核能(人教版)(共張PPT)

1、新課標人教版課件系列(xli)高中物理選修(xunxi)1-2共一百零一頁第三章核能(hnng)共一百零一頁3.1放射性的發(fā)現(xiàn)(fxin)共一百零一頁教學(xué)(jio xu)目標知識與能力：、放射性的發(fā)現(xiàn) X射線是什么？、天然放射性的發(fā)現(xiàn)、射線到底是什么？三種射線教學(xué)(jio xu)重點： 三種射線教學(xué)難點：三種射線共一百零一頁一、放射性的發(fā)現(xiàn)(fxin)倫琴(lnqn)第一位獲得諾貝爾物理學(xué)獎的人。共一百零一頁共一百零一頁共一百零一頁X射線是什么(shn me)？X射線穿透(chun tu)能力很強，可穿透(chun tu)幾米厚的鋼板。X射線不帶電。 X射線是一種電磁波。產(chǎn)生原因：原子內(nèi)層電子

2、受激發(fā)后產(chǎn)生的射線。X射線又叫倫琴射線共一百零一頁歷史(lsh)上最著名的照片之一共一百零一頁CT共一百零一頁二、天然(tinrn)放射性的發(fā)現(xiàn) 1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的射線，這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光，物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性具有發(fā)射性的元素稱為放射性元素元素這種自發(fā)的放出射線的現(xiàn)象叫做天然(tinrn)放射現(xiàn)象貝克勒爾共一百零一頁鋇鈾云母(ynm)翠砷銅鈾礦斜水鉬鈾礦鈾鈣石礦共一百零一頁居里(j l)夫婦共一百零一頁 放射性不是少數(shù)幾種元素(yun s)才有的，研究發(fā)現(xiàn)，原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能自發(fā)的放出射線，原子序數(shù)小

3、于83的元素，有的也具有放射性放大(fngd)了1000倍的鈾礦石天然放射現(xiàn)象共一百零一頁三、射線到底(do d)是什么？在放射性現(xiàn)象中放出的射線是什么東西呢？它們除了能穿透黑紙使照相底片感光的性質(zhì)以外，還有些(yuxi)什么性質(zhì)呢？這些射線帶不帶電呢？共一百零一頁放射性物質(zhì)發(fā)出的射線(shxin)有三種：天然放射現(xiàn)象共一百零一頁三種(sn zhn)射線射線(shxin)射線 射線 共一百零一頁射線(shxin)根據(jù)射線的偏轉(zhuǎn)方向和磁場方向的關(guān)系可以(ky)確定，偏轉(zhuǎn)較小的一束由帶正電荷的粒子組成，我們把它叫做射線，射線由帶正電的粒子組成.科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)每個粒子帶的正電荷是電子電荷的2倍，粒

4、子質(zhì)量大約等于氦原子的質(zhì)量.進一步研究表明粒子就是氦原子核.由于粒子的質(zhì)量較大，所以射線的穿透本領(lǐng)最小，我們用一張厚紙就能把它擋住.共一百零一頁射線(shxin)與射線偏轉(zhuǎn)方向相反的那束射線帶負電荷，我們把它叫做射線.研究發(fā)現(xiàn)射線由帶負電的粒子（粒子）組成.進一步研究表明粒子就是電子(dinz).射線的穿透本領(lǐng)較強，很容易穿透黑紙，還能穿透幾厘米厚的鋁板. 共一百零一頁射線(shxin) 中間不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的那束射線叫做射線，研究表明，射線的實質(zhì)是一種波長極短的電磁波，它不帶電，是中性的.射線的穿透(chun tu)本領(lǐng)極強，一般薄金屬板都擋不住它，它能穿透(chun tu)幾十厘米厚的水泥墻和幾

5、厘米厚的鉛板. 共一百零一頁共一百零一頁天然放射現(xiàn)象 射線(shxin) 射線(shxin) 射線電離能力貫穿能力速度成分氦原子核高速電子流高能量電磁波1/10光速接近光速光速弱較強很強很容易較弱更小共一百零一頁 如果(rgu)一種元素具有放射性，那么不論它是以單質(zhì)的形式存在，還是以某種化合物的形式存在，放射性都不受影響，放射性的強度也不受溫度、外界壓強的影響，即放射性與元素存在的狀態(tài)無關(guān)。元素的化學(xué)性質(zhì)決定(judng)于原子核外的電子；元素的放射性決定于原子核。共一百零一頁共一百零一頁3.2原子(yunz)的核式結(jié)構(gòu)共一百零一頁教學(xué)(jio xu)目標 1.了解原子的核式結(jié)構(gòu).2.培養(yǎng)學(xué)生

6、通過現(xiàn)象認清本質(zhì)的分析、推理能力.3.了解原子學(xué)說的發(fā)展歷史，認識粒子散射實驗的重大意義.二、重點分析盧瑟福的粒子散射實驗的現(xiàn)象和所說明的問題.三、教具1.了解粒子散射實驗；放相機(xingj)、彩色顯示器、錄相帶.2.分析實驗現(xiàn)象：粒子散射實驗掛圖.共一百零一頁 19世紀末到20世紀的三十年代(nindi)，對于電子、光譜的深入研究以及放射性現(xiàn)象、中子、質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)，引起物理觀念的重大變革，創(chuàng)立了新的理論，導(dǎo)致人們對原子和原子核認識的升華共一百零一頁 十九世紀末，湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，并知道電子是原子的組成部分 電子是帶負電的，而原子是中性的，因此(ync)推斷出原子中還有帶正電的物質(zhì) 那么這兩種

7、物質(zhì)是怎樣構(gòu)成原子的呢？湯姆生提出(t ch)了棗糕模型湯姆生共一百零一頁湯姆生的原子模型 在湯姆生的原子模型中，原子是一個(y )球體；正電核均勻分布在整個球內(nèi)，而電子都象棗核那樣鑲嵌在原子里面電子(dinz)正電荷 這個模型不久就被實驗事實否定了共一百零一頁 粒子散射實驗盧瑟福 19091911年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手們進行了 粒子散射實驗共一百零一頁根據(jù)湯姆生模型計算的結(jié)果：電子質(zhì)量很小，對 粒子的運動方向(fngxing)不會發(fā)生明顯影響；由于正電荷均勻分布， 粒子所受庫侖力也很小，故 粒子偏轉(zhuǎn)(pinzhun)角度不會很大共一百零一頁粒子散射實驗共一百零一頁1、絕大多數(shù) 粒子

8、穿過金箔后仍沿 原來(yunli)方向前進2、少數(shù)(shosh) 粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)3、極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)超過904、有的甚至幾乎達到180 粒子散射實驗現(xiàn)象: 第一條現(xiàn)象說明，原子中絕大部分是空的 第二、三現(xiàn)象可看出， 粒子受到較大的庫侖力作用 第四條現(xiàn)象可看出，粒子在原子中碰到了比他質(zhì)量大的多的東西共一百零一頁帶負電的電子(dinz)在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)原子(yunz)的核式結(jié)構(gòu):盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu) 在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核 原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里共一百零一頁原子(yunz)的核式結(jié)構(gòu):共一百零一頁體育場 根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，原子內(nèi)部是十分

9、(shfn)“空曠”的，舉一個簡單的例子：原子(yunz)原子核 原子的核式結(jié)構(gòu):共一百零一頁原子核的組成(z chn): 1919年，盧瑟福用粒子轟擊氮核，從氮核打出一種粒子, 測量其帶正電,電荷量為一個元電荷,質(zhì)量、電量(dinling)與氫原子核相同。 -質(zhì)子。 同樣的方法，從氟、鈉、鋁的原子核中打出了質(zhì)子。-質(zhì)子是原子核的組成部分。原子核是否只是由質(zhì)子組成呢？核的質(zhì)量質(zhì)子質(zhì)量核的電量質(zhì)子電量？共一百零一頁原子核的組成(z chn): 盧瑟福進而猜想(cixing)原子核內(nèi)存在不帶電的中子，這一猜想(cixing)被他的學(xué)生查德威克用實驗證實，并得到公認質(zhì)子中子核子質(zhì)子數(shù)電荷數(shù)核的質(zhì)量質(zhì)

10、子質(zhì)量核的電量質(zhì)子電量質(zhì)子數(shù)中子數(shù) 質(zhì)量數(shù)+=共一百零一頁原子核的表示(biosh):X表示(biosh)元素符號Z表示質(zhì)子數(shù)A表示質(zhì)量數(shù)共一百零一頁同位素: 如質(zhì)子(zhz)數(shù)相同，中子數(shù)不同，（質(zhì)量數(shù)當然不同），則互為同位素。共一百零一頁3.3放射性衰變(shuibin)共一百零一頁教學(xué)(jio xu)目標 一、知識與能力：（1）理解什么是“天然放射現(xiàn)象”，掌握天然放射線的性質(zhì)；（2）掌握原子核衰變規(guī)律，理解半衰期概念；（3）結(jié)合(jih)天然放射線的探測問題，提高學(xué)生綜合運用物理知識的能力.（）在復(fù)習過程中，適當介紹天然放射性的發(fā)現(xiàn)過程，以及有關(guān)科學(xué)家的事績，對學(xué)生進行科學(xué)道德與唯物史觀

11、的教育.二、重點、難點分析1.重點.（1）衰變規(guī)律；（2）用電場和磁場探測天然射線的基本方法.2.難點：用力學(xué)和電學(xué)知識如何分析天然射線的性質(zhì).共一百零一頁 人們通過什么現(xiàn)象或?qū)嶒灠l(fā)現(xiàn)原子核是由更小的微粒(wil)構(gòu)成的？ 人們認識原子核的結(jié)構(gòu)(jigu)就是從天然放射性開始的。共一百零一頁 1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能夠發(fā)出看不見的射線，這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光，物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性具有發(fā)射性的元素稱為放射性元素元素這種自發(fā)的放出(fn ch)射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象共一百零一頁鉛盒放射源射線 天然放射性元素的原子核發(fā)出(fch)的射線可使照相底

12、片感光照相(zho xing)底片共一百零一頁 放射性不是少數(shù)幾種元素才有的，研究發(fā)現(xiàn)，原子序數(shù)大于82的所有元素，都能自發(fā)的放出射線(shxin)，原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性放大(fngd)了1000倍的鈾礦石天然放射現(xiàn)象共一百零一頁放射性物質(zhì)發(fā)出的射線(shxin)有三種：天然放射現(xiàn)象共一百零一頁點擊(din j)觀看動畫天然放射現(xiàn)象共一百零一頁射線射線射線電離能力貫穿能力速度成分高能量電磁波1/10光速(un s)接近(jijn)光速光速弱較強很強很容易較弱更小閱讀課文填寫表格：天然放射現(xiàn)象氦原子核高速電子流共一百零一頁天然放射現(xiàn)象請根據(jù)洛倫茲力的知識(zh shi)來判斷

13、這三束各是什么射線?共一百零一頁天然放射現(xiàn)象 具有放射性的元素不論它是以單質(zhì)的形式存在，還是(hi shi)以某種化合物的形式存在，放射性都不受影響。放射性與元素存在(cnzi)的狀態(tài)無關(guān)。元素的化學(xué)性質(zhì)原子核外的電子決定射線原子核來源人們認識原子核的結(jié)構(gòu)是從 開始的。天然放射現(xiàn)象共一百零一頁衰變、半衰期 原子核由于(yuy)放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ儭Ｔ雍怂プ儠r電荷(dinh)數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒 U238在 衰變時產(chǎn)生的釷234也具有放射性，放出 離子后變?yōu)椋ㄧh）Th234，上述的過程可以用下面的衰變方程表示：共一百零一頁衰變、半衰期質(zhì)子中子結(jié)合在放射性元素的原子核中：中

14、子質(zhì)子電子轉(zhuǎn)化和共一百零一頁衰變、半衰期 射線經(jīng)常是伴隨 射線和 射線產(chǎn)生的.為什么當放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生 衰變，有的發(fā)生 衰變，同時伴隨著 輻射。這時射線中就會同時具有 、 和 三種射線。共一百零一頁衰變、半衰期放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期半衰期表示(biosh)放射性元素衰變快慢的物理量。 放射性元素衰變(shuibin)的快慢有一定的規(guī)律。共一百零一頁如：Na24的半衰期是2小時(xiosh)10克Na經(jīng)2小時 衰變了5克 剩 5克 又經(jīng)2小時 又衰變2.5克 剩 2.5克 再經(jīng)2小時 又衰變1.25克 剩 1.25克10克Na2

15、4經(jīng)6小時共衰變了8.75克 剩1.25克衰變、半衰期共一百零一頁衰變、半衰期 考古學(xué)家確定古木年代的方法是用放射性同位素作為“時鐘”，來測量漫長(mn chng)的時間，這叫做放射性同位素鑒年法 半衰期是由元素原子核本身的因素決定的，與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)(zhungti)及周圍環(huán)境、溫度都無關(guān)。不同的放射性元素，半衰期不同。共一百零一頁練習(linx)三：1. 、 和 三種射線的本質(zhì)各是什么？2.為什么說放射性表明(biomng)原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的？3. 釷230是放射性的，查一查元素周期表，它放出一個 粒子后變成了什么元素？寫出衰變方程。4.什么是半衰期？已知釷234的半衰期是24

16、天，1g釷234經(jīng)過120天后還剩下多少？共一百零一頁1、下面的事實揭示出原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的是 A、 粒子散射實驗B、氫光譜實驗 C、X光的發(fā)現(xiàn) D、天然放射現(xiàn)象鞏固(gngg)練習:D2、完成下面的核反應(yīng)方程式 共一百零一頁3、天然放射性元素 Ra衰變成不具有放射性的元素 Pb時，要經(jīng)過次 衰變， 次 衰變。 4、10g某放射性元素(yun s)經(jīng)過20天后還剩0.625g，則該元素(yun s)的半衰期是 天，如果再經(jīng)過30天，還剩 g該元素。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字） 5450.00977共一百零一頁3.4裂變(li bin)和聚變共一百零一頁教學(xué)(jio xu)目標一、核裂變、核裂變概

17、念；、鈾核的裂變；、鏈式反應(yīng)二、核聚變1 、 輕核的聚變（熱核反應(yīng)）2、發(fā)生(fshng)聚變的條件3、實現(xiàn)的方法有:三、受控熱核反應(yīng)核聚變的利用共一百零一頁1、年月日時，中國首枚原子彈以塔爆方式(fngsh)試爆成功。2、年月日時，首次氫彈(qngdn)試爆成功 3、從原子彈試爆到氫彈試爆，美國用了年，蘇聯(lián)用了年，英國接近年，法國是年多，但是中國只用了年個月 歷史資料共一百零一頁一、核裂變 物理學(xué)中把重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放核能的反應(yīng)叫做(jiozu)裂變。共一百零一頁鈾核裂變（核反應(yīng)方程(fngchng)）一般來說，一個鈾核裂變要放出23個中子(zhngz)，這些中子(zhngz)又會

18、引起新的裂變、釋放更多的能量鏈式反應(yīng)共一百零一頁共一百零一頁 重 核 裂 變 演 示共一百零一頁 鏈 式 反 應(yīng)共一百零一頁共一百零一頁原子彈：鈾核裂變時放出巨大的能量，同時能放出多于二個中子，若分裂時放出的中子全部被別的鈾核吸收，又引起新的裂變，這樣，裂變的數(shù)目將按指數(shù)規(guī)律增大，結(jié)果形成一發(fā)散(fsn)的鏈式反應(yīng)，這就是原子彈中發(fā)生的情況。臨界體積:能夠發(fā)生鏈式反應(yīng)的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積。如果(rgu)鈾235的體積超過了它的臨界體積，只要有中子進入鈾塊，會立即引起鈾核的鏈式反應(yīng)，在極短時間內(nèi)就會釋放出大量的核能，發(fā)生猛烈的爆炸，原子彈就是根據(jù)這個原理制成的。反應(yīng)堆：核電站中使核燃

19、料在人工控制下產(chǎn)生裂變的裝置共一百零一頁鏈式反應(yīng)(lin sh fn yng)的應(yīng)用原子彈共一百零一頁美國原子彈突襲廣島和長崎造成了巨大的毀傷在長崎投擲的原子彈爆炸后形成的蘑菇狀云團，爆炸產(chǎn)生的氣流、煙塵直沖云天，高達12英里多廣島市區(qū)80%的建筑化為灰燼(hu wi hu jn)，64000人喪生，72000人受傷，傷亡總?cè)藬?shù)占全市總?cè)丝诘?3%長崎市60%的建筑物被摧毀，傷亡共86000人，占全市37% 鏈式反應(yīng)(lin sh fn yng)的應(yīng)用原子彈在山田須磨子（一位當年的爆炸目擊者）的一幅畫：在遙遠的廣島上空，原子彈爆炸后發(fā)出彩虹一般絢麗的光芒 共一百零一頁核聚變：把兩個輕核聚合(j

20、h)成較重的核時，釋放出核能的反應(yīng)聚變+二、核聚變和受控熱核反應(yīng)(rhfnyng)+ 17.6MeV共一百零一頁如何(rh)能使輕核具有較大的動能呢？1、必須讓輕核的距離非常(fichng)接近2、必須讓輕核具有很大的動能需要克服極大的庫侖斥力共一百零一頁當物質(zhì)達到幾百萬攝氏度以上的高溫時，劇烈的熱運動使得一部分原子核已經(jīng)具有足夠的動能，可以克服相互之間的庫侖(kln)斥力，在碰撞時發(fā)生聚變因此，聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)熱核反應(yīng)(rhfnyng)的優(yōu)點：能量大、污染小、材料易得共一百零一頁聚變反應(yīng)(j bin fn yng)的應(yīng)用:（1）太陽內(nèi)部和許多(xdu)恒星的內(nèi)部（2）氫彈的爆炸（通過原子

21、彈爆炸時產(chǎn)生的高溫來達到 ）受控熱核反應(yīng)： 如果要使巨大的熱核反應(yīng)能量不是以爆炸的形式釋放，而是在人工控制下逐漸地釋放出來并加以利用（例如發(fā)電），這稱為受控熱核反應(yīng)。 共一百零一頁磁約束(yush)聚變和托卡馬克裝置(zhungzh)共一百零一頁慣性(gunxng)約束聚變共一百零一頁3.5核能(hnng)的利用共一百零一頁教學(xué)(jio xu)目標獲得核能的途徑：裂變和聚變 核能的和平利用核電站核能與傳統(tǒng)火電站的比較我國和世界(shji)結(jié)核電的利用共一百零一頁 按現(xiàn)在的能源消耗速度，世界(shji)上的石油、天然氣和煤等生物化石能源將在幾十年至200年內(nèi)逐漸耗盡。 我們(w men)呼喚新能

22、源核能共一百零一頁提到核能(hnng)我們就不得不想到原子彈 1945年8月6日和8月9日，美國將兩顆外號為“小男孩”和“胖子”的原子彈，分別投到日本的廣島和長崎，原子彈爆炸時釋放出的巨大(jd)能量將兩座城市在瞬間化為廢墟。8月15日日本無條件投降。小男孩胖子共一百零一頁 爆炸區(qū)1.6公里內(nèi)的所有(suyu)生物全都蕩然無存。離發(fā)射場800米的一座32噸重的鋼塔成了一堆扭曲的廢物。發(fā)射場周圍800米的沙粒被融化成玻璃體，綠色透明似翡翠。 共一百零一頁原子彈這么巨大(jd)的能量是如何產(chǎn)生的呢？原子核（正）核外電子(h wi din z)（負） 質(zhì)子（正） 中子（不帶電）共一百零一頁 當原子核

23、發(fā)生改變(gibin)時就會釋放出巨大的能量（核能）。獲得核能(hnng)的途徑：（2）核聚變（1）核裂變共一百零一頁核裂變 質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂(fnli)成2個新原子核，并釋放出能量的過程。 鏈式反應(yīng)(lin sh fn yng)共一百零一頁鏈式反應(yīng)(lin sh fn yng): 用中子轟擊鈾核，使鈾核發(fā)生裂變,放出能量。鈾核分裂時，還同時放出2-3個中子，又可以轟擊其它鈾核，使它們也發(fā)生裂變。 這些鈾核分裂時，同樣放出中子，從而引起更多的鈾核發(fā)生裂變，于是裂變反應(yīng)便會鏈鎖式地自行(zxng)持續(xù)下去，這種現(xiàn)象叫做鏈式反應(yīng)。 如果對裂變的鏈式反應(yīng)不加控制，在極短時間（約百萬分

24、之幾秒）會釋放出大量核能，發(fā)生猛烈爆炸，原子彈就是根據(jù)這個原理制成的。共一百零一頁核聚變2個質(zhì)量較小的原子核結(jié)合成質(zhì)量較大的新核，同時釋放出能量(nngling)的過程。 氫彈(qngdn)就是根據(jù)核聚變的原理制成的，威力比原子彈還要大。共一百零一頁我國第一顆原子彈爆炸(bozh)時的情景我國第一顆氫彈(qngdn)爆炸時的情景 1964年10月16日，我國爆炸了第一顆原子彈，成功地進行了第一次核試驗。原子彈爆炸的成功吸引了全世界的目光，一夜之間中國跨進了核大國行列，全世界刮目相看。 共一百零一頁核能(hnng)這么巨大只能用于戰(zhàn)爭嗎?共一百零一頁核能(hnng)的和平利用核電站核能(hnng)內(nèi)能機械能電能共一百零一頁共一百零一頁核電站(din zhn)與傳統(tǒng)火力電站(din zhn)的比較法國(f u)1980年到1986年間核電占總發(fā)電量的比例由24提高到 70，在此期間法國(f u)總發(fā)電量增加40，而排放的硫氧化物 卻減少了9，塵埃減少了36，大氣質(zhì)量有明顯改善。共一百零一頁我國和世界核電使用(shyng)概況：秦山核電站大亞灣核電站 1994年底，全世界核電站的發(fā)電(fdin)量已經(jīng)占總發(fā)電(fdin)量的17%。我國十分重視核能的利用，目前，秦山核電站和大亞灣核電站已經(jīng)運行發(fā)電(fdin)，幾座新的核電站正在建設(shè)之中。共一百零一頁原子彈的威懾力導(dǎo)致人們(rn m