人教版2019選擇性必修第三冊高二物理 第五章 原子核（單元解讀課件）

第五章

原子核人教版選擇性必修第三冊（單元解讀）授課人：×××目錄CONTENTS1《課標》要求2學習目標3內容分析4本單元教學重點與難點5教學策略01《課標》要求《課標》要求3.3.2了解原子核的組成和核力的性質。知道四種基本相互作用。能根據(jù)質量數(shù)守恒和電荷守恒寫出核反應方程。3.3.3了解放射性和原子核衰變。知道半衰期及其統(tǒng)計意義。了解放射性同位素的應用，知道射線的危害與防護?！墩n標》要求3.3.4認識原子核的結合能，了解核裂變反應和核聚變反應。關注核技術應用對人類生活和社會發(fā)展的影響。3.3.5了解人類對物質結構的探索歷程。02學習目標學習目標節(jié)次學習目標第1節(jié)原子核的組成物理觀念∶知道三種射線的特性，原子核的組成及其表示符號?？茖W思維∶通過一些宏觀實驗，去猜測、探究微觀結構，建立微觀模型?？茖W探究：分析天然放射現(xiàn)象和a粒子散射實驗培養(yǎng)學生分析能力，揭示原子核的科學本質。科學態(tài)度與責任∶尊重客觀實驗事實，認識到原子核可以再分。體會到極大極小的原理，感悟生命的渺小，更加的熱愛生命。第2節(jié)放射性元素的衰變物理觀念：知道衰變、半衰期及原子核衰變的規(guī)律，了解核反應及放射性同位素應用的基本觀念和相關實驗證據(jù)。科學思維：理解原子核的衰變規(guī)律及半衰期的計算方法，掌握核反應方程的寫法與放射性同位素的應用，培養(yǎng)分析、推理能力?？茖W探究：通過學習科學家對放射性元素衰變的探究，學會觀察和思考，提升科學探究的能力。科學態(tài)度與責任：學會堅持實事求是的科學態(tài)度，體驗科學家探索科學規(guī)律的艱辛和科學研究的價值，激發(fā)學習興趣。學習目標節(jié)次學習目標第3節(jié)核力與結合能物理觀念：知道四種基本相互作用與核力的特點，了解結合能、比結合能和質量虧損的基本觀念和相關實驗?？茖W思維：理解核力是短程力，掌握比結合能和質量虧損，能用質能方程進行計算，提高分析、解決問題的能力。科學探究：通過教材上的科學推理，掌握其實質，培養(yǎng)科學推理的能力?？茖W態(tài)度與責任：學習科學家們嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，堅持實事求是，培養(yǎng)學習、探索科學的興趣和責任。第4節(jié)核裂變與核聚變物理觀念∶知道核聚變與和裂變的不同，通過核反應方程能計算所釋放的能量?？茖W思維∶能夠分清楚裂變和聚變的含義，知道當前核聚變是不受控制的?？茖W探究：通過核裂變的示意圖推理出三分裂和四分裂的概念，了解物理學常用的方法——推理法?？茖W態(tài)度與責任∶通過觀看我國原子彈氫彈的爆炸視頻，激發(fā)學生獻身國防的愛國主義熱情。學習目標節(jié)次學習目標第5節(jié)“基本”粒子物理觀念∶從宏觀到微觀認識粒子的結構，形成的關于粒子、粒子與相互作用、夸克模型等的基本認識?？茖W思維∶能夠分清粒子大小的數(shù)量級以及相互組成的關系，知道當前還有許多新粒子被不斷發(fā)現(xiàn)?？茖W探究：通過研究宇宙射線和強子對撞機，是發(fā)現(xiàn)新粒子的兩種方法?？茖W態(tài)度與責任∶研究微觀粒子認識自然的方式之一，粒子是不斷發(fā)展的，具有相對持久性和普適性。我們要把粒子思想應用與實際生活中。03內容分析內容分析第1節(jié)本節(jié)先介紹了貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射現(xiàn)象，引起人們對a射線、β射線和Y射線這三種射線的研究，確認射線來自原子核，進而介紹原子核的組成成分。原子核的組成是比較抽象的，教科書引導學生注意把微觀機制和它的宏觀現(xiàn)象緊密地聯(lián)系在一起，通過一些宏觀實驗，去猜測、探究微觀結構，建立微觀模型。教學中要關注依據(jù)實驗證據(jù)進行科學推理能力的培養(yǎng)，即在觀察、實驗得到的確切物理事實(信息)和已有知識基礎上進行科學推理和論證，猜想原子核的結構。了解實驗是探索微觀世界奧秘的基礎，猜想與假設都必須接受實驗的檢驗。內容分析第2節(jié)本節(jié)知識內容比較抽象，教科書指出了天然放射現(xiàn)象產生的機理，即原子核的衰變以及用半衰期描述衰變遵從的規(guī)律。在教學中，對于衰變方程式、半衰期描述的對象、統(tǒng)計規(guī)律等知識的學習，應引導學生復習前面學過的相關知識，并注意運用類比的方法，重視知識的遷移。本節(jié)重點是a衰變、β衰變及其規(guī)律和半衰期的概念，引導學生運用質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律正確書寫衰變方程，正確認識質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒在核反應方程中保持不變的含義，進一步領悟物理學中守恒的思想。半衰期概念的教學是本節(jié)的難點，但在教學中只要求學生會計算較簡單的半衰期問題即可。內容分析第3節(jié)本節(jié)教科書是在學生已經學習了原子核是由質子和中子組成的基礎上，探究是什么作用使質子和中子可以有機地組成一個穩(wěn)定的整體。為此，教科書首先安排了“核力與四種基本相互作用”，闡明萬有引力、電磁力和核力分別在不同的尺度上發(fā)揮作用。在教授這部分內容時，應注意引導學生，突出科學家的大膽“猜想”在研究中的作用。內容分析第4節(jié)教科書把“核裂變”與“核聚變”兩部分內容放在同一節(jié)中，主要出于以下考慮。第一，學生在放射性元素衰變的基礎上認識到核反應不僅可以自發(fā)進行，還可以通過人工轉變方式發(fā)生，這為學生思考人工控制下的核能利用奠定了基礎。第二，學生可以對兩種類型核反應的條件、釋放核能的優(yōu)缺點、應用情況做一個直觀的整體對比，從而對能源危機以及核能這一新能源的發(fā)展和應用前景有初步的了解。第三，通過對核電站工作流程、環(huán)流器裝置等實際裝置，以及我國科學家對此領域的研究的介紹，學生可以了解我國目前對兩類核能研究的進展和應用情況，體會科學技術是國家進步的第一生產力。內容分析第5節(jié)本節(jié)介紹了粒子物理學中的一些基本知識，例如，人類對現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的400多種粒子的分類，它們大體可被分為強子、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子幾種類別。通過本節(jié)的教學，讓學生初步了解現(xiàn)代物理前沿，了解人類對物質結構的認識是不斷深人的。物理學家們期望能從宇宙射線中得到來自宇宙遠方的新粒子的信息。科學探索是永遠沒有盡頭的，人類對真理的追求也是永無止境的。隨著科學技術的不斷進步，粒子物理學必然會踏上更高的臺階，不斷加深人們對自然界物質的本質的認識。04本單元教學重點與難點本單元教學重點與難點教學重點1、掌握α射線，β射線、γ射線的性質；理解原子核的構成。2、理解原子核的衰變規(guī)律及半衰期的計算方法，掌握核反應方程的寫法與放射性同位素的應用，培養(yǎng)分析、推理能力。3、理解核力是短程力，掌握比結合能和質量虧損，能用質能方程進行計算，提高分析、解決問題的能力。4、核裂變、核聚變。5、發(fā)現(xiàn)新粒子，粒子的分類。教學難點1、引導學生關注探索原子核組成的科學歷程和科學方法。2、衰變的規(guī)律和方程。3、結合能和比結合能。4、核裂變。5、發(fā)現(xiàn)新粒子，粒子的分類05教學策略教學策略1.關注探索原子核的組成的科學歷程和科學方法在了解人類對物質結構的探索歷程中，上一章完成了對“原子的核式結構模型”的學習。本章開篇就對“原子核的組成”展開討論，引導學生認識人們怎樣從天然放射現(xiàn)象一步一步揭開原子核秘密的科學過程。這有利于培養(yǎng)學生的探索興趣，發(fā)展他們的思維能力。教科書把人類認識原子核的組成的歷程大致分為以下三個階段，每個階段都體現(xiàn)了科學探究的特點。第一階段，發(fā)現(xiàn)天然放射線，認識到原子核內部是有結構的。教科書編寫的邏輯線索如下：教學策略教科書通過正文和“科學漫步”欄目介紹了貝克勒爾、居里夫婦等人對天然放射現(xiàn)象和射線性質的研究，并指出實驗發(fā)現(xiàn)的結果可以判定射線來自原子核內部。α射線、β射線都來自原子核(云室中的徑跡顯示射線的存在),這表明原子核內部是有結構的。第二階段，用α粒子轟擊原子核，認識到質子是原子核的組成部分。第三階段，中子的發(fā)現(xiàn)，認識到質子和中子是原子核的組成部分。教科書介紹了盧瑟福、查德威克等人通過實驗證實了質子和中子的存在，從而確定了原子核的組成。對于微觀世界，人們看不見，摸不著，如果缺乏豐富的想象力，不能從現(xiàn)有的經驗、知識和觀察到的實驗現(xiàn)象進行大膽的、富于想象力的猜想，就不可能設計和構建出新的、有針對性的實驗和創(chuàng)新理論，就沒有今天物理學的輝煌成就。這樣，學生不僅逐步認識到了原子核的組成，而且還了解到貝克勒爾、居里夫婦發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的歷史，感悟到科學家經歷科學探究的科學過程，以及探索微觀世界的方法——實驗事實加科學思維，即在觀察、實驗得到確切的物理事實(信息)和已有知識基礎上進行科學思維(猜想和推理)以得出科學結論。當然，這個結論還將經受更多的實驗事實的檢驗。教學策略2.強調統(tǒng)計概率思想在微觀世界探索中的意義放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，叫作這種元素的半衰期。課程標準的內容要求是“知道半衰期及其統(tǒng)計意義”。教科書在講到半衰期時明確指出，放射性元素的半衰期描述的是一種統(tǒng)計規(guī)律。對于某個特定元素的原子，我們只知道它發(fā)生衰變的概率，而不知道它將何時發(fā)生衰變。然而，量子理論可以對大量原子核的行為給出統(tǒng)計預測。為了強調統(tǒng)計概率思想在微觀世界探索中的意義，教科書還通過旁批強調：“衰變是微觀世界里原子核的行為，而微觀世界規(guī)律的特征之一在于‘單個微觀事件不可預測’?！蹦康氖沁M一步讓學生熟悉運用統(tǒng)計概率思想來處理和認識微觀世界的問題。教學策略3.在學習核反應方程中再次滲透“守恒思想”衰變是原子核的自發(fā)變化，原子核衰變時電荷數(shù)和質量數(shù)都守恒。原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核或者發(fā)生狀態(tài)變化的過程，稱為核反應。與衰變過程一樣，在核反應中，質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。應該說，這個內容對學生來說難度不算大，但是就“守恒思想”的滲透而言意義是很大的。高中物理學習的各守恒定律都是物理學的基本定律，例如，電荷守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律等。各種守恒定律的研究和建立經歷了漫長的歷史過程，是重要的科學思想方法。要讓學生深刻地認識質量數(shù)和電荷數(shù)在核反應方程中保持不變的含義，目的是使學生再次領悟物理學中守恒的思想，逐步熟悉用守恒思想來處理和認識問題。這對本章后續(xù)要學習的核裂變、核聚變和結合能等概念的認識是有幫助的。教學策略4.通過推理、類比思維加工認識核力和結合能在“質子和中子是原子核的組成成分”提出以后，有個問題當時未能得到解釋，那就是原子核中帶正電的質子為什么能擠在一起而不飛散?教科書在這個問題的基礎上介紹了四種基本相互作用，闡明萬有引力、電磁力和強相互作用分別在不同的尺度上發(fā)揮作用。物理學家還發(fā)現(xiàn)，在某些放射現(xiàn)象中起作用的是弱相互作用，它的力程比強相互作用更短，是引起原子核β衰變的原因。結合能的概念是本章重要的基礎知識。教科書在讓學生了解核力性質的基礎上，通過推理、類比進行了比較充分的闡述。首先，從學生熟悉的宏觀現(xiàn)象出發(fā)，回顧兩個物體為了結合而付出的代價——失去了一部分能量，如果要把它們分開，還要重新賦予它們能量；然后，又討論了類似的情形，即氫原子的電離也需要吸收能量。依此類推，原子核是核子憑借核力結合在一起的，核子結合成原子核會釋放能量。要把核子分開，也需要提供能量，從而引出結合能的概念。又在此基礎上介紹了比結合能的概念。之后，在介紹質量虧損的內容中特地安排了一個例題，讓學生從具體的事例中認識到什么是質量虧損，從質量虧損推知原子核的結合能。這樣就對結合能形成了一個比較完整的認識。教學策略5.認識科學技術在促進人類社會發(fā)展中扮演的“雙刃劍”角色核能在人類的生產和生活中有著廣泛的應用。核能的重要作用在于它可作為一種新能源。核能包括核裂變和核聚變產生的能。核裂變是當前獲得核能的重要途徑之一，對于核裂變的產生及其和平利用，教科書的編寫線索是沿著“核裂變的發(fā)現(xiàn)→鏈式反應→反應堆與核電站”這條主線展開的。其中，教科書還特別提到了我國科學家錢三強和他的夫人何澤慧對鈾核裂變的實驗研究，其成果得到了廣泛的認可和贊賞。而對于核聚變這一獲得核能的另一重要途徑，教科書介紹了核聚變的原理、特點以及目前的研究進展。人類對核聚變的研究已取得了一定的成果，但目前核聚變所獲得的核能還只能用于核武器中，和平利用核聚變所產生的核能還在研究之中，雖然取得一些進展，但技術還不夠成熟。為了解決可控核聚變的困難，科學家設想了兩種方案，即磁約束和慣性約束。教科書精選了反映我國在磁約束核聚變領域的成就——中國科學院的環(huán)流器裝置EAST,以及慣性約束核聚變領域的成就——中國工程物理研究院等單位的“神光Ⅲ”裝置，作為教育素材。教學策略6.建構相對完整、科學的物質觀念本章根據(jù)科學發(fā)展的歷史脈絡展現(xiàn)核物理的基礎知識。教科書中安排了一些中學生能夠接受又符合課程標準要求的新內容、新知識，這些內容反映了物理學的最新進展，增強了教科書的時代性，能夠幫助學生建立起比較完整的物質觀念。從20世紀30年代以來，人們在對宇宙線的研究中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些新的粒子。教科書以軸向列表的形式展示了部分新粒子的實驗發(fā)現(xiàn)年代，用強有力的證據(jù)說明基本粒子并不“基本”的事實。同時，也表明人類對物質結構的探索是層層深入、永不停息的。對于粒子物理中的基本概念，教科書的闡述力求準確、清楚、層次分明、嚴謹扎實，充分體現(xiàn)高中物理課程的基礎性。其中，將“粒子的分類”的內容作為正文處理；而對于“夸克與粒子物理標準模型”的內容則以“拓展學習”欄目來處理。這樣有助于教師分層教學，同時也有助于學生把這些微觀世界