭开了原子结构研究的帷幕．课堂互动讲练 1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在汤姆孙测电子比荷的实验中，采用了如图2－1－4所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏中心F出现荧光斑．若在D、G间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的、磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：图2－1－4(1)说明图中磁场沿什么方向；
(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷．
【思路点拨】 两板间只加电场时电子在电场力作用下做类平抛运动，同时加上电场和磁场后电场力和洛伦兹力相等，做匀速直线运动，只加磁场时做匀速圆周运动．图2－1－5变式训练 质谱仪是一种测定带电粒子的比荷和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图2－1－6所示．让中性气体进入电离室A，在那里被电离成离子．这些离子从电离室的小孔飘出，从缝S1进入加速电场被加速．然后让离子从缝S2垂直进入匀强磁场，最后打在底片上的P点．已知加速电压为U，磁场的磁感应强度为B，缝S2与P之间的距离为a，离子从缝S1进入电场时的速度不计．图2－1－6 电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的．他测定了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍．这个最小电荷量就是电子所带的电荷量．密立根实验的原理如图2－1－7所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电．从喷雾器嘴喷出的油滴，落到A、B两板间的电场中．小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡．已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/m，油滴半径是1.64×10－4 cm，油的密度是0.851 g/cm3，求油滴所带的电荷量．这个电荷量是电子电荷量的多少倍？图2－1－7【答案】 8.0×10－19C 5
【方法总结】 使带电油滴在匀强电场中处于静止或匀速运动状态(向下或向上)，然后根据共点力的平衡条件列方程，求出油滴所带电荷量，发现这些电荷量等于某个最小电荷量的整数倍，即可求出电子所带的电荷量e.课件25张PPT。第2节 原子的核式结构模型 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第
2
节 原子的核式结构模型课前自主学案课标定位学习目标：
1.掌握α粒子散射实验的结果．
2．通过实验了解原子的核式结构模型．
重点难点：α粒子散射实验，卢瑟福的原子模型．课前自主学案一、α粒子散射实验
1．实验方法：用由放射源发射的α粒子束轰击________，利用荧光屏接收，探测通过金箔后的α粒子分布情况．
2．实验结果：___________α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大偏转，有_________α粒子偏转的角度超过了90°，有的甚至被_______弹回．α粒子被__________的概率竟然有1/8000.金箔绝大多数极少数原路反射回来思考感悟α粒子散射实验现象能用汤姆孙模型解释吗？
提示：汤姆孙的原子模型无法解释α粒子的大角度散射，因为电子质量太小，不会使α粒子的运动方向明显改变．另外，如果正电荷均匀分布，α粒子穿过金箔时受到各方向的库仑斥力基本平衡，也不会使α粒子发生大角度散射．二、卢瑟福原子模型
1．核式结构模型：原子内部有一个很小的核，叫___________，原子的全部正电荷以及几乎全部的质量都集中在原子核内，带负电的_______绕核运动．
原子的核式结构模型又被称为________模型．原子核电子行星2．原子的大小
(1)原子直径数量级：________m.
(2)原子核直径数量级：________m.
3．α粒子散射实验的微观解释(1)影响α粒子运动的主要是原子核．
(2)因为原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以____________α粒子基本上仍按直线方向前进． (3)只有十分接近原子核的α粒子才受到较大的库仑斥力，所以只有___________的α粒子发生大角度偏转．10－1010－15 绝大多数极少数核心要点突破一、对α散射实验的理解
1．实验装置：如图2－2－1所示，由放射源、金箔、荧光屏等组成．图2－2－12．实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大角度的偏转，极少数α粒子偏转超过了90°，有的甚至被原路弹回．
3．实验分析
(1)由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转．(2)使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆孙原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不能使α粒子反向弹回，这与α粒子的散射实验相矛盾．
(3)实验现象表明原子绝大部分是空的，除非原子的几乎全部质量和所有的正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则，α粒子大角度散射是不可能的．特别提醒：对α粒子散射实验现象，是大量粒子穿过金箔的一个统计规律，对个别粒子是不适用的，注意实验现象规律的层次性：(1)绝大多数的α粒子仍沿原方向前进．(2)少数发生了较大的偏转．(3)极少数偏转超过了90°.(4)有的甚至被弹回．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．下列关于卢瑟福α粒子散射实验结果的叙述正确的是( )
A．全部α粒子都穿过金箔未发生偏转
B．绝大多数α粒子穿过金箔未发生偏转，少数发生较大偏转，极少数被弹回
C．绝大多数α粒子发生很大偏转，只有少数穿过金箔
D．所有α粒子都发生较大偏转
解析：选B.由α粒子散射实验的结果可知B正确．二、原子的核式结构
1．核式结构模型及其解释
(1)原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间运动．(2)核式结构对α粒子散射实验的解释：原子核的体积远远小于原子的体积，因而原子内部是十分“空旷”的．当α粒子穿过金箔时，大部分粒子都离核很远，受到核的斥力很小，它们的运动几乎不受影响；只有极少数α粒子从原子核附近飞过时，才受到很大的库仑斥力而发生大角度的偏转．
(3)说明：核式结构模型的实验基础是α粒子的散射实验，从α粒子散射的实验数据，估计原子核半径的数量级为10－14 m～10－15 m，而原子半径的数量级是10－10 m.2．两种模型的区别即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．(2011年福建省龙岩二中高三摸底考试)卢瑟福通过α粒子散射实验，判断出原子的中心有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构．如图2－2－2所示的平面示意图中，①、②两条实线表示α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为虚线中的( )图2－2－2A．轨迹a B．轨迹b
C．轨迹c D．轨迹d
解析：选A.α粒子带正电，α粒子的偏转是由于受到原子核的库仑斥力作用，且离原子核越近，受到的斥力作用越大，所以轨迹b、c、d都是不可能的，正确选项为A.课堂互动讲练 根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是( )
A．原子的正电荷均匀分布在整个原子范围内
B．原子质量均匀分布在整个原子范围内
C．原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内
D．原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内【精讲精析】 核式结构认为：原子是由位于其中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成，原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，故D项正确．
【答案】 D 如图2－2－3所示，根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是( )图2－2－3A．动能先增大，后减小
B．电势能先减小，后增大
C．电场力先做负功，后做正功，总功等于零
D．加速度先变小，后变大
【思路点拨】 α粒子在库仑力的作用下发生偏转，通过电场力做功使粒子的动能和电势能之间相互转化．电场力做功情况分析是解决本题的关键．【自主解答】 α粒子由a经b运动到c，则由于受到库仑斥力的作用，α粒子先减速后加速，动能先减小后增大，电势能先增大后减小，所以A、B错误，a、c处于同一个等势面上，从a到c，电场力先做负功后做正功，总功等于零，C正确．库仑斥力先增大后减小，所以加速度先增大后减小，D错误．
【答案】 C【方法总结】 有关原子核式结构的力电综合问题，在现阶段只能从经典力电理论的角度进行处理．处理方法与力电问题处理方法相同．变式训练 在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，符合下列哪种情况( )
A．动能最小
B．电势能最小
C．α粒子和金原子核组成的系统的能量最小
D．加速度最小解析：选A.α粒子散射实验中，当α粒子接近金原子核时，金原子核对α粒子的作用力是斥力，对α粒子做负功，电势能增加，动能减小，此时由于离金原子核很近，所以库仑力很大，加速度很大，另外受到的金原子核外电子的作用相对比较小，与金原子核对α粒子的库仑力相比，可以忽略，因为只有库仑力做功，所以机械能和电势能整体上是守恒的，故系统的能量可以认为不变．故正确答案为A.课件46张PPT。第3节 玻尔的原子模型
?第4节 氢原子光谱与能级结构 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第
4
节 氢原子光谱与能级结构课前自主学案课标定位学习目标：
1.了解玻尔理论的主要内容．
2．掌握氢原子能级和轨道半径的规律．
3．了解氢原子光谱的特点，知道巴尔末公式及里德伯常数．
4．理解玻尔理论对氢光谱规律的解释．
重点难点：
1.玻尔的原子模型，氢原子能级结构．
2．玻尔理论对氢光谱的解释．课前自主学案一、玻尔原子模型
1．玻尔理论的建立背景和观点
(1)经典理论的困难
①电子绕原子核做圆周运动辐射能量，最终落入___________但事实并非如此，不能解释原子的___________
②随电子运行轨道的不断变化，电子绕核运行的频率也不断变化，原子辐射电磁波的频率也应不断变化，大量原子发光的频率应当是__________，但实际上原子光谱是_________的．原子核．稳定性．连续光谱不连续(2)玻尔的观点，玻尔接受普朗克和爱因斯坦的_________思想．并将原子结构与_______联系起来．提出了量子化的原子模型．量子化光谱思考感悟1．经典电磁理论解释原子光谱遇到的困难说明了什么？提示：这说明从宏观现象中总结出来的经典电磁理论不适用于微观现象，必须代之以新的理论不连续向外辐射定态．轨道频率hν＝E2－E1运行轨道．不连续量子数二、氢原子的能级结构
1．能级：在玻尔的原子理论中，原子只能处于一系列_________的能量状态，在每个状态中，原子的能量值都是__________，各个确定的能量值叫做能级．
2．氢原子能级和轨道半径公式
En＝(n＝1,2,3…)
rn＝_______ (n＝1,2,3…)
式中，E1≈____________，r1≈______________.不连续确定的n2r1－13.6eV0.53×10－10m3．能级跃迁
(1)在正常或稳定状态时，原子尽可能处于最低能级，电子受核的作用力最大而处于离核最近的轨道，这时原子的状态叫做_______，电子吸收能量后，从基态跃迁到较高的能级，这时原子的状态叫做__________
(2)当电子从高能级跃迁到低能级时，原子会_______能量；当电子从低能级跃迁到高能级时，原子要_______能量．基态激发态．辐射吸收(3)由于电子的能级是不连续的，所以原子在跃迁时吸收或辐射的能量都不是任意的，这个能量等于电子跃迁时始末两个能级间的___________能量差值不同，发射的光频率也不同，我们就能观察到____________的光．能量差．不同颜色三、氢原子光谱
1．氢原子光谱的特点：(1)从红外区到紫外区呈现多条具有确定________ (或频率)的谱线；(2)从长波到短波，Hα～Hδ等谱线间的距离____________，表现出明显的规律性．波长越来越小里德伯思考感悟2．巴尔末公式反映了氢原子谱线的分立特征，这说明了什么？
提示：谱线的分立特征反映原子内部电子运动的量子化特征，对于研究更复杂的原子的结构具有指导意义．四、玻尔理论对氢光谱的解释
1．理论推导：由玻尔理论可知，当激发到高能级E2的电子跃迁到低能级E1时，就会释放出能量．根据E2－E1此式在形式上与氢原子光谱规律的波长公式一致，当n1＝2，n2＝3,4,5,6，…时就是_________公式．
2．巴尔末系：氢原子从相应的能级跃迁到n＝____的能级得到的线系．巴尔末2核心要点突破一、对原子能级跃迁的理解图2－3－11．(1)氢原子能级图：如图2－3－1所示能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态，氢原子可以有无穷多个能级值．
(2)横线左端的数字“1、2、3…”表示量子数．“1”表示原子处于基态．“2”“3”…表示原子处于不同的激发态．
(3)横线右端的数字“－13.6、－3.4…”表示氢原子各个状态的能量值．(4)n＝1对应于基态，n＝∞对应于原子的电离，从能级图可以看出，n越大，能级线越密，表现为上密下疏．这表明量子数n越大，相邻的能量差越小．
2．根据玻尔理论，当氢原子从高能级跃迁到低能级时以光子的形式放出能量．原子在始、末两个能级Em和En(m>n)间跃迁时，辐射光子的能量等于前后两个能级之差(hν＝Em－En)，由于原子的能级不连续，所以辐射的光子的能量也不连续，因此产生的光谱是分立的线状光谱．图2－3－23．跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化
当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能Ep减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．4．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1能级时能量不足，则可激发到n能级的问题．
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值，均可使原子发生能级跃迁. 5．原子跃迁时需注意的几个问题
(1)注意一群原子和一个原子
氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现．(2)注意直接跃迁与间接跃迁
原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种情况的辐射(或吸收)光子的频率不同．(3)注意跃迁与电离
原子跃迁时，不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差．若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量．如基态氢原子电离，其电离能为13.6 eV，只要能量等于或大于13.6 eV的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的电子具有的动能越大．特别提醒：对于处于高能级状态的一群氢原子，每个原子都能向低能级状态跃迁，且跃迁存在多种可能，有的可能一次跃迁到基态，有的可能经几次跃迁到基态．同样，处于基态的氢原子吸收不同能量时，可以跃迁到不同的激发态．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是( )
①用10.2 eV 的光子照射 ②用11 eV的光子照射
③用14 eV的光子照射 ④用11 eV动能的电子碰撞
A．①②③ B．①③④
C．②③④ D．①②④解析：选B.由原子的跃迁条件知：氢原子在各能级间跃迁时，只有吸收能量值刚好等于某两能级之差的光子(即hν＝E初－E终)．由氢原子能级关系不难算出10.2 eV刚好为氢原子n＝1和n＝2的两能级之差，而11 eV则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者．对于14 eV的光子，其能量大于氢原子的电离能(13.6 eV)，足以使氢原子电离——使电子脱离核的束缚而成为自由电子，因而不受氢原子能级间跃迁条件的限制．由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14 eV的光子电离后产生的自由电子还应具有0.4 eV的动能．
另外，用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态的能量之差，也可使氢原子激发，由以上分析知选项B正确．二、对氢原子光谱的几点说明
氢原子是自然界中最简单的原子，通过对它的光谱线的研究，可以了解原子的内部结构和性质．
氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线．
(1)氢光谱是线状的，不连续的，波长只能是分立的值．
(2)谱线之间有一定的关系，可用一个统一的公式即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．对于巴尔末公式下列说法正确的是( )
A．所有氢原子光谱的波长都与巴尔末公式相对应
B．巴尔末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长
C．巴尔末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光
D．巴尔末公式确定了各种原子发光中的光的波长解析：选C.巴尔末公式只确定了氢原子发光中一个线系波长，不能描述氢原子发出的各种波长，也不能描述其他原子的发光，A、D错误；巴尔末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴尔末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确．三、玻尔原子理论的成功和局限性
1．成功方面
(1)运用经典理论和量子化观念确定了氢原子的各个定态的能量，并由此画出其能级图．
(2)处于激发态的氢原子向低能级跃迁辐射出光子，辐射光子的能量与实际符合的很好，由于能级是分立的，辐射光子的波长也是不连续的．(3)导出了巴尔末公式，并从理论上算出里德伯常量R的值，并很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系．
(4)能够解释原子光谱，每种原子都有特定的能级，原子发生跃迁时，每种原子都有自己的特征谱线，即原子光谱是线状光谱，利用光谱可以鉴别物质和确定物质的组成部分．2．局限性和原因
(1)局限性：成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但不能解释稍微复杂原子的光谱现象．
(2)原因：保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的轨道运动．课堂互动讲练 关于玻尔原子模型，下列说法错误的是
( )
A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量
B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
【精讲精析】 A、B、C三项都是玻尔提出来的假设．其核心是原子定态概念的引入与能量跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念．故选项A、B、C正确．原子辐射的能量与电子绕核的运动无关，故D错误．【答案】 D
【方法总结】 解决此题的关键有三点：
(1)定态假设：原子只能处在一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的．
(2)跃迁假设：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，吸收或辐射一定频率的光子．
(3)轨道假设：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道． (2010年高考山东理综卷)大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在________个激发态能级上，其中最高能级的能量值是________eV(基态能量为－13.6 eV)．【答案】 2 －1.51
变式训练 (2011年高考四川卷)氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则( )A．吸收光子的能量为hν1＋hν2
B．辐射光子的能量为hν1＋hν2
C．吸收光子的能量为hν2－hν1
D．辐射光子的能量为hν2－hν1解析：选D.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n，而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高，而紫光的频率ν2大于红光的频率ν1，所以hν2>hν1，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为hν2－hν1.故选项D正确． 在可见光范围内波长最长的两条谱线所对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？(R＝1.1×107 m－1)【答案】 6.5×10－7 m 4.8×10－7 m 线状谱【方法总结】 正确理解巴尔末公式＝R(－)中，n的取值不同，对应谱线的频率和波长也就不同．课件20张PPT。本章优化总结 章末综合检测本章优化总结专题归纳整合知识网络构建知识网络构建原子核与放射性原子核与放射性原子核与放射性专题归纳整合关于核反应方程1．几个重要的核反应方程【精讲精析】 根据质量数守恒和核电荷数守恒，可以判断A中X是中子，B中X是质子，C中X是中子，D中X是电子，故选B.
【答案】 B1．原子核的衰变：指原子核放出α粒子或β粒子后变成新的原子核，但这并不表明原子核内有α粒子和电子．
2．衰变的分类：根据原子核衰变放出粒子的种类，将衰变分为α衰变和β衰变．两种衰变都伴随γ射线放出；不论哪种衰变，衰变前后的核电荷数和质量数都守恒．这也是书写衰变方程及核反应方程的原则．原子核的衰变及半衰期 一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m，铀发生一系列衰变，最终生成为铅. 己知铀的半衰期为T，那么下列说法中正确的有( )
A．经过两个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀了
B．经过两个半衰期后，原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变
C．经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8
D．经过一个半衰期后，该矿石的质量剩下M/2【精讲精析】 经过两个半衰期后矿石剩余的铀应还有m/4，经过三个半衰期后还剩m/8，因为衰变产物大部分仍然留在该矿石中，所以矿石质量没有太大的改变，本题选项C正确．
【答案】 C粒子轨迹相切问题的处理办法原来静止的原子核衰变发出射线，同时生成新核，若它们处在同一个匀强磁场中，就会出现内切圆和外切圆的物理图景．判断内切、外切的理论依据：
1．动量守恒定律．新核与粒子的动量大小相等，方向相反．
2．带电粒子在磁场中的偏转，带电粒子以某一初速度垂直进入匀强磁场，受洛伦兹力作用做匀速圆周运动． 原来静止的铀238和钍234同时在同一匀强磁场中，由于衰变而开始做匀速圆周运动．铀238发生了一次α衰变，钍234发生了一次β衰变．
(1)试画出铀238发生一次α衰变时所产生的新核及α粒子在磁场中的运动轨迹的示意图．
(2)试画出钍234发生一次β衰变时所产生的新核及β粒子在磁场中的运动轨迹的示意图． 图3－1【精讲精析】 (1)铀238发生衰变时，由于放出α粒子而产生了新核，根据动量守恒定律，它们的总动量为零，即：m1v1＋m2v2＝0
因为它们都带正电，衰变时的速度正好相反，所以，受到的洛伦兹力方向也相反，因而决定了它们做圆周运动的轨迹圆是外切的．它们做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供(2)同理，钍234发生一次β衰变时放出的β粒子与产生的新核的动量大小相等，方向相反，即总动量为零．可是，β粒子带负电，新核带正电，它们衰变时的速度方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以，它们的两个轨迹圆是内切的，且β粒子的轨道半径大于新核的轨道半径，它们的轨迹示意图如图3－2所示，其中，c为β粒子的径迹，d为新核的径迹．图3－2【答案】 见精讲精析课件25张PPT。第1节 原子核结构 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第1节 原子核结构课前自主学案课标定位 学习目标：
1.了解质子、中子的发现过程，知道原子核的组成．
2．理解核子、同位素的概念．
3．了解核反应的概念，会书写核反应方程．
重点难点：质子、中子的发现和原子核的组成．课前自主学案一、质子的发现
1．实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了________
2．结论：质子是_________的组成部分．
二、中子的发现质子．原子核思考感悟1．卢瑟福依据什么猜想原子核中存在着中子？
提示：元素的原子核的质量大体上是质子质量的整数倍，但原子核的电荷数仅仅是质量数的一半或更少一些．三、原子核的组成
1．组成：原子核由_______和_______组成，质子和中子统称为______
2．原子核的符号：X，其中X表示元素，A表示质量数，Z表示核电荷数．
3．基本关系：核电荷数＝质子数＝__________
质量数＝质子数＋中子数＝_________
4．同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称__________质子中子核子．原子序数核子数同位素．5．核反应与核反应方程
(1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生__________的过程．
(2)核反应方程：用原子核符号描述_____________的式子，例如：
(3)核反应中的规律：质量数和核电荷数________新原子核核反应过程守恒．思考感悟2．原子核的质量数和质量是一回事吗？
提示：不是．因为原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数称为原子核的质量数，因此质量数就是核子的个数，是一个纯数字，它与质量是不同的．核心要点突破一、质子和中子的发现1．质子的发现
(1)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，结果从氮核中打出了一种粒子，并测定了它的电荷量与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子(p)，后来人们又从其他原子核中打出了质子，故确定质子是原子核的组成部分．
(2)质子带正电荷，电荷量与一个电子所带电荷量相等，质子的质量为mp＝1.672623×10－27kg.2．中子的发现
(1)卢瑟福的预言
1920年卢瑟福提出了一种大胆的猜想：原子核内除了质子外，还存在一种质量与质子的质量大体相等但不带电的粒子，并以为这种不带电的中性粒子是由电子进入质子后形成的．(2)查德威克的发现
查德威克验证了他的老师卢瑟福12年前的预言，原子核中确实存在着中性的、质量几乎与质子相同的粒子，并把它叫做中子(n)．
(3)中子的质量为mn＝1.6749286×10－27kg.即时应用(即时突破，小试牛刀)
1．(2011年秦皇岛高二检测)如图3－1－1为卢瑟福发现质子的实验装置，M是显微镜，S是荧光屏，窗口F处装铝箔，氮气从阀门T充入，A是放射源，在观察由质子引起的闪烁之前需进行必要调整的是( )图3－1－1A．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上有α粒子引起的闪烁
B．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上见不到质子引起的闪烁
C．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上能见到质子引起的闪烁
D．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上见不到α粒子引起的闪烁解析：选D.实验目的是观察α粒子轰击氮核产生新核并放出质子，所以实验前应调整铝箔的厚度，恰使α粒子不能透过，但质子仍能透过，故选D.二、原子核的组成及核反应方程
1．原子核的组成：由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．
(1)质量数：原子核的质量等于核内的质子和中子质量之和，原子核的质量近似等于核子质量的整数倍，通常用这个整数代表原子核的相对质量，叫做原子核的质量数．
(2)核电荷数：质子带正电，中子不带电，原子核的电荷数等于质子数 .2．同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子互称同位素．它们的核外电子数相同，因而有相同的化学性质．
3．核反应、核反应方程
(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单箭头方向表示反应方向，不能用等号连接．
(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据电荷数守恒和质量数守恒凭空杜撰生成物．(3)书写核反应方程时，应先将已知的原子核和未知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置，然后再根据质量数守恒和电荷数守恒确定未知的原子核或未知粒子的质量数和电荷数，最后根据其电荷数确定是哪种元素或粒子，在适当位置填上它们的符号．课堂互动讲练 已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226.试问：
(1)镭核中有几个质子？几个中子？
(2)镭核所带电荷量是多少？
(3)若镭原子呈中性，它的核外有几个电子？【精讲精析】 (1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数Z为88，
中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，
即N＝A－Z＝226－88＝138.
(2)镭核所带电荷量
Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.408×10－17C.
(3)原子呈中性时，核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.【答案】 (1)88 138 (2)1.408×10－17C (3)88
(4)113∶114
【方法总结】 原子序数＝质子数＝中性原子核外电子数＝核电荷数，质子数＋中子数＝核子数＝质量数．【思路点拨】 解此题依据电荷数守恒和质量数守恒规律完成核反应方程及著名的粒子发现史，关键掌握质量数和电荷数守恒，否则在书写核反应方程时容易出错．【答案】 见自主解答变式训练 某原子核X吸收一个中子后，放出一个电子，分裂为两个α粒子．由此可知( )
A．A＝7，Z＝3 B．A＝7，Z＝4
C．A＝8，Z＝3 D．A＝8，Z＝4课件41张PPT。第2节 原子核衰变及半衰期 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第
2
节 原子核衰变及半衰期课前自主学案课标定位学习目标：
1.知道天然放射现象，了解放射性及放射性元素的概念．
2．知道三种射线的本质和特点．
3．知道原子核衰变的规律，知道α衰变、β衰变的本质．
4．理解半衰期概念，会应用半衰期公式解决相关问题．
重点难点：
1.天然放射现象，三种射线的本质及特征．
2．原子核的衰变规律、半衰期概念的理解．课前自主学案一、天然放射现象的发现
1．1896年，法国物理学家____________发现______________，天然放射现象就是物质能_________________的现象．物质放出射线的性质叫__________，具有放射性的元素叫______________
2．皮埃尔·居里夫妇发现放射性更强的新元素_____和_____贝可勒尔天然放射现象自发地放出射线放射性放射性元素．钋镭．思考感悟1．天然放射性现象的发现有何意义？
提示：天然放射现象使人们认识到原子核具有复杂的内部结构．二、放射线的本质
1．α射线是高速运动的___________________速度约为光速的______倍，电离作用________，穿透能力________
2．β射线是高速运动的___________，速度约为光速的_____倍，电离作用_______，穿透本领_________
3．γ射线是波长很短的__________，它的电离作用_______，穿透能力_______氦原子核粒子流．0.1很强很弱．电子流0.9较弱较强．电磁波很弱很强．三、原子核的衰变
1．定义：原子核自发地放出某种粒子而转变为_______的变化叫做原子核的________
2．分类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变叫做__________
(2)β衰变：放出β粒子的衰变叫做__________
(3)γ射线：在原子核衰变过程中产生的新核，有些处于激发态，这些不稳定的激发态核会辐射出_____________而变成稳定的核．新核衰变．α衰变．β衰变．光子(γ射线)都守恒．四、衰变的快慢——半衰期
1．定义：放射性元素的原子核有_________发生衰变需要的时间．半数3．影响因素：元素半衰期的长短由原子核_________因素决定，一般与原子所处的物理、________状态以及周围环境、温度无关．
4．适用条件：半衰期描述的是_______原子核的统计行为，说明在_______原子核群体中，经过一定时间将有一定比例的原子核发生衰变．自身化学大量大量思考感悟2．如果有2个放射性原子核，经过一个半衰期后，是不是只剩下一个原子核没有衰变？
提示：不是的．半衰期是一个统计性概念，对大量原子核才成立．对一个特定的原子核，只知道它发生衰变的概率，并不能确定何时衰变．核心要点突破一、对三种射线的认识1．三种射线的比较2.三种射线在电磁场中的偏转
(1)在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图3－2－1所示．图3－2－1带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有：(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图3－2－2所示．图3－2－2即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1.如图3－2－3所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外．已知放射源放出的射线有α，β，γ三种，下列判断正确的是( )图3－2－3A．甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线
B．甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线
C．甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线
D．甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线
解析：选B.γ射线不带电，在磁场中不偏转，β射线带负电，α射线带正电，由左手定则可判断出甲为β射线，乙为γ射线，丙为α射线，所以B选项正确．二、对原子核衰变过程的理解
1．α衰变：原子核放出一个α粒子就说它发生了一次α衰变，新核的质量数比原来核的质量数减少了4，而电荷数减少2，新核在元素周期表中的位置前移两位．α粒子实质就是氦核，它是由两个质子和两个中子组成的．当发生α衰变时，原子核中的质子数减2，中子数减2，因此新原子核的核电荷数比未发生衰变时的原子核的核电荷数少2，为此在元素周期表中的位置向前移动两位．即时应用(即时突破，小试牛刀)
2．对天然放射现象，下列说法正确的是( )
A．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的
B．β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子
C．γ粒子是光子，所以γ射线有可能是由原子发光产生的
D．以上说法均正确解析：选A.α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出来的，β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，然后释放电子，γ衰变是伴随α衰变和β衰变而产生的，所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的．故正确答案为A.三、半衰期
1．半衰期描述的是大量原子核的统计行为，个别原子核经过多长时间衰变无法预测，对个别或极少数原子核，无半衰期而言．特别提醒：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
3．下列有关半衰期的说法，正确的是( )
A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越大
B．放射性元素样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核减少，元素的半衰期也变短
C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速率
D．降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物均可减小半衰期解析：选A.半衰期是指大量的原子核有半数发生衰变的周期，半衰期越短，说明原子核发生衰变的速度越快，故A正确．某种元素的半衰期是这种元素所具有的特性，与原子核个数的多少，所处的位置、温度等都没有任何关系，故B、C、D错误．课堂互动讲练 如图3－2－4所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是
( )A．α和β的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源
D．纯γ放射源
【精讲精析】 运用三种射线的性质分析问题，在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子，在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线．因此，放射源可能是α和γ的混合放射源．
【答案】 C法二：设经过x次α衰变、y 次β衰变，根据质量数和电荷数守恒得：
239＝207＋4x①
94＝82＋2x－y②
①②联立得：x＝8，y＝4.【方法总结】 在处理α衰变和β衰变次数的问题时， 首先由开始的原子核和最终的原子核确定质量数的变化，由此得出α衰变的次数，由α衰变引起的电荷数的改变与实际电荷数的改变确定β衰变的次数．变式训练关于半衰期，以下说法正确的是( )
A．同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长
B．升高温度可以使半衰期缩短
C．氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个
D．氡的半衰期为3.8天，4 g氡原子核，经过7.6天就只剩下1 g解析：选D.考虑到放射性元素衰变的快慢跟原子所处的物理状态或化学状态无关，又考虑到半衰期是一种统计规律，即给定的四个氡核是否马上衰变会受到各种偶然因素的支配．因此，正确选项只有D.课件27张PPT。第3节 放射性的应用与防护 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第
3
节 放射性的应用与防护课前自主学案课标定位学习目标：
1.了解放射性的应用．
2．知道放射线的危害与防护．
重点难点：放射性的应用，放射性的污染与防护．课前自主学案一、放射性的应用
1．射线特性的应用
(1)辐射_________
(2)食品_________保存．
(3)__________ 治疗．
(4)放射性_________电池．
(5)_________ 探伤．育种．辐射放射性同位素γ射线思考感悟荔枝是江南出产的一种水果，营养丰富，味道甜美．但荔枝有“一日色变，二日香变，三日味变，四日色香味尽去”的特点，很难保存．可是现在，北方人也能吃上这种水果．用什么方法才能延长荔枝的保鲜期呢？
提示：用γ射线进行照射，可以抑制发芽、杀虫灭菌、长期保鲜．2．作为示踪原子
(1)概念：由于一种元素的各种同位素都有相同的化学性质，可以用放射性同位素代替非放射性同位素来制成各种化合物，这种化合物的原子跟通常的化合物一样参与所有化学反应，但却带有“放射性标记”，可以用仪器探测出来．这种原子就是示踪原子．(2)应用：①在医疗上，医生给病人口服或静脉注射某种放射性示踪剂，它们就会参与体内特定器官组织的物质循环和代谢，并不断放出射线；②在科研上，1965年，我国科学家首先用人工方法合成了牛胰岛素．近年来，有关生物大分子结构及其功能的研究，几乎都要借助示踪原子. 二、放射性污染和防护
1．主要污染源
(1)___________ ；
(2)___________ ；
(3)_____________
2．防护措施
(1)________ 防护；
(2)_________ 防护；
(3)________ 防护；
(4)_________ 防护．核爆炸核泄漏医疗照射．密封距离时间屏蔽核心要点突破一、放射性的应用
1．射线特性的应用2.示踪原子的具体事例
(1)用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花的叶面上，可研究棉花对磷的吸收情况及磷的分布情况等；
(2)给人注射碘的放射性同位素碘131，有助于诊断甲状腺疾病；
(3)利用示踪原子可检查输油管道上的漏油位置．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．放射性同位素的应用主要有两方面，下列实际应用中利用其射线性质的有( )
A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况
B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律
C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹
D．给怀疑患有甲状腺病的病人注射碘131，诊断甲状腺的疾病
解析：选C.利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透能力强的特点．二、放射性污染和防护即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．放射线对人体有伤害，因此，在作为示踪原子时，应该选择半衰期较长的放射性元素，还是用半衰期较短的放射性元素？解析：由于同种元素的放射性同位素跟非放射性同位素具有相同的化学性质，故可利用放射性元素作为示踪原子．但由于放射性对人体有伤害，一旦研究结束，就希望放射性同位素放出的射线大大减小，因此应选择半衰期较短、衰变稍快的放射性元素作为示踪原子．
答案：选半衰期较短，衰变稍快的放射性元素作示踪原子．课堂互动讲练 用人工方法得到放射性同位素是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40几种，而今天人工制造的放射性同位素已达1000多种，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等许多方面得到广泛应用．
(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失，其原因是( )A．放射线的贯穿作用
B．放射线的电离作用
C．放射线的物理、化学作用
D．以上都不是
(2)图3－3－1如图3－3－1所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如工厂生产的是厚度为1 mm的铝板，在α，β，γ三种射线中，你认为对控制铝板的厚度起主要作用的是________射线．
(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素结晶是同一物质，为此曾采用放射性同位素碳14作________．
【思路点拨】 根据射线的性质及放射性同位素的应用分析求解．【自主解答】
(1)因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电性相反的离子与之中和，所以使验电器所带电荷中和．
(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为1 mm的铝板，因而探测器不能探到；γ射线穿透本领最强，能穿透1 mm厚的铝板和几厘米厚的铝板，打在探测器上后其运动状态变化不大，探测器很难分辨；β射线也能穿透几毫米厚的铝板，铝板厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态变化较大，探测器容易分辨．(3)把掺入碳14的人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经多次重新结晶后，得到了放射性碳14分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素合为一体，它们是同一物质，把这种放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查明的情况或规律，人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子．
【答案】 (1)B (2)β (3)示踪原子变式训练 下列说法正确的是( )
A．利用γ射线使空气电离，把静电电荷中和
B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加
C．利用α射线来治疗肺癌、食道癌
D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子解析：选D.α射线的电离作用很强，利用它把静电电荷中和，故A错．γ射线能量大，穿透能力强，可用来育种，治疗肿瘤，B，C错．利用放射性同位素代替非放射性物质合成各种化合物，这种化合物除带有“放射性标记”外，同通常化合物一样，化学性质没变，但可用仪器探测出来，所以D对． 核能是一种高效的能源．
(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳．图3－3－2结合图3－3－2甲、乙可知，安全壳应当选用的材料是________________．
(2)图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图乙分析可知工作人员受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员受到了________射线的辐射．【精讲精析】 (1)核反应堆最外层是厚厚的水泥防护层．防止射线外泄，所以安全壳应选用的材料是混凝土；
(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．
【答案】 (1)混凝土 (2)β γ
【方法总结】 熟悉屏蔽防护措施，常用的屏蔽物和三种射线的贯穿本领是分析解决此类题目的关键．课件22张PPT。本章优化总结 章末综合检测本章优化总结专题归纳整合知识网络构建知识网络构建核能核能核能专题归纳整合 核反应的类型 核反应有以下几种情况：一是衰变，二是人工转变，三是裂变，四是聚变．核反应可用方程来表示，叫核反应方程．完成下列核反应方程，并指明它属于何种核反应；【答案】 见精讲精析
【规律总结】 衰变与其他核反应最主要的区别为前者自发进行，不需要其他粒子诱发，生成α、β或γ粒子；重核裂变和轻核聚变与其他人工转变不同的是有巨大能量释放，裂变最显著的特征是重核分成中等质量的核，聚变则为轻核结合成质量较大的原子核．1．根据质能方程计算，步骤如下
(1)根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能．(3)计算过程中 Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．核能的计算2．利用原子质量单位u和电子伏特计算
根据1原子质量单位(u)相当于931.56 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.56 MeV，即ΔE＝Δm×931.56 MeV.
上式中，Δm单位是u，ΔE的单位是MeV.3．利用平均结合能来计算核能
原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能．4．根据能量守恒和动量守恒来计算核能
参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题给条件中没有涉及到质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，用动量守恒和能量守恒可以计算出核能的变化．5．应用阿伏伽德罗常数计算核能
若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏伽德罗常数计算核能较为简便． 已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时要( )
A．释放出4.9 MeV的能量
B．释放出6.0 MeV的能量
C．释放出24.0 MeV的能量
D．吸收4.9 MeV的能量【精讲精析】 两个质子两个中子结合成氦核要放出4×7.1 MeV＝28.4 MeV能量，两个质子两个中子结合成两个氘核要放出4×1.1 MeV＝4.4 MeV能量，两个氘核结合成氦核放出的能量为28.4 MeV－4.4 MeV＝24.0 MeV.
【答案】 C 两个氘核以相等动能Ek＝0.5 MeV相向运动并发生正碰，产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD＝2.0136 u，氦核质量mHe＝3.0150 u，中子质量mn＝1.0087 u，阿伏伽德罗常数NA＝6.0×1023个/mol.
(1)写出核反应方程；
(2)计算释放多少核能；
(3)求中子和氦核的动能分别为多少；
(4)若共有1 kg的氘完全反应，求放出的总能量．【答案】 (1)见精讲精析 (2)3.26 MeV (3)3.195 MeV 1.065 MeV (4)7.8×1013J课件38张PPT。第1节 核力与核能 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第
1
节 核
力
与
核
能课前自主学案课标定位学习目标：
1.知道核力的概念与特点．
2．会解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因．
3．理解结合能与平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损．
4．知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系.
重点难点：核力、结合能、质能方程．课前自主学案一、核力与核的稳定性
1．核力的定义：在原子核中把_______维系在一起的力叫做核力．
2．核力的特点
(1)力的作用范围叫做力程．核力是_________，作用范围在2 fm(1 fm＝10－15 m)，它不能延伸到3 fm以外．当两核子间距离_______时，核力也迅速减小，至一定值时，核力表现为斥力．
(2)核力是一种______相互作用．核力比库仑力强大的多．核子短程力减小强3．核素：具有一定数目_______和一定数目________的一种原子核．
4．核素图：用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种________用一小方块表示，所得到的图象．质子中子核素思考感悟1．原子核内只有相邻的核子间才存在相互作用的核力，不相邻的核子间不存在核力，这是为什么？
提示：因为核力是短程力，作用范围在2 fm左右，原子核内相邻核子间距在这个范围内，而不相邻核子间距已超过2 fm，故不存在核力作用．二、结合能与平均结合能
1．原子核的结合能：核子结合成原子核所________的能量．
2．平均结合能：对某种原子核，_____________的结合能．平均结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，也是原子核分解成自由核子时每个核子平均吸收的能量．释放平均每个核子3．质量亏损
(1)质量亏损：原子核的质量_________组成它的所有核子的质量之和，它们的差值称为质量亏损．(2)爱因斯坦质能方程：E＝mc2.
4．结合能的计算公式：ΔE＝_________.小于Δmc2思考感悟2．氘核的平均结合能(1.09 MeV)要小于氖核(Ne)的平均结合能(8.0 MeV)，这说明氘核与氖核有什么性质的不同？
提示：平均结合能是指把原子核分解为自由核子时每个核子平均吸收的能量．显然，平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子．比如，氖核比氘核更难分离成单个核子．核心要点突破一、对核力的理解
1．原子核内的质子相距很近，库仑斥力很大，然而核力却使它们紧紧约束在一起，可见核力是强相互作用(强力)的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑斥力大得多．
2．核力是短程力，作用范围在2×10－15 m左右．核力在距离大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，且随着距离增大而减小，超过1.5×10－15 m时，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起．3．每个核子只跟相邻的核子间发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．
4．核力与核子是否带电无关，质子和质子间、质子和中子间、中子和中子间都存在核力作用．
特别提醒：
(1)因为核子间存在核力，所以原子核内蕴藏着巨大的能量．
(2)在原子核内，除核力外还存在一种弱力，弱力是引起原子核发生β衰变的原因，弱力也是短程力，其力程为10－18 m，作用强度比静电力还小．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．关于核力的下列说法正确的是( )
A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用
B．核力就是电磁力
C．核力是短程力
D．核力与电荷有关
解析：选C.核力是短程力，故C对，核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对，核力与电荷无关，故D错．故正确答案为C.2．结合能和平均结合能
(1)结合能：由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量．核反应中放出或吸收的能量称为核结合能．
(2)平均结合能：原子核的结合能与核子数之比．平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．3．平均结合能曲线：不同原子核的平均结合能随质量数变化图线如图4－1－1所示．图4－1－1从图中可看出，中等质量原子核的平均结合能最大，轻核和重核的平均结合能都比中等质量的原子核要小．
特别提醒：平均结合能比结合能更有意义，它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．对结合能、平均结合能的认识，下列说法正确的是( )
A．一切原子核均具有结合能
B．自由核子结合为原子核时，可能吸收能量
C．结合能越大的原子核越稳定
D．平均结合能越大的原子核越稳定解析：选D.氢原子核只有一个质子，无结合能，结合能并不是原子核所具有的能量，故A错；自由核子结合为原子核时，放出能量，故B错；平均结合能越大的原子核越稳定，故C错，D正确．三、对质量亏损和质能方程的理解
1．质能方程：爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是
E＝mc2或ΔE＝Δmc2.
这就是著名的爱因斯坦质能方程，简称质能方程．方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系．2．对质量亏损和质能方程的理解
(1)质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来．
(2)质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化．(3)质量亏损不是否定了质量守恒定律．根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立．
(4)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的．3．运用质能方程时应注意单位．一般情况下，公式中各量都应取国际单位制单位．但在微观领域，用国际单位制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位．一原子的质量为1 u,1 u＝1.6606×10－27 kg，由质能方程知，1 u的质量所具有的能量为E＝mc2≈931.56 MeV.证明：由爱因斯坦的质能方程得
E＝mc2＝1 u×c2＝1.6606×10－27×(2.9979×108)2 J≈1.4924×10－10 J.
又因为1 eV＝1.6022×10－19 J，则有
E＝1.4924×10－10 J＝931.56 MeV
所以1 u相当于931.56 MeV的能量．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
3．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是( )
A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比
B．根据ΔE＝Δmc2可计算核反应的能量
C．一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量，表明此过程出现了质量亏损
D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能解析：选D.质能方程E＝mc2中E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量，故A项对，D项错；根据ΔE＝Δmc2，可以计算释放的核能，物体的质量增加或减小Δm对应着其能量增加或减少ΔE，故B、C正确．所以选D.课堂互动讲练 关于原子核的结合能与平均结合能的下列说法中不正确的是( )
A．原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时，核力做的功
B．原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功
C．平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子的结合能
D．不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比轻核的平均结合能大【精讲精析】 原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功. 当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量，某种原子核平均每个核子的结合能称为平均结合能. 不同原子核的平均结合能不同．重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小，轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小. 【答案】 D
【方法总结】 (1)核力是短程力，只有相邻的核子间才存在核力．
(2)核力是强相互作用力，靠此抵消质子间库仑斥力使核子聚成原子核．
(3)核力的功为正时，其“势能”减小，反之“势能”增加．【答案】 127.68 MeV 14.56 MeV
【方法总结】 原子核分解成核子时需要的能量为结合能，它等于核子结合成原子核时放出的能量．【思路点拨】 写出核反应方程，求出反应前后的质量亏损，利用质能方程计算．【答案】 见自主解答课件27张PPT。第2节 核裂变 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第
2
节 核裂变课前自主学案课标定位学习目标：
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．
重点难点：重核裂变，链式反应及反应堆．课前自主学案一、重核的裂变
1．核裂变：用中子轰击铀核，发现铀核分裂成___________的两部分，并释放出能量．这种核反应过程叫做___________
2．核能：核裂变________出的能量称为___________，也称________或__________质量相近核裂变．释放裂变能核能原子能．使之裂变，产生第二代中子．中子不断_______，裂变反应不断_______，形成了裂变的链式反应．
2．临界体积：能够发生链式反应的铀块的__________叫做___________增加加强最小体积临界体积．思考感悟发生链式反应为何会有最小体积呢？
提示：原子核的体积很小，原子内部绝大部分是空隙．如果铀块不够大，中子通过铀块时可能碰不到铀核而跑到铀块外面去．三、裂变反应堆
1．用人工的方法控制__________的速度，人们制成了___________，它是能_______和_______核裂变的装置．
2．核反应堆包含_______、_____________、___________和_________等部分．堆芯又由________、________和_________组成．链式反应核反应堆维持控制堆芯中子反射层控制系统防护层燃料棒减速剂冷却剂核心要点突破一、重核裂变与链式反应的理解
1．裂变的解释
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．
(3)能量：铀核裂变成中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一般说来，平均每个核子放出的能量约为1 MeV,1 kg铀全部裂变放出的能量相当于2000 t优质煤燃烧时释放的能量．裂变时能产生几万度的高温．2．重核裂变的条件
(1)重核的裂变只能发生在人为的核反应中，自然界中不会自发地产生裂变，而是发生衰变．
(2)要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使其分裂，并放出更多的中子，这些中子再去轰击更多的铀核，产生更多的中子，就形成了链式的反应．如图4－2－1所示图4－2－1(3)链式反应速度很快，如不加以控制，能量在瞬间急剧释放引起剧烈爆炸(如原子弹)．如果运用一定方法加以控制就可以和平利用这种巨大的能量(如核电站、核潜艇等)．二、核能的利用
1．原子弹杀伤力强大的原因：核能在极短时间内释放出来．核电站是利用缓慢释放的核能来发电的，这是核能的和平利用，因此核电站是可控的链式反应．
2．核反应堆——核电站的心脏：裂变反应堆是核电站的心脏，它是一种人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理见下表：即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( )
A．使用浓缩铀
B．改变铀块的临界体积
C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变反应堆中的中子数目
D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
解析：选C.控制核反应的速度是靠调节中子数来实现的，故C选项正确．课堂互动讲练 关于重核的裂变，以下说法正确的是( )
A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．中子进入铀块中时，一定发生链式反应
C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数量减小
D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能【精讲精析】 根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程．而并非中子的能量，故A错误．链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积．如果体积小，中子进入铀块时，裂变中产生的中子散失到外界，没有足够的中子，则链式反应就不会发生，故B错误．在裂变反应中质量数守恒，核子数是不会减少的，因此C错误．重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，发生质量亏损，从而释放出核能，故D正确．【答案】 D【答案】 (1)40 90 (2)8.3×1013J课件30张PPT。第3节 核聚变
第4节 核能的利用与环境保护 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第
4
节 核能的利用与环境保护课前自主学案课标定位学习目标：
1.知道核聚变反应，关注受控聚变反应的研究进展．
2．知道核电站的工作模式．
3．通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系．
重点难点：聚变反应、可控热核反应．课前自主学案一、轻核聚变
1．轻核的平均结合能________中等质量的核的平均结合能．
2．轻核聚变：采用轻核________成较重核引起结合能变化的方式可获得_________这样的核反应称为轻核聚变．小于聚合核能．核聚变大的多．3．聚变不仅能释放________的能量，而且所用燃料容易________巨大获得．二、可控热核聚变反应
1．要使核子发生聚变，必须使核子接近________________的范围．两个氘核发生聚变，它们的距离达到_________米以内，核力才能起作用．
2．轻核聚变温度到达______K，在这样的高温下，原子完全电离形成___________，才能实现聚变．
3．为了实现核聚变，目前靠三种方法对等离子体进行约束，一是靠_______，二是用________，三是靠________核力能发生作用10－15108等离子态引力磁场惯性．三、核电站
1．核电站就是将__________释放的______转化为电能的发电厂．反应堆核能四、核武器
1．原子弹是一种没有__________、_________的爆炸性___________装置．
2．氢弹是一种靠__________、不需__________而实现聚变的反应装置．减速剂不加控制链式反应惯性约束人工控制 思考感悟为什么只有具备制造原子弹能力的国家才能制造氢弹？
提示：氢弹是热核反应，需达到几百万℃以上高温才能进行核反应，只有用原子弹爆炸的高温高压，才可以使氢弹中的聚变材料达到热核反应的条件，故只有具备制造原子弹能力的国家才能制造氢弹．五、核能的优势与危害
1．核能作为一种新能源，有很多优势．
(1)核能发电比燃煤发电的__________
(2)核电站对环境污染比燃煤发电厂__________
2．核能的利用也存在一些危害．
(1)核燃料使用后，存留一定量的具有_________的废料．
(2)核武器威力巨大，摧毁生命，且使生态环境受到严重破坏．成本低．小得多．高放射性核心要点突破(1)微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10－15m.要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能，以克服原子核之间巨大的库仑斥力．
(2)宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它们加热到几百万开尔文的高温．聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它提供能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去，在短时间内释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸．2．聚变比裂变反应放出更多能量的原因特别提醒：轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚变反应放出更大的能量．由于发生聚变的温度极高，聚变又叫热核反应．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大
C．聚变反应中粒子的平均结合能变小
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加解析：选B.在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误，B正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则平均结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误．二、重核裂变与轻核聚变的比较特别提醒：(1)重核裂变发生链式反应的条件是铀块的体积须大于临界体积，轻核聚变发生的条件是原子核间距离接近到10－15 m.
(2)核武器中的原子弹利用的是核裂变，氢弹释放的能量主要源于核聚变．即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．聚变与裂变相比，下列说法不正确的是( )
A．聚变比裂变产能效率高
B．由于聚变所产生的核能比裂变大得多，故裂变更安全
C．原子弹的燃料是 U
D．氢弹的原理是核的聚变，需由原子弹来引爆解析：选B.聚变比裂变的平均结合能大，故A正确．在目前的条件下，在重核的裂变过程中所产生的放射性污染要比轻核聚变时要大得多，故B错．原子弹利用的核裂变燃料为 U，氢弹利用的核聚变需原子弹引爆，故C、D正确．课堂互动讲练 以下说法正确的是( )
A．聚变是裂变的逆反应
B．如果裂变反应释放能量，则聚变反应必定吸收能量
C．聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然要吸收能量
D．裂变与聚变均可释放巨大的能量【精讲精析】 选项A，从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为两者的反应物与生成物全然不同．裂变是重核分裂成中等质量的核，而聚变则是轻核聚合成为较重的核．裂变与聚变无直接关联，并非互为逆反应．
选项B，既然裂变与聚变不是互为逆反应，那么在能量的流向上也不必相反．选项C，要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温．但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量．因此，总的说来，聚变反应还是释放能量，故选项D正确．
【答案】 D
【方法总结】 聚变就是使原先相距“较远”的核克服库仑斥力而结合为一个“稳定”的新核，因此事先须让两核获得较大的初动能，常采用加热的方法． 阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能量来源．
(1)写出这个核反应方程．
(2)这一核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？
(mp＝1.0073 u，mHe＝4.0026 u，me＝0.00055 u)【思路点拨】 核反应中由于质量数、电荷数保持守恒，由此可写出核反应方程；根据爱因斯坦的质能关系方程，由质量亏损(或能量)可计算释放的能量(或质量亏损)．(2)反应前的质量m1＝4mp＝4×1.0073 u＝4.0292 u
反应后m2＝mHe＋2me＝4.0026 u＋2×0.00055 u＝4.0037 u
Δm＝m1－m2＝0.0255 u，
由质能方程得，释放能量ΔE＝Δmc2＝0.0255×931.5MeV≈23.75 MeV.【规律总结】 对于轻核聚变时核能的计算与前面重核裂变时核能的计算方法完全一样，利用爱因斯坦质能方程进行计算即可．解析：聚变反应前氘核和氚核的总结合能E1＝(1.09×2＋2.78×3)MeV＝10.52 MeV，反应后生成的氦核的结合能E2＝7.03×4 MeV＝28.12 MeV，所以聚变过程释放出的能量ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52)MeV＝17.6 MeV.答案：17.6 MeV
