物理：新人教版选修3-5全套教学同步教案（23节）

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19.3 探测射线的方法
三维教学目标
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。[来源:21世纪教育网]
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：21世纪教育网
（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。
教学过程：[来源:21世纪教育网]
第三节 探测射线的方法
（一）引入新课
提问：前面我们学习了天然放射现象，知道了三种射线的本质。α、β、γ射线的本质是什么？各有那些特征？
通过学生回忆三种放射线的本质以及三种粒子的基本特征，既用引导新课，也为后分析探测器探测到的现象提供理论依据。放射线是看不见的，我们是如何探知放射线的存在的呢？这节课，我们来学习几种常用的探测射线的方法。
（二）进行新课
阅读教材83页的第一部分，思考并讨论：放射线虽然看不见，但我们根据什么来探知放射线的存在呢？（根据放射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知放射线的存在）这些现象主要有哪些呢？21世纪教育网
（使气体电离，这些离子可使过饱和汽产生云雾或使过热液体产生气泡；使照相底片感光；使荧光物质产生荧光）
学习三种核物理研究中常用的探测射线的方法。
1、威耳逊云室
阅读教材“威耳逊云室”部分的内容，并组织学生对课文内容进行讨论。
提问：
（1）构造是什么？
（2）基本原理是什么？
（3）怎样才能观察到射线的径迹？
威耳逊云室主要部分是一个圆筒状容器，下部是一个可以上下移动的活塞，上盖是透明的，可以通过它来观察和拍摄粒子运动的径迹，室内由光源通过旁边的窗子照明。少量放射性物质（放射源）放在室内侧壁附近（或放在室外，让放射线从侧壁的窗口射入）
实验时，先往云室里加少量的酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后使活塞迅速向下运动，室内气体由于迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态，这时如果有射线粒子从室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，这些雾滴沿射线经过的路线排列，于是就显示出了射线的径迹。
说明：这种云室是英国物理学家威耳逊（1869～1959）在1912年发明的，故叫做威耳逊云室。
在云室看到的只是成串的小液滴，它描述的是射线粒子运动的径迹，而不是射线本身。观察α、β射线在云室中的径迹，比较两种径迹的特点，并分析其原因。
提示：α粒子的质量比较大，在气体中飞行不易改变方向，并且电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗。β粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少，所以它在云室中的径迹比较细，且常常发生弯曲。γ粒子的电离本领更小，一般看不到它的径迹。
点评：我们根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质，把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，可以知道粒子所带电荷的正负；根据径迹的曲率半径的大小，还可以知道粒子的动量的大小。
例1：在云室中，为什么α粒子显示的径迹直而粗、β粒子显示的径迹细而曲？
提示：因为α粒子带电量多，它的电离本领强，穿越云室时，在1cm路程上能使气体分子产生104对离子，过饱和酒精蒸汽凝结在这些离子上，形成很粗的径迹.且由于α粒子质量大，穿越云室时不易改变方向，所以显示的径迹很直。
β粒子带电量少，电离本领较小，在1cm路程上仅产生几百对离子，且β粒子质量小，容易改变运动状态，所以显示的径迹细而弯曲。
2、气泡室
学生阅读课文，学习气泡室的基本原理。
提问：比较气泡室的原理同云室的原理。
控制气泡室内液体的温度和压强，使室内温度略低于液体的沸点，当气泡室内压强降低时，液体的沸点变低，因此液体过热，在通过室内射线粒子周围就有气泡形成，气泡室在观察比较稀少的碰撞事件时是有很大优点的。液体中原子挤得很紧，可以发生比气体中多得多的核碰撞，而我们将有比用云室好得多的机会来摄取所寻找的事件。
3、盖革— 弥勒计数器
阅读教材“盖革—弥勒计数器”部分的内容，并组织学生对课文内容进行讨论。
提问：
（1）盖革— 弥勒计数管的构造如何？
管外面是一根玻璃管，里面是一个接在电源负极的导电圆筒，筒的中间有一条接正极的金属丝，管中装有低压的惰性气体（如氩、氖等，压强约为10kPa～20kPa）和少量的酒精蒸气或溴蒸气，在金属丝和圆筒两极间加上一定的电压（约1000V），这个电压稍低于管内气体的电离电压。21世纪教育网
（2）盖革— 弥勒计数管的基本原理是什么？
盖革管的原理是某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生的电子在电场中被加速，能量越来越大，电子跟管中的气体分子碰撞时，又使气体分子电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子。这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，在外电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来。
（3）G—M计数器的特点是什么？
①G－M计数器放大倍数很大，非常灵敏，用它来检测放射性是很方便的。
②G－M计数器只能用来计数，而不能区分射线的种类。
③G－M计数器不适合于极快速的计数。
④G－M计数器较适合于对β、γ粒子进行计数。
另外，还有如闪烁计数器、乳胶照相、火花室和半导体探测器等探测器装置，利用这些装置能更精确地测定粒子的各种性质，感兴趣的同学可以查找这方面的资料阅读。随着科学技术的发展，探测射线的手段不断改进，近年来，由于探测仪器大都和电子计算机直接连接，实现了对实验全过程电子计算机控制、计算、数据处理，已经使实验方法高度自动化。
课后作业：本节课后问题与练习1、2、3
21世纪教育网 -- 中国最大型、最专业的中小学教育资源门户网站。 版权所有@21世纪教育网第十九章 原子核
新课标要求
1．内容标准
（1）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。
（2）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。
例1 了解放射性在医学和农业中的应用。
例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。
（3）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。
（4）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。
（5）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。
（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。
例3 思考核能开发带来的社会问题。
（7）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。
例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。
2．活动建议：
（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。
（2）观看有关核能利用的录像片。
（3）举办有关核能利用的科普讲座。
新课程学习
19．6 重核的裂变
★新课标要求
（一）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。
（二）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。
（三）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
1．链式反应及其释放核能的计算。
2．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。
★课时安排
1 课时
★教学过程21世纪教育网[来源:21世纪教育网]
（一）引入新课
教师：大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟．大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解。
播放VCD光碟，展示原子弹爆炸的过程及原子弹爆炸后形成的惨景的片段。
学生：观看原子弹爆炸的过程，并形成裂变能放出巨大能量的初步认识。
点评：激发起学生主动探求知识的欲望，从而为下一步进行教学活动奠定一个良好的基础。
（二）进行新课
1．核裂变（fission）
提问：核裂变的特点是什么？
让学生阅读课本核裂变部分内容，分小组讨论。每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。
学生回答：重核分裂成质量较小的核的反应，称为裂变。
教师总结：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。[来源:21世纪教育网]
提问：是不是所有的核裂变都能放出核能？
让学生阅读有关核子平均质量有补充材料。分小组讨论。每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。
学生回答：只有核子平均质量减小的核反应才能放出核能。
点评：有利于培养学生合作式学习的能力。
知识总结：不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量。只有重核裂变和轻核聚变能放出大量的能量。
点评：个人及小组的竞争，活跃课堂气氛，激活学生思维，增加学习的趣味性。
2、铀核的裂变
（1）铀核的裂变的一种典型反应。
提问：铀核的裂变的产物是多样的，最典型的一种核反应方程式是什么样的？
让学生阅读课本核裂变部分内容
分小组讨论
每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。
学生回答：
（2）链式反应：
提问：链式反应〔chain reaction〕是怎样进行的？21世纪教育网
学生回答：这种由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。
点评：学生用自己的语言叙述，基本正确即可。
（3）临界体积（临界质量）：
提问：什么是临界体积（临界质量）？
学生回答：通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。
（4）裂变反应中的能量的计算。
裂变前的质量：
kg， kg
裂变后的质量：
kg，kg，kg，
学生计算：质量亏损：
kg，
J=201MeV
知识总结：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积。铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。
3、核电站
提问：核核反应堆各组成部分在核反应中起什么作用？
让学生阅读课本核电站部分内容，分小组讨论。每一小组由一位同学陈述小组讨论的结果。
学生回答：铀棒由浓缩铀制成，作为核燃料。
学生回答：控制棒由镉做成，用来控制反应速度。
学生回答：减速剂由石墨、重水或普通水（有时叫轻水）做成，用来跟快中子碰撞，使快中子能量减少，变成慢中子，以便让U235俘获。
学生回答：冷却剂由水或液态的金属钠等流体做成，在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出，确保反应堆的安全。
学生回答：水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，防止核辐射。
教师（提问）：核能发电的优点、缺点？
学生回答：
优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济。
缺点：①一旦核泄漏会造成严重的核污染；②核废料处理困难。
点评：学生用自己的语言叙述，基本正确即可。
教师（补充）：了解常用裂变反应堆的类型：
秦山二期、大亚湾二期是压水堆，秦山三期是沸水堆。
4、例题
例题1、下列核反应中，表示核裂变的是（ ）
A、
B、
C、
D、
分析：核反应中有四种不同类型的核反应，它们分别是衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变。其中衰变中有衰变、衰变等。
是衰变，
是衰变，
是人工转变，只的C选项是重核裂变。
学生回答：
解：表示核裂变的是C
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点评：培养学生的扩散散性思维。
例题2、秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW，如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8.21010 J，并且假定产生的能量都变成了电能，那么，每年要消耗多少铀235 （一年按365天计算）
学生回答：
解：核电站每天的发电量为W=Pt=3×108×24×3600 J=2.592×1013 J.
每年的发电量W总=365W=9.46×1015 J而1 g铀完全裂变时产生的能量为
8.2×1010 J.
所以，每年消耗的铀的量为
点评：培养学生推理及公式演算的能力。注意速度单位的换算，运算过程中带单位运算。适当进行爱国主义教育。
（三）课堂小结
通过本堂课的学习，主要让学生知道核裂变的概念，知道什么是链式反应，会计算重核裂变过程中释放出的能量，知道什么是核反应堆，了解核电站及核能发电的优缺点。
本堂课的学习主要采用让学生自学阅读、小组相互交流、师生共同概括，学生讨论等方式来组织教学，主要培养学生合作式学习的能力，自主学习的能力和习惯。让学生树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养。
（四）作业：
（1）请学生课后阅读课本内容，巩固课堂学习的知识。
（2）请学生课后阅读“STS原子弹与科学家的责任”，并上网收索“切尔诺贝利核电站”，了解核泄漏对环境会造成严重的核污染。
（3）请学生课后探讨课本第99页“问题与练习”中的2~5题。
★教学体会
本节内容比较抽象，应让学生多思考、多总结、多归纳，体验知识的获得过程，加强对知识的理解。让学生树立实事求是的科学态度，培养学生严谨、踏实的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。第十九章 原子核
新课标要求
1．内容标准
（1）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。
（2）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。
例1 了解放射性在医学和农业中的应用。
例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。
（3）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。
（4）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。
（5）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。
（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。
例3 思考核能开发带来的社会问题。
（7）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。
例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。
2．活动建议：
（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。
（2）观看有关核能利用的录像片。
（3）举办有关核能利用的科普讲座。
新课程学习
19.8 粒子和宇宙
★新课标要求
（一）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
（二）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
（三）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。
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
教师：宇宙的起源一直是天文学中困难而又有启发性的问题。宇宙学中大爆炸论的基本观点是宇宙正在膨胀，要了解宇宙更早期的情况，我们必须研究组成物质的基本粒子。
问题：现在我们所知的构成物体的最小微粒是什么？
学生：构成物体的最小微粒为“原子”（不可再分）。
点评：从宇宙的起源角度去引起对物质构的粒子的了解，激发学生的兴趣，积极回答。
教师：其实直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质不可分的最小微粒。20世纪初人们发现了电子，并认为原子并不是不可以再分，而且提出了原子结构模型的研究。
问题：现在我们认为原子是什么结构模型，由什么组成？
学生回忆并回答：现在我们认为原子是核式结构，说明原子可再分，原子核由质子与中子构成。
点评：引起学生回忆旧知识并巩固知识。
（二）进行新课
1．“基本”粒子 “不” 基本
教师：1897年汤姆生发现电子，1911年卢瑟福提出原子的核式结构。继而我们发现了光子，并认为“光子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基本粒子”。那么随着科学技术的发展“它们”还是不是真正意义上的“基本”粒子呢？
学生思考并惊奇。
点评：因为学生所能了解的最小粒子只有这些，所以这节课引起了学生的兴趣。
（可以不按教材顺序介绍，接着介绍新粒子的发现）
2．发现新粒子
教师：20世纪30年代以来，人们对宇宙线的研究中发现了一些新的粒子。
请学生看教材（103页“发现新粒子”）
思考下面的问题：
（1）从宇宙线中发现了哪些粒子？这些粒子有什么特点？
（2）通过科学核物理实验又发现了哪些粒子？
（3）什么是反粒子？
（4）现在可以将粒子分为哪几类？
在老师的引导下学生带着问题阅读教材。
学生回答：
（1）1932年发现正电子；1937年发现μ子；1947年发现K介子与π介子
（2）实验中发现了许多反粒子，现在发现的粒子多达400多种。
（3）许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质相反的粒子，叫做反粒子。
（4）按粒子与各种相互作用的关系，可分为三大类：强子、轻子和媒介子。
教师（讲授评析）：
强子：是参与强相互作用的粒子。 （强子又分为介子和重子）
轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子。
媒介子：传递各种相互作用的粒子。
学生举例：
强子：质子、中子…
轻子：电子、电子中微子
媒介子：光子、胶子…
点评：激发学生了解相关知识，更进一步了解这个世界。比较三类粒子，让学生形成直观的认识，知道三类粒子的主要作用。
3．夸克模型
问：上述粒子是不是最小单位，有没有内部结构呢？
请学生看教材（第104页“夸克模型”）
学生：在老师的引导下学生带着问题阅读教材。
教师：1964年提出夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克（quark）。夸克模型经过几十年的发展，已被多数物理学家接受。
那么，现代科学认为夸克有哪几种？有什么特征？
学生回答：
（1）上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。
（2）夸克带电荷为元电荷的或倍
点评：提示学生现代科学不仅发现6种夸克而且发现了反夸克存在的证据。使学生知道知识的学习和科学的探究是无止境的。
教师（提示）：科学家们还未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。能否解放被禁闭的夸克，是物理学发展面临的一个重大课题。
夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。而另一方面也说明科学正由于一个一个的突破才使得科学得到进一步的发展。
例：已知π+介子、π-介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。
π+ π- u d
带电量 +e21世纪教育网 -e
下列说法正确的是（ ）（2005全国）
A．π+由u和组成
B．π+由和d组成
C．π-由u和组成
D．π-由和d组成
解析：根据各种粒子带电情况，π的带应为u和d（“+”或“-”）所以选“AD”
归纳：基本粒子不基本（列出框架图）
点评：逐步突现物质世界的微观与宏观的和谐统一。
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4．宇宙的演化、恒星的演化
前面我们提到要了解宇宙起源需了解物质的组成的粒子，这是因为在物理学中研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟通、相互支撑。
阅读教材（第105页“宇宙演化”）并要求学生初步了解宇宙演化的发展过程。
点评：培养学生自学的习惯。学生简单了解宇宙演化和恒星演化过程。21世纪教育网
教师：讲授“宇宙演化过程和恒星演化过程”：
宇宙大爆炸后，“粒子家族”（宇宙形成之初）：
10-44秒后，温度1032K，产生夸克、轻子、胶子等→
10-6秒后温度1013K，夸克构成了质子和中子等（强子时代）→[来源:21世纪教育网]
温度为1011K时，少量夸克，光子、大量中微子和电子存在（轻子时代）→
温度109K时进入核合成时代→
温度降到3000K时，电子与质子复合成氢原子→
冷却，出现了宇宙尘埃
密集尘埃→
星云团
开始发光→
一颗恒星诞生。
恒星收缩升温→
热核反应成氦→
氢大部分聚变为氦→
收缩→
氦聚合成碳→…
（类似）直到产生铁元素。
恒星最后的归宿：
恒星质量小于太阳1.4倍→白矮星
恒星质量是太阳1.4~2倍→中子性
恒星质量更大时(无法抵抗)→黑洞
教师：引导学生阅读课外材料“科学足迹”，课本第106页“华人科学家在粒子物理领域的杰出贡献”,了解科学发展史。
学生：了解华人对物理科学的贡献，增强学生的爱国主义热情和热爱科学的高尚的道德情操。
点评：激发学生的求知欲，让学生有一种探索科学奥秘的愿望。
5．课堂练习（可选为例题）
练习1、目前普遍认为，质子和中子都由被称为μ夸克和d夸克的两类夸克组成，μ夸克带电量为2e/3，d夸克带电量为-e/3，e为元电荷，则下列论断可能的是（ ）
A．质子由1个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和2个d夸克组成
B．质子由2个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和2个d夸克组成
C．质子由1个μ夸克和2个d夸克组成，中子由2个μ夸克和1个d夸克组成
D．质子由2个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和1个d夸克组成
答案：B
练习2、介子衰变方程为：→π-+πo其中介子和π-介子带负的基元电荷，πo介子不带电，如图所示，一个介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧Ap，衰变后产生的π-介子的轨迹为圆弧pB,两轨迹在p点相切，它们半径Rk-与Rπ-之比为2：1（πo介子的轨迹未画出）由此可知π-的动量大小与πo的动量大小之比为（ ）
A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．1：6
答案：C
（三）课堂小结
1．知道组成物质的粒子的发展史
2．了解粒子的种类及特点。
3．知道宇宙演化和恒星的演化过程
4．理解物质世界粒子与宇宙的和谐统一。
学生：整理课堂笔记，进一步回忆巩固所学知识。
点评：要求学生梳理知识，进行课堂小结。
（四）作业：
（1）查找有关华人科学家在粒子物理领域的更多成果和事迹与其他同学交流。21世纪教育网
（2）“问题与练习”中的1~2题。
★教学体会
粒子和宇宙是近现代物理学重要内容，让学生了解人类对物质结构的认识过程从而进一步认识到物质世界的发展过程：粒子→宇宙。本节内容有很多知识相对抽象，课堂教学以讲授为主，并加以适当的补充介绍，使内容更象形象。一方面让学生了解科学知识，另一方面通过发展名的介绍（尤其是华人在粒子物理学方面的贡献）激发学生爱国主义的精神，培养学生热爱科学、热爱自然的高尚的道德情操，并鼓励他们为祖国、为科学而努力学习，争取更大贡献。
粒子
媒介子
轻子
（6种）
强子
参与强作用
光子（传递电磁相互作用）
胶子（传递强相互作用）
电子
电子中微子
μ子和μ子中微子
子和子中微子
质子
中子
介子
超子
上夸克
下夸克
奇夸克
粲夸克
底夸克
顶夸克
夸克第十七章 波粒二象性
新课标要求
1．内容标准
（1）了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
（2）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
（3）了解康普顿效应。
（4）根据实验说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。
（5）知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。
（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。
例1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。
2．活动建议
阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。
新课程学习
17．1 能量量子化：物理学的新纪元21世纪教育网
★新课标要求
（一）知识与技能
1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射
2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系
3．了解能量子的概念
（二）过程与方法
了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
（三）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
能量子的概念
★教学难点
黑体辐射的实验规律
★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
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
教师：介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影，见课件。）
19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文作了展望新世纪的发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”
也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”
这两朵乌云是指什么呢？
一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。
然而， 事隔不到一年（1900年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905年）从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路， 柳暗花明又一村”。
点出课题：我们这节课就来体验物理学新纪元的到来――能量量子化的发现
（二）进行新课
1．黑体与黑体辐射
教师：在了解什么是黑体与黑体辐射之前，请同学们先阅读教材，了解一下什么是热辐射。
学生：阅读教材关于热辐射的描述。
教师：通过课件展示，加深学生对热辐射的理解。并通过课件展示，使学生进一步了解热辐射的特点，为黑体概念的提出准备知识。
（1）热辐射现象
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。
所辐射电磁波的特征与温度有关。
例如：铁块 温度↑
从看不出发光到暗红到橙色到黄白色
从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。
（2）黑体
教师：除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。
概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。
教师：课件展示黑体模型。
不透明的材料制成带小孔的的空腔，可近似看作黑体。如图所示。
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
2．黑体辐射的实验规律
教师：引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律”，接合课件展示，讲解黑体辐射的实验规律。如图所示。
黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
教师：提出问题，设置疑问。怎样解释黑体辐射的实验规律呢？
在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。
课件展示：瑞利--金斯线。见课件。
3．能量子：超越牛顿的发现
教师：利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。必然会促使人们去发现新的理论。这就是能量子概念。
1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε， 1ε，2ε，3ε，... nε，n为正整数，称为量子数。[来源:21世纪教育网]
对于频率为ν的谐振子最小能量为
这个最小能量值，就叫做能量子
课件展示：普朗克的能量子假说和黑体辐射公式
（1）黑体辐射公式1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式
普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信h的引入确实反映了新理论的本质。
1918年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。
他的墓碑上只刻着他的姓名和
黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？
没有。
物理难题：1888年，霍瓦(Hallwachs)发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。近10年以后，1897年，汤姆孙发现了电子 ，此时，人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子(photoelectron)，相应的效应叫做光电效应。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？明天，我们就继续学习“科学的转折：光的粒子性”
（三）课堂小结
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）作业：“问题与练习”1、2、3题
★教学体会21世纪教育网
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
[来源:21世纪教育网]21世纪教育网
黑体模型
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第十六章 动量守恒定律
新课标要求
1．内容标准
（1）探究物体弹性碰撞的一些特点。知道弹性碰撞和非弹性碰撞。
（2）通过实验，理解动量和动量守恒定律。能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。知道动量守恒定律的普遍意义。
例1 火箭的发射利用了反冲现象。
例2 收集资料，了解中子是怎样发现的。讨论动量守恒定律在其中的作用。
（3）通过物理学中的守恒定律，体会自然界的和谐与统一。
2．活动建议
制作“水火箭”。
新课程学习
16．4 碰 撞
★新课标要求
（一）知识与技能
1．认识弹性碰撞与非弹性碰撞，认识对心碰撞与非对心碰撞
2．了解微粒的散射
（二）过程与方法
通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否，体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。
（三）情感、态度与价值观
感受不同碰撞的区别，培养学生勇于探索的精神。
★教学重点
用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题
★教学难点
对各种碰撞问题的理解．
★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
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程，因而碰撞具有如下特点：
1．碰撞过程中动量守恒．
提问：守恒的原因是什么？（因相互作用时间短暂，因此一般满足F内>>F外的条件）
2．碰撞过程中，物体没有宏观的位移，但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变．
3．碰撞过程中，系统的总动能只能不变或减少，不可能增加．
提问：碰撞中，总动能减少最多的情况是什么？（在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多）
熟练掌握碰撞的特点，并解决实际的物理问题，是学习动量守恒定律的基本要求．
（二）进行新课
一、弹性碰撞和非弹性碰撞
1．弹性碰撞[来源:21世纪教育网]21世纪教育网
在弹性力作用下，碰撞过程只产生机械能的转移，系统内无机械能的损失的碰撞，称为弹性碰撞。
举例：通常情况下的钢球、玻璃球等坚硬物体之间的碰撞及分子、原子等之间的碰撞皆可视为弹性碰撞。
分析：物体m1以速度v1与原来静止的物体m2碰撞，若碰撞后他们的速度分别为v1/ 、 v2/。试根据动量守恒定律和能量守恒定律推导出v1/ 、 v2/的表达式。
注意：弹性碰撞后的物体不发生永久性的形变，不裂成碎片，不粘在一起，不发生热传递及其他变化。
【例1】 质量m1=10g的小球在光得的水平面上以v1=30cm／s的速度向右运动，恰遇上质量m2=50 g的小球以v2=10cm／s的速度向左运动。碰撞后，小球m2恰好静止。那么碰撞后小球m1的速度多大 方向如何
[解析] 设v1的方向为正方向(向右)，则各球的速度为v1=30cm／s，v2= —10cm／s，v2/=0，
据m1v1+m2v2＝m1v1 /+m2v2 / 解得v1 /= —20cm／s，负号表示碰撞后m1的运动方向
与v1的方向相反，即向左。
[答案] 20cm／s 方向向左
[点评] 本题中的速度方向虽在同一直线上，但有的向右，有的向左，运用动量守恒定律求解时，一定要规定正方向。
2．非弹性碰撞
(1)非弹性碰撞：受非弹性力作用，使部分机械能转化为内能的碰撞称为非弹性碰撞。
(2)完全非弹性碰撞：是非弹性磁撞的特例，这种碰撞的特点是碰后粘在—起(或碰后具有共同的速度)，其动能损失最大。（试试如何推导？）
注意：碰撞后发生永久性形变、粘在一起、摩擦生热等的碰撞往往为非弹性碰撞。
【例2】如图所示，P物体与一个连着弹簧的Q物体正碰，碰撞后P物体静止，Q物体以P物体碰撞前速度v离开，已知P与Q质量相等，弹簧质量忽略不计，那么当弹簧被压缩至最短时，下列的结论中正确的应是 ( )
A．P的速度恰好为零 B．P与Q具有相同速度
C．Q刚开始运动 D．Q的速度等于v
[解析] P物体接触弹簧后，在弹簧弹力的作用下，P做减速
运动，Q物体做加速运动，P、Q间的距离减小，当P、Q两物体
速度相等时，弹簧被压缩到最短，所以B正确，A、C错误。由
于作用过程中动量守恒，设速度相等时速度为v/，则mv=(m+m) v/，所以弹簧被压缩至最短时，P、Q的速度v/=v/2，故D错误。
[答案] B
[点评] 用弹簧连着的物体间相互作用时，可类似于弹性碰撞，此类题目常见的有相互作用的物体中出现恰好“最近”“最远”等临界问题，求解的关键点是速度相等
【例3】．展示投影片，内容如下：
如图所示，质量为M的重锤自h高度由静止开始下落，砸到质量为m的木楔上没有弹起，二者一起向下运动．设地层给它们的平均阻力为F，则木楔可进入的深度L是多少？
组织学生认真读题，并给三分钟时间思考．
（1）提问学生解题方法，可能出现的错误是：认为过程中只有地层阻力F做负功使机械能损失，因而解之为
Mg（h+L）+mgL-FL=0．
将此结论写在黑板上，然后再组织学生分析物理过程．
（2）引导学生回答并归纳：第一阶段，M做自由落体运动机械能守恒．m不动，直到M开始接触m为止．再下面一个阶段，M与m以共同速度开始向地层内运动．阻力F做负功，系统机械能损失．
提问：第一阶段结束时，M有速度，，而m速度为零。下一阶段开始时，M与m就具有共同速度，即m的速度不为零了，这种变化是如何实现的呢？
引导学生分析出来，在上述前后两个阶段中间，还有一个短暂的阶段，在这个阶段中，内力远大于外力，M和m发生了完全非弹性碰撞，这个阶段中，机械能（动能）是有损失的．
（3）让学生独立地写出完整的方程组．
第一阶段，对重锤有：
第二阶段，对重锤及木楔有
Mv+0=（M+m）．
第三阶段，对重锤及木楔有
（4）小结：在这类问题中，没有出现碰撞两个字，碰撞过程是隐含在整个物理过程之中的，在做题中，要认真分析物理过程，发掘隐含的碰撞问题．
【例4】展示投影片，其内容如下：
在光滑水平面上，有A、B两个小球向右沿同一直线运动，取向右为正，两球的动量分别是pA=5kgm/s，pB=7kgm/s，如图所示．若能发生正碰，则碰后两球的动量增量△pA、△pB可能是 （ ）
A．△pA=-3kgm/s；△pB =3kgm/s
B．△pA=3kgm/s；△pB =3kgm/s
C．△pA=-10kgm/s；△pB =10kgm/s
D．△pA=3kgm/s；△pB =-3kgm/s
组织学生认真审题．
（1）提问：解决此类问题的依据是什么？
在学生回答的基础上总结归纳为：
①系统动量守恒；②系统的总动能不能增加；③系统总能量的减少量不能大于发生完全非弹性碰撞时的能量减少量；④碰撞中每个物体动量的增量方向一定与受力方向相同；⑤如碰撞后向同方向运动，则后面物体的速度不能大于前面物体的速度．
（2）提问：题目仅给出两球的动量，如何比较碰撞过程中的能量变化？
帮助学生回忆的关系。
（3）提问：题目没有直接给出两球的质量关系，如何找到质量关系？
要求学生认真读题，挖掘隐含的质量关系，即A追上B并相碰撞，
所以，，即 ，
（4）最后得到正确答案为A．[来源:21世纪教育网]
二、对心碰撞和非对心碰撞
1．对心碰撞
两球碰撞时，碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在同—条直线上，碰撞之后两球的速度仍沿着这条直线，这种碰撞称为对心碰撞，也叫正碰。
注意：发生对心碰撞的两个物体，碰撞前后的速度都沿同一条直线，它们的动量也都沿这条直线，在这个方向上动量守恒。
2．非对心碰撞
两球碰撞时，碰撞之前的运动速度与两球心的连线不在同—条直线上，碰撞之后两球的速度都会偏离原来两球心的连线。这种碰撞称为非对心碰撞，也叫斜碰。斜碰也遵循动量守恒定律，但情况较复杂，中学阶段不作要求。21世纪教育网
注意：发生非对心碰撞的两个小球，可以将小球速度沿球心连线和垂直球心连线两个方向分解，在这两个方向上应用动量守恒定律列式求解。
三、散射
1、散射：在粒产物理和核物理中，常常使一束粒子射人物体，粒子与物体中的微粒碰撞。这些微观粒子相互接近时并不发生直接接触，这种微观粒子的碰撞叫做散射。
由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率很小，所以多数粒子在磁撞后飞向四面八方。
2、如何正确理解非对心碰撞与散射
诠释 (1)非对心碰撞的两个物体，碰撞前后速度不在同一条直线上，属于二维碰撞问题．如果系统碰撞过程中所受合外力为零，则仍然满足动量守恒，这时通常将动量守恒用分量式表示．如：
m1v1x+m2v2x＝m1v1x /+m2v2x /，
m1v1y+m2v2y＝m1v1y /+m2v2y /，
(2)在用α粒子轰击金箔时，α粒子与金原子核碰撞(并不直接接触)后向各个方向飞出，即发生散射．其散射角θ满足以下关系式
cotθ/2=4πε0Mv2b/2Ze2．
其中Z为金原子的原子序数，M是α粒子的质量，εo为真空中的介电常数，其他物理量见图所示．从上式可以看出，b越小，θ越大．当b＝o时，θ＝1800，α粒子好像被弹回来一样．21世纪教育网
微观粒子之间的碰撞通常被视为完全弹性碰撞，遵从动量守恒及前后动能相等．英国物理学家查德威克利用弹性碰撞理论成功地发现了中子．
（三）课堂小结
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）作业
“问题与练习”1～5题
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
★补充例题
1．展示投影片，其内容如下：
如图所示，在光滑水平地面上，质量为M的滑块上用轻杆及轻绳悬吊质量为m的小球，此装置一起以速度v0向右滑动．另一质量也为M的滑块静止于上述装置的右侧．当两滑块相撞后，便粘在一起向右运动，则小球此时的运动速度是多少？
组织学生认真读题，并给三分钟思考时间．
（1）提问学生解答方案，可能出现的错误有：在碰撞过程中水平动量守恒，设碰后共同速度为v，则有
（M+m）v0+0＝（2M+m）v．
解得，小球速度
（2）教师明确表示此种解法是错误的，提醒学生注意碰撞的特点：即宏观没有位移，速度发生变化，然后要求学生们寻找错误的原因．
（3）总结归纳学生的解答，明确以下的研究方法：
①碰撞之前滑块与小球做匀速直线运动，悬线处于竖直方向．
②两个滑块碰撞时间极其短暂，碰撞前、后瞬间相比，滑块及小球的宏观位置都没有发生改变，因此悬线仍保持竖直方向．
③碰撞前后悬线都保持竖直方向，因此碰撞过程中，悬线不可能给小球以水平方向的作用力，因此小球的水平速度不变．
④结论是：小球未参与滑块之间的完全非弹性碰撞，小球的速度保持为v0．
（4）小结：由于碰撞中宏观无位移，所以在有些问题中，不是所有物体都参与了碰撞过程，在遇到具体问题时一定要注意分析与区别．
2．展示投影片，其内容如下：
如图所示，质量为m的小球被长为L的轻绳拴住，轻绳的一端固定在O点，将小球拉到绳子拉直并与水平面成θ角的位置上，将小球由静止释放，则小球经过最低点时的即时速度是多大？
组织学生认真读题，并给三分钟思考时间．
（1）提问学生解答方法，可能出现的错误有：认为轻绳的拉力不做功，因此过程中机械能守恒，以最低点为重力势能的零点，有
得
（2）引导学生分析物理过程．
第一阶段，小球做自由落体运动，直到轻绳位于水平面以下，与水平面成θ角的位置处为止．在这一阶段，小球只受重力作用，机械能守恒成立．
下一阶段，轻绳绷直，拉住小球做竖直面上的圆周运动，直到小球来到最低点，在此过程中，轻绳拉力不做功，机械能守恒成立．
提问：在第一阶段终止的时刻，小球的瞬时速度是什么方向？在下一阶段初始的时刻，小球的瞬时速度是什么方向？
在学生找到这两个速度方向的不同后，要求学生解释其原因，总结归纳学生的解释，明确以下观点：
在第一阶段终止时刻，小球的速度竖直向下，既有沿下一步圆周运动轨道切线方向（即与轻绳相垂直的方向）的分量，又有沿轨道半径方向（即沿轻绳方向）的分量．在轻绳绷直的一瞬间，轻绳给小球一个很大的冲量，使小球沿绳方向的动量减小到零，此过程很类似于悬挂轻绳的物体（例如天花板）与小球在沿绳的方向上发生了完全非弹性碰撞，由于天花板的质量无限大（相对小球），因此碰后共同速度趋向于零．在这个过程中，小球沿绳方向分速度所对应的一份动能全部损失了．因此，整个运动过程按机械能守恒来处理就是错误的．
（3）要求学生重新写出正确的方程组．
．
解得
（4）小结：很多实际问题都可以类比为碰撞，建立合理的碰撞模型可以很简洁直观地解决问题．下面继续看例题．
3．展示投影片，其内容如下：
如图所示，质量分别为mA和mB的滑块之间用轻质弹簧相连，水平地面光滑．mA、mB原来静止，在瞬间给mB一很大的冲量，使mB获得初速度v0，则在以后的运动中，弹簧的最大势能是多少？
在学生认真读题后，教师引导学生讨论．
（1）mA、mB与弹簧所构成的系统在下一步运动过程中能否类比为一个mA、mB发生碰撞的模型？（因系统水平方向动量守恒，所以可类比为碰撞模型）
（2）当弹性势能最大时，系统相当于发生了什么样的碰撞？（势能最大，动能损失就最大，因此可建立完全非弹性碰撞模型）
经过讨论，得到正确结论以后，要求学生据此而正确解答问题，得
到结果为
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新课标要求
1．内容标准
（1）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。
（2）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。 21世纪教育网
例1 了解放射性在医学和农业中的应用。
例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。
（3）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。
（4）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。
（5）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。 21世纪教育网[来源:21世纪教育网]
（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。
例3 思考核能开发带来的社会问题。
（7）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。
例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。
2．活动建议：
（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。
（2）观看有关核能利用的录像片。
（3）举办有关核能利用的科普讲座。
新课程学习
19．4 放射性的应用与防护
★新课标要求
（一）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。
（二）过程与方法
渗透和安全地开发利用自然资源的教育。
（三）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。
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
教师：前面已经学习了核反应的一种形式：衰变。本节课我们要学习核反应的另一种形式：人工转变以及人工转变产生的放射性同位素的应用和核辐射的防护。
学生：回忆前面学习的衰变方程以及衰变过程中遵循的规律。同时学生说出三种衰变物质的性质。
点评：开门见山引入本节课的课题，这能很快让学生知道本节课要做的事情，符合这一部分内容的教学。
通过复习巩固前面的知识，对这一部分内容的教学是有帮助的，有利于学生对人工转变的理解。
（二）进行新课
1．核反应：原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反应。在核反应中质量数守恒、电荷数守恒。
人工转变核反应方程：
例：写出下列原子核人工转变的核反应方程。
（1）1123Na俘获1个α粒子后放出1个质子
（2）1327Al俘获1个α粒子后放出1个中子
（3）816O俘获1个中子后放出1个质子
（4）1430Si俘获1个质子后放出1个中子
学生：理解并记住核反应方程，通过方程理解核反应中遵循的规律。
点评：这部分主要为老师讲解，学生通过前面已学的知识来掌握新的知识。再通过例题进行巩固。
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两种，它们的化学性质相同。
（2）人工放射性同位素
Al He P
（3）人工放射性同位素的优点：放射强度容易控制；形状容易控制；半衰期短，废料容易处理。
（4）凡是用到射线时，都用人造放射性同位素
学生：从这部分开始主要为学生自习和上网查找资料，一方面要掌握书本的知识，另一方面要扩展自己的知识面，同时有问题的地方及时向老师提问，
点评：这一节大部分为陈述性的知识，教学难度不大，学生很容易掌握，如果让学生自习并上网查相关资料，他们一样可以掌握的很好，同时还能扩展他们的知识面，更能激发学生学习的热情。
3．放射性同位素的应用：
（1）利用射线：21世纪教育网
射线测厚装置
烟雾报警器
放射治疗[来源:21世纪教育网]
培育新品种，延长保质期
学生要能说出如何利用放射性物质的射线的。对于书本的几种事例要能够讲清楚工作的原理。对学生上网查找的有关射线的应用也要能说出原理。
点评：通过学生的自习与回答问题，培养学生搜索信息，加工信息的能力，同时培养学生的表达能力，规范应用物理术语的能力。
（2）作为示踪原子
棉花对磷肥的吸收
甲状腺疾病的诊断
学生要说出如何将放射性物质作为示踪原子的原理。
4．辐射与安全
学生通过看书与上网查找资料，了解放射性辐射的用处以及危害，知道只要控制好辐射量，我们就可以利用它的射线，知道身边的一些放射性物质，以及如何防护一些有害的放射性物质。
点评：这部分内容同样通过学生的自主性学习获得知识，同时也让学生知道核辐射并不可怕，只要控制好量并注意防护，培养学生学科学，讲科学的意识。
（三）课堂小结
本节课的内容相对比较简单，通过学生的自主学习学生要能够掌握核反应的概念以及核反应方程，两种放射性同位素的异同点以及人工放射性同位素的一些应用，并能从物理学的原理上进行解释，还要了解核辐射的应用和防护。
（四）作业：完成课本书后练习1、3、4、5。
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。第十八章 原子结构
新课标要求
1．内容标准
（1）了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。
例1 用录像片或计算机模拟，演示α粒子散射实验。
（2）通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。 21世纪教育网
例2 了解光谱分析在科学技术中的应用。
2．活动建议
观看有关原子结构的科普影片。
新课程学习
18．4 玻尔的原子模型
★新课标要求
（一）知识与技能
1．了解玻尔原子理论的主要内容。
2．了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。
（二）过程与方法21世纪教育网
通过玻尔理论的学习，进一步了解氢光谱的产生。
（三）情感、态度与价值观
培养我们对科学的探究精神，养成独立自主、勇于创新的精神。
★教学重点
玻尔原子理论的基本假设。
★教学难点
玻尔理论对氢光谱的解释。[来源:21世纪教育网]
★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
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
复习提问：
1．α粒子散射实验的现象是什么？
2．原子核式结构学说的内容是什么？
3．卢瑟福原子核式结构学说与经典电磁理论的矛盾
教师：为了解决上述矛盾，丹麦物理学家玻尔，在1913年提出了自己的原子结构假说。
（二）进行新课
1．玻尔的原子理论
（1）能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态。（本假设是针对原子稳定性提出的）
（2）跃迁假设：原子从一种定态（设能量为En）跃迁到另一种定态（设能量为Em）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 （h为普朗克恒量）
（本假设针对线状谱提出）
（3）轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）
2.玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能）公式：
轨道半径： n=1，2，3……
能 量： n=1，2，3……
式中r1、E1、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，rn、En 分别代表第n条可能轨道的半径和电子在第n条轨道上运动时的能量，n是正整数，叫量子数。
3．氢原子的能级图
从玻尔的基本假设出发，运用经典电磁学和经典力学的理论，可以计算氢原子中电子的可能轨道半径和相应的能量。
（1）氢原子的大小：氢原子的电子的各条可能轨道的半径rn： rn=n2r1，
r1代表第一条（离核最近的一条）可能轨道的半径
r1=0.53×10-10 m
例：n=2， r2=2.12×10-10 m
（2）氢原子的能级：①原子在各个定态时的能量值En称为原子的能级。它对应电子在各条可能轨道上运动时的能量En（包括动能和势能） En=E1/n2 n=1，2，3，······
E1代表电子在第一条可能轨道上运动时的能量
E1=-13.6eV
注意：计算能量时取离核无限远处的电势能为零，电子带负电，在正电荷的场中为负值，电子的动能为电势能绝对值的一半，总能量为负值。
例：n=2，E2=-3.4eV， n=3，E3=-1.51eV， n=4，E4=-0.85eV，……
氢原子的能级图如图所示。
4．玻尔理论对氢光谱的解释
（1）基态和激发态
基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态。
激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，叫激发态。
（2）原子发光：原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，吸收或辐射的能量恰等于发生跃迁的两能级之差。
说明：氢原子中只有一个核外电子，这个电子在某个时刻只能在某个可能轨道上，或者说在某个时间内，由某轨道跃迁到另一轨道——可能情况只有一种。可是，通常容器盛有的氢气，总是千千万万个原子在一起，这些原子核外电子跃迁时，就会有各种情况出现了。但是这些跃迁不外乎是能级图中表示出来的那些情况。
5．夫兰克—赫兹实验
（1）实验的历史背景及意义
1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。1913年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子核式结构模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间跃迁时伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所处两定态能级间的能量差。随着英国物理学家埃万斯对光谱的研究，玻尔理论被确立。但是任何重要的物理规律都必须得到至少两种独立的实验方法的验证。随后，在1914年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄气体中原子碰撞的方法（与光谱研究相独立），简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。
1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年的诺贝尔物理学奖（1926年于德国洛丁根补发）。夫兰克-赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传统的经典实验。
（2）夫兰克—赫兹实验的理论基础
根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值En（n=1，2，3‥），这些能量值称为能级。最低能级所对应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态。21世纪教育网
当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子所处两定态能级间的能量差。 （h为普朗克恒量）
本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能量而实现，并满足能量选择定则：
（V为激发电位）
夫兰克-赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实验用的是汞。电子由阴级K发出，K与栅极G之间有加速电场，G与接收极A之间有减速电场。当电子在KG空间经过加速、碰撞后，进入KG空间时，能量足以冲过减速电场，就成为电流计的电流。
（3）实验原理：
改进的夫兰克-赫兹管的基本结构如下图所示。电子由阴极K发出，阴极K和第一栅极G1之间的加速电压VG1K及与第二栅极G2之间的加速电压VG2K使电子加速。在板极A和第二栅极G2之间可设置减速电压VG2A。
设汞原子的基态能量为E0，第一激发态的能量为E1，初速为零的电子在电位差为V的加速电场作用下，获得能量为eV，具有这种能量的电子与汞原子发生碰撞，当电子能量eV在实验中，逐渐增加VG2K，由电流计读出板极电流IA，得到如下图所示的变化曲线.
（4）实验结论
夫兰克—赫兹实验证明了原子被激发到不同的状态时，吸收的能量是不连续的，进而说明原子能量是量子化的。
6．玻尔理论的局限性
玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，提出定态和跃迁概念，成功解释了氢原子光谱，但对多电子原子光谱无法解释，因为玻尔理论仍然以经典理论为基础。如粒子的观念和轨道。
量子化条件的引进没有适当的理论解释。[来源:21世纪教育网]
7．电子在某处单位体积内出现的概率——电子云
（课件演示）
（三）课堂练习
1．对玻尔理论的下列说法中，正确的是（ ACD ）
A．继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设
B．对经典电磁理论中关于“做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点表示赞同
C．用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系
D．玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的
2．下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（ C ）
A．原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量
B．原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量
C．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子
D．原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的
3．根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确的是（ ACD ）
A．电子轨道半径越大 B．核外电子的速率越大
C．氢原子能级的能量越大 D．核外电子的电势能越大
4．根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（ D ）
A．可以取任意值 B．可以在某一范围内取任意值
C．可以取一系列不连续的任意值
D．是一系列不连续的特定值
5．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中（ C ）
A．原子要发出一系列频率的光子
B．原子要吸收一系列频率的光子
C．原子要发出某一频率的光子
D．原子要吸收某一频率的光子
（四）课堂小结
玻尔的原子模型是把卢瑟福的学说和量子理论结合，以原子的稳定性和原子的明线光谱作为实验基础而提出的．认识玻尔理论的关键是从“不连续”的观点理解电子的可能轨道和能量状态．玻尔理论对氢光谱的解释是成功的，但对其他光谱的解释就出现了较大的困难，显然玻尔理论有一定的局限性。
（五）作业：课本P68问题与练习。
教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
电子绕核运动（有加速度）
辐射电磁波 频率等于绕核运行的频率
能量减少、轨道半径减少 频率变化
电子沿螺旋线轨道落入原子核 原子光谱应为连续光谱
（矛盾：实际上是不连续的亮线）
原子是不稳定的
（矛盾：实际上原子是稳定的）本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
3 崭新的一页：粒子的波动性
知识点一：光的波粒二象性
1.光的波粒二象性：
光既具有波动性，又具有粒子性。
2.光子的能量：ε=hv
3.光子的动量：p=h/λ
注意：物理量ε和p描述光的粒子性，物理量v和λ描述光的波动性，h架起了粒子性与波动性的桥梁。
知识点二：粒子的波动性
1.德布罗意波：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也称物质波。
2.波的频率：v=ε/h
波的波长：λ=h/p
说明：ε为粒子的能量，p为粒子的动量
知识点三：物质波的实验验证
1927年戴维孙和G。P。汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了类似下图的衍射图样，从而证实了电子波动性。他们为此获得了1973年的诺贝尔物理学奖。
拓展点一：光的波粒二象性的理解
1.光本性学说的发展简史
2.光的波粒二象性的理解21世纪教育网
拓展点二：对物体波的理解
1．我们平时所看到的宏观物体运动时，我们看不见它们的波动性，但也有一个波长与之对应，例如飞行子弹的波长约为10—Nm，这个波长实在是太小了。
2．波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测。
3．对于光，先有波动图象(即v和入)，其后在量子理论中引入光子的能量ε和动量p来补充它的粒子性。反之，对于实物粒子，则先有粒子概念(即ε和p)，再引用德布罗意波
(即v和λ)的概念来补充它的波动性。不过要注意这里所谓波动性和粒子性，实际上仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的。
综上所述，德布罗意的推想基本上是爱因斯坦于1905年关于光子的波粒二象性理论(光粒子由波伴随着)的一种推广，使之包括了所有的物质微观粒子。21世纪教育网
问题一 对光的波粒二象性的理解
下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．有的光是波，有的光是粒子
B．光于与电子是同样的一种粒子
C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
D．大量光予的行为往往显示出粒子性
[解析] 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子。
虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子。
光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性。光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其光子能量越
大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故选项C正确，A、B、D错误。
[答案] C
[点评] 在宏观现象中，波与粒于是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一，微观世界的某些属性与宏观世界不同。光既不是宏观观念的波，也不是宏观观念的粒子，光具有波粒二象性是指光在传播过程中和同物质作用时分别表现出波动和粒子的特性。
2 关于物质波，下列认识中错误的是 ( )
A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
D．宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象
[解析] 据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项是正确的；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象，并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项D错误。综合以上分析知，本题应选B、D。
[答案] BD
[点评] (1)物质波理论上是说任何一个运动的物体(如实物粒子等)都具有波动性，即其行为服从波动规律。
(2)物质波理论告诉我们，任何微观粒子都既具有粒子性又具有波动性，即与光一样，也具有波粒二象性。波粒二象性是光子、电子、质子等微观粒子都具有的基本属性。[来源:21世纪教育网]
问题二 物质波的理解
3 下列说法中正确的是 ( )
A。光的干涉和衍射现象说明光具有波动性
B．光的频率越大，波长越长
C．光的波长越大，光予的能量越大
D。光在真空中的传播速度为3．00x108m／s
[解析] 光既具有波动性又具有粒子性，A正确。由v=λf知B错。
由爱因斯坦光子理论ε=hv，v=λf知波长越长，光频率越小，光子能量越小，C错。任何光在真空中传播速度均为3X108m／s，D正确。
[答案] AD
4 以下说法正确的是 ( )
A。物体都具有波动性
B．抖动细绳一端，绳上的波就是物质波
C．通常情况下，质子比电子的波长长
D．核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道21世纪教育网
[解析] 任何物体都具有波动性，故A对，对宏观物体而言，其波动性难以观测，我们所看到的绳波是机械波，不是物质波，故B错。电子的动量往往比质子的动量小，由λ=h/p知，
电子的波长长，故C错。核外电子绕核运动的规律是概率问题，无确定的轨道，故D对。
[答案] AD
问题三 德布罗意波长的计算
5 如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103m／s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长 (中子的质量为1．67x10—27kg)
[解析] 本题考查德布罗意波长的计算。任何物体的运动都对应着一个波长，根据公式λ=h/p不难求得结果。
[答案] 中子的动量为p1=mv1，子弹的动量为p2=m2v，据λ=h/p知中子和子弹的德布罗意波长分别为λ1=h/p1=4x10-10m,λ2=h/p2=6.63x10-35m
[点评] 计算时必须将各物理量统一采用国际单位。
6 质量为60kg的运动员，百米赛跑的成绩为10s，试估算运动员的德布罗意波的波长。
[解析] 因为是估算题，可认为运动员匀速运动，速度v=10m／s。
由公式λ=h/p知运动员的德布罗意波波长
λ=h/p=1．1 X10—36mo
[答案] 1．1 x10—36m21世纪教育网
问题四 物质波的应用
7 为了观察晶体的原子排列，采用了以下两种方法：
(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象，因此，电子显微镜的分辨率高)；(2)利用X射线或中子束得到晶体
的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列。则下列分析中正确的是 ( )
A。电子显微镜所利用的是，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多
B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小
C．要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸
D．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当
[解析] 由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象”及发生衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，A项正确；由信息“利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波或X射线的波长与原子尺寸相当，D项正确，C项错。
[答案] AC
8 太阳光垂直射到地面上时，1 m2地面接受的太阳光的功率为1．4kW，其中可见光部分约占45％。 假如认为可见光的波长约为0．55 μm，日地间距离R=1．5xlO11m。普朗克常量h=6．6x10—34j·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少
[解析] 设地面上垂直阳光的1 m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n。则有
Ptx45％=nhc/λ
解得n=1．75x1021(个)。
[答案] 1．75x1021个
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16．5 反冲运动 火箭
★新课标要求
（一）知识与技能
1．进一步巩固动量守恒定律
2．知道反冲运动和火箭的工作原理，了解反冲运动的应用
3．了解航天技术的发展和应用
（二）过程与方法
理解反冲运动的物理实质，能够运用动量守恒定律分析、解决有关反冲运动的问题。[来源:21世纪教育网]
（三）情感、态度与价值观
培养学生动手动脑的能力，发掘学生探索新知识的潜能。
★教学重点
运用动量守恒定律认识反冲运动的物理实质21世纪教育网
★教学难点
动量守恒定律的应用．
★教学方法
教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：
铝箔纸，火柴和支架，反击式水轮机转轮的原理模型，礼花，有关航天发射、空间站等的录像带剪辑，投影片，多媒体辅助教学设备
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
教师：用实验方法引入新课：
〖演示实验1〗老师当众吹一个气球，然后，让气球开口向自己放手，看到气球直向学生飞去，人为制造一点“惊险气氛”，活跃课堂氛围。
〖演示实验2〗用薄铝箔卷成一个细管，一端封闭，另一端留一个很细的口，内装由火柴头上刮下的药粉，把细管放在支架上，用火柴或其他办法给细管加热，当管内药粉点燃时，生成的燃气从细口迅速喷出，细管便向相反的方向飞去。
〖演示实验3〗把弯管装在可以旋转的盛水容器的下部，当水从弯管流出时，容器就旋转起来。
提问：实验1、2中，气球、细管为什么会向后退呢？实验3中，细管为什么会旋转起来呢？
看起来很小的几个实验，其中包含了很多现代科技的基本原理：如火箭的发射，人造卫星的上天，大炮发射等。应该如何去解释这些现象呢？这节课我们就学习有关此类的问题。
（二）进行新课[来源:21世纪教育网]
一、反冲运动
1、反冲运动
一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另外一个部分必然向相反方向运动，这个现象叫反冲运动。
（1）分析：细管为什么会向后退？
教师：引导学生自学书本，展开讨论，得出结论：
当气体从管内喷出时，它具有动量，由动量守恒定律可知，细管会向相反方向运动。
（2）分析：反击式水轮机的工作原理：当水从弯管的喷嘴喷出时，弯管因反冲而旋转，这是利用反冲来造福人类，象这样的情况还很多。
2．反冲运动遵循的规律
反冲运动是系统内力作用的结果，虽然有时系统所受的合外力不为零，但由于系统内力远远大于外力，所以系统的总动量是守恒的。
3．反冲运动的应用实例
(1)利用有益的反冲运动
反击式水轮机是使水从转轮的叶片中流出，使转轮由于
反冲而旋转，从而带动发电机发电。
喷气式飞机是靠喷出的气流的反冲作用而获得巨大的速
度，等等。
(2)避免有害的反冲运动
射击时，子弹向前飞去，枪身向后发生反冲，这就会影响
射击准确性等。
学生：交流，举例，并说明其工作原理。如：喷气式飞机、我国人民引以为荣的运载火箭等。[21世纪教育网
【例1】一个静止的质量为M的不稳定原子核，放射出一个质量为m的粒子，
(1)粒子离开原子核时速度为v0，则原子核剩余部分的速率等于 。
(2)粒子离开原子核时相对原子核的速度为v0，则原子核剩余部分的速率等于 。
[解析] 由于放射过程极短，放射过程中其他外力的冲量均可不计，整个原子核系统动量守恒。
(1) 设剩余部分对地的反冲速度为v/,由于原子核原来静止，故后来粒子的动量大小等于剩余部分的动量大小，
即有 mvo=(M—m)v/
解得;v/= mvo/(M—m)
(2)设剩余部分对地的反冲速度为v/，则粒子的对地速率为v=v。—v/。由于原子核原来静止，故后来粒子的动量大小等于剩余部分的动量大小，
即有 m(vo—v / )=(M—m)v /
所以v /=mv0/M
即剩余部分速率为mvo/M。
[点评) 注意将粒子的相对速度转化为绝对速度，如果明确了各速度的方向，则相对速度可确定为两种情况：当两者同向时，相对速率为两者速率之差；两者反向时，相对速率为两者速率之和，这样可将矢量式转化为标量式。
教师：为了使学生对反冲运动有更深刻的印象，此时再做一个发射礼花炮的实验。
学生：分析，礼花为什么会上天？
教师：在学生回答的基础上进行小结——火箭就是根据这个原理制成的。
二、火箭
教师：指导学生看书，对照书上“三级火箭”图，介绍火箭的基本构造和工作原理。
1．发射火箭的原理
火箭是利用了反冲原理，发射火箭时，尾管中喷射出的高
速气体有动量，根据动量守恒定律，火箭就获得向上的动量，
从而向上飞去。
即 mΔv+Δmu=0，
解得 Δu= —Δmu/m。
2．决定火箭性能的参数
根据Δv= —Δmu/m可知，火箭性能晌参数与喷气速度u和
火箭质量比Δm/m有关，一般u在2000~4000m／s，质量之比小
于10。
3．用多级火箭发射卫星获得所需速度
目前多级火箭一般都是三组火箭。因为三组火箭能达到
目前发射人造卫星的需求，又因级数越多，结构越复杂，并难
以控制，因此降低了性能的可靠性，难以达到预期的目的。
播放课前准备的有关卫星发射、“和平号”空间站、“探路者”号火星探测器以及我国“神舟号”飞船等电视录像，使学生不仅了解航天技术的发展和宇宙航行的知识，而且要学生知道，我国的航天技术已经跨入了世界先进行列，激发学生的爱国热情。
教师：在此基础上，指导学生阅读课后阅读材料——《航天技术的发展和宇宙航行》。
【例2】运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是 ( )
A．燃料推动空气，空气的反作用力推动火箭
B．火箭发动机用力将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭
C．火箭吸入空气，然后向后排出，空气对火箭的反作用力推动火箭
D．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭
[解析] 火箭的工作原理是利用反冲运动，是火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出时，使火箭获得反冲速度，故正确答案为选项B。
[答案] B
[点评] 本题考查了火箭的工作原理，要注意与火箭发生相互作用的是火箭喷出的燃气，而不是外界的空气。而与带螺旋桨的直升机发生相互作用的才是空气，应注意两者的区别。
（三）课堂小结
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。解释章鱼游泳时应用什么物理原理？
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）作业：“问题与练习”1～3题
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
★课后思考
21世纪教育网
21世纪教育网 -- 中国最大型、最专业的中小学教育资源门户网站。 版权所有@21世纪教育网第十九章 原子核
新课标要求
1．内容标准
（1）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。
（2）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。
例1 了解放射性在医学和农业中的应用。
例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。
（3）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。
（4）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。
（5）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。
（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。
例3 思考核能开发带来的社会问题。
（7）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。
例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。
2．活动建议：
（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。
（2）观看有关核能利用的录像片。
（3）举办有关核能利用的科普讲座。
新课程学习[来源:21世纪教育网]
19．2 放射性元素的衰变
★新课标要求
（一）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
（二）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）
（三）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
★课时安排
1 课时
★教学过程[来源:21世纪教育网]
（一）引入新课
教师：同学们有没有听说过点石成金的传说，或者将一种物质变成另一种物质。
学生讨论非常活跃，孙悟空，八仙，神仙；魔术，街头骗局。
点评：通过这样新颖的课题引入，给学生创设情景，能充分调动学生的积极性，挑起学生对未知知识的热情。
教师：刚才同学们讲的都很好，但都是假的。孙悟空，八仙，神仙：人物不存在。魔术，街头骗局：就是假的。
学生顿时安静，同时也心存疑惑：当然是假的，难道还有真的不成？
点评：对于学生来讲要使其相信科学技术反对迷信，同时也要提高警惕小心上当受骗，提高学生自我保护意识。更加吊起了学生学习新知识的胃口，为新课教学的顺利进行奠定了基础。
教师：那有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？
学生愕然。
点评：进一步吊起了学生学习新知识的胃口。
教师：有（大声，肯定地回答）
学生惊讶，议论纷纷。
点评：再一次吊起了学生学习新知识的胃口。
通过这样四次吊胃口，新课的成功将是必然。
教师：这就是我们今天要学习的放射性元素的衰变。
点评：及时推出课题。
（二）进行新课
1．原子核的衰变
教师：原子核放出α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。我们把这种变化称为原子核的衰变。
学生豁然开朗：科学、真实的将一种物质变成另一种物质，原来就是原子核的衰变。
点评：及时给出问题的答案，学生并不会索然无味，相反会对原子核的衰变这一新知识产生浓厚的兴趣。
教师：铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核-----钍234核。那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。
学生定有这样的想法：放出α粒子的衰变叫做α衰变。那放出β粒子的衰变叫做β衰变？
点评：这里一下子会出现了“α衰变”，“衰变方程式”两个新名词，教师要耐心的讲解，学生有插嘴的，如果正确要及时肯定并表扬。
教师：这个过程可以用衰变方程式来表示：23892U→23490Th+42He（一边说一边写，不要解释，要请学生来分析其中的奥秘）
学生定有这样的想法：衰变方程式和化学反应方程式、离子反应方程式有何联系与区别？
点评：理论基础：建构主义认为学习过程是学生在一定条件下，对客观事物反映的过程。是一个主动建构过程，作为认识对象的知识并不像实物一样可以由教师简单地传递给学生，须由学生自己来建构，并纳入他自己原有的知识结构中，别人是无法替代的。在此要充分利用学生原有的知识基础即：化学反应方程式、离子反应方程式，来帮助学生自己来建构衰变方程式，并把它纳入自己原有的知识结构中去。
学生充分讨论：衰变方程式和化学反应方程式、离子反应方程式有何联系与区别，并由学生自己表述。
点评：可以让学生自己归纳总结，有不到之处教师再帮助总结。
教师：衰变方程式遵守的规律：
（1）质量数守恒
（2）核电荷数守恒
（进一步解释：守恒就是反应前后相等）
α衰变规律：AZX→A-4Z-2Y+42He
学生进一步理解两个守恒：
（1）质量数守恒
（2）核电荷数守恒
教师：钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成23491Pa（镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？
学生探究、练习写出钍234核的衰变方程式。
点评：写钍234核的衰变方程式是要求学生可以查阅化学书后面的元素周期表，但不可以看物理教材。在此培养学生查阅质料的能力。学生在此会碰到β粒子的表示，教师要及时直接给出结论：β粒子用0-1e表示。
教师：钍234核的衰变方程式：
23490Th→23491Pa+0-1e
衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不会改变但核电荷数应加121世纪教育网
β衰变规律：AZX→AZ+1Y+0-1e
学生再一次理解两个守恒：
（1）质量数守恒
（2）核电荷数守恒
点评：β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题，但并不象α衰变那样容易理解，因为核电荷数要增加，学生会问为什么会增加？哪来的电子？
这里就顺理成章的来解释中子转化的过程。
教师：原子核内虽然没有电子，但核内的的质子和中子是可以相互转化的。当核内的中子转化为质子时同时要产生一个电子
10n→11H＋0-1e
这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变。
可以看出新核少了一个中子，却增加了一个质子，并放出一个电子。
学生更进一步理解两个守恒：
（1）质量数守恒
（2）核电荷数守恒
教师：γ射线是由于原子核在发生α衰变和β衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随α射线和β射线而产生。γ射线的本质是能量。
学生理解γ射线的本质，不能单独发生。
2．半衰期
教师：阅读教材半衰期部分放射性元素的衰变的快慢有什么规律？用什么物理量描述？这种描述的对象是谁？
学生带着问题看书。
点评：培养学生自学能力、阅读能力、提炼有用信息的能力。 [来源:21世纪教育网]
教师提供教材上的氡的衰变图的投影：
m/m0＝(1/2)n
学生交流阅读体会：
（1）氡每隔3.8天质量就减少一半。
（2）用半衰期来表示。
（3）大量的氡核。
点评：第三个问题：描述的对象是谁？这个问题学生比较难理解，需要教师做引导和类比。培养学生阅读图象的方法和能力。
教师：同学们的回答都很精彩（鼓励）
教师总结：
半衰期表示放射性元素的衰变的快慢
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
半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律。
学生进一步整理自己的阅读体会并形成自己的知识。
点评：教师做引导和类比可以从统计规律的角度出发。
例如：数学上的概率问题
（抛硬币）将1万枚硬币抛在地上，那正反两面的个数大概为5000对5000，但就某个硬币来看要么是正面，要么是反面。这个事实告诉我们统计规律的对象仅仅对大量事实适用，对个别不适用。
教师：元素的半衰期反映的是原子核内部的性质，与原子所处的化学状态和外部条件无关。
简单介绍：[21世纪教育网
镭226→氡222的半衰期为1620年
铀238→钍234的半衰期为4.5亿年
学生对原子所处的化学状态和外部条件进行理解。
点评：一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在，或者加压，增温均不会改变。
教师给出课堂巩固练习题
例1：配平下列衰变方程
23492U→23090Th+( 42He )
23490U→23491Pa+( 0-1e )
例2：钍232（23290Th）经过________次α衰变和________次β衰变，最后成为铅208（20882Pb）
学生独立分析：因为α衰变改变原子核的质量数而β衰变不能，所以应先从判断α衰变次数入手：
α衰变次数==6.
每经过1次α衰变，原子核失去2个基本电荷，那么，钍核经过6次α衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差，决定了β衰变次数：
β衰变次数==4
点评：这些课堂练习都很基本完全可以由学生自己讨论解决。
（三）课堂小结
教师引导学生自己进行总结。
学生总结，讨论。
本堂课研究了放射性元素的衰变，其实质是原子核发生衰变。衰变有二种：α衰变、β衰变。γ辐射伴随α衰变和β衰变而产生。
原子核衰变的快慢用半衰期表示，它是放射性元素的原子核有半数发生衰变所用的时间，完全由原子核自身的性质决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关。
（四）作业：
布置学生课后看科学漫步
探究：如何利用放射性元素的衰变来测定古物的年代。
点评：留给学生课后思考和学习的空间。
★教学体会
本堂课探究原子核内部的美妙世界，在教学过程中合理的设置疑问来吊学生的胃口是行之有效的方法。要充分运用建构主义的教育理论来指导本课的教学工作，在此基础上把大部分时间留给学生去思考，去讨论、去实践、去练习，从而培养学生的主体意识和创新能力，它的优势主要在以下三个方面：①主体意识：学生在学习中能够自启入境、自学探究、自研交流、自评完善；②独立意识：学生能够根据自身的特点，选择适合自己的方法，独立的解决问题；③创新意识：学生在继承传统，掌握原有知识的基础上学会迁移，能运用原来的知识体系去开拓新的领域，敢于提出新问题、新思想。本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
原子的核式结构
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m一、 教学任务分析
电子的发现、粒子散射实验、原子的核式结构模型的提出，这些都是人类探求物质微观结构的认识过程的起点，其中涉及到的实验、逻辑推理方法也都是人类认识自然规律的典型的科学方法。因此这些内容不仅是本章的核心内容，而且也为后面继续学习人类对微观世界认知过程打下重要的思维与方法的基础。
学习本节内容需要以库仑定律、带电粒子在电场磁场中的运动等电、磁场知识为基础。21世纪教育网
从介绍汤姆孙的阴极射线实验入手，通过实验现象分析得到阴极射线是由电子组成的，揭示了原子是可分的。
介绍卢瑟福粒子散射实验，通过分析实验结果，对汤姆孙建立的“葡萄干蛋糕模型”提出质疑，在此基础上介绍卢瑟福提出的核式结构模型，。并运用该模型解释粒子散射实验结果。
在介绍卢瑟福粒子散射实验的实验设计思想时，使学生了解研究微观世界的一种重要有效的方法与手段是利用其他的高能粒子去碰撞原子，引起某些可能观察到的现象，从分析这些现象的过程中逐步探索认识原子的内部结构和规律。从而使学生理解人类是如何在实验的基础上认识原子结构；怎样在实验与理论的相互推动下，使认识不断发展不断深入的。
在介绍卢瑟福核式结构模型时，可通过比较该模型、汤姆孙的原子模型与实验结论的相互印证关系，使学生感受到物理模型是一种高度抽象的理想客体和形态；物理学的研究通常需通过提出假设、建立物理模型、实验验证等几个过程；物理学的发展过程，可以说就是一个不断建立物理模型和用新的物理模型代替旧的或不完善的物理模型的过程。这些认识都将提高学生的科学意识与科学品质。
二、教学目标
1．知识与技能
（1）知道卢瑟福粒子散射实验。
（2）知道原子的核式结构模型。
（3）理解卢瑟福的原子核式结构学说对粒子散射实验的解释。
2．过程与方法
（1）通过分析卢瑟福粒子散射实验的结果，感受物理学的研究方法——提出假设、建立物理模型、实验验证等方法。
（2）通过了解人类探索认识原子结构的历史，认识人类通过收集、处理和分析微观现象所发出的各种信息，来认识不能直接感知的微观世界的认知手段与方法。
3．情感、态度与价值观
（1）通过了解人们对于物质微观结构的不断深化的认识过程，树立科学的物质观。
（2）通过对原子结构的认识过程的学习，感悟辩证唯物主义在物理学发展中的指导作用。
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m三、教学重点与难点
重点：卢瑟福粒子散射实验的结果及卢瑟福的原子核式结构学说的主要论点。
难点：对卢瑟福粒子散射实验装置、实验结果的理解。
四、教学资源
1、器材：阴极射线管、平行板电场、磁铁、电源等。
2、课件：阴极射线管结构图、汤姆孙的原子模型图、粒子散射实验装置图、粒子分别穿越汤姆孙原子模型与卢瑟福核式结构模型的动态模拟、卢瑟福核式结构模型的示意图。
3、录像：当时科学家提出的各类原子结构模型介绍、卢瑟福建立原子的核式结构模型的背景介绍。21世纪教育网
五、教学设计思路
本设计的内容包括三个方面：一是电子的发现揭示了原子是可以再分的，二是卢瑟福粒子散射实验介绍，三是根据实验结果卢瑟福建立了原子的核式结构模型。
本设计的基本思路是：从介绍汤姆孙的阴极射线实验入手，指出阴极射线是由电子组成的，从而打破了“原子不可分割”的旧观念。然后经过对卢瑟福粒子散射实验结果的分析探讨，否定了汤姆孙建立的“葡萄干蛋糕模型”，自然发展到有必要建立一种新的模型来符合实验结果，从而提出了卢瑟福的核式结构模型，表明了人类对微观世界认识的发展的必然性与科学性。
本设计要突出的重点是：卢瑟福粒子散射实验的结果及卢瑟福的原子核式结构学说的主要论点。方法是：在介绍粒子散射实验时先充分介绍实验的背景、实验装置、实验过程，使学生对实验先产生较全面的了解，再通过图片、动画演示实验的结果及核式结构模型，使学生对这些微观、抽象的知识具有具象的认识。然后通过学生讨论将两者进行联系，进一步加深对该知识的理解与记忆。
本设计要突破的难点是：对卢瑟福粒子散射实验装置、实验结果的理解。方法是：首先充分利用课件和媒体将实验过程、实验结果清晰地展示给学生。由于该实验设计思想及实验结果具有非常严密的逻辑性，解释该实验结果需要运动学、电磁学的综合知识，因此教学过程中通过三次学生活动逐步引导学生体会理解如何通过分析宏观的实验现象去推测微观世界，三次活动的难度逐步提高，为最后学生准确理解实验结果做好充分的准备铺垫。本节课学生第一次接触到微观世界的研究方法，缺少感性认识和课堂演示实验，可鼓励引导学生充分调动想象力与已学过的知识，综合运用，解决问题。
本设计强调以人类对于物质微观结构的不断深化的认识过程为知识主线，在教师的方法引导下，学生通过有目的、层次渐进的自主思维活动逐步感受理解人类研究微观世界的一般研究方法。通过丰富的历史背景介绍激发学生的求知欲望；利用清晰准确的课件帮助学生较好地理解抽象的知识；通过学生根据实验结论的讨论，在否定汤姆孙的原子模型的基础上自然引出卢瑟福的核式结构模型，切实感受到物理学的提出假设、建立物理模型、实验验证等w.w.w.k.s.5.u.c.o.m研究方法的运用及科学家尊重实验结论的科学品质。
完成本设计的内容约需1课时。
六、教学流程：
1、教学流程图
2．流程图说明
情景 演示实验：阴极射线在电场与磁场中发生偏转。
通过观察实验现象，引导学生根据已学的电场、磁场知识分析得到这是一种带电粒子流，再根据粒子流在电场中的偏转方向进一步分析得出该种粒子带负电。
活动Ⅰ 根据这些推测学生自主设计一种原子模型。
自行设计原子模型时，要求学生利用已知的事实运用所学过的电磁知识尽量合理安排原子的各部分在原子内的结构，并通过设计结果的交流展示来激发学生的探究兴趣。这样在设计活动后再介绍汤姆孙的原子模型会引起学生充分的兴趣和感受，还可简单介绍同时期的其他科学家提出的原子模型。
活动Ⅱ 学生讨论1
实验结果能否用汤姆孙的原子模型解释？
根据所学的电场、磁场知识学生还不能完全解释汤姆孙的原子模型与实验的不相符合处。需事先提供给学生较多的数据，如：原子的尺寸大小、电子与原子的质量比、粒子质量与电子质量比等。若学生已在拓展教材中学过动量知识，这部分讨论可以更加深入。这个讨论环节是帮助学生理解卢瑟福的原子核式结构模型对实验结论的解释的一个重要铺垫与知识准备。
活动Ⅲ 学生讨论2
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m如何用原子的核式结构模型解释粒子散射实验中粒子发生的大角度偏转。[来源:21世纪教育网]
在讨论1的基础上，学生根据模型对实验结论的解释，对核式结构模型进行更深入的理解。并在这一讨论过程中感受科学家们认真细致地对待尊重实验结果的科学品质。
通过两次讨论可使学生初步了解研究微观世界的一种重要有效的方法与手段是通过收集、处理和分析微观现象所发出的各种信息，来认识不能直接感知的微观世界。
3、教学主要环节 本设计可分为三个主要的教学环节： [来源:21世纪教育网]
第一环节，通过演示汤姆孙的阴极射线实验，介绍电子的发现过程，指出原子是可分的。
第二环节，通过介绍、分析卢瑟福粒子散射实验结果，否定了汤姆孙的“葡萄干蛋糕模型”。
第三环节，介绍卢瑟福提出的原子核式结构模型，并运用该模型解释粒子散射实验结果。
七、教案示例
（一）引入。
公元前5世纪，希腊哲学家提出物质是由不可分的微粒组成的。一百多年前，人们从化学实验中知道，物质由分子组成，分子由原子组成。而在化学反应中原子的种类和数目不变，使人们一直认为原子是组成物质的最小微粒，是不能再分的。
（二）电子的发现和汤姆孙原子模型
1、第一个打开原子大门的是汤姆孙，他根据实验提出了原子是可分的。
演示实验：阴极射线在电场与磁场中发生偏转。
根据阴极射线偏转的方向，可以判断出这种射线是一种带负电的粒子流。汤姆孙利用这种带电粒子在电场和磁场中的偏转程度，通过精确的实验测定了这种阴极射线粒子的电量和质量，发现不同物质发出的阴极射线的电荷与电量的比都有相同的值。表明这种带电粒子是一切不同元素的原子的共同组成部分。人们称它为电子。
电子是构成所有物质的普适成分，它的发现说明了原子是可以再分的，因而对原子的组成的了解起着极为重要的作用。是人类对物质结构认识上的一次飞跃，开创了探索原子内部构造和物质微观结构的新时代。汤姆孙也由于发现了电子，不仅荣获了1906年诺贝尔物理奖，而且被后人誉为“最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。
2、既然电子是原子的组成部分，而原子又是中性的，说明原子内必定还存在着带正电的组成成分；由电子的质量与原子相比很小又可推测原子的质量绝大部分集中在内带正电的部分。
学生活动：根据这些推测来设计一种原子模型。
根据这些推测科学家们提出了很多种原子模型，其中最有影响的是1903年汤姆孙提出“葡萄干蛋糕模型”。
图片展示：汤姆孙的原子模型。
汤姆孙认为原子是中性的，由质量很小的电子（如葡萄干）镶嵌在集中了原子的几乎全部质量的正电荷（如蛋糕）中构成，电子是不动的。
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m（三）卢瑟福粒子散射实验
汤姆孙的原子模型不仅能解释原子为什么是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，还能解释阴极射线等现象。根据这个模型还能估算出原子的大小约10-8厘米，正由于汤姆逊模型能解释当时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家所接受。
科学仅仅有猜想是不够的，还需要实验验证。汤姆孙的原子模型提出后，他的学生卢瑟福想用实验的方法来加以论证。由于原子是微小的，无法直接观察它的内部结构，卢瑟福发现研究原子的有效办法是利用高能粒子去碰撞原子，引起某些可能观察到的现象，从分析这些现象的过程中逐步探索认识原子的内部结构和规律。在这样的思想方法的指导下，1909-1911年卢瑟福和他的助手盖革，学生马斯登等做了用粒子轰击金箔的实验，也就是著名的粒子散射实验。
1、 实验装置
图片展示：粒子散射实验装置图。
放射源：钋放在带小孔的铅盒中，能放射粒子。
金 箔：厚度极小，可至1微米（虽然很薄但仍有几千层原子）。[来源:21世纪教育网]
显微镜：能够围绕金箔在水平面内转动。
荧光屏：玻璃片上涂有荧光物质硫化锌，装在显微镜上。
粒子：带正电，电量是电子电量的2倍，质量约是氢原子的4倍，约是电子质量的7000倍。从放射性元素中放射出来的粒子动能很大，射出速度达107m/s，α粒子打到荧光屏上能产生一个闪烁的亮点，可用显微镜观察。
2、实验过程
（1）钋放出的粒子从铅盒小孔射出，形成很细的一束射线，射到荧光屏上产生闪光，通过显微镜观察。
（2）放上金箔，观察粒子穿过金箔打到荧光屏上发出的闪光。
（3）转动显微镜和荧光屏，在不同偏转角θ处观察，可看到α粒子的散射现象。
3、实验结论
动画视频演示：粒子散射实验的实验现象。
（1）绝大多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进；
（2）少数粒子发生了较大的偏转；
（3）极少数粒子（约有1/8000）的偏转角超过90°，甚至有个别粒子（约占总数的1/20000）被反弹回来。
4、实验结论讨论
学生讨论：实验结果能否用汤姆孙的原子模型解释？
动画演示：若汤姆孙的模型正确，粒子穿过后可能会出现的实验现象。
通过简单分析可以发现若汤姆孙的原子模型正确，粒子穿过原子后应该只会出现小角度散射，不可能出现“极少数粒子被反弹”这样的现象。
汤姆生原子模型不能解释粒子的散射实验结果中的大角度散射现象，因而被否定。
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m（四）原子的核式结构模型
1、为了解释粒子的散射实验结果，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构学说：
在原子的中心有一个很的核，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空间里绕着核高速旋转。
2、原子的核式结构模型对粒子散射实验的解释
学生讨论：如何用原子的核式结构模型解释粒子散射实验中粒子发生的大角度偏转。
由于粒子的质量大约是电子质量的8000倍，所以粒子在与电子作用时，几乎不会改变方向，只有在粒子十分接近原子核时，才受到很大的斥力而发生大角度偏转。由于原子核很小，原子内很空旷，粒子接近原子核的机会非常少，所以有上述实验结果。
3、原子核大小的估计
粒子散射的实验的数据，可以估计原子核的半径约为10-14m，不同元素原子核的半径略有不同。原子半径约为10-10m，原子核半径只相当于原子半径的万分之一。如果把原子比作100m半径的大球，原子核就相当于半径1cm的小石子。
4、对原子核式结构模型的理解
卢瑟福提出的原子模型中，带正电的原子核像太阳，带负电的电子像绕着太阳转的行星。在这个“太阳系”中，支配它们之间的作用力是电磁相互作用力。因而这个模型又被称为“行星模型”。
5、原子光谱
图片展示：观察各种原子的光谱
卢瑟福在原子的核式结构学说中认为：带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，但这仍只是一种猜想，缺少实验的依据，而且无法解释原子发光问题。对此，他的学生玻尔对此又作了深入的研究，提出了新的模型，并用该模型解释了这一问题，有兴趣的同学可以在课外查找资料进一步了解人类对原子结构模型认识的发展。
（五）归纳小结、布置作业。
www.
情景
演示实验
活动I
设计原子模型
汤姆孙发现了电子
汤姆孙的原子模型
卢瑟福粒子散射实验装置、结论
活动III
学生讨论2
活动II
学生讨论1
原子的核式结构模型
原子核式结构模型解释实验结果
原子光谱
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5 不确定性关系
●教学目标
一、知识目标
1.知道测不准关系上微观粒子运动规律.
2.了解位置和动量的测不准关系ΔxΔp≥h/4π.
3.了解能量和时间的测不准关系ΔEΔt≥h/4π.
二、能力目标
1.会借助光的衍射实验理解位置和动量的测不准关系ΔxΔp≥h/4π.
2.会借助能级的实验事实理解能量和时间的测不准关系ΔEΔt≥h/4π.
三、德育目标
1.通过讲述一些物理史的内容培养学生的学习兴趣和了解科学家为科学献身的精神，树立刻苦钻研，勤奋好学的决心.
2.了解科学理论都有其适用的范围.
3.了解自然科学发展的规律.
●教学重点
测不准关系.
●教学难点
联系实验事实了解测不准关系.
●教学方法
测不准关系是建立在物质的波粒二象性理论基础上的.在教学中要紧扣这一点，先复习有关内容，再引出新课教学.
本节内容都是定性的，要联系实验做好课文的学习，要帮助学生培养用实验检验理论假设的习惯.
●教学用具[来源:21世纪教育网]
彩色投影片
●课时安排
1 课时
●教学过程
一、引入新课
复习物质的波粒二象性
［教师］学习光的波粒二象性和物质波的时候，我们用概率波来描述微观粒子的运动规律，我们怎样确定微观粒子在空间的位置？
［学生］微观粒子具有波动性，我们不能确定它在空间的位置，只可以描述其在空间各点的概率。
二、新课教学
（一）观看光的衍射的彩色投影片
［投影片］光的衍射的彩色投影片及原理图。
通过演示两个衍射图样比较发现a越小b越大。
（二）引出位置和动量的测不准关系ΔxΔp≥h/4π
［阅读］阅读第一部分位置和动量的测不准关系。
［教师］b增大的原因是什么？
［学生］光子与原来运动方向垂直的动量增大了。
［教师］这个实验的直接规律是什么？
［学生］实验时狭缝越窄，中央的亮条纹越宽，也就是光子与原来运动方向垂直的动量越大.
［教师］利用数学方法分析可以知道，如果用Δx表示位置的不确定量，以Δp表示粒子动量的不确定量，那么
ΔxΔp≥h/4π
这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系。
（三）比较宏观运动与微观运动研究方法的不同
［阅读］阅读课文P561、2、3段内容。
［教师］在宏观世界中物质的质量大，动量大，波动性小，我们可以直接利用经典物理学的内容进行研究。
在微观物理学里，我们虽然不能确定单个粒子的运动情况，但我们可以知道大量粒子运动时的统计规律，因此我们仍然可以对宏观现象进行预言。
（四）引出能量和时间的测不准关系ΔEΔt≥h/4π
［阅读］能量和时间的测不准关系。
［教师］这一部分给出了能量和时间的测不准关系ΔEΔt≥h/4π.我们来看一下实验证明。
（五）分析原子光谱
［投影片］原子光谱。
［教师］请大家注意,在线状谱中亮条纹并不是没有粗细的.这就很好的证明了能量和时间的测不准关系。
ΔEΔt≥h/4π.
（六）延伸拓展21世纪教育网
在高三的物理课本中有物质波、不确定关系、相对论简解的内容，学过这些内容之后，学生常会对前面用经典理论处理的一些问题产生疑问；这些问题用经典理论方法处理是否合适，会不会产生相当大的误差.在教学中我举下例来说明。21世纪教育网
彩色电视机中从电子枪发射出来的电子经过加速电压加速后射向荧光屏，此加速电压达到104 V，则电子的动能Ek=qU=104 eV，电子的速度v== m/s=5.9×107 m/s，这就是我们用经典的力学方法计算出来的，电子是微观粒子，此速度已经约等于光速的1/5，经典力学的处理方法是否还合理呢？要不要考虑微观粒子的二象性？电子轨迹还能是直线吗？速度会不会有很大误差？
我们先讨论一下电子的速度，用相对论速度计算公式mc2=m0c2+Ek=m0c2+eU，其中m是电子运动时的质量,m=m0代入可得
×107 m/s.
这个速度和用经典理论计算的结果5.9×107 m/s相差无几，以速度值代入，电子的动质量21世纪教育网
与电子的静质量0.91×10-30 kg也相差无几。
根据波粒二象性，电子的物质波波长为：
λ= m=1.23×10-11 m.
电子所对应的物质波的波长非常短，一个原子的直径数量级是10-10 m，也就是说电子只有在遇到比原子直径还小的障碍或小孔才会产生明显的衍射现象.电子所通过的加速电极上的小孔直径比此波长大得多，显像管内的空间对于电子来讲更是一个广阔的空间，完全可以认为电子在显像管中是按照我们用经典理论计算所得轨迹奔向我们指定的目标，由于电子的波动性而使图像像点产生模糊完全不必考虑。
微观粒子还有一个不确定关系，它的数学表达式ΔpΔx≥，式中h是普朗克常数，Δp是动量的不确定量，Δx是微观粒子的位置的不确定量.彩色电视机的显像管荧光屏是由许多填有荧光粉的小格（像素）组成的，每一个像素约为3×10-4×3×104 m2.在加速后的电子轰击下，一个像素能发出红、绿、蓝三原色中的一种，像素是按次序依次排列的.相邻的像素发出的光叠加后就能产生五彩缤纷的颜色，为使发光色彩准确，电子必须准确地击中相应像素，那么电子击中相应点的距离不确定量不超过10-5 m就足够了，根据不确定关系，此时相应电子速度不确定量为：
Δv=≥= m/s=5.8 m/s，电子的速度达到5.8×107 m/s，实际上，速度的不确定量远比5.8 m/s大得多，Δx很容易就小于10-5 m，可以看出电子击中预定像素准确性非常高，完全不必担心预定击中红色像素的电子会偏离而击中绿色或蓝色像素。
从上述讨论可知，在彩色显像管中，电子经过上万伏电压的加速，虽然速度的数量级已达到107 m/s，但其相对论效应仍很小，物质波的波长很短，完全可以不考虑.用经典的牛顿力学定律、电磁场理论就可以相当精确地描述电子的运动.电子的行为跟经典粒子一样，用电子来产生的电视图像仍清晰可见.用经典力学描述物体的运动是有一定条件的，学生经过实例的分析和对比，对如何应用物质波理论、相对论结论以及经典理论的应用范围有了较清晰的认识。
三、小结
这一节我们学习了
1.位置和动量的测不准关系ΔxΔp≥h/4π，利用光的衍射实验分析了这个理论。
2.能量和时间的测不准关系ΔEΔt≥h/4π，利用原子光谱进行了验证。
四、布置作业
课后练习五①②
五、板书设计
[来源:21世纪教育网]
图21—11
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16．2 动量守恒定律（一）示范教案
★新课标要求
（一）知识与技能
理解动量的确切含义和表达式，会计算一维情况下的动量变化；
理解动量守恒定律的确切含义和表达式，知道定律的适用条件和适用范围；
（二）过程与方法
在理解动量守恒定律的确切含义的基础上正确区分内力和外力；
灵活运用动量守恒定律的不同表达式；
（三）情感、态度与价值观
培养逻辑思维能力，会应用动量守恒定律分析计算有关问题；
★教学重点
动量的概念和动量守恒定律的表达式
★教学难点
动量的变化和动量守恒的条件．
★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
★课时安排
1 课时
★教学过程21世纪教育网
（一）引入新课
上节课的探究使我们看到，不论哪一种形式的碰撞，碰撞前后mυ的矢量和保持不变，因此mυ很可能具有特别的物理意义。
（二）进行新课
1．动量（momentum）及其变化
（1）动量的定义：物体的质量与速度的乘积，称为(物体的)动量。记为p=mv. 单位：kg·m/s读作“千克米每秒”。
理解要点：
①状态量：动量包含了“参与运动的物质”与“运动速度”两方面的信息，反映了由这两方面共同决定的物体的运动状态，具有瞬时性。
师：大家知道，速度也是个状态量，但它是个运动学概念，只反映运动的快慢和方向，而运动，归根结底是物质的运动，没有了物质便没有运动.显然地，动量包含了“参与运动的物质”和“运动速度”两方面的信息，更能从本质上揭示物体的运动状态，是一个动力学概念.
②相对性：这是由于速度与参考系的选择有关，通常以地球（即地面）为参考系。
③矢量性：动量的方向与速度方向一致。运算遵循矢量运算法则（平行四边形定则）。
师：综上所述：我们用动量来描述运动物体所能产生的机械效果强弱以及这个效果发生的方向，动量的大小等于质量和速度的乘积，动量的方向与速度方向一致。
【例1（投影）】
关于动量的概念，下列说法正确的是;( )
A．动量大的物体惯性一定大
B．动量大的物体运动一定快
C．动量相同的物体运动方向一定相同
D．动量相同的物体速度小的惯性大
[解析] 物体的动量是由速度和质量两个因素决定的。动量大的物体质量不一定大，惯性也不一定大，A错；同样，动量大的物体速度也不一定大，B也错；动量相同指动量的大小和方向均相同，而动量的方向就是物体运动的方向，故动量相同的物体运动方向一定相同，C对；动量相同的物体，速度小的质量大，惯性大，D也对。
[答案] CD
[点评] 动量是状态量，求动量时必须明确是哪一物体在哪一状态的动量。动量是矢量，它的方向与瞬时速度的方向相同
（2）动量的变化量：
定义：若运动物体在某一过程的始、末动量分别为p和p′，则称：△p= p′－p为物体在该过程中的动量变化。
强调指出：动量变化△p是矢量。方向与速度变化量△v相同。
一维情况下：Δp=mΔυ= mυ2- mυ1 矢量差
【例2（投影）】
一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动，碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？
【学生讨论，自己完成。老师重点引导学生分析题意，分析物理情景，规范答题过程，详细过程见教材，解答略】
2．系统 内力和外力
【学生阅读讨论，什么是系统？什么是内力和外力？】
（1）系统：相互作用的物体组成系统。
（2）内力：系统内物体相互间的作用力
（3）外力：外物对系统内物体的作用力
〖教师对上述概念给予足够的解释，引发学生思考和讨论，加强理解〗
分析上节课两球碰撞得出的结论的条件：
两球碰撞时除了它们相互间的作用力（系统的内力）外，还受到各自的重力和支持力的作用，使它们彼此平衡。气垫导轨与两滑块间的摩擦可以不计，所以说m1和m2系统不受外力，或说它们所受的合外力为零。
注意：内力和外力随系统的变化而变化。
3．动量守恒定律（law of conservation of momentum）
（1）内容：一个系统不受外力或者所受外力的和为零，这个系统的总动量保持不变。这个结论叫做动量守恒定律。
（2）适用条件：系统不受外力或者所受外力的和为零
（3）公式：p1/+p2/=p1+p2即m1υ1+ m2υ2= m1υ1′+ m2υ2′
或Δp1=-Δp2或Δp总=021世纪教育网
（4）注意点：
① 研究对象：几个相互作用的物体组成的系统（如：碰撞）。
② 矢量性：以上表达式是矢量表达式，列式前应先规定正方向；
③ 同一性（即所用速度都是相对同一参考系、同一时刻而言的）
④ 条件：系统不受外力，或受合外力为0。要正确区分内力和外力；
条件的延伸：a.当F内＞＞F外时，系统动量可视为守恒；（如爆炸问题。）
b.若系统受到的合外力不为零，但在某个方向上的合外力为零，则这个方向的动量守恒。
例如：如图所示，斜面体A的质量为M，把它置于光滑的水平面上，一质量为m的滑块B从斜面体A的顶部由静止滑下，与斜面体分离后以速度v在光滑的水平面上运动，在这一现象中，物块B沿斜面体A下滑时，A与B间的作用力(弹力和可能的摩擦力)都是内力，这些力不予考虑。但物块B还受到重力作用，这个力是A、B系统以外的物体的作用，是外力；物体A也受到重力和水平面的支持力作用，这两个力也不平衡(A受到重力、水平面支持力和B对它的弹力在竖直方向平衡)，故系统的合外力不为零。但系统在水平方向没有受到外力作用，因而在水平方向可应用动量守恒，当滑块在水平地面上向左运动时，斜面体将会向右运动，而且它们运动时的动量大小相等、方向相反，其总动量还是零。
（注重动量守恒定律与机械能守恒定律适用条件的区别）
【例3（投影）】在光滑水平面上A、B两小车中间有一弹簧，如图所示。用手抓住小车并将弹簧压缩后使小车处于静止状态。将两小车及弹簧看做一个系统，下列说法中正确的是( )
A．两手同时放开后，系统总动量始终为零
B．先放开左手，再放开右手后，动量不守恒
C．先放开左手，再放开右手后，总动量向左
D．无论何时放手，两手放开后，在弹簧恢复原长的过程中，系统总动量都保持不变，但系统的总动量不一定为零
[解析] 在两手同时放开后，水平方向无外力作用，只有弹簧的弹力(内力)，故动量守恒，即系统的总动量始终为零，A对；先放开左手，再放开右手后，是指两手对系统都无作用力之后的那一段时间，系统所受合外力也为零，即动量是守恒的，B错；先放开左手，系统就在右手作用下，产生向左的冲量，故有向左的动量，再放开右手后，系统的动量仍守恒，即此后的总动量向左，C对；其实，无论何时放开手，只要是两手都放开就满足动量守恒的条件，即系统的总动量保持不变。若同时放开，那么放手后系统的总动量就等于放手前的总动量，即为零；若两手先后放开，那么两手都放开后的总动量就与放开最后一只手后系统所具有的总动量相等，既不为零，D对。
[答案] ACD
[点评] 动量守恒定律都有一定的使用范围，在应用这一定律时，必修明确它的使用条件。
思考与讨论：
如图所示，子弹打进与固定于墙壁的弹簧相连的木块，此系统从子弹开始入射木块到弹簧压缩到最短的过程中，子弹与木块作为一个系统动量是否守恒？说明理由。
分析：此题重在引导学生针对不同的对象（系统），对应不同的过程中，受力情况不同，总动量可能变化，可能守恒。
〖通过此题，让学生明白：在学习物理的过程中，重要的一项基本功是正确恰当地选取研究对象、研究过程，根据实际情况选用对应的物理规律，不能生搬硬套。〗
（三）课堂小结
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。21世纪教育网
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）作业：“问题与练习”2、3、4题21世纪教育网
课后补充练习
1．一爆竹在空中的水平速度为υ，若由于爆炸分裂成两块，质量分别为m1和m2，其中质量为m1的碎块以υ1速度向相反的方向运动，求另一块碎片的速度。
2．小车质量为200kg，车上有一质量为50kg的人。小车以5m/s的速度向东匀速行使，人以1m/s的速度向后跳离车子，求：人离开后车的速度。（5.6m/s）
3．质量为30kg的小孩以8m/s的水平速度跳上一辆静止在水平轨道上的平板车，已知平板车的质量为90kg，求小孩跳上车后他们共同的速度。
解：取小孩和平板车作为系统，由于整个系统所受合外为为零，所以系统动量守恒。
规定小孩初速度方向为正，则：
相互作用前：v1=8m/s，v2=0，
设小孩跳上车后他们共同的速度速度为v′，由动量守恒定律得
m1v1=(m1+m2) v′ 21世纪教育网
解得 v′==2m/s，
数值大于零，表明速度方向与所取正方向一致。
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A
B
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课题：16、3动量守恒定律（二）
学习目标：
（一）知识与技能
掌握运用动量守恒定律的一般步骤21世纪教育网
（二）过程与方法
知道运用动量守恒定律解决问题应注意的问题，并知道运用动量守恒定律解决有关问题的优点。
（三）情感、态度与价值观
学会用动量守恒定律分析解决碰撞、爆炸等物体相互作用的问题，培养思维能力。
重点：运用动量守恒定律的一般步骤
难点：动量守恒定律的应用．[来源:21世纪教育网]
知识链接：
1、 写出动量守恒定律的内容。
2、 动量守恒定律的条件有哪些？
学法指导：
1、仔细看书把书本中的知识点掌握到位
2、做各种类型的习题，在做题中强化知识
学习过程：
1、 阅读课本p10第二段，用牛顿定律自己推导出动量守恒定律的表达式，写出详细过程。
2、动量守恒定律的普适性
从现代物理学的理论高度来认识，动量守恒定律是物理学中最基本的普适原理之一。（另一个最基本的普适原理就是能量守恒定律。）从科学实践的角度来看，迄今为止，人们尚未发现动量守恒定律有任何例外。相反，每当在实验中观察到似乎是违反动量守恒定律的现象时，物理学家们就会提出新的假设来补救，最后总是以有新的发现而胜利告终。例如静止的原子核发生β衰变放出电子时，按动量守恒，反冲核应该沿电子的反方向运动。但云室照片显示，两者径迹不在一条直线上。为解释这一反常现象，1930年泡利提出了中微子假说。由于中微子既不带电又几乎无质量，在实验中极难测量，直到1956年人们才首次证明了中微子的存在。（2000年高考综合题23 ②就是根据这一历史事实设计的）。又如人们发现，两个运动着的带电粒子在电磁相互作用下动量似乎也是不守恒的。这时物理学家把动量的概念推广到了电磁场，把电磁场的动量也考虑进去，总动量就又守恒了。
3、例1、见教材11页。分析题意，分析物理情景，规范答题过程，详细过程见教材
（总结动量守恒定律解决问题的思路）
4、例2：质量为M的小船以速度v0行驶，船上有两个质量皆为m的小孩a和b，分别静止站在船头和船尾.现在小孩a沿水平方向以速率v（相对于静止水面）向前跃入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v（相对于静止水面）向后跃入水中.求小孩b跃出后小船的速度.
5、例3、如图所示，甲车的质量是2 kg，静止在光滑水平面上，上表面光滑，右端放一个质量为1 kg的小物体.乙车质量为4 kg，以5 m/s的速度向左运动，与甲车碰撞以后甲车获得8 m/s的速度，物体滑到乙车上.若乙车足够长，上表面与物体的动摩擦因数为0.2，则物体在乙车上表面滑行多长时间相对乙车静止 （g取10 m/s2）
6、例4、在静止的湖面上有一质量M=100kg的小船，船上站立质量m=50kg的人，船长L=6m，最初人和船静止．当人从船头走到船尾(如图)，船后退多大距离？(忽略水的阻力)
[来源:21世纪教育网]
7、动量守恒定律的注意点：
⑴矢量性：动量守恒定律的数学表达式是个矢量关系式.对于我们常见作用前后物体的运动方向都在同一直线上的问题，可选取一个正方向，凡与正方向相同的矢量均取正值，反之为负，这样即可将矢量运算简化为代数运算．
⑵同时性：动量守恒指系统在任一瞬间的动量恒定。等号左边是作用前系统内各物体动量在同一时刻的矢量和，等号右边是作用后系统内各物体动量在另一同时刻的矢量和．不是同一时刻的动量不能相加．
⑶相对性：表达式中各物体的速度(动量)必须是相对于同一惯性参考系而言的，一般均以地面为参考系．若题设条件中各速度不是同一参考系的速度，就必须经过适当转换，使其成为同一参考系的速度值．
⑷系统性：解题时，选择的对象是满足条件的系统，不是其中一个物体，初、末两个状态研究对象必须一致。
⑸广泛性：动量守恒定律具有广泛的适用范围，不论物体间的相互作用力性质如何；不论系统内部物体的个数；不论它们是否互相接触；不论相互作用后物体间是粘合还是分裂,只要系统所受合外力为零,动量守恒定律都适用。动量守恒定律既适用于低速运动的宏观物体,也适用于高速运动的微观粒子间的相互作用,大到天体,小到基本粒子间的相互作用都遵守动量守恒定律。
8、课堂小结：
达标训练：
（C）1、如图所示，位于光滑水平桌面上的小滑块A和B都可视作质点，质量相等。B与轻质弹簧相连。设B静止，A以某一初速度向B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（ ）
A. A的初动能 B. A的初动能的1/2
C. A的初动能的1/3 D. A的初动能的1/4
（B）2、 A、B两球在光滑水平面上相向运动，两球相碰后有一球停止运动，则下述说法中正确的是 （ ）
A．若碰后，A球速度为0，则碰前A的动量一定大于B的动量
B．若碰后，A球速度为0，则碰前A的动量一定小于B的动量
C．若碰后，B球速度为0，则碰前A的动量一定大于B的动量
D．若碰后，B球速度为0，则碰前A的动量一定小于B的动量
（B）3、一辆小车在光滑的水平上匀速行使，在下列各种情况中，小车速度仍保持不变的是（ ）
A．从车的上空竖直掉落车内一个小钢球
B．从车厢底部的缝隙里不断地漏出砂子
C．从车上同时向前和向后以相同的对地速率扔出质量相等的两物体
D. 从车上同时向前和向后以相同的对车速率扔出质量相等的两物体
（B）4、 下列关于动量守恒的论述正确的是 （ ）
A．某物体沿着斜面下滑，物体的动量守恒
B．系统在某方向上所受的合外力为零，则系统在该方向上动量守恒
C．如果系统内部有相互作用的摩擦力，系统的机械能必然减少，系统的动量也不再守恒
D．系统虽然受到几个较大的外力，但合外力为零，系统的动量仍然守恒
（B）5、如图所示，A、B两物体的质量比mA∶mB=3∶2，它们原来静止在平板车C上，A、B间有一根被压缩了的弹簧，A、B与平板车上表面间动摩擦因数相同，地面光滑.当弹簧突然释放后，则有
A．A、B系统动量守恒
B．A、B、C系统动量守恒
C．小车向左运动
D．小车向右运动
（B）6、 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5kg﹒m/s，B球的动量是7kg﹒m/s，当A球追上B球时发生碰撞，则碰撞后A、B两球的动量可能值是（ ）
A．6kg﹒m/s、6kg﹒m/s B．4kg﹒m/s、8kg﹒m/s
C．-2kg﹒m/s、14kg﹒m/s D．-3kg﹒m/s、15kg﹒m/s
学后反思：[来源:21世纪教育网][来源:21世纪教育网]
www.
A
B
21世纪教育网 -- 中国最大型、最专业的中小学教育资源门户网站。 版权所有@21世纪教育网第十六章 动量守恒定律
新课标要求
1．内容标准
（1）探究物体弹性碰撞的一些特点。知道弹性碰撞和非弹性碰撞。
（2）通过实验，理解动量和动量守恒定律。能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。知道动量守恒定律的普遍意义。
例1 火箭的发射利用了反冲现象。
例2 收集资料，了解中子是怎样发现的。讨论动量守恒定律在其中的作用。
（3）通过物理学中的守恒定律，体会自然界的和谐与统一。
2．活动建议
制作“水火箭”。
新课程学习
16．6 用动量概念表示牛顿第二定律
★新课标要求
（一）知识与技能
1．理解动量定理的确切含义和表达式，知道动量定理适用于变力。
2．会用动量定理解释有关物理现象，并能掌握一维情况下的计算问题。
（二）过程与方法
运用牛顿运动定律和运动学公式推导出动量定理表达式。
（三）情感、态度与价值观
通过运用所学知识推导新的规律，培养学生学习的兴趣。激发学生探索新知识的欲望。
★教学重点
理解动量定理的确切含义和表达式
★教学难点
会用动量定理解释有关物理现象，并能掌握一维情况下的计算问题[21世纪教育网]
★教学方法
教师启发、引导，学生讨论、交流。21世纪教育网
★教学用具：
生鸡蛋、铺有较厚的海绵垫的白铁桶、细线、金属小球、橡皮筋、铁架台等，投影片，多媒体辅助教学设备
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
小实验引入新课：
演示实验1：鸡蛋落地
【演示】事先在一个白铁桶的底部垫上一层海绵（不让学生知道），让一个鸡蛋从一米多高的地方下落到白铁桶里，事先让学生推测一下鸡蛋的“命运”，然后做这个实验。结果发现并没有象学生想象的那样严重：发现鸡蛋不会被打破！
演示实验2：缓冲装置的模拟
【演示】用细线悬挂一个重物，把重物拿到一定高度，释放后重物下落可以把细线拉断，如果在细线上端拴一段皮筋，再从同样的高度释放，就不会断了。
【让学生在惊叹中开始新课内容】
在日常生活中，有不少这样的事例：跳远时要跳在沙坑里；跳高时在下落处要放海绵垫子；从高处往下跳，落地后双腿往往要弯曲；轮船边缘及轮渡的码头上都装有橡皮轮胎等，这样做的目的是为了什么呢？而在某些情况下，我们又不希望这样，比如用铁锤钉钉子。这些现象中的原因是什么呢？通过我们今天的学习来探究其中的奥秘。
（二）进行新课
1．用动量概念表示牛顿第二定律
师：给出问题（投影）
假设一个物体在恒定的合外力作用下，做匀变速直线运动，在t时刻初速度为v，在t′时刻的末速度为v′，试推导合外力的表达式。
学生：用牛顿第二定律F=ma以及匀变速直线运动的公式自己推导。
（教师巡回指导，及时点拨、提示）
推导过程：如图所示，由牛顿第二定律得，物体的加速度
合力F=ma
由于，
所以， （1）
结论：上式表示，物体所受合外力等于物体动量的变化率。这就是牛顿第二定律的另一种表达式。
2．动量定理
教师：将（1）式写成 （2）
（师生讨论上式的物理意义）
总结：表达式左边是物体从t时刻到t′时刻动量的变化量，右边是物体所受合外力与这段时间的乘积。（2）式表明，物体动量的变化量，不仅与力的大小和方向有关，还与时间的长短有关，力越大、作用时间越长，物体动量的变化量就越大。这个量反映了力对时间的积累效应。
教师（讲解）：物理学中把力F与作用时间的乘积，称为力的冲量，记为I，即
，单位：N·s，读作“牛顿秒”。21世纪教育网
将（2）式写成 （3）
（3）式表明，物体动量的变化量等于物体所受合外力的冲量，这个结论叫做动量定理。
讨论：如果物体所受的力不是恒力，对动量定理的表达式应该怎样理解呢？
教师：引导学生阅读选修3－5教材24页第一段，理解动量定理的过程性。
总结：尽管动量定理是根据牛顿第二定律和运动学的有关公式在恒定合外力的情况下推导出来的。可以证明： 动量定理不但适用于恒力，也适用于随时间变化的变力。对于变力情况，动量定理中的F应理解为变力在作用时间内的平均值。
在实际中我们常遇到变力作用的情况，比如用铁锤钉钉子，球拍击乒乓球等，钉子和乒乓球所受的作用力都不是恒力，这时变力的作用效果可以等效为某一个恒力的作用，则该恒力就叫变力的平均值，如图所示，是变力与平均力的F-t图象，其图线与横轴所围的面积即为冲量的大小，当两图线面积相等时，即变力与平均力在t0时间内等效。
利用动量定理不仅可以解决匀变速直线运动的问题，还可以解决曲线运动中的有关问题，将较难计算的问题转化为较易计算的问题。
3．动量定理的方向性
例如：匀加速运动合外力冲量的方向与初动量方向相同，匀减速运动合外力冲量方向与初动量方向相反，甚至可以跟初动量方向成任何角度。在中学阶段，我们仅限于初、末动量的方向、合外力的方向在同一直线上的情况（即一维情况），此时公式中各矢量的方向可以用正、负号表示，首先要选定一个正方向，与正方向相同的矢量取正值，与正方向相反的矢量取负值。
如图所示，质量为m的球以速度v向右运动，与墙壁碰撞后反弹的速度为v’，碰撞过程中，小球所受墙壁的作用力F的方向向左。若取向左为正方向，则小球所受墙壁的作用力为正值，初动量取负值，末动量取正值，因而根据动量定理可表示为Ft=p′一p=mv′一（一mv）=mv′十mv。此公式中F、v、v′均指该物理量的大小（此处可紧接着讲课本上的例题）。
小结：公式Ft= p′一P=△p是矢量式，合外力的冲量的方向与物体动量变化的方向相同。合外力冲量的方向可以跟初动量方向相同，也可以相反。
演示实验3：小钢球碰到坚硬大理石后返回
4．应用举例
下面，我们应用动量定理来解释鸡蛋下落是否会被打破等有关问题。
鸡蛋从某一高度下落，分别与石头和海绵垫接触前的速度是相同的，也即初动量相同，碰撞后速度均变为零，即末动量均为零，因而在相互作用过程中鸡蛋的动量变化量相同。而两种情况下的相互作用时间不同，与石头碰时作用时间短，与海绵垫相碰时作用时间较长，由Ft=△p知，鸡蛋与石头相碰时作用大，会被打破，与海绵垫相碰时作用力较小，因而不会被打破。
接着再解释用铁锤钉钉子、跳远时要落入沙坑中等现象。在实际应用中，有的需要作用时间短，得到很大的作用力而被人们所利用，有的需要延长作用时间（即缓冲）减少力的作用。请同学们再举些有关实际应用的例子。加强对周围事物的观察能力，勤于思考，一定会有收获。
接着再解释缓冲装置。
在实际应用中，有的需要作用时间短，得到很大的作用力，而被人们所利用；有的要延长作用时间而减少力的作用，请同学们再举出一些有关实际应用的例子，加强对周围事物的观察，勤于思考，一定会有收获。
例题（投影教材24页例题，师生讨论）21世纪教育网
（三）课堂小结
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。21世纪教育网
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）作业：“问题与练习”1～4题
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
v′
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v第十九章 原子核
新课标要求21世纪教育网
1．内容标准
（1）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。
（2）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。
例1 了解放射性在医学和农业中的应用。
例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。
（3）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。
（4）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。
（5）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。
（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。
例3 思考核能开发带来的社会问题。
（7）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。
例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。
2．活动建议：
（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。
（2）观看有关核能利用的录像片。
（3）举办有关核能利用的科普讲座。
新课程学习
19．1 原子核的组成
★新课标要求
（一）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。
（二）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。
（三）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[来源:21世纪教育网]
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
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课[来源:21世纪教育网]
教师：本节课我们来学习新的一章：原子核。本章主要介绍了核物理的一些初步知识，核物理研究的是原子核的组成及其变化规律，是微观世界的现象。让我们走进微观世界，一起探索其中的奥秘！
我们已经知道，原子由什么微粒组成啊？
学生回答：原子由原子核与核外电子组成。
点评：由原来的知识引入新课，对新的一章有一个大致的了解。
教师：那原子核内部又是什么结构呢？原子核是否可以再分呢？它是由什么微粒组成？用什么方法来研究原子核呢？
学生思考讨论。
点评：带着问题学习，激发学习热情
教师：人类认识原子核的复杂结构和它的变化规律，是从发现天然放射现象开始的。
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。
居里和居里夫人在贝克勒尔的建议下，对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了发射性更强的新元素。其中一种，为了纪念她的祖国波兰而命名为钋（Po），另一种命名为镭（Ra）。
学生一边听，一边看挂图。
点评：配合挂图，展示物理学发展史上的有关事实，树立学生对科学研究的正确态度。
（二）进行新课
1．天然放射现象
（1）物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．具有放射性的元素称为放射性元素．
（2）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．
学生一边听，一边看书。
2．射线到底是什么
教师：那这些射线到底是什么呢？这就激发着人们去寻求答案：把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场，发现射线如图所示：（投影）
思考与讨论：
①你观察到了什么现象？为什么会有这样的现象？
②如果射线，射线都是带电粒子流的话，根据图判断，他们分别带什么电荷。
③如果不用磁场判断，还可以用什么方法判断三种射线的带电性质？
学生分组讨论，回答问题以及实验方案。
①射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。
②根据左手定则，可以判断射线是正电荷，射线是负电荷。
③带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质，如图
点评：给出实验现象，设置问题情境，引导学生自己得出结论，培养学生的观察，分析，探究的能力。培养学生合作式学习的能力
用多种方案解决一个问题有利于培养学生的扩散散性思维。
教师：我们已经研究了这三种射线的带电性质，那么这些射线还有哪些性质呢？请同学们阅读课文后填写表格。
学生看书，进行总结。
点评：培养学生自学，总结的能力。
教师：（帮助小结）
①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，或者升高它的温度，它都具有放射性。
②三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有其复杂的结构。
学生对照表格，理解书本知识。
点评：通过对照表格，可以让学生更好的掌握规律性质。
3．原子核的组成[来源:21世纪教育网]
教师提问：
①质子：由谁发现的？怎样发现的？
②中子：发现的原因是什么？是由谁发现的？
学生看书，然后回答问题
①卢瑟福用粒子轰击氮核，发现质子。
②查德威克发现中子。发现原因：如果原子核中只有质子，那么原子核的质量与电荷量之比应等于质子的质量与电荷量之比，但实际却是，绝大多数情况是前者的比值大些，卢瑟福猜想核内还有另一种粒子。
教师：（帮助小结）
①质子(proton)带正电荷，电荷量与一个电子所带电荷量相等，
中子(nucleon)不带电，
②数据显示：质子和中子的质量十分接近，统称为核子，组成原子核。
点评：加强学生对书本知识的理解能力，以及语言概括能力。
教师：提问：
③原子核的电荷数是不是电荷量？
④原子荷的质量数是不是质量？
学生看书，然后回答问题：
③不是，原子核所带的电荷量总是质子电荷的整数倍，那这个倍数就叫做原子核的电荷数。
④原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，那这个倍数叫做原子核的质量数。
点评：加强学生对书本知识的理解能力，以及语言概括能力。
小结：
③原子核的电荷数=质子数=核外电子数=原子序数
④原子核的质量数=核子数=质子数+中子数
⑤ 符号表示原子核，X：元素符号；A：核的质量数；Z：核电荷数
教师：给出思考与讨论题。
一种铀原子核的质量数是235，问：它的核子数，质子数和中子数分别是多少？
学生回答：核子数是235，质子数是92，中子数是143。
点评：学生回答调动他们学习的积极性。
4．同位素(isotope)
（1）定义：具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。
（2）性质：原子核的质子数决定了核外电子数目，也决定了电子在核外的分布情况，进而决定了这种元素的化学性质，因而同种元素的同位素具有相同的化学性质。
学生一边听，一边看书。
提问：列举一些元素的同位素？
学生回答：21世纪教育网
氢有三种同位素：氕（通常所说的氢），氘（也叫重氢），氚（也叫超重氢），符号分别是：。
碳有两种同位素，符号分别是。
点评：举例说明同位素的性质，加深对这一概念的理解。
例：下列说法正确的是（ ）
A．射线粒子和电子是两种不同的粒子
B．红外线的波长比X射线的波长长
C．粒子不同于氦原子核
D．射线的贯穿本领比粒子强
学生回答：BD
点评：本题考查了粒子的性质及电磁波波长的比较等基本知识。19世纪末20世纪初，人们发现X，，，射线，经研究知道，X，射线均为电磁波，只是波长不同。可见光，红外线也是电磁波，波长从短到长的电磁波波谱要牢记。另外，射线是电子流，粒子是氦核。从，，三者的穿透本领而言：射线最强，射线最弱，这些知识要牢记。
（三）课堂小结
1．天然放射现象及其规律。
2．三种射线的性质。
3．原子核的组成。
学生总结，讨论。
（四）作业：
1．认真阅读课后的“科学足迹”。完成问题与练习。
2．探究活动：射线的来源：原子核内没有电子，射线如何而来？
点评：学生课后探究。激发学生学习的热情，为以后的学习作好准备。
★教学体会
这节课由天然放射现象开始，揭示了原子核是可分的。展示物理学发展史上的有关事实，
是对学生进行辨证唯物主义思想教育的好素材。放射性元素放出的三种射线只可能从原子核里放出来的，从而引起人们去探索原子核的奥妙，揭开了核物理学的第一页。核物理研究的是原子核的组成及其变换规律，是微观世界的现象，不想宏观世界那样看得见，摸得着，研究起来也就更困难。通过本节的学习，要使学生能对核物理的相关实验基础和研究问题的思路，方法有所体会，了解人类是怎样认识微观世界的。第十七章 波粒二象性
新课标要求
1．内容标准 [来源:21世纪教育网]
（1）了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
（2）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
（3）了解康普顿效应。
（4）根据实验说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。
（5）知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。
（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。
例1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。
2．活动建议
阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。21世纪教育网
新课程学习
17．2 科学的转折：光的粒子性
★新课标要求
（一）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
（二）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。
（三）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
★课时安排
2 课时
★教学过程
（一）引入新课
提问：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。）
学生回顾、思考，并回答。
教师倾听、点评。
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
教师：实验演示。（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。
学生：认真观察实验。
教师提问：上述实验说明了什么？
学生：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21世纪教育网
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νc ----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νc 。
当入射光频率ν>νc 时，电子才能逸出金属表面；
当入射光频率ν <νc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hν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ν 的光是由大量能量为 E =hν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。
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。
点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。
例题 （教材36页）
学生通过运算得出相应的正确结果。
点评：理论联系实际，适量的练习题可以进一步巩固和掌握所学理论知识。[来源:21世纪教育网]
6．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。
7．康普顿效应
（1）光的散射
光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。
（2）康普顿效应
1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长 和散射物质都无关。
（3）康普顿散射的实验装置与规律：
按经典电磁理论：如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！
散射中出现的现象，称为康普顿散射。
康普顿散射曲线的特点：
① 除原波长外出现了移向长波方向的新的散射波长
② 新波长随散射角的增大而增大。
波长的偏移为
波长的偏移只与散射角有关，而与散射物质种类及入射的X射线的波长无关，
= 0.0241 =2.41×10-3nm（实验值）
称为电子的Compton波长
只有当入射波长与可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。
（4）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难
①根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。
②无法解释波长改变和散射角的关系。
（5）光子理论对康普顿效应的解释
①若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。
②若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。
③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。
（6）康普顿散射实验的意义
①有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；
②首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；
③证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。
展示演示文稿资料：康普顿
康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。
展示演示文稿资料：吴有训对研究康普顿效应的贡献
1923年，吴有训参加了发现康普顿效应的研究工作.
1925—1926年，吴有训用银的X射线(=5.62nm) 为入射线，以15种轻重不同的元素为散射物质，在同一散射角( )测量各种波长的散射光强度，作了大量X射线散射实验。对证实康普顿效应作出了重要贡献。
点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。
（7）光子的能量和动量
说明：动量能量是描述粒子的，频率和波长则是用来描述波的
（三）课堂小结
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。21世纪教育网
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）作业：“问题与练习”1～6题。
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
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16．2 动量守恒定律（一）学案导学
教学目标：
理解动量的概念，明确动量守恒定律的内容，理解守恒条件和矢量性。理解“总动量”就是系统内各个物体动量的矢量和。
1．动量（momentum）及其变化
（1）动量的定义：物体的质量与速度的乘积，称为(物体的)动量。记为p=mv. 单位：kg·m/s读作“千克米每秒”。
理解要点：[来源:21世纪教育网]
①状态量：动量包含了“参与运动的物质”与“运动速度”两方面的信息，反映了由这两方面共同决定的物体的运动状态，具有瞬时性。
②相对性：这是由于速度与参考系的选择有关，通常以地球（即地面）为参考系。
③矢量性：动量的方向与速度方向一致。运算遵循矢量运算法则（平行四边形定则）。
【例1】关于动量的概念，下列说法正确的是;( )
A．动量大的物体惯性一定大[来源:21世纪教育网]
B．动量大的物体运动一定快
C．动量相同的物体运动方向一定相同
D．动量相同的物体速度小的惯性大
（2）动量的变化量：
定义：若运动物体在某一过程的始、末动量分别为p和p′，则称：△p= p′－p为物体在该过程中的动量变化。
强调指出：动量变化△p是矢量。方向与速度变化量△v相同。
一维情况下：Δp=mΔυ= mυ2- mυ1 矢量差
【例2】一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动，碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？
21世纪教育网
2．系统 内力和外力
（1）系统：相互作用的物体组成系统。
（2）内力：系统内物体相互间的作用力
（3）外力：外物对系统内物体的作用力
分析上节课两球碰撞得出的结论的条件：21世纪教育网
两球碰撞时除了它们相互间的作用力（系统的内力）外，还受到各自的重力和支持力的作用，使它们彼此平衡。气垫导轨与两滑块间的摩擦可以不计，所以说m1和m2系统不受外力，或说它们所受的合外力为零。
注意：内力和外力随系统的变化而变化。
3．动量守恒定律（law of conservation of momentum）
（1）内容：一个系统不受外力或者所受外力的和为零，这个系统的总动量保持不变。这个结论叫做动量守恒定律。
（2）适用条件：系统不受外力或者所受外力的和为零
（3）公式：p1/+p2/=p1+p2即m1υ1+ m2υ2= m1υ1′+ m2υ2′
或Δp1=-Δp2或Δp总=0
（4）注意点：
① 研究对象：几个相互作用的物体组成的系统（如：碰撞）。
② 矢量性：以上表达式是矢量表达式，列式前应先规定正方向；
③ 同一性（即所用速度都是相对同一参考系、同一时刻而言的）
④ 条件：系统不受外力，或受合外力为0。要正确区分内力和外力；
条件的延伸：a.当F内＞＞F外时，系统动量可视为守恒；（如爆炸问题。）
b.若系统受到的合外力不为零，但在某个方向上的合外力为零，则这个方向的动量守恒。
例如：如图所示，斜面体A的质量为M，把它置于光滑的水平面上，一质量为m的滑块B从斜面体A的顶部由静止滑下，与斜面体分离后以速度v在光滑的水平面上运动，在这一现象中，物块B沿斜面体A下滑时，A与B间的作用力(弹力和可能的摩擦力)都是内力，这些力不予考虑。但物块B还受到重力作用，这个力是A、B系统以外的物体的作用，是外力；物体A也受到重力和水平面的支持力作用，这两个力也不平衡(A受到重力、水平面支持力和B对它的弹力在竖直方向平衡)，故系统的合外力不为零。但系统在水平方向没有受到外力作用，因而在水平方向可应用动量守恒，当滑块在水平地面上向左运动时，斜面体将会向右运动，而且它们运动时的动量大小相等、方向相反，其总动量还是零。
（注重动量守恒定律与机械能守恒定律适用条件的区别）
【例3】在光滑水平面上A、B两小车中间有一弹簧，如图所示。用手抓住小车并将弹簧压缩后使小车处于静止状态。将两小车及弹簧看做一个系统，下列说法中正确的是( )
A．两手同时放开后，系统总动量始终为零
B．先放开左手，再放开右手后，动量不守恒
C．先放开左手，再放开右手后，总动量向左
D．无论何时放手，两手放开后，在弹簧恢复原长的过程中，系统总动量都保持不变，但系统的总动量不一定为零
思考与讨论：
如图所示，子弹打进与固定于墙壁的弹簧相连的木块，此系统从子弹开始入射木块到弹簧压缩到最短的过程中，子弹与木块作为一个系统动量是否守恒？说明理由。
（四）作业：21世纪教育网
“问题与练习”2、3、4题
课后补充练习
1．一爆竹在空中的水平速度为υ，若由于爆炸分裂成两块，质量分别为m1和m2，其中质量为m1的碎块以υ1速度向相反的方向运动，求另一块碎片的速度。
2．小车质量为200kg，车上有一质量为50kg的人。小车以5m/s的速度向东匀速行使，人以1m/s的速度向后跳离车子，求：人离开后车的速度。
3．质量为30kg的小孩以8m/s的水平速度跳上一辆静止在水平轨道上的平板车，已知平板车的质量为90kg，求小孩跳上车后他们共同的速度。
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21世纪教育网 -- 中国最大型、最专业的中小学教育资源门户网站。 版权所有@21世纪教育网第十九章 原子核
新课标要求
1．内容标准
（1）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。
（2）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。
例1 了解放射性在医学和农业中的应用。
例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。
（3）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。
（4）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。
（5）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。
（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。
例3 思考核能开发带来的社会问题。
（7）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。
例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。
2．活动建议：
（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。
（2）观看有关核能利用的录像片。
（3）举办有关核能利用的科普讲座。
新课程学习
19．5 核力与结合能
★新课标要求
（一）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。
（二）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。
（三）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21世纪教育网
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。
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
复习提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为mp=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，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
学生通过计算回答：两者相差1036倍
问：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，也就是第五节：核力与结合能(板书)
点评：让学生从熟悉的库仑定律和万有引力定律出发，比较氦原子核中两个质子之间的库仑斥力与万有引力的大小，产生强烈的认知冲突,进而引入核力的概念。
（二）进行新课
1．核力与四种基本相互作用(板书)
点拨：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.
问：那么核力有怎样特点呢 21世纪教育网
学生：阅读教材核力的特点部分，讨论、总结并回答核力特点：
（1）核力是强相互作用(强力)的一种表现。
（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10-15 m之内。
（3）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。
教师总结：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β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。
点评：通过学生自主学习培养学生的自学能力，同时通过讨论激发学习兴趣。
教师讲述：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β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
学生：阅读课本左边的阅读内容总结自然界的四种基本相互作用力及它们的作用范围。
2．原子核中质子与中子的比例
教师：随着原子序数的增加，稳定原子核中的中子数大于质子数。
引导学生阅读教材原子核中质子与中子的比例部分及挂图，思考两个问题：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？
学生回答：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。
引导学生阅读教材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
点评：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；21世纪教育网
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γ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.
点拨：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
讲述：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.
让学生回顾质量、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。
点评：质量亏损与质量与能量的关系是本节的难点。
学生很容易从字面上得出错误结论：
①质量就是能量、能量就是质量，质量可以转化能量, 能量可以转化质量。
②在核反应中不遵守质量守恒定律、能量守恒定律;
（2）爱因斯坦质能方程： E＝mc2
讲述：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。[21世纪教育网]
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
讲述：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=Δmc2.
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。
点评：向学生指出以下几点：
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。
点拨：师生共同阅读原子核的比结合能挂图，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=1.660 566×10-27 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）
学生：学习课本例题，做巩固练习，加深对质量亏损、原子核的结合能及比结合能的理解
（三）课堂小结
根据爱因斯坦质能方程自然界中物体的质量和能量间存在着一定对应关系：E=mc2，可见物质世界贮藏着巨大能量，问题是如何使贮藏的能量释放出来。人类以前利用的是燃料燃烧时释放的化学能。在发生化学反应时，是原子外层电子的得失，这种情况下人类获取的能量可以说属于原子的“皮能”。在核反应时，可以产生较大一些的质量亏损，从而使人类获得了大得多的能量，这里的变化属于原子核的变化，相应的能量称作原子核能。换句话说，即物体贮藏的能量是巨大的。迄今为止，人类所利用的能量还只是很小的一部分，如果人类在探索中能掌握新的方式，以产生更大的质量亏损，也就必然能够获得更为可观的能量， 这对解决人类的能源危机具有重要意义。
（四）作业：1、理解原子核的结合能的概念；理解质量与能量的区别及它们之间的对应关系；
2、完成课本后面的练习1、2、3、4
★教学体会21世纪教育网
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
16．1 实验：探究碰撞中的不变量
知识点梳理：
1．实验探究的基本思路
1．1 一维碰撞
两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动．
这种碰撞叫做一维碰撞．
1．2 追寻不变量
在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度．
设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为、．
规定某一速度方向为正．
碰撞前后速度的变化和物体的质量m的关系，我们可以做如下猜测：
（1）
（2）
（3）
分析：
①碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”．
②必须在各种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们追寻的不变量．
2．实验条件的保证、实验数据的测量
2．1 实验必须保证碰撞是一维的，即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿同一直线运动;
2．2 用天平测量物体的质量；
2．3 测量两个物体在碰撞前后的速度．
测量物体的速度可以有哪些方法？
典型例题：
问题一 实验操作过程
例题1：在课本参考案例(二)中，下列说法正确的是( )
A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长
B．由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度
C．两小球必须都是钢性球，且质量相同
D．两小球碰后可以粘合在一起共同运动21世纪教育网
[解析] 两绳等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以A正确。由于计算碰撞前速度时用到了mgh=mv2/2—0，即初速度为0，B正确。本实验中对小球的性能无要求，C错误。
两球正碰后，有各种运动情况，所以D正确。 [答案] ABD21世纪教育网
问题二 实验数据的处理
例题2：为了研究碰撞，实验可以在气垫导轨上进行，这样就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成是匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高．在某次实验中，A、B两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用闪光照相每隔0．4s的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略，如图所示，已知A、B之间的质量关系是mB=1．5mA，拍摄共进行了4次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后，A原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10cm至105cm这段范围内运动，(以滑块上的箭头位置为准)，试根据闪光照片求出：
(1)A、B两滑块碰撞前后的速度各为多少
(2)根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后两个物体各自的质量与自己的速度的乘积和是不是不变量
[解析] 由图分析可知(1)碰撞后：
VB/=0．50m／s，
VA/=0．75m／s
从发生碰撞到第二次拍摄照片，A运动的时间是t1=0．2s，由此可知：从拍摄第一次照片到发生碰撞的时间为t2=0．2 s，则碰撞前B物体的速度为vB=1．0m／s，由题意得vA=0。
(2)碰撞前：mAVA十mBvB=1．5mA，
碰撞后：mAvA/十mBvB/= 1．5mA，所以mAvA+mBvB=mAvA/+mBvB/，即碰撞前后两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不变量。
问题三 实验原理及注意事项21世纪教育网
例题3： 如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B，做探究碰撞中不变量的实验：
(1)把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在与A和B的固定挡板间放一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态。
(2)按下电钮使电动卡销放开，同时起动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与挡板C和D碰撞同时，电子计时器自动停表，记下A至C运动时间t1，B至D运动时间t2。
(3)重复几次取t1，t2的平均值。
请回答以下几个问题：
①在调整气垫导轨时应注意 ；
②应测量的数据还有 ；21世纪教育网
③作用前A、B两滑块速度与质量乘积之和为 ，作用后A、B两滑块速度与质量乘积之和为 。
[解析] (1)为了保证滑块A、B作用后做匀速直线运动，必须使气垫导轨水平，需要要用水平仪加以调试。
(2)要求出A、B两滑块在卡销放开后的速度，需测出A至C的时间t1和B至D的时间t2，并且要测量出两滑块到挡板的距离L1和L2，再由公式v=s/t求出其速度。
(3)设向左为正方向，根据所测数据求得两滑块的速度分别为vA=L1/t，vB=L2/t。碰前两物体静止，v=0，速度与质量乘积之和为0，碰后两滑块的速度与质量乘积为(M+m)L1/t1-ML2/t2
[点评] 要求两物体在碰撞前后质量与速度乘积的关系，就要根据不同的仪器直接或间接测量，最后比较在误差范围内其乘积是否相等即可。
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新课标要求
1．内容标准
（1）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。
（2）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。
例1 了解放射性在医学和农业中的应用。
例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。
（3）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。
（4）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。
（5）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。
（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。
例3 思考核能开发带来的社会问题。
（7）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。
例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。
2．活动建议：
（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。 21世纪教育网
（2）观看有关核能利用的录像片。
（3）举办有关核能利用的科普讲座。
新课程学习
19．7 核聚变
★新课标要求
（一）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。
（二）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
（三）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。
★教学难点
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。
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
教师：1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。前苏联用了四年，美国用了7年。氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。这节课我们就来研究聚变的问题.
学生：学生认真仔细地听课
点评：通过介绍我国第一氢弹爆炸，激发同学们的爱国热情。
（二）进行新课
1．聚变及其条件
提问：请同学们阅读课本第一段，回答什么叫轻核的聚变？
学生仔细阅读课文
学生回答：两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。
投影材料一：核聚变发展的历史进程［1］
提问：请同学们再看看比结合能曲线（图19.5-3），想一想为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？
让学生了解聚变的发展历史进程。
学生思考并分组讨论、归纳总结。
学生回答：因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大
点评：学生阅读课本，回答问题，有助于培养学生的自学能力。
教师归纳补充：
（1）氢的聚变反应：
21H+21H→31He+11H+4 MeV、
21H+31H→42He+10n+17.6 MeV
（2）释放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍
提问：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？
学生阅读教材，分析思考、归纳总结并分组讨论。
得出结论
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10-15 m，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。
宏观上：要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温。
点评：从宏观和微观两个角度来考虑核聚变的条件，有助于加深理解。
教师说强调：聚变反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以维持反应持续进行下去，在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸。
教师补充说明：
（1）热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107 K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断向外界释放着巨大的能量。太阳每秒释放的能量约为3.8×1026 J，地球只接受了其中的二十亿分之一。太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。它每秒有７亿吨原子核参与碰撞，转化为能量的物质是400万吨。科学家估计，太阳的这种“核燃烧”还能维持90亿~100亿年。当然，与人类历史相比，这个时间很长很长！
教师：希望同学们课后查阅资料，了解更多的太阳能有关方面的知识及其应用。
（2）上世纪四十年代，人们利用核聚变反应制成了用于战争的氢弹，氢弹是利用热核反应制造的一种在规模杀伤武器，在其中进行的是不可控热核反应，它的威力是原子弹的十几倍。
提问：氢弹爆炸原理是什么？
学生阅读教材：课本图19.7-1是氢弹原理图，它需要用原子炸药来引爆，以获得热核反应所需要的高温，而这些原子炸药又要用普通炸药来点燃。
［教师点拨］
［录像］氢弹的构造简介及其爆炸情况。
根据你收集的资料，还能通过什么方法实现核聚变？
学生回答：日英开发出激光核聚变新方法、有人提出利用电解重水的方法实现低温核聚变。
点评：学生自学看书，自己归纳总结，
有助于培养学生分析问题、解决问题的能力，逐步提高学生的归纳总结能力。
2．可控热核反应
（1）聚变与裂变相比有很多优点
提问：目前，人们还不能控制核聚变的速度，但科学家们正在努力研究和尝试可控热核反应，以使核聚变造福于人类。我国在这方面的研究和实验也处于世界领先水平。请同学们自学教材，了解聚变与裂变相比有哪些优点？
投影材料二[2]：可控热核反应发展进程
例：一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是21H+31H→42He+10n，其中氘核的质量：mD=2.014 102 u、氚核的质量：mT=3.016 050 u、氦核的质量：mα=4.002 603 u、中子的质量：mn=1.008 665 u、1u=1.660 6×10-27kg，e = 1.602 2×10-19C，请同学们求出该核反应所释放出来的能量。
学生计算：
根据质能方程，释放出的能量为：
教师点拔：平均每个核子放出的能量约为3.3MeV，而铀核裂变时平均每个核子释放的能量约为1MeV。
总结：聚变与裂变相比，这是优点之一，即轻核聚变产能效率高。
教师点拔：常见的聚变反应：21H+21H→31He+11H+4MeV、 21H+31H→42He+10n+17.6 MeV。在这两个反应中，前一反应的材料是氘，后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应的产物，所以氘是实现这两个反应的原始材料，而氘是重水的组成部分，在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的。从这个意义上讲，轻核聚变是能源危机的终结者。
总结：聚变与裂变相比，这是优点之二，即地球上聚变燃料的储量丰富。如1L海水中大约有0.03g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油。21世纪教育网
聚变与裂变相比，优点之三，是轻核聚变反应更为安全、清洁。
实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了。另外，氘和氚聚就反应中产生的氦是没有放射性的，放射性废物主要是泄漏的氚以及聚变时高速中子、质子与其他物质反应而生成的放射性物质，比裂就所生成的废物的数量少，容易处理。
（2）我国在可控热核反应方面的研究和实验发展情况。
EAST全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，这个装置也被通称为“人造太阳”，能够像太阳一样给人类提供无限清洁的能源。目前，由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕，进入抽真空降温试验阶段。我国的科学家就率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置，模拟太阳产生能量。
点评：通过了解我国在可控热核反应方面的成就，激发学生的爱国热情和献身科学的能力。
（三）课堂小结
本节主要研究了聚变核反应的特点和条件，聚变反应要比裂变反应释放更多的能量，但它发生的条件是要达到几百万度的高温，因而聚变反应也叫热核反应.可控热核反应的研究和实验将为人类和平利用核能开发新的途径。
（四）作业：
完成课后练习
★教学体会
本节课虽然教学要求不高，但却是开展中学科技教育活动的生动内容。然而课本的编写，却限于篇幅等因素的影响，存在正如爱因斯坦所说的问题：“科学结论几乎是以完成的形式出现在读者面前，读者学生体验不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想形成的生动过程也很难达到清楚地解释全部过程。”21世纪教育网
在课堂教学过程中，结合内容的讲授，以史为鉴，虽着墨不多，却寓意深远，本材料正是以此为设计思想的：沿着科学家的足迹，剖析科学家的思维，领略科学家的创造；激发同学们的兴趣，培养同学们的能力，陶冶同学们的情操。
附：
[1]投影材料一
时间 人物 事件
20年代 阿斯顿 指出：中等大小的原子核结合最紧密，核裂变或轻核聚变都会放出能量，核聚变放出的能量比裂变大许多
1920年 爱丁顿 猜测：太阳的能量来自亚原子粒子的相互作用
1926年 爱丁顿 指出：太阳总体积具有2000万度的高温和极高的密度。
1929年 罗素 指出：太阳总体积的60％是氢气，如果太阳的能量真是依靠核反应的话，那么这种核反应只能是氢气的聚变。
1938年 贝 特 证明：太阳的能量确实是靠氢气的聚变来维持的。
[2]投影材料二21世纪教育网
事件 人物 事件
1933年 科学家们 在实验室中首次观测到核聚变就是氘的聚变
1934年 卢瑟福 用氘核去轰击氘靶产生了氚，发现氚聚变温度比氘更低。
1942年 特勒 在探索制造原子弹的各种途径的讨论中提出了一个可怕的问题。21世纪教育网
1944年 费米 用氢的同位素氖和氛做燃料，只需五千万度就可以发生核聚变。
1945年 美国 原子弹研制成功后，人们立即觉察到，可以利用裂变反应所产生的超高温来实现核聚变反应，这就是氢弹的原理。本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
16．1 实验：探究碰撞中的不变量
★新课标要求
（一）知识与技能
1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路．
2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法．
3、掌握实验数据处理的方法．
（二）过程与方法
1、学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。
2、学习根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法。
（三）情感、态度与价值观
1、通过对实验方案的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。
2、通过对实验数据的记录与处理，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识。
3、在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。
4、在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引伸到各事物间的关联性，使自己溶入社会。
★教学重点
碰撞中的不变量的探究
★教学难点
速度的测量方法、实验数据的处理．
★教学方法
教师启发、引导，学生自主实验，讨论、交流学习成果。
★教学用具：
投影片，多媒体辅助教学设备；完成该实验实验室提供的实验器材，如气垫导轨、滑块、打点计时器等
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
课件（投影片）演示：
（1）台球由于两球碰撞而改变运动状态（不同号的台球运动状态不同）。
（2）微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态，甚至使得一种粒子转化为其他粒子．
师：碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化．例：两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接。
师：两个物体的质量比例不同时，它们的速度变化也不一样．
师：物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变（守恒）．
（二）进行新课
1．实验探究的基本思路
1．1 一维碰撞
师：我们只研究最简单的情况——两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动．
这种碰撞叫做一维碰撞．
课件：碰撞演示
如图所示，A、B是悬挂起来的钢球，把小球A拉起使其悬线与竖直线夹一角度a，放开后A球运动到最低点与B球发生碰撞，碰后B球摆幅为β角．如两球的质量mA=mB，碰后A球静止，B球摆角β=α，这说明A、B两球碰后交换了速度；
如果mA>mB，碰后A、B两球一起向右摆动；
如果mA师：以上现象可以说明什么问题？
结论：以上现象说明A、B两球碰撞后，速度发生了变化，当A、B两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同．
1．2 追寻不变量
师：在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度．
设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为、．
规定某一速度方向为正．
碰撞前后速度的变化和物体的质量m的关系，我们可以做如下猜测：
（1）
（2）
（3）
分析：
①碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”．
②必须在各种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们追寻的不变量．
2．实验条件的保证、实验数据的测量
2．1 实验必须保证碰撞是一维的，即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿同一直线运动;
2．2 用天平测量物体的质量；
2．3 测量两个物体在碰撞前后的速度．
师：测量物体的速度可以有哪些方法？
生：讨论。
总结：
速度的测量：可以充分利用所学的运动学知识，如利用匀速运动、平抛运动，并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件．
课件：参考案例―――一光电门测速原理
如图所示，图中滑块上红色部分为挡光板，挡光板有一定的宽度，设为L．气垫导轨上黄色框架上安装有光控开关，并与计时装置相连，构成光电计时装置．
当挡光板穿入时，将光挡住开始计时，穿过后不再挡光则停止计时，设记录的时间为t，则滑块相当于在L的位移上运动了时间t，所以滑块匀速运动的速度v=L/t．
课件：参考案例二―一―摆球测速原理
实验装置如图所示。
把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。
可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的速度；测量被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后的速度。
也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。
课件：参考案例三――一打点计时器测速原理
将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。让小车A运动，小车B静止。在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个小车连接成一体（如上图）。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。
实验分析：两个物体由静止弹开也是一种碰撞情况
课件：参考案例四――一平抛测速原理
实验装置如图所示。
把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧．将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物体的运动情况，通过测量桌高和水平位移，可以算出抛出时的初速度。
3．实验方案一：
3．1 用气垫导轨作碰撞实验（如图所示）
21世纪教育网
实验记录及分析（a-1）
碰撞前 碰撞后
质量 m1=4 m2=4 m1=4 m2=4
速度 v1=9 v2=0 =3 =6
mv
mv2
v/m
实验记录及分析（a-2）
碰撞前 碰撞后
质量 m1=4 m2=2 m1=4 m2=2
速度 v1=9 v2=0 =4.5 =9
mv
mv2
v/m
实验记录及分析（a-3）
碰撞前 碰撞后
质量 m1=2 m2=4[来源:21世纪教育网] m1=2 m2=4
速度 v1=6 v2=0 = -2 =4
mv21世纪教育网
mv2
v/m
实验记录及分析（b）
碰撞前 碰撞后
质量 m1=4 m2=2 m1=4 m2=2
速度 v1=0 v2=0 = 2 = - 4
mv
mv2
v/m
实验记录及分析—（c）
碰撞前 碰撞后
质量 m1=4 m2=2 m1=4 m2=2
速度 v1=9 v2=0 =6 = 6
mv
mv2
v/m
（三）课堂小结
1．基本思路（一维碰撞）
与物体运动有关的物理量可能有哪些？
碰撞前后哪个物理量可能是不变的？
2．需要考虑的问题
碰撞必须包括各种情况的碰撞；21世纪教育网
物体质量的测量（天平）；
碰撞前后物体速度的测量（利用光电门或打点计时器等）。
（四）作业：“问题与练习”1、2题
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
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电子的发现
（一）知识与技能
1．了解阴极射线及电子发现的过程
2．知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导
（二）过程与方法21世纪教育网
培养学生对问题的分析和解决能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子。
（三）情感、态度与价值观
理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程。根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说。人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的。
★教学重点
阴极射线的研究
★教学难点
汤姆孙发现电子的理论推导
★教学方法21世纪教育网
实验演示和启发式综合教学法21世纪教育网
★教学用具：
投影片，多媒体辅助教学设备
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
教师：很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。这种认识一直统治了人类思想近两千年。直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。
（二）进行新课
1．阴极射线
讲述：气体分子在高压电场下可以发生电离，使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。
设疑：是什么原因让空气分子变成带电粒子的？带电粒子从何而来的？
科学家在研究气体导电时发现了辉光放电现象。
史料：1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的。所以他把这种未知射线称之为阴极射线。
对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。
（1）电磁波说：代表人物，赫兹。认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。
（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。认为这种射线的本质是一种高速粒子流。
思考：你能否设计一个实验来进行阴极射线的研究，能通过实验现象来说明这种射线是一种电磁波还是一种高速粒子流。
如果出现什么样的现象就可以认为这是一种电磁波，如果出现其他什么样的现象就可以认为这是一种高速粒子流，并能否测定这是一种什么粒子。
2．汤姆孙的研究
英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。
（1）当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有负电荷。
（2）为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域采取什么措施。
（3）根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角根据已知量，可求出阴极射线的比荷。
思考：利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计算阴极射线的比荷？
汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的。这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。并由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。若这种粒子的电荷量与氢离子的电荷量机同，则其质量约为氢离子质量的近两千分之一。汤姆孙后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了汤姆孙的猜测是正确的。汤姆生把新发现的这种粒子称之为电子。[来源:21世纪教育网]
电子的电荷量 e＝1.60217733×10－19C
第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。
密立根通过实验还发现，电荷具有量子化的特征。即任何电荷只能是e的整数倍。
电子的质量 m＝9.1093897×10－31kg
（三）课堂小结
科学家在对阴极射线的研究中发现了电子，使人们对微观世界的认识进入了一个新的时代，电子的发现是19世纪末物理学史上的三大发现之一。在物理学的发展中具有比较重要的作用。了解科学家是如何发现电子的，应用了哪些研究方法，对我们学好物理有重要的帮助作用。
★教学体会21世纪教育网
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
21世纪教育网 -- 中国最大型、最专业的中小学教育资源门户网站。 版权所有@21世纪教育网第十八章 原子结构
新课标要求
1．内容标准
（1）了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。
例1 用录像片或计算机模拟，演示α粒子散射实验。
（2）通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。
例2 了解光谱分析在科学技术中的应用。
2．活动建议
观看有关原子结构的科普影片。
新课程学习
18．3 氢原子光谱
★新课标要求
（一）知识与技能
1．了解光谱的定义和分类。
2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。
3．了解经典原子理论的困难。
（二）过程与方法
通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷。
（三）情感、态度与价值观
培养我们探究科学、认识科学的能力，提高自主学习的意识。[来源:21世纪教育网]
★教学重点
氢原子光谱的实验规律
★教学难点
经典理论的困难
★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
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
讲述： 粒子散射实验使人们认识到原子具有核式结构，但电子在核外如何运动呢？它的能量怎样变化呢？通过这节课的学习我们就来进一步了解有关的实验事实。
（二）进行新课
1．光谱（结合课件展示）
早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。
（如图所示）
讲述：
光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。
（1）发射光谱
物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。
发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。
引导学生阅读教材，回答什么是连续光谱和明线光谱？
学生回答：连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。
教师讲述：炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。如图所示。
稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。如图所示。
（2）吸收光谱
教师：高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。如图所示。
课件展示，氢、钠的光谱、太阳光谱
投影各种光谱的特点及成因知识结构图：
（3）光谱分析
由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。
原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。
2．氢原子光谱的实验规律
教师讲述：氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
引导学生阅读教材61页有关内容。
（课件展示）
3．卢瑟福原子核式模型的困难
教师：（讲述）卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。
引导学生阅读教材62页有关内容。
教师总结：按经典理论电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。
轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续的， 原子光谱应是连续的光谱。实验表明原子相当稳定，这一结论与实验不符。实验测得原子光谱是不连续的谱线。
（三）课堂小结21世纪教育网
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。21世纪教育网
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）作业：课本P62第1、3、4题
★教学体会21世纪教育网
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
21世纪教育网第十七章 波粒二象性
新课标要求
1．内容标准
（1）了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
（2）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
（3）了解康普顿效应。
（4）根据实验说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。
（5）知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。
（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。
例1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。
2．活动建议
阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。
新课程学习
17.4 概 率 波
★新课标要求
（一）知识与技能
1．了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．
2．了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．
3．了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动性，又有粒子性．
4．了解光是一种概率波．
（二）过程与方法
1．领悟什么是概率波
2．了解物理学中物理模型的特点初步掌握科学抽象这种研究方法
3．通过数形结合的学习，认识数学工具在物理科学中的作用
（三）情感、态度与价值观
理解人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的．
★教学重点
人类对光的本性的认识的发展过程．
★教学难点
对量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解．
★教学方法
“创设情景，提出问题——观察思考，自主探索——讨论交流，总结归纳”为教学结构，采用“交流——互动”
★教学用具：
课件：PP演示文稿（科学家介绍，本节知识结构）。多媒体教学设备。
★课时安排[来源:21世纪教育网]
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
课件播放：康普顿散射实验
讲述：康普顿效应是γ射线或X 射线打在物质上，与物质中原子的核外电子发生相互作用，作用后产生散射光子和反冲电子的效应。
学生：观看课件，同时思考讨论该实验反映了光的什么性，思考光是粒子还是波？
结论：康普顿效应进一步证实了光的粒子性。是验证光的波粒二象性的重要物理实验之一。
点评：创设新奇的教学情景引入新课，激发学生的认知和学习兴趣，培养他们对新的科学知识的了解和探究精神。
课件播放：光的衍射
讲述：光在传播中遇到障碍物会“绕行”
结论：光具有波动性
学生回忆：发生明显衍射现象的条件，分析讨论在平常不容易观察到明显衍射现象的原因，以及采用怎样的措施能够较为方便的观察到明显衍射现象？
点评：适时的反思小结为不仅有利于知识的联系和巩固，更有利于学生良好学习习惯的形成。
教师：在经典的物理学中，波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现。那么对于光和电子、质子等粒子，这两种互不相容的属性又能“集于一身”呢？
（二）进行新课
1、光的波粒二象性
17世纪的微粒说和波动说是两种对立的学说，都受到传统观念的影响，因为传统观念认为在宏观现象中波动性和粒子性是对立的。微观世界的某些属性与宏观世界不同，光子说没有否定波动性和光的电磁说，光子的能量与频率有关，频率是波的特征。
学生跟随老师的讲述对于原来所学的相关知识进行自主的回顾和归纳整理。
点评：对于已经学习过的知识可以穿插在平常的教学过程中时常进行温习反思和类比迁移，多次反复一定可以帮助学生更好的掌握和利用知识。
[问题]：在微观世界中，如何把波的图象与粒子的图象统一起来呢？
学生思考、讨论后给出一些答复，就各种答案加以分析提炼总结。
点评：给学生一定的自主学习的时间和空间效果比被动的接受知识要好，能够更加有效的培养他们的学习主动性和能动性。
2、光波是概率波
（1）光强
讲述：光的强度指单位时间内到达单位面积的光的能量，也就是明条纹处到达的光子多，暗条纹处到达的光子数少21世纪教育网
（2）概率波
课件：伽尔顿板实验21世纪教育网
实验一：用很弱的光做双缝干涉，暴光时间短，可看到胶片上出现一些无规则分布的点子。
实验二：暴光时间足够长，有大量光子通过狭缝，底片上出现了规则的干涉条纹。
学生认真观察课件，不放过课件演示过程中的每一个细节，同时对观察的认识意见做一些个别的讨论和交流。
点评：科学研究一定要有足够的细心，课堂上的一些演示实验和课件展示的观察分析同样如此，往往一些关键的现象是稍纵即逝，学生在这方面习惯的养成对他们今后的学习生活和研究工作会有莫大的帮助。
讲述：
实验一说明：光表现出粒子性，也看到光子的运动与宏观现象中质点的运动不同，没有一定的轨道。单个光子通过双缝后的落点无法预测。
实验二说明：光的波动性是大量光子表现出来的现象，在干涉条纹中，那些光波强的地方是光子到达机会多的地方或是到达几率大的地方，光波弱的地方是光子到达机会少的地方。光的波动性可看做是大量光子运动的规律。
观察实验思考：是否可以认为光子之间的相互作用使它表现出波动性？
学生持有不同的观点，有的认为是光子之间的相互作用使它表现出波动性，有的则认为不是光子之间的相互作用使它表现出波动性，各执己见，各抒己见。
点评：学生在学习过程中有疑问是好事，能够就相关的问题展开分析讨论更是他们有浓厚求知欲的体现，应予以鼓励和肯定。
讲述：实验说明：如果狭缝只能让一个光子通过，得到的照片和上面相同，把一个缝挡住，光屏上不再出现干涉条纹，说明光的波动性不是光子之间相互作用引起的，是光子本身的一种属性。
3、光的波动性与粒子性是不同条件下的表现：
讲述：大量光子行为显示波动性；个别光子行为显示粒子性；
光的波长越长，波动性越强；光的波长越短，粒子性越强
学生在进一步的实验现象和理论知识的指引下，形成统一的观点：光的波动性不是光子之间相互作用引起的，是光子本身的一种属性。
点评：存疑——求解，人类社会的不断发展和科学技术的日益进步都是在这样的情景下取得。
例题：
已知每秒从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为1.4×103J，其中可见光部分约占45%，假设认为可见光的波长均为0.55μm，太阳向各个方向的辐射是均匀的，日地之间距离为R=1.5×1011m，估算出太阳每秒辐射出的可见光的光子数。（保留两位有效数字）
学生通过运算得出相应的正确结果。
点评：理论联系实际，适量的实际操作可以进一步巩固和掌握所学理论知识。
（三）课堂小结
教师活动：光既具有波动性，又具有粒子性。[21世纪教育网]
既不可把光看成宏观观念中的波，也不可把光看成宏观观念中的粒子。
学生在老师进行小结的同时可以同步把自己对于本节课的内容小结进行参照对比，查漏补缺。
点评：课堂小结有利于学生对当堂课的内容形成完善的知识框架，强化理解和把握一些知识重点和难点。
（四）作业：完成讲义相应练习
★教学体会
本节课主要了解概率波的概念。尽管比较抽象，但是我们老师把这堂课上的有声有色，收到较好的效果。本节课主要有以下几个特点：
1、充分利用多种教学素材（课件，图片等），创设生动的教学情景，使学生很快进入一种愿学、乐学的学习状态
2、贯彻《课程标准》“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念，选择典型例子，密切联系学生已经有的直接经验，变抽象为生动，有效的减低学习的难度。
3、采用环环相扣，层层深入的教学模式，把问题在情景中提出，给学生思考的空间和时间，使学生自主的对问题深入了解，全面认识，从而体会出基本的物理思考方法。
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第二节 原子的核式结构模型
三维教学目标
1、知识与技能
（1）了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据；
（2）知道粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容。
2、过程与方法
（1）通过对粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力；
（2）通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用；
（3）了解研究微观现象。
3、情感、态度与价值观
（1）通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神；
（2）通过对原子结构的认识的不断深入，使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。
教学重点：
（1）引导学生自主思考讨论在于对粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构；
（2）在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法，渗透三个物理学方法：模型方法，黑箱方法和微观粒子的碰撞方法。
教学难点：引导学生小组自主思考讨论在于对粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构
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。21世纪教育网
（一）引入新课
汤姆生发现电子，根据原子呈电中性，提出了原子的葡萄干布丁模型。用动画展示原子葡萄干布丁模型。
（二）进行新课
1、粒子散射实验原理、装置
（1）粒子散射实验原理：
问题：汤姆生提出的葡萄干布丁原子模型是否对呢？
原子的结构非常紧密，用一般的方法是无法探测它的内部结构的，要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击。而粒子具有足够的能量，可以接近原子中心。它还可以使荧光屏物质发光。如果粒子与其他粒子发生相互作用，改变了运动方向，荧光屏就能够显示出它的方向变化。研究高速的粒子穿过原子的散射情况，是研究原子结构的有效手段。
指出：研究原子内部结构要用到的方法：黑箱法、微观粒子碰撞方法。
（2）粒子散射实验装置
粒子散射实验的装置，主要由放射源、金箔、荧光屏、望远镜和转动圆盘几部分组成。粒子散射实验在课堂上无法直接演示，希望借助多媒体系统，利用动画向学生模拟实验的装置、过程和现象，使学生获得直观的切身体验，留下深刻的印象。通过多媒体重点指出，荧光屏和望远镜能够围绕金箔在一个圆周上运动，从而可以观察到穿透金箔后偏转角度不同的粒子。并且要让学生了解，这种观察是非常艰苦细致的工作，所用的时间也是相当长的。动画展示粒子散射实验装置动画展示实验中，通过显微镜观察到的现象。
（3）实验的观察结果
明确：入射的粒子分为三部分。大部分沿原来的方向前进，少数发生了较大偏转，极少数发生大角度偏转。
2、原子的核式结构的提出
三个问题：用汤姆生的葡萄干布丁模型能否解释粒子大角度散射？请同学们根据以下三方面去考虑：
（1）粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？
（2）按照葡萄干布丁模型，粒子在原子附近或穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转？
（3）你认为原子中的正电荷应如何分布，才有可能造成粒子的大角度偏转？为什么？21世纪教育网
小结：
对于问题1、2：按照葡萄干布丁模型，①碰撞前后，质量大的粒子速度几乎不变。只可能是电子的速度发生大的改变，因此不可能出现反弹的现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角散射。②对于粒子在原子附近时由于原子呈中性，与粒子之间没有或很小的库仑力的作用，正电荷在原子内部均匀的分布，粒子穿过原子时，由于原子两侧正电荷将对它的斥力有相当大一部分互相抵消，使粒子偏转的力不会很大所以粒子大角度散射说明葡萄干布丁模型不符合原子结构的实际情况。
对于问题3：讨论、推理、分析得到卢瑟福的原子结构模型。
小结：实验中发现极少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在原子中某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用，可见原子中的正电荷、质量应都集中在一个中心上。
①绝大多数粒子不偏移→原子内部绝大部分是“空”的。
②少数粒子发生较大偏转→原子内部有“核”存在。
③极少数粒子被弹回　　表明：作用力很大；质量很大；电量集中。
点评：教师进行科学研究方法教育：模型法
（实验现象）→（分析推理）→（构造模型）
（通过汤姆生的原子结构模型到卢瑟福的原子的核式结构模型的建立，既渗透科学探究的因素教学，又进行了模型法的教学，并将卢瑟福的原子的核式结构模型与行星结构相类比，指出大自然的和谐统一的美，渗透哲学教育。通过学生对这三个问题的讨论与交流，顺理成章地否定了葡萄干布丁模型，并开始建立新的模型。希望这一部分由学生自己完成，教师总结，总结时，突出汤姆生原子模型与粒子散射实验之间的矛盾，可以将粒子分别穿过葡萄干布丁模型和核式结构模型的不同现象用动画模拟，形成强烈的对比，突破难点）得到卢瑟福的原子的核式结构模型后再展示立体动画粒子散射模型，使学生有更清晰的直观形象、生动的认识。
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3、原子核的电荷与大小
关于原子的大小应该让学生有个数量级的概念，即原子的半径在10-10m左右，原子核的大小在10-15～10-14m左右，原子核的半径只相当于原子半径的万分之一，体积只相当于原子体积的万亿分之一。为了加深学生的印象，可举一些较形象的比喻或按比例画些示意图，同时通过表格展示，对比。
半 径 大 小 （数量级） 类 比
原子 10-10m 足球场
原子核 10-15m~10-14m 一枚硬币
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附1：教学主线设计
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16．3 动量守恒定律（二）
★新课标要求
（一）知识与技能[来源:21世纪教育网]
掌握运用动量守恒定律的一般步骤
（二）过程与方法
知道运用动量守恒定律解决问题应注意的问题，并知道运用动量守恒定律解决有关问题的优点。
（三）情感、态度与价值观
学会用动量守恒定律分析解决碰撞、爆炸等物体相互作用的问题，培养思维能力。[来源:21世纪教育网]
★教学重点
运用动量守恒定律的一般步骤21世纪教育网
★教学难点
动量守恒定律的应用．
★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
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
1．动量守恒定律的内容是什么？21世纪教育网
2．分析动量守恒定律成立条件有哪些？
答：①F合=0（严格条件）
②F内 远大于F外（近似条件）
③某方向上合力为0，在这个方向上成立。
（二）进行新课
1．动量守恒定律与牛顿运动定律
师：给出问题（投影教材11页第二段）
学生：用牛顿定律自己推导出动量守恒定律的表达式。
（教师巡回指导，及时点拨、提示）
推导过程：
根据牛顿第二定律，碰撞过程中1、2两球的加速度分别是
，
根据牛顿第三定律，F1、F2等大反响，即
F1= - F2
所以
碰撞时两球间的作用时间极短，用表示，则有
，
代入并整理得21世纪教育网
这就是动量守恒定律的表达式。
教师点评：动量守恒定律的重要意义
从现代物理学的理论高度来认识，动量守恒定律是物理学中最基本的普适原理之一。（另一个最基本的普适原理就是能量守恒定律。）从科学实践的角度来看，迄今为止，人们尚未发现动量守恒定律有任何例外。相反，每当在实验中观察到似乎是违反动量守恒定律的现象时，物理学家们就会提出新的假设来补救，最后总是以有新的发现而胜利告终。例如静止的原子核发生β衰变放出电子时，按动量守恒，反冲核应该沿电子的反方向运动。但云室照片显示，两者径迹不在一条直线上。为解释这一反常现象，1930年泡利提出了中微子假说。由于中微子既不带电又几乎无质量，在实验中极难测量，直到1956年人们才首次证明了中微子的存在。（2000年高考综合题23 ②就是根据这一历史事实设计的）。又如人们发现，两个运动着的带电粒子在电磁相互作用下动量似乎也是不守恒的。这时物理学家把动量的概念推广到了电磁场，把电磁场的动量也考虑进去，总动量就又守恒了。
2．应用动量守恒定律解决问题的基本思路和一般方法
（1）分析题意，明确研究对象。在分析相互作用的物体总动量是否守恒时，通常把这些被研究的物体总称为系统.对于比较复杂的物理过程，要采用程序法对全过程进行分段分析，要明确在哪些阶段中，哪些物体发生相互作用，从而确定所研究的系统是由哪些物体组成的。
（2）要对各阶段所选系统内的物体进行受力分析，弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的内力，哪些是系统外物体对系统内物体作用的外力。在受力分析的基础上根据动量守恒定律条件，判断能否应用动量守恒。
（3）明确所研究的相互作用过程，确定过程的始、末状态，即系统内各个物体的初动量和末动量的量值或表达式。
注意：在研究地面上物体间相互作用的过程时，各物体运动的速度均应取地球为参考系。
（4）确定好正方向建立动量守恒方程求解。
3．动量守恒定律的应用举例
【例1（投影）见教材11页】
一枚在空中飞行的导弹，质量为m，在某点
的速度为v，方向水平。导弹在该点突然炸裂成两块(如图)，其中质量为m1的一块沿着与v相反的方向飞去，速度为v1。求炸裂后另一块的速度v2。
分析 炸裂前，可以认为导弹是由质量为m1和(m—m1)的两部分组成，导弹的炸裂过程可以看做这两部分相互作用的过程。这两部分组成的系统是我们的研究对象。在炸裂过程中，炸裂成的两部分都受到重力的作用，所受外力的矢量和不为零，但是它们所受的重力远小于爆炸时燃气对它们的作用力，所以爆炸过程中重力的作用可以忽略，可以认为系统满足动量守恒定律的条件。
解 导弹炸裂前的总动量为p=mv
炸裂后的总动量为 p’=mlvl+(m一m1)v2
根据动量守恒定律p’=p，可得
m1v1+(m一m1)v2=mv
解出v2=(mv一m1v1)/ (m一m1)
若沿炸裂前速度v的方向建立坐标轴，v为正值；v1与v的方向相反，v1为负值。此外，一定有m一m1>0。于是，由上式可知，v2应为正值。这表示质量为(m一m1)的那部分沿着与坐标轴相同的方向飞去。这个结论容易理解。炸裂的一部分沿着相反的方向飞去，另一部分不会也沿着相反的方向飞去，假如这样，炸裂后的总动量将与炸裂前的总动量方向相反，动量就不守恒了。
【学生讨论，自己完成。老师重点引导学生分析题意，分析物理情景，规范答题过程，详细过程见教材，解答略】
【巩固题】如图所示，在光滑水平面上有A、B两辆小车，水平面的左侧有一竖直墙，在小车B上坐着一个小孩，小孩与B车的总质量是A车质量的10倍。两车开始都处于静止状态，小孩把A车以相对于地面的速度v推出，A车与墙壁碰后仍以原速率返回，小孩接到A车后，又把它以相对于地面的速度v推出。每次推出，A车相对于地面的速度都是v，方向向左。则小孩把A车推出几次后，A车返回时小孩不能再接到A车？
分析：此题过程比较复杂，情景难以接受，所以在讲解之前，教师应多带领学生分析物理过程，创设情景，降低理解难度。
解：取水平向右为正方向，小孩第一次
推出A车时
mBv1－mAv=0
即：
v1=
第n次推出A车时：
mAv ＋mBvn－1=－mAv＋mBvn
则：
vn－vn－1＝，
所以
vn＝v1＋（n－1）
当vn≥v时，再也接不到小车，由以上各式得n≥5.5 取n＝6
点评：关于n的取值也是应引导学生仔细分析的问题，告诫学生不能盲目地对结果进行“四舍五入”，一定要注意结论的物理意义。
【例2（投影）】如图所示，质量mB=1kg的平板小车B在光滑水平面上以v1=1m/s的速度向左匀速运动．当t=0时，质量mA=2kg的小铁块A以v2=2 m/s的速度水平向右滑上小车，A与小车间的动摩擦因数为μ=0.2。若A最终没有滑出小车，取水平向右为正方向，g＝10m/s2，
求：A在小车上停止运动时，小车的速度大小
（试用动量守恒定律与牛顿运动定律两种方法解题）。
解析：方法一：用动量守恒定律
A在小车上停止运动时，A、B以共同速度运动，设其速度为v，取水平向右为正方向，由动量守恒定律得： mAv2-mBv1=(mA+mB)v
解得，v=lm／s ……2分
方法二:用牛顿运动定律
设小车做匀变速运动的加速度为a1，运动时间为t
小铁块做匀变速运动的加速度为a2，运动时间为t
由牛顿运动定律得：
所以v1+a1t=v2 -a2t
解得：t＝0.5s
则得：v=v1-a1t=-1+4x0.5=1m/s （小车的速度时间图象如图所示）
点评：通过本节的学习，运用动量守恒定律比运用牛顿运动定律和运动学公式解题快些，关键是认真分析题意，找出条件，列方程解题。
（三）课堂小结
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）作业：
“问题与练习”4～7题
A
B
-0.5
v/(m/s)
1.5
1.0
0.5
0
1.5
1.0
0.5
t/s
-1.5
-1.0
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