高中物理新课标版人教版选修1-2课件：3《放射性的发现》

高中物理新课标版人教版选修1-2课件：3《放射性的发现》

第三章《核能》 3.1《放射性的发现》 教学目标知识与能力：１、放射性的发现X射线是什么？２、天然放射性的发现３、射线到底是什么？三种射线教学重点：三种射线教学难点：三种射线 一、放射性的发现伦琴第一位获得诺贝尔物理学奖的人。 X射线是什么？X射线穿透能力很强，可穿透几米厚的钢板。X射线不带电。X射线是一种电磁波。产生原因：原子内层电子受激发后产生的射线。X射线又叫伦琴射线 历史上最著名的照片之一 CT 二、天然放射性的发现1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为放射性．具有发射性的元素称为放射性元素．元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．贝克勒尔 钡铀云母翠砷铜铀矿斜水钼铀矿铀钙石矿 居里夫妇 放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．放大了1000倍的铀矿石天然放射现象 三、射线到底是什么？在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质呢？这些射线带不带电呢？ 放射性物质发出的射线有三种：天然放射现象 三种射线α射线β射线γ射线 α射线根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以确定，偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成，我们把它叫做α射线，α射线由带正电的α粒子组成.科学家们研究发现每个α粒子带的正电荷是电子电荷的2倍，α粒子质量大约等于氦原子的质量.进一步研究表明α粒子就是氦原子核.由于α粒子的质量较大，所以α射线的穿透本领最小，我们用一张厚纸就能把它挡住. β射线与α射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做β射线.研究发现β射线由带负电的粒子（β粒子）组成.进一步研究表明β粒子就是电子.β射线的穿透本领较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几厘米厚的铝板. γ射线中间不发生偏转的那束射线叫做γ射线，研究表明，γ射线的实质是一种波长极短的电磁波，它不带电，是中性的.γ射线的穿透本领极强，一般薄金属板都挡不住它，它能穿透几十厘米厚的水泥墙和几厘米厚的铅板. 天然放射现象γ射线β射线α射线电离能力贯穿能力速度成分氦原子核高速电子流高能量电磁波1/10光速接近光速光速弱较强很强很容易较弱更小 如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响，放射性的强度也不受温度、外界压强的影响，即放射性与元素存在的状态无关。元素的化学性质决定于原子核外的电子；元素的放射性决定于原子核。 3.2《原子的核式结构》 教学目标1.了解原子的核式结构.2.培养学生通过现象认清本质的分析、推理能力.3.了解原子学说的发展历史，认识α粒子散射实验的重大意义.二、重点分析卢瑟福的α粒子散射实验的现象和所说明的问题.三、教具1.了解α粒子散射实验；放相机、彩色显示器、录相带.2.分析实验现象：α粒子散射实验挂图. 19世纪末到20世纪的三十年代，对于电子、光谱的深入研究以及放射性现象、中子、质子的发现，引起物理观念的重大变革，创立了新的理论，导致人们对原子和原子核认识的升华． 十九世纪末，汤姆生发现了电子，并知道电子是原子的组成部分．电子是带负电的，而原子是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质．那么这两种物质是怎样构成原子的呢？汤姆生提出了枣糕模型汤姆生 汤姆生的原子模型在汤姆生的原子模型中，原子是一个球体；正电核均匀分布在整个球内，而电子都象枣核那样镶嵌在原子里面．电子正电荷这个模型不久就被实验事实否定了 粒子散射实验卢瑟福1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了粒子散射实验 根据汤姆生模型计算的结果：电子质量很小，对α粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，α粒子所受库仑力也很小，故α粒子偏转角度不会很大． 粒子散射实验 1、绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进．2、少数α粒子发生了较大的偏转．3、极少数α粒子的偏转超过90°．4、有的甚至几乎达到180°．粒子散射实验现象:第一条现象说明，原子中绝大部分是空的第二、三现象可看出，α粒子受到较大的库仑力作用第四条现象可看出，α粒子在原子中碰到了比他质量大的多的东西 带负电的电子在核外空间绕着核旋转．原子的核式结构:卢瑟福提出的原子核式结构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． 原子的核式结构: 体育场根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空旷”的，举一个简单的例子：原子原子核原子的核式结构: 原子核的组成:1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，从氮核打出一种粒子,测量其带正电,电荷量为一个元电荷,质量、电量与氢原子核相同。------质子。同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子。------质子是原子核的组成部分。原子核是否只是由质子组成呢？核的质量质子质量核的电量质子电量？ 原子核的组成:卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．质子中子核子质子数电荷数核的质量质子质量核的电量质子电量>质子数中子数质量数+= 原子核的表示:X表示元素符号Z表示质子数A表示质量数 同位素:如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），则互为同位素。 3.3《放射性衰变》 教学目标一、知识与能力：（1）理解什么是“天然放射现象”，掌握天然放射线的性质；（2）掌握原子核衰变规律，理解半衰期概念；（3）结合天然放射线的探测问题，提高学生综合运用物理知识的能力.（４）在复习过程中，适当介绍天然放射性的发现过程，以及有关科学家的事绩，对学生进行科学道德与唯物史观的教育.二、重点、难点分析1.重点.（1）衰变规律；（2）用电场和磁场探测天然射线的基本方法.2.难点：用力学和电学知识如何分析天然射线的性质. 人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？人们认识原子核的结构就是从天然放射性开始的。 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，物质发射射线的性质称为放射性．具有发射性的元素称为放射性元素．元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象． 铅盒放射源射线天然放射性元素的原子核发出的射线可使照相底片感光照相底片 放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．放大了1000倍的铀矿石天然放射现象 放射性物质发出的射线有三种：天然放射现象 点击观看动画天然放射现象 射线射线射线电离能力贯穿能力速度成分高能量电磁波1/10光速接近光速光速弱较强很强很容易较弱更小阅读课文填写表格：天然放射现象氦原子核高速电子流 天然放射现象请根据洛伦兹力的知识来判断这三束各是什么射线? 天然放射现象具有放射性的元素不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。放射性与元素存在的状态无关。元素的化学性质原子核外的电子决定射线原子核来源人们认识原子核的结构是从开始的。天然放射现象 衰变、半衰期原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。原子核衰变时电荷数和质量数都守恒U238在衰变时产生的钍234也具有放射性，放出离子后变为（镤）Th234，上述的过程可以用下面的衰变方程表示：＋＋ 衰变、半衰期质子中子结合在放射性元素的原子核中：中子质子电子转化和 衰变、半衰期射线经常是伴随射线和射线产生的.为什么当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时伴随着辐射。这时射线中就会同时具有、和三种射线。 衰变、半衰期放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期．半衰期表示放射性元素衰变快慢的物理量。放射性元素衰变的快慢有一定的规律。 如：Na24的半衰期是2小时10克Na经2小时衰变了5克剩5克又经2小时又衰变2.5克剩2.5克再经2小时又衰变1.25克剩1.25克10克Na24经6小时共衰变了8.75克剩1.25克衰变、半衰期 衰变、半衰期考古学家确定古木年代的方法是用放射性同位素作为“时钟”，来测量漫长的时间，这叫做放射性同位素鉴年法．半衰期是由元素原子核本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态及周围环境、温度都无关。不同的放射性元素，半衰期不同。 练习三：1.、和三种射线的本质各是什么？2.为什么说放射性表明原子核是有内部结构的？3.钍230是放射性的，查一查元素周期表，它放出一个粒子后变成了什么元素？写出衰变方程。＋4.什么是半衰期？已知钍234的半衰期是24天，1g钍234经过120天后还剩下多少？ 1、下面的事实揭示出原子核具有复杂结构的是A、粒子散射实验B、氢光谱实验C、X光的发现D、天然放射现象巩固练习:D2、完成下面的核反应方程式 3、天然放射性元素Ra衰变成不具有放射性的元素Pb时，要经过     次 衰变，       次  衰变。4、10g某放射性元素经过20天后还剩0.625g，则该元素的半衰期是天，如果再经过30天，还剩g该元素。（结果保留三位有效数字）5450.00977 3.4《裂变和聚变》 教学目标一、核裂变１、核裂变概念；２、铀核的裂变；３、链式反应二、核聚变1、轻核的聚变（热核反应）2、发生聚变的条件3、实现的方法有:三、受控热核反应——核聚变的利用 1、１９６４年１０月１６日１５∶００时，中国首枚原子弹以塔爆方式试爆成功。2、１９６６年１２月２８日１２∶００时，首次氢弹试爆成功3、从原子弹试爆到氢弹试爆，美国用了７年，苏联用了４年，英国接近５年，法国是８年多，但是中国只用了２年８个月历史资料 一、核裂变物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。 铀核裂变（核反应方程）一般来说，一个铀核裂变要放出2～3个中子，这些中子又会引起新的裂变、释放更多的能量链式反应 重核裂变演示 链式反应 原子弹：铀核裂变时放出巨大的能量，同时能放出多于二个中子，若分裂时放出的中子全部被别的铀核吸收，又引起新的裂变，这样，裂变的数目将按指数规律增大，结果形成一发散的链式反应，这就是原子弹中发生的情况。临界体积:能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积。如果铀235的体积超过了它的临界体积，只要有中子进入铀块，会立即引起铀核的链式反应，在极短时间内就会释放出大量的核能，发生猛烈的爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的。反应堆：核电站中使核燃料在人工控制下产生裂变的装置 链式反应的应用——原子弹 美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤．在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多．广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%．长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡共86000人，占全市37%．链式反应的应用——原子弹在山田须磨子（一位当年的爆炸目击者）的一幅画：在遥远的广岛上空，原子弹爆炸后发出彩虹一般绚丽的光芒 核聚变：把两个轻核聚合成较重的核时，释放出核能的反应聚变+二、核聚变和受控热核反应+17.6MeV 如何能使轻核具有较大的动能呢？1、必须让轻核的距离非常接近2、必须让轻核具有很大的动能需要克服极大的库仑斥力 当物质达到几百万摄氏度以上的高温时，剧烈的热运动使得一部分原子核已经具有足够的动能，可以克服相互之间的库仑斥力，在碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核反应．热核反应的优点：能量大、污染小、材料易得 聚变反应的应用:（1）太阳内部和许多恒星的内部（2）氢弹的爆炸（通过原子弹爆炸时产生的高温来达到）受控热核反应：如果要使巨大的热核反应能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用（例如发电），这称为受控热核反应。 磁约束聚变和托卡马克装置 惯性约束聚变 3.5《核能的利用》 教学目标获得核能的途径：裂变和聚变核能的和平利用－核电站核能与传统火电站的比较我国和世界结核电的利用 按现在的能源消耗速度，世界上的石油、天然气和煤等生物化石能源将在几十年至200年内逐渐耗尽。我们呼唤新能源—核能 提到核能我们就不得不想到—原子弹1945年8月6日和8月9日，美国将两颗外号为“小男孩”和“胖子”的原子弹，分别投到日本的广岛和长崎，原子弹爆炸时释放出的巨大能量将两座城市在瞬间化为废墟。8月15日日本无条件投降。小男孩胖子 爆炸区1.6公里内的所有生物全都荡然无存。离发射场800米的一座32吨重的钢塔成了一堆扭曲的废物。发射场周围800米的沙粒被融化成玻璃体，绿色透明似翡翠。 原子弹这么巨大的能量是如何产生的呢？原子核（正）核外电子（负）质子（正）中子（不带电） 当原子核发生改变时就会释放出巨大的能量（核能）。获得核能的途径：（2）核聚变（1）核裂变 核裂变质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核，并释放出能量的过程。链式反应 链式反应:用中子轰击铀核，使铀核发生裂变,放出能量。铀核分裂时，还同时放出2-3个中子，又可以轰击其它铀核，使它们也发生裂变。这些铀核分裂时，同样放出中子，从而引起更多的铀核发生裂变，于是裂变反应便会链锁式地自行持续下去，这种现象叫做链式反应。如果对裂变的链式反应不加控制，在极短时间（约百万分之几秒）会释放出大量核能，发生猛烈爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的。 核聚变2个质量较小的原子核结合成质量较大的新核，同时释放出能量的过程。氢弹就是根据核聚变的原理制成的，威力比原子弹还要大。 我国第一颗原子弹爆炸时的情景我国第一颗氢弹爆炸时的情景1964年10月16日，我国爆炸了第一颗原子弹，成功地进行了第一次核试验。原子弹爆炸的成功吸引了全世界的目光，一夜之间中国跨进了核大国行列，全世界刮目相看。 核能这么巨大只能用于战争吗? 核能的和平利用—核电站核能内能机械能电能 核电站与传统火力电站的比较法国1980年到1986年间核电占总发电量的比例由24％提高到70％，在此期间法国总发电量增加40％，而排放的硫氧化物却减少了9％，尘埃减少了36％，大气质量有明显改善。 我国和世界核电使用概况：秦山核电站大亚湾核电站1994年底，全世界核电站的发电量已经占总发电量的17%。我国十分重视核能的利用，目前，秦山核电站和大亚湾核电站已经运行发电，几座新的核电站正在建设之中。 原子弹的威慑力导致人们对核电站的恐惧！核电站实施纵深防御、多重保护、多样性的设计原则，确保核安全。以秦山核电站为例，它有三道屏障，用于防止放射性物质的外泄。 原子弹的威慑力导致人们对核电站的恐惧！第一道屏障是锆-4合金的燃料包壳，它把核燃料及其裂变产物封闭起来。 原子弹的威慑力导致人们对核电站的恐惧！第二道屏障是壁后为175毫米钢板制成的反应堆压力容器以及相应的管道设施，它把反应堆冷却剂包容在里面，防止有放射性的反应堆冷却剂外泄。 原子弹的威慑力导致人们对核电站的恐惧！第三道屏障是反应堆安全壳，它是高72.5米、外径38米、厚1米的钢筋混凝土制成的圆柱形建筑，内衬6毫米的钢板。安全壳既能抵御外部破坏。 放射线α射线：带两个单位正电荷（氦核）β射线：带一个单位负电荷（电子）γ射线：不带电（中子）大剂量放射线对人畜会造成很大的伤害；但是，如果用较小的剂量，并谨慎地加以控制，射线也可以为人类做许多事。放射性物质的标志