高中物理教案

高三物理核裂變教案29。

一位優(yōu)秀的教師不打無準備之仗，會提前做好準備，準備好一份優(yōu)秀的教案往往是必不可少的。教案可以讓學生更好地進入課堂環(huán)境中來，幫助高中教師能夠更輕松的上課教學。你知道如何去寫好一份優(yōu)秀的高中教案呢？為滿足您的需求，小編特地編輯了“高三物理核裂變教案29”，希望能對您有所幫助，請收藏。

第二節(jié)核裂變

三維教學目標

1、知識與技能

（1）知道核裂變的概念，知道重核裂變中能釋放出巨大的能量；

（2）知道什么是鏈式反應(yīng)；

（3）會計算重核裂變過程中釋放出的能量；

（4）知道什么是核反應(yīng)堆。了解常用裂變反應(yīng)堆的類型，了解核電站及核能發(fā)電的優(yōu)缺點。

2、過程與方法

（1）通過對核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)關(guān)系的理解，培養(yǎng)學生的邏輯推理能力及應(yīng)用教學圖像處理物理問題的能力；

（2）通過讓學生自己閱讀課本，查閱資料，培養(yǎng)學生歸納與概括知識的能力和提出問題的能力。

3、情感、態(tài)度與價值觀

（1）激發(fā)學生熱愛科學、探求真理的激情，樹立實事求是的科學態(tài)度，培養(yǎng)學生基本的科學素養(yǎng)，通過核能的利用，思考科學與社會的關(guān)系；

（2）通過教學，讓學生認識到和平利用核能及開發(fā)新能源的重要性；

（3）確立世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運動變化的，而變化過程必然遵循能量守恒的觀點。

教學重點：鏈式反應(yīng)及其釋放核能的計算；重核裂變的核反應(yīng)方程式的書寫。

教學難點：通過核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)的關(guān)系，推理得出由質(zhì)量數(shù)較大的原子核分裂成質(zhì)量數(shù)較小的原子核釋放能量這一結(jié)論。

教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。

教學用具：多媒體教學設(shè)備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。

（一）引入新課

大家都知道在第二次世界大戰(zhàn)即將結(jié)束的時候，美國于1945年8月6日、9日先后在日本的廣島、長崎上空投下了兩顆原子彈，剎那間，這兩座曾經(jīng)十分美麗的城市變成一片廢墟。大家還知道目前世界上有少數(shù)國家建成了許多核電站，我國也相繼建成了浙江秦山核電站和廣東大亞灣核電站等。我想，現(xiàn)在大家一定想知道原子彈爆炸及核發(fā)電的原理，那么，我們這節(jié)課就來學習裂變，通過學習，大家就會對上述問題有初步的了解。

（二）進行新課

1、核裂變（fission）

提問：核裂變的特點是什么？（重核分裂成質(zhì)量較小的核的反應(yīng)，稱為裂變）

總結(jié)：重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為裂變。

提問：是不是所有的核裂變都能放出核能？（只有核子平均質(zhì)量減小的核反應(yīng)才能放出核能）

總結(jié)：不是所有的核反應(yīng)都能放出核能，有的核反應(yīng)，反應(yīng)后生成物的質(zhì)量比反應(yīng)前的質(zhì)量大，這樣的核反應(yīng)不放出能量，反而在反應(yīng)過程中要吸收大量的能量。只有重核裂變和輕核聚變能放出大量的能量。

2、鈾核的裂變

（1）鈾核的裂變的一種典型反應(yīng)。

提問：鈾核的裂變的產(chǎn)物是多樣的，最典型的一種核反應(yīng)方程式是什么樣的？

（2）鏈式反應(yīng)：

提問：鏈式反應(yīng)〔chainreaction〕是怎樣進行的？（這種由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫做核裂變的鏈式反應(yīng)）

（3）臨界體積（臨界質(zhì)量）：

提問：什么是臨界體積（臨界質(zhì)量）？（通常把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應(yīng)的最小體積叫做它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫做臨界質(zhì)量）

（4）裂變反應(yīng)中的能量的計算。

裂變前的質(zhì)量：

kg，kg

裂變后的質(zhì)量：

kg，kg，kg，

學生計算：質(zhì)量虧損：

kg，

J=201MeV

總結(jié)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫做核裂變的鏈式反應(yīng)。裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應(yīng)的最小體積叫做它的臨界體積。鈾核裂變的產(chǎn)物不同，釋放的能量也不同。

3、核電站

提問：核核反應(yīng)堆各組成部分在核反應(yīng)中起什么作用？

學生回答：鈾棒由濃縮鈾制成，作為核燃料。

學生回答：控制棒由鎘做成，用來控制反應(yīng)速度。

學生回答：減速劑由石墨、重水或普通水（有時叫輕水）做成，用來跟快中子碰撞，使快中子能量減少，變成慢中子，以便讓U235俘獲。

學生回答：冷卻劑由水或液態(tài)的金屬鈉等流體做成，在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出，確保反應(yīng)堆的安全。

學生回答：水泥防護層用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線，防止核輻射。

提問：核能發(fā)電的優(yōu)點、缺點？

優(yōu)點：①污染??；②可采儲量大；③比較經(jīng)濟。

缺點：①一旦核泄漏會造成嚴重的核污染；②核廢料處理困難。

點評：學生用自己的語言敘述，基本正確即可。

補充：了解常用裂變反應(yīng)堆的類型：秦山二期、大亞灣二期是壓水堆，秦山三期是沸水堆。

例題1、下列核反應(yīng)中，表示核裂變的是（）

A、B、

C、D、

分析：核反應(yīng)中有四種不同類型的核反應(yīng)，它們分別是衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變、輕核聚變。其中衰變中有衰變、衰變等。

是衰變，是衰變，是人工轉(zhuǎn)變，只的C選項是重核裂變。

解：表示核裂變的是C

例題2、秦山核電站第一期工程裝機容量為30萬kW，如果1g鈾235完全裂變時產(chǎn)生的能量為8.21010J，并且假定產(chǎn)生的能量都變成了電能，那么，每年要消耗多少鈾235?（一年按365天計算）

學生回答：

解：核電站每天的發(fā)電量為W=Pt=3×108×24×3600J=2.592×1013J，每年的發(fā)電量W總=365W=9.46×1015J而1g鈾完全裂變時產(chǎn)生的能量為：8.2×1010J所以，每年消耗的鈾的量為：

點評：培養(yǎng)學生推理及公式演算的能力。注意速度單位的換算，運算過程中帶單位運算。適當進行愛國主義教育。

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第2節(jié)核裂變教師用書

一名合格的教師要充分考慮學習的趣味性，作為教師就要根據(jù)教學內(nèi)容制定合適的教案。教案可以讓學生能夠在教學期間跟著互動起來，幫助教師能夠更輕松的上課教學。那么一篇好的教案要怎么才能寫好呢？下面的內(nèi)容是小編為大家整理的第2節(jié)核裂變教師用書，歡迎閱讀，希望您能夠喜歡并分享！

第2節(jié)核裂變
學習目標知識脈絡(luò)
1.知道核裂變的概念，知道重核裂變中能釋放出巨大的能量．(重點)
2.知道什么是鏈式反應(yīng).
3.會計算重核裂變過程中釋放出的能量．(重點)
4.知道什么是核反應(yīng)堆．了解常用裂變反應(yīng)堆的類型．(難點)

重核的裂變
[先填空]
1．重核的裂變
(1)核裂變：用中子轟擊鈾核，鈾核分裂成質(zhì)量相近的兩部分，并釋放出能量的核反應(yīng)過程叫做核裂變．
(2)裂變能：核裂變釋放出的能量稱為裂變能，也稱核能或原子能．核裂變是釋放核能的方法之一．
(3)鈾核裂變的產(chǎn)物多種多樣，其中有代表性的有：
10n＋23592U→9538Sr＋13954Xe＋210n
10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n.
2．鏈式反應(yīng)
(1)定義：在23592U核裂變釋放出巨大能量的同時，平均每次可以放出2～3個中子，這些中子稱為第1代中子，如果其中至少有一個繼續(xù)轟擊23592U，使之發(fā)生裂變，就能產(chǎn)生第2代中子，這樣不斷繼續(xù)下去，中子會不斷增加，裂變反應(yīng)就會不斷加強，就形成了裂變的鏈式反應(yīng)．能夠發(fā)生鏈式反應(yīng)的鈾塊的最小體積叫做臨界體積．
(2)條件：發(fā)生鏈式反應(yīng)必須具備兩個條件：a.鈾核的體積達到臨界體積；b.必須存在持續(xù)不斷的中子源．
[再判斷]
1．原子核釋放粒子的過程也是核裂變的過程．(×)
2．用中子轟擊重核使之分裂實現(xiàn)核裂變．(√)
3．利用不可控的快中子轟擊超過臨界體積的鈾塊產(chǎn)生鏈式反應(yīng)制成原子彈．(√)
[后思考]
重核裂變反應(yīng)是否滿足電荷數(shù)守恒？是否滿足質(zhì)量數(shù)守恒？
【提示】重核裂變反應(yīng)屬于核反應(yīng)，滿足電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒．
[核心點擊]
1．鈾核的裂變和裂變方程
(1)核子受激發(fā)：當中子進入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運動，使核變成不規(guī)則的形狀．
(2)核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時放出2或3個中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會不斷地進行下去，釋放出越來越多的核能．
(3)常見的裂變方程：
①23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋210n.
②23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n.
2．鏈式反應(yīng)的條件
(1)有慢中子轟擊．
(2)鈾塊的體積大于臨界體積，或鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量．
以上兩個條件滿足一個，則另一個條件自動滿足．
3．裂變反應(yīng)的能量：鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量．一個鈾235核裂變時釋放的能量如果按200MeV估算，1kg鈾235全部裂變放出的能量相當于2800t標準煤完全燃燒時釋放的能量，裂變時能產(chǎn)生幾百萬度的高溫．
4．鈾的同位素中鈾235比鈾238更易發(fā)生鏈式反應(yīng)
在天然鈾中，主要有兩種同位素，99.3%的是鈾238，0.7%的是鈾235，中子能引起這兩種鈾核發(fā)生裂變，但它們和中子發(fā)生作用的情況不同．
(1)鈾235：俘獲各種能量的中子都會發(fā)生裂變，且俘獲低能量的中子發(fā)生裂變的概率大．
(2)鈾238：只有俘獲能量大于1MeV的中子才能發(fā)生裂變，且裂變的幾率小．能量低于1MeV的中子只與鈾核發(fā)生彈性碰撞，不引起裂變．因此，為了使鏈式反應(yīng)容易發(fā)生，最好利用純鈾235.
1．(多選)關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是()
A．核裂變釋放的能量遠大于它俘獲中子時得到的能量
B．鈾核裂變在自然界中會自發(fā)地產(chǎn)生
C．重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減少
D．由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能
【解析】根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變釋放能量的原理分析可知，裂變時因鈾核俘獲中子發(fā)生核反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，因而釋放的能量遠大于其俘獲中子時吸收的能量；重核裂變只能發(fā)生在人為核反應(yīng)中；在裂變反應(yīng)中核子數(shù)是不會減少的，因此A正確，B、C錯誤．重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時，由于平均質(zhì)量減小，必然發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能，所以D正確．
【答案】AD
2．(多選)1938年哈恩用中子轟擊鈾核，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線．下列關(guān)于這個實驗的說法中正確的是()
A．這個實驗的核反應(yīng)方程是23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n
B．這是一個核裂變過程，反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和大于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和
C．實驗中產(chǎn)生的γ射線穿透能力極強
D．這個反應(yīng)中釋放出的能量可以用愛因斯坦的質(zhì)能方程來計算
【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，鈾核裂變的核反應(yīng)方程應(yīng)為：23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n，選項A正確；鈾核裂變過程中產(chǎn)生γ射線，放出能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放的能量根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程計算，選項B錯誤，D正確；核反應(yīng)中產(chǎn)生的γ射線，穿透能力極強，是能量極高的光子，選項C正確．
【答案】ACD
3．現(xiàn)有的核電站比較廣泛采用的核反應(yīng)之一是：23592U＋10n→14360Nd＋Zr＋310n＋80－1e＋ν
(1)核反應(yīng)方程中的ν是中微子，它不帶電，質(zhì)量數(shù)為零．試確定生成物鋯(Zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)；
(2)已知鈾(U)核的質(zhì)量為235.0493u，中子質(zhì)量為1.0087u，釹(Nd)核質(zhì)量為142.9098u，鋯核質(zhì)量為89.9047u．又知1u＝1.6606×10－27kg，試計算，1kg鈾235大約能產(chǎn)生的能量是多少？
【解析】(1)根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，可得
Zr的電荷數(shù)Z＝92－60＋8＝40
質(zhì)量數(shù)A＝236－143－3×1＝90.
(2)方法一：質(zhì)量虧損
Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)＝0.2174u.
一個鈾核裂變釋放能量
ΔE＝Δm×931.5MeV
＝0.2174×931.5MeV≈202.5MeV
1kg鈾核含有的原子核數(shù)為
n＝1000235×6.02×1023個≈2.562×1024個
1kg鈾核產(chǎn)生的能量
E總＝nΔE＝2.562×202.5×1024MeV
≈5.2×1026MeV＝5.2×1026×106×1.6×10－19J
≈8.3×1013J.
方法二：Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)
＝0.2174u＝0.2174×1.6606×10－27kg
≈3.6×10－28kg
ΔE＝Δmc2＝3.6×10－28×(3×108)2J＝3.24×10－11J
n＝1000235×6.02×1023個≈2.562×1024個
E總＝nΔE＝2.562×1024×3.24×10－11J≈8.3×1013J.
【答案】(1)4090(2)8.3×1013J
重核裂變核能計算的方法
解答這類問題，一般是先根據(jù)核反應(yīng)方程求出一個重核裂變時發(fā)生的質(zhì)量虧損，由質(zhì)能方程計算出釋放的能量，然后用阿伏加德羅常數(shù)把核能與重核質(zhì)量聯(lián)系起來；另外，在計算過程中要注意單位的統(tǒng)一．
裂變反應(yīng)堆
[先填空]
1．核反應(yīng)堆：能維持和控制核裂變的裝置．
2．核反應(yīng)堆的構(gòu)成：堆芯、中子反射層、控制系統(tǒng)和防護層等部分．
(1)堆芯：由燃料棒、減速劑和冷卻劑組成．
(2)中子反射層：反射核裂變中產(chǎn)生的中子，使其進一步參加鏈式反應(yīng)．
(3)控制棒：用能吸收慢中子的鎘或硼鋼制成，以控制鏈式反應(yīng)的速度．
[再判斷]
1．核反應(yīng)堆可以人工控制核反應(yīng)速度．(√)
2．減速劑的作用使快中子減速變成慢中子．(√)
3．鏈式反應(yīng)一旦形成無法進行人工控制．(×)
[后思考]
核反應(yīng)堆中的防護層的構(gòu)造和作用是什么？
【提示】核反應(yīng)堆中的防護層一般由金屬套、防止中子外逸的水層以及1m～2m厚的鋼筋混凝土構(gòu)成，可以有效地防止射線對人體及其他生命的侵害．
[核心點擊]
1．核反應(yīng)堆的組成
核反應(yīng)堆由堆芯、中子反射層、控制系統(tǒng)和防護層等部分組成．其中控制棒用能吸收慢中子的鎘或硼鋼制成，以控制鏈式反應(yīng)的速度．之所以把它叫做“堆”，是因為世界上第一個核反應(yīng)堆是用石墨塊(用以控制反應(yīng)速度)和金屬鈾塊(反應(yīng)燃料)一層一層交替地“堆”起來而構(gòu)成的．
2．核反應(yīng)堆與原子彈爆炸的比較
原子彈爆炸時鏈式反應(yīng)的速度是無法控制的，為了用人工方法控制鏈式反應(yīng)的速度，使核能比較平緩地釋放出來，人們制成了核反應(yīng)堆(核電站的核心設(shè)施)．核反應(yīng)堆是人工控制鏈式反應(yīng)的裝置．
3．核電站發(fā)電的主要原理
核燃料裂變釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高．水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去．反應(yīng)堆放出的熱使水變成水蒸氣，這些高溫高壓的蒸汽推動汽輪發(fā)電機發(fā)電．這一部分的工作原理和火力發(fā)電相同．
4．關(guān)于核反應(yīng)堆中用鎘棒控制反應(yīng)速度的原理，下列說法正確的是()
A．鎘棒能釋放中子，依靠釋放的多少控制反應(yīng)速度
B．用鎘棒插入的多少控制快中子變?yōu)槁凶拥臄?shù)量
C．利用鎘棒對中子吸收能力強的特點，依靠插入的多少控制中子數(shù)量
D．鎘棒對鈾核裂變有一種阻礙作用，利用其與鈾的接觸面積的大小控制反應(yīng)速度
【解析】鎘棒不是離子源不會釋放中子，A錯誤，也不是減速劑，不能使快中子變?yōu)槁凶樱珺、D錯誤，鎘棒對中子有吸收作用，通過中子強度檢測器檢測，當反應(yīng)太強，鎘棒能自動插入，多吸收中子，反之，自動抽出，少吸收中子，故鎘棒也叫控制棒，C正確．
【答案】C
5．(多選)關(guān)于原子核反應(yīng)堆，下面哪種說法是正確的()
A．鎘棒是核燃料，裂變時釋放核能
B．鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率
C．石墨的作用是吸收中子
D．冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱量
【解析】核燃料即為用濃縮鈾制成的鈾棒，鈾棒裂變時釋放核能；鎘棒具有很強的吸收慢中子的能力，通過控制鎘棒插入的深度來控制鏈式反應(yīng)的速度，即可控制反應(yīng)堆的功率；石墨的作用是使裂變產(chǎn)生的快中子減速成為慢中子；冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱量．則B、D正確，A、C錯誤．
【答案】BD
學業(yè)分層測評(十二)
(建議用時：45分鐘)
學業(yè)達標]
1．(多選)當一個重核裂變時，它所產(chǎn)生的兩個核()
A．含有的質(zhì)子數(shù)較裂變前重核的質(zhì)子數(shù)不變
B．含有的中子數(shù)較裂變前重核的中子數(shù)不變
C．裂變時釋放的能量等于俘獲中子時得到的能量
D．可能是多種形式的兩個核的組合
【解析】由于在裂變反應(yīng)中吸收一個中子而釋放2～3個中子，質(zhì)子數(shù)并沒有發(fā)生變化，而兩個新核的中子數(shù)減少，故選項A正確，B錯誤；反應(yīng)后質(zhì)量發(fā)生了虧損而釋放能量，并不等于俘獲中子時得到的能量，在裂變反應(yīng)中，產(chǎn)物并不是唯一的，而是多種多樣的，故選項D正確，選項C錯誤．
【答案】AD
2．(多選)關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是()
A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量
B．中子從鈾塊中通過時，但不一定發(fā)生鏈式反應(yīng)
C．重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減小
D．重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能
【解析】根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變釋放核能的原理分析可知，裂變時因鈾核俘獲中子即發(fā)生核反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程．釋放的能量遠大于其俘獲中子時吸收的能量．鏈式反應(yīng)是有條件的，即鈾塊的體積必須大于其臨界體積，如果體積小，中子從鈾塊中穿過時，碰不到原子核，則鏈式反應(yīng)就不會發(fā)生．在裂變反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)均守恒；即核子數(shù)守恒，所以核子數(shù)是不會減小的，因此選項A、C錯誤，B正確；重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時，發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能，選項D正確．
【答案】BD
3．鈾核裂變時，對于產(chǎn)生鏈式反應(yīng)的重要因素，下列說法中正確的是()【導學號：64772108】
A．反應(yīng)堆中鈾的質(zhì)量是重要因素與體積無關(guān)
B．為了使裂變的鏈式反應(yīng)容易發(fā)生，最好直接利用裂變時產(chǎn)生的中子
C．若鈾235的體積超過它的臨界體積，裂變的鏈式反應(yīng)就能夠發(fā)生
D．能否發(fā)生鏈式反應(yīng)與鈾塊的質(zhì)量無關(guān)
【解析】要使鈾核裂變發(fā)生鏈式反應(yīng)，鈾塊的體積必須等于或大于臨界體積，如果組成鈾塊的體積小于臨界體積，則不會發(fā)生鏈式反應(yīng)．裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子為快中子，這些快中子不能直接引發(fā)新的裂變．如果鈾塊的質(zhì)量大，則其體積大，若超過臨界體積則發(fā)生鏈式反應(yīng)，由此知A、B、D錯誤，C正確．
【答案】C
4．(多選)鈾核裂變是核電站核能的重要來源，其一種裂變反應(yīng)式是23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n.下列說法正確的有()
A．上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出
B鈾塊體積對鏈式反應(yīng)的發(fā)生無影響
C．鈾核的鏈式反應(yīng)可人工控制
D．鈾核的半衰期會受到環(huán)境溫度的影響
【解析】根據(jù)裂變反應(yīng)的規(guī)律和影響半衰期的因素解決問題．裂變反應(yīng)式中的10n為中子，鈾塊體積大于臨界體積，才能發(fā)生鏈式反應(yīng)，且鈾核的鏈式反應(yīng)是可控的，選項A、C正確，選項B錯誤；放射性元素的半衰期不受外界壓強、溫度的影響，選項D錯誤．
【答案】AC
5．下列核反應(yīng)中，表示核裂變的是()
A.23892U―→23490Th＋42He
B.23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n
C.146C―→147N＋0－1e
D.94Be＋42He―→126C＋10n
【解析】題目選項中，23892U―→23490Th＋42He是α衰變，146C―→147N＋0－1e是β衰變，94Be＋42He―→126C＋10n是人工轉(zhuǎn)變，只有C選項是重核裂變，故B正確．
【答案】B
6．(多選)2020年以前我國將新增投產(chǎn)2300萬千瓦的核電站，核電站與火電站相比較，下列說法正確的是()
A．核燃料釋放的能量遠大于相等質(zhì)量的煤放出的能量
B．就可采儲量來說，地球上核燃料資源遠大于煤炭
C．在經(jīng)濟效益方面核電與火電不相上下
D．核電站沒有任何污染
【解析】核燃料釋放的能量遠大于相等質(zhì)量的煤放出的能量，A項正確；就可采儲量所提供的能量來說，遠大于煤炭所能提供的能量，而不是采儲量，B項錯；在經(jīng)濟效益方面核電與火電不相上下，C項正確；核電站是有污染的，核反應(yīng)堆用過的核廢料具有很強的輻射性，要做特殊處理，D項錯誤．
【答案】AC
7．下面是鈾核裂變反應(yīng)中的一個：23592U＋10n―→13654Xe＋9038Sr＋1010n.已知鈾235的質(zhì)量為235.0439u，中子的質(zhì)量為1.0087u，鍶90的質(zhì)量為89.9077u，氙136的質(zhì)量為135.9072u，則此核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm＝________u，釋放的核能ΔE＝________MeV.
【導學號：64772053】
【解析】質(zhì)量虧損Δm＝235.0439u＋1.0087u－135.9072u－89.9077u－10×1.0087u＝0.1507u
由ΔE＝Δmc2可求得釋放的核能ΔE＝0.1507uc2＝0.1507×931.5MeV＝140.3771MeV.
【答案】0.1507140.3771
8．落在日本廣島上的原子彈，相當于2萬噸TNT炸藥放出的能量．原子彈放出的能量約8.4×1013J，試問有多少個23592U原子核進行分裂？該原子彈中含23592U的質(zhì)量最小限度為多少千克？(一個23592U原子核分裂時所產(chǎn)生的能量約為200MeV)
【解析】一個23592U原子核分裂時所產(chǎn)生的能量約為200MeV＝200×106eV＝2.0×108×1.6×10－19J＝3.2×10－11J.
設(shè)共有n個23592U核發(fā)生裂變：n＝8.4×10133.2×10－11個≈2.6×1024個，鈾的質(zhì)量m＝235×10－3×2.6×10246.02×1023kg≈1.015kg.
【答案】2.6×1024個1.015kg
能力提升]
9．(多選)我國秦山核電站第三期工程中有兩組60萬千瓦的發(fā)電機組，發(fā)電站的核能來源于23592U的裂變，下列說法正確的是()
A.23592U原子核中有92個質(zhì)子，143個中子
B.23592U的一種可能裂變是變成兩個中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程為23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋210n
C.23592U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短
D．一個23592U裂變能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J
【解析】由23592U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知A正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知B正確；半衰期不受外界因素干擾，故C錯誤；因為200MeV＝200×106×1.6×10－19J＝3.2×10－11J，所以D正確．
【答案】ABD
10．(多選)人們發(fā)現(xiàn)，不同的原子核，其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖421所示的關(guān)系．下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說法正確的是()
圖421
A．由圖可知，原子核D和E聚變成原子核F時會有質(zhì)量虧損，要吸收能量
B．由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C時會有質(zhì)量虧損，要放出核能
C．由原子核A裂變成原子核B和C時要吸收能量
D．在核反應(yīng)堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應(yīng)速度
【解析】原子核D和E的核子平均質(zhì)量大，結(jié)合成原子核F時存在質(zhì)量虧損，要釋放能量，A錯誤；原子核A的核子平均質(zhì)量大，裂變成原子核B和C時質(zhì)量虧損，要放出核能，B正確、C錯誤；鎘棒可以吸收中子，在反應(yīng)堆中能控制反應(yīng)速度，D正確．
【答案】BD
11.23592U受中子轟擊時會發(fā)生裂變，產(chǎn)生13956Ba和9436Kr，同時放出200MeV的能量，現(xiàn)要建設(shè)發(fā)電能力是50萬千瓦的核電站，用鈾235作為原子鍋爐的燃料，假設(shè)核裂變釋放的能量全部被用來發(fā)電，那么一天需要純鈾235的質(zhì)量為多少？(阿伏加德羅常數(shù)取6.02×1023mol－1)
【解析】每天發(fā)電的總量
E＝24×3.6×103×5×108J＝4.32×1013J.
要得到這么多能量需要裂變的鈾原子數(shù)目n＝4.32×10132×108×1.6×10－19＝1.35×1024(個)．
則對應(yīng)的質(zhì)量
m＝nNAμ＝1.35×10246.02×1023×235×10－3kg＝0.527kg.
【答案】0.572kg
12．在所有能源中，核能具有能量密度大，地區(qū)適應(yīng)性強的優(yōu)勢，在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能．核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能．
(1)核反應(yīng)方程式23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，10n為中子，X為待求粒子，a為X的個數(shù)，則X為________，a＝________.以mU、mBa、mKr分別表示23592U、14156Ba、9236Kr核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE是多少？
(2)有一座發(fā)電能力為P＝1.00×106kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝40%，假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題(1)中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，核的質(zhì)量mU＝390×10－27kg，求每年(1年＝3.15×107s)消耗的23592U的質(zhì)量．
【解析】(1)由反應(yīng)方程可知：X為10n，a為3，釋放的能量為
ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.
(2)因電站發(fā)電效率為40%，故電站消耗23592U的功率為P′＝P40%＝10640%kW＝2.5×106kW，
電站每年消耗235U的能量為W＝Pt＝2.5×109×3.15×107J＝7.875×1016J.
每年消耗23592U的質(zhì)量為
M＝WΔEmU＝7.875×1016×390×10－272.78×10－11kg＝1105kg.
【答案】(1)10n3(mU－mBa－mKr－2mn)c2
(2)1105kg

高三物理磁場

一名優(yōu)秀的教師在教學時都會提前最好準備，高中教師要準備好教案，這是老師職責的一部分。教案可以讓學生們能夠更好的找到學習的樂趣，幫助高中教師緩解教學的壓力，提高教學質(zhì)量。你知道怎么寫具體的高中教案內(nèi)容嗎？以下是小編為大家收集的“高三物理磁場”希望能對您有所幫助，請收藏。

磁場

磁場基本性質(zhì)

一、磁場的描述

1、磁場的物質(zhì)性：與電場一樣，也是一種物質(zhì)，是一種看不見而又客觀存在的特殊物質(zhì)。

存在于(磁體、通電導線、運動電荷、變化電場、地球)周圍。

2、基本特性：對放入磁場中的（磁極、電流、運動的電荷）有力的作用，它們的相互作用通過磁場發(fā)生。

3、方向規(guī)定：

①磁感線在該點的切線方向;

②磁場中任一點小磁針北極(N極)的受力方向(小磁針靜止時N的指向)為該處的磁場方向。

③對磁體：外部(NS),內(nèi)部(SN)組成閉合曲線；這點與靜電場電場線(不成閉合曲線)不同。

④用安培左手定則判斷

4、磁感線：磁場中人為地畫出一系列曲線，曲線的切線方向表示該位置的磁場方向，曲線的疏密能定性地表示磁場的強弱，這一系列曲線稱為磁感線。電場中引入電場線描述電場，磁場中引入磁感線描述磁場。

定義：磁場中人為引入的一系列曲線來描述磁場，曲線的切線表示該位置的磁場方向，其蔬密表示磁場強弱。

物理意義：描述磁場大小和方向的工具(物理摸型)，磁場是客觀存在的，磁感線是一種工具.

不能認為有(無)磁感線的地方有(無)磁場。人為想象在磁場中畫出的一組有方向的曲線．

1．疏密表示磁場的強弱．

2．每一點切線方向表示該點磁場的方向，也就是磁感應(yīng)強度的方向．

3．是閉合的曲線，在磁體外部由N極至S極，在磁體的內(nèi)部由S極至N極．磁線不相切不相交。

4．勻強磁場的磁感線平行且距離相等．沒有畫出磁感線的地方不一定沒有磁場．

5．安培定則：姆指指向電流方向,四指指向磁場的方向.注意這里的磁感線是一個個同心圓,每點磁場方向是在該點切線方向

*熟記常用的幾種磁場的磁感線：

5、磁場的來源：

(1)永磁體（條形、蹄形）

(2)通電導線（有各種形狀：直、曲、環(huán)形電流、通電螺線管）

(3)地球磁場（和條形磁鐵相似）有三個特征：(磁極位置?赤道處磁場特點?南北半球磁場方向?)

①地磁的N極的地理位置的南極，

②地磁B（水平分量：（南北）堅直分量：南半球：垂直地面而上向；北半球：垂直地面而向下。）

③在赤道平面上：距地球表面相等的各點，磁感強度大小相等、方向水平向北

(4)變化的電場（后面再講法拉第電磁感應(yīng)定律和電磁波）

二、電流磁場的方向叛斷：安培右手定則（重點）、直、環(huán)、通電螺線管）

一定要熟悉五種典型磁場的磁感線空間分布（正確分析解答問題的關(guān)?。?/p>

腦中要有各種磁源產(chǎn)生的磁感線的立體空間分布觀念

能夠?qū)⒋鸥芯€分布的立體、空間圖轉(zhuǎn)化成不同方向的平面圖（正視、符視、側(cè)視、剖視圖）

會從不同的角度看、畫、識各種磁感線分布圖

⑴直線電流的磁場

特點：無磁極、非勻強、且距導線越遠處磁場越弱；直線電流磁場的磁感線的立體圖、橫截面、縱截面圖如圖1所示。

⑵通電螺線管的磁場

特點：與條形磁鐵的磁場相似，管內(nèi)為勻強磁場，且磁場最強，管外為非勻強磁場；通電螺線管磁場的磁感線的立體圖、橫截面圖、縱截面圖如圖2所示。

⑶環(huán)形電流的磁場

特點：環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠，磁場越弱；環(huán)形電流的磁感線的立體圖、橫截面圖、縱截面圖如圖A-11-50-3所示。

⑷地磁場

(5)變化的電磁場

三、磁現(xiàn)象的電本質(zhì)（磁產(chǎn)生的實質(zhì)）后面講到光現(xiàn)象的電本質(zhì)

安培分子環(huán)型電流假說：分子、原子等物質(zhì)的微粒內(nèi)部存在一種環(huán)形電流，叫分子電流。這種環(huán)形電流使得每個物質(zhì)微粒成為一個很小的磁體。這就是安培分子電流假說。

它能解釋各種磁現(xiàn)象：軟鐵棒的磁化、高溫，猛烈的搞擊而失去磁性等。

本質(zhì)：（磁體、電流、運動電荷）的磁場都是由運動電荷產(chǎn)生的，并通過磁場相互作用的。

任何磁現(xiàn)象的出現(xiàn)都以“電荷的運動(有形無形)”為基礎(chǔ)。

一切磁現(xiàn)象歸結(jié)為：運動電荷（或電流）之間通過磁場發(fā)生相互作用。

“電本質(zhì)”實質(zhì)為運動電荷（成形電流）：靜止的電荷在磁場中不會受到磁場力；有磁必有電(對)，有電必有磁(錯)。

實驗：奧斯特沿南北方向放置的導線下面放置小磁針，導線通電后，小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

羅蘭實驗：把大量的電荷加在橡膠盤上,然后使盤繞中心軸線轉(zhuǎn)動,如圖：在盤在附近用小磁針來檢驗運動電荷產(chǎn)生的磁場.

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：帶電盤轉(zhuǎn)動時，小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，而且改變轉(zhuǎn)盤方向，小磁針偏轉(zhuǎn)方向也發(fā)生轉(zhuǎn)變。

此實驗說明；電荷運動時產(chǎn)生磁場,即磁場是由運動電荷產(chǎn)生；(即：一切磁場都來源于運動電荷,揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。)

兩個重要概念：磁感強度B，磁通量

磁感強度(B)從力的角度描述磁場性質(zhì)，磁通量()從能量角度描述磁場的性質(zhì)。

一、磁感應(yīng)強度

1．磁場的最基本的性質(zhì)：對放入其中的(磁極,電流,運動的電荷)有力的作用,都稱為磁場力。I⊥B時,F最大=BIL；I//B時,F=0。

2．定義B：注意情境和條件：

在磁場中垂直于磁場方向的通電導線受到的磁場力F跟電流強度I和導線長度L的乘積IL的比值，叫做通電導線所在處的磁感應(yīng)強度．

定義①當I⊥B時，B=矢量{F⊥(B和I構(gòu)成的平面)。即既F⊥B；也F⊥I}N/Amkg/AS2

定義②當面積S⊥B時，B=單位面積的磁感線條數(shù)，B的蔬密反映磁場的強弱

注意：磁場某位置B的大小，方向是客觀存在的，是磁場本身特性的物理量。與(I大小、導線的長短，受力)都無關(guān)。即使導線不載流，B照樣存在。

①表示磁場強弱的物理量．是矢量．

②大小：B=F/IL(電流方向與磁感線垂直時的公式)．

③方向：左手定則：是磁感線的切線方向；是小磁針N極受力方向；是小磁針靜止時N極的指向．不是導線受力方向；不是正電荷受力方向；也不是電流方向．

④單位：牛/安米，也叫特斯拉，國際單位制單位符號T．

⑤點定B定：B只與產(chǎn)生磁場的源及位置有關(guān)。就是說磁場中某一點定了，則該處磁感應(yīng)強度的大小與方向都是定值．

⑥勻強磁場的磁感應(yīng)強度處處相等．

⑦磁場的疊加：空間某點如果同時存在兩個以上電流或磁體激發(fā)的磁場,則該點的磁感應(yīng)強度是各電流或磁體在該點激發(fā)的磁場的磁感應(yīng)強度的矢量和,滿足矢量運算法則.

說明

⑴磁場中某位置的磁感應(yīng)強度的大小及方向是存在的，與放入的電流I的大小、導線的長短即L的大小無關(guān)，與電流受到的力也無關(guān)，即使不放入載流導體，它的磁感應(yīng)強度也照樣存在，因此不能說B與F成正比，或B與IL成反比。

⑵磁場應(yīng)強度B是矢量滿足分解合成的平行四邊形定則，注意磁場應(yīng)強度的方向就是該處的磁場方向，并不是在該處的電流的受力方向。

⑶磁場應(yīng)強度的定義式是典型的比值定義法，要注意此定義式描述的物理情景及適應(yīng)條件：一小段通電導體垂直磁場方向放入磁場。

典型的比值定義：(B=k)(E=E=k)(u=)

(R=R=)(C=C=)

磁感強度B：①B=②B=③qBv=mR=B=

④qBv=qeB===⑤E=BLvB=⑥B=k(直導體)⑦B=NI(螺線管)

勻強磁場：是最簡單，同時也是最重要的磁場。大小相等方向處處相同，用平行等間距的直線來表示。

分布地方：異名磁極間（邊緣除外），通電螺線管內(nèi)部。

二、磁通量與磁通密度B（分析法拉第電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)）

1．磁通量Φ：概念：磁感應(yīng)強度B與垂直磁場方向的面積S的乘積叫穿過這個面積的磁通量，Φ＝B×S

若面積S與B不垂直，應(yīng)以B乘以S在垂直磁場方向上的投影面積S′，即Φ＝BS′＝BScosθ，

磁通量的物理意義：穿過某一面積的磁感線條數(shù)．也叫做穿過這個面積的磁通量Φ。簡稱為磁通，表示φ．是標量．

說明：對某一面積的磁通量，一定要指明“是哪一個面積的、方向如何”

2．磁通密度B：垂直磁場方向穿過單位面積磁力線條數(shù)，即磁感應(yīng)強度，是矢量．

3．在勻強磁場中求磁通量類型有：公式的適用條件：

(1)當面積S⊥B時。Φ=BS此式的適用條件是：①勻強磁場；②磁感線與平面垂直單位：韋伯Wb=Tm2

(2)S//B時,Φ=0

(3)B與S不垂直：Φ應(yīng)該為B乘以S在磁場垂直方向上投影的面積(稱之為“有效面積”)。Φ=BS影=BSCos(為B與投影面的夾角)

說明：

計算平面在勻強磁場中的Φ。一定要明確？面積的Φ，（方向如何）沒有指明那一面積的,Φ無意義。

①曲面的磁通量Φ等于對應(yīng)投影平面的Φ，不與線圈平面垂直，應(yīng)該算投影面積。

②Φ是雙向標量：當有磁感線沿相反方向通過同一平面時，且正向磁感線條數(shù)為φ1，反向磁感線條數(shù)為φ2，則磁通量等于穿過平面的磁感線的凈條數(shù)(磁通量的代數(shù)和)，即φ=φ1一φ2。穿過平面的磁通量應(yīng)該為Φ合，面積越大，低消越多。

例：由于磁感線是閉合曲線，外部（NS）內(nèi)部（SN）組成閉合曲線，不同與靜電場電場線（不閉合）。

所以穿過任一閉合曲面的合Φ為零，穿過地球表面的Φ為零。

③磁通量的變化△φ=φ2一φ1，其數(shù)值等于初、末態(tài)穿過某個平面磁通量的差值．

散磁場對電流的作用——安培力（左手定則）

基礎(chǔ)知識

一、安培力

1.安培力定義：通電導線在磁場中受到的作用力叫做安培力．磁場對電流的作用力叫安培力。

說明：磁場對通電導線中定向移動的電荷有力的作用,磁場對這些定向移動電荷作用力的宏觀表現(xiàn)即為安培力．

實驗：注意條件

①I⊥B時A:判斷受力大小(由偏角大小判斷)改變I大小,偏角改變;I大小不變,改變垂直磁場的那部分導線長度;改變B大小.

B:F安方向與I方向B方向關(guān)系：(改變I方向；改變B方向；同時改變I和B方向)

F安方向：安培左手定則，F(xiàn)安作用點在導體棒中心。（通電的閉合導線框受安培力為零）

②I//B時，F(xiàn)安=0，該處并非不存在磁場。

③I與B成夾角時，F(xiàn)=BILSin(為磁場方向與電流方向的夾角)。

有用結(jié)論：“同向電流相互吸引，反向電流相排斥”。不平行時有轉(zhuǎn)運動到方向相同且相互靠近的趨勢。

2.安培力的計算公式：F＝BILsinθ（θ是I與B的夾角）；

①I⊥B時，即θ＝900，此時安培力有最大值；公式：F＝BIL

②I//B時，即θ＝00，此時安培力有最小值，F(xiàn)=0;

③I與B成夾角時，00＜B＜900時，安培力F介于0和最大值之間.

3.安培力公式的適用條件:

①公式F＝BIL一般適用于勻強磁場中I⊥B的情況,對于非勻強磁場只是近似適用(如對電流元)但對某些特殊情況仍適用．

如圖所示，電流I1//I2,如I1在I2處磁場的磁感應(yīng)強度為B，則I1對I2的安培力F＝BI2L，方向向左，

同理I2對I1，安培力向右，即同向電流相吸，異向電流相斥．

②根據(jù)力的相互作用原理，如果是磁體對通電導體有力的作用，則通電導體對磁體有反作用力．

兩根通電導線間的磁場力也遵循牛頓第三定律．

二、左手定則

1.安培力方向的判斷——左手定則：

伸開左手，使拇指跟其余的四指垂直且與手掌都在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，并使四指指向電流方向，這時手掌所在平面跟磁感線和導線所在平面垂直，大拇指所指的方向就是通電導線所受安培力的方向．

2.安培力F的方向：安培力F總垂直于電流與磁感線所確定的平面。

F⊥(B和I所在的平面)；即既與磁場方向垂直，又與通電導線垂直．但B與I的方向不一定垂直．

3.安培力F、磁感應(yīng)強度B、電流1三者的關(guān)系

①已知I,B的方向，可惟一確定F的方向；

②已知F、B的方向，且導線的位置確定時，可惟一確定I的方向；

③已知F,1的方向時，磁感應(yīng)強度B的方向不能惟一確定．

4.由于B,I,F的方向關(guān)系常是在三維的立體空間，所以求解本部分問題時，應(yīng)具有較好的空間想象力，要善于把立體圖畫變成易于分析的平面圖，即畫成俯視圖，剖視圖，側(cè)視圖等．

規(guī)律方法1。安培力的性質(zhì)和規(guī)律；

①公式F=BIL中L為導線的有效長度，即導線兩端點所連直線的長度，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端．

如圖所示，甲中：，乙中：L/=d(直徑）＝2R（半圓環(huán)且半徑為R)

如圖所示，彎曲的導線ACD的有效長度為l，等于兩端點A、D所連直線的長度，安培力為：F=BIl

②安培力的作用點為磁場中通電導體的幾何中心；

③安培力做功:做功的結(jié)果將電能轉(zhuǎn)化成其它形式的能．

2、安培力作用下物體的運動方向的判斷

(1)電流元法：即把整段電流等效為多段直線電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向，從而判斷整段電流所受合力方向，最后確定運動方向．

(2)特殊位置法：把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個便于分析的特殊位置后再判斷安培力方向，從而確定運動方向．

(3)等效法：環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵，條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流或通電螺線管，通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析．

(4)利用結(jié)論法：①兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；

②兩電流不平行時，有轉(zhuǎn)動到相互平行且電流方向相同的趨勢．

(5)轉(zhuǎn)換研究對象法：因為電流之間，電流與磁體之間相互作用滿足牛頓第三定律，這樣，定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，再確定磁體所受電流作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向．

(6)分析在安培力作用下通電導體運動情況的一般步驟：

①畫出通電導線所在處的磁感線方向及分布情況

②用左手定則確定各段通電導線所受安培力

③)據(jù)初速方向結(jié)合牛頓定律確定導體運動情況

(7)磁場對通電線圈的作用：若線圈面積為S，線圈中的電流強度為I，所在磁場的磁感應(yīng)強度為B，線圈平面跟磁場的夾角為θ，則線圈所受磁場的力矩為：M=BIScosθ．

磁場對運動電荷的作用——洛侖茲力

一、洛侖茲力定義：磁場對運動電荷的作用力——洛倫茲力

電荷的定向移動形成電流，磁場對電流的作用力是對運動電荷作用力的宏觀表現(xiàn)。

推導：F安=BILf洛=qBv建立電流的微觀圖景(物理模型)

垂直于磁場方向上有一段長為L的通電導線，每米有n個自由電荷，每個電荷的電量為q，其定向移動的速率為v。

在時間內(nèi)有vt體積的電量Q通過載面，vt體積內(nèi)的電量Q=nvtq

導線中的電流I==nvq導線受安培力F=BIL=BnvqL(nL為此導線中運動電荷數(shù)目)

單個運動電荷q受力f洛==qBv

（1）洛倫茲力的大小計算：F＝qvBsinα(α為v與B的夾角)注意：

①當v⊥B時，f洛最大，f洛=qBv（式中的v是電荷相對于磁場的速度）公式適用于勻強磁場且v⊥B的情況

(fBv三者方向兩兩垂直且力f方向時刻與速度v垂直)導致粒子做勻速圓周運動。

①v與B夾角為θ，則有②③

②當v//B時，f洛=0做勻速直線運動。

③當v與B成夾角時，(帶電粒子沿一般方向射入磁場)，

可把v分解為(垂直B分量v⊥,此方向勻速圓周運動；平行B分量v//,此方向勻速直線運動)合運動為等距螺旋線運動。

④v=0，F(xiàn)=0,即磁場對靜止電荷無作用力，只對運動電荷產(chǎn)生作用力。

磁場和電場對電荷作用力的差別：

只有運動的電荷在磁場中才有可能受洛侖茲力，靜止電荷中磁場中不受洛侖茲力。

在電場中無論電荷是運動還是靜止，都受電場力作用。

f洛=的特點：

①始終與速度方向垂直，對運動電荷永不做功，而安培力可以做功。（所以少用動能定理，多與幾何關(guān)系相結(jié)合）。

②不論電荷做什么性質(zhì)運動，軌跡如何，洛侖茲力只改變速度的方向，不能改變速度的大小，對粒子永不做功

（2）洛倫茲力的方向用左手定則來判斷(難點)．實驗：判斷fBv三者方向的關(guān)系

1.洛倫茲力F的方向既垂直于磁場B的方向，又垂直于運動電荷的速度v的方向，即F總是垂直于B和v所在的平面．

2.洛倫茲力方向(左手定則)：伸出左手，讓姆指跟四指垂直，且處于同一平面內(nèi)，讓磁感線穿過手心，四指指向正電荷運動方向（當是負電荷時，四指指向與電荷運動方向相反）則姆指所指方向就是該電荷所受洛倫茲力的方向．

說明：

①四指應(yīng)指向正電荷運動的方向或負電荷運動的反方向。

正電荷運動方向為電流方向(即四指的指向),負電運動方向跟電流方向相反.

②安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。所以洛倫茲力的方向與安培力的方向一樣可由左手定則判定。

③判定洛倫茲力方向時，一定要注意F垂直于v和B所決定的平面。當運動電荷的速度v的方向與磁感應(yīng)強度B的方向平行時，運動電荷不受洛倫茲力作用，仍以初速度做勻速直線運動。

④在磁場中靜止的電荷不受洛倫茲力作用。

（3）洛倫茲力的特點

洛倫茲力的方向一定既垂直于電荷運動的方向，也垂直于磁場方向．即洛倫茲力的方向垂直于速度和磁場方向決定的平面，同時，由于洛倫茲力的方向與速度的方向垂直，所以洛倫茲力的瞬時功率P＝Fvcos90o＝0，即洛倫茲力永遠不做功．

二、洛倫茲力與安培力的關(guān)系

1.洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導體中所有定向稱動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．

2.洛倫茲力一定不做功，它不改變運動電荷的速度大小;但安培力卻可以做功．

三、不計重力的帶電粒子在勻強磁場中的運動

1.分三種情況：一是勻速直線運動；二是勻速圓周運動；三是螺旋運動．

2.做勻速圓周運動：軌跡半徑r=mv/qB；其運動周期T=2πm/qB(與速度大小無關(guān))．

3.垂直進入勻強電場和垂直進入勻強磁場時都做曲線運動，但有區(qū)別：

垂直進入勻強電場，在電場中做勻變速曲線運動(類平拋運動)；

垂直進入勻強磁場，則做變加速曲線運動(勻速圓周運動)．

點評：凡是涉及到帶電粒子的動能發(fā)生了變化，均與洛侖茲力無關(guān)，因為洛侖茲力對運動電荷永遠不做功。

四、帶電粒子在磁場中運動

１．若v//B，帶電粒子以速度v做勻速直線運動。（此情況下洛倫茲力F=0）

２．若，帶電粒子在垂直磁感線的平面內(nèi)以入射速度v做勻速圓周運動。

⑴向心力由洛倫茲力提供⑵軌道半徑公式

⑶周期⑷頻率

洛侖茲力——作用下的勻速圓周運動求解方法

思路方法：明確洛侖茲力提供作勻速圓周運動的向心力

關(guān)?。寒嫵鲞\動軌跡圖，應(yīng)規(guī)范畫圖。才有可能找準幾何關(guān)系。解題的關(guān)鍵。

物理規(guī)律方程：向心力由洛倫茲力提供qBv=mR=(不能直接用)T==

1、找圓心：（圓心的確定）因f洛一定指向圓心，f洛⊥v

①任意兩個f洛的指向交點為圓心；

②任意一弦的中垂線一定過圓心；

③兩速度方向夾角的角平分線一定過圓心。

2、求半徑：①由物理規(guī)律求：qBv=mR=；②由圖得出的幾何關(guān)系式求

幾何關(guān)系：速度的偏向角=偏轉(zhuǎn)圓弧所對應(yīng)的圓心角(回旋角)=2倍的弦切角；相對的弦切角相等，相鄰弦切角互補

由軌跡畫及幾何關(guān)系式列出：關(guān)于半徑的幾何關(guān)系式去求。

3、求粒子的運動時間：偏向角（圓心角、回旋角）=2倍的弦切角，即=2；

4、圓周運動有關(guān)的對稱規(guī)律：特別注意在文字中隱含著的臨界條件

a、從同一邊界射入的粒子，又從同一邊界射出時，速度與邊界的夾角相等。

b、在圓形磁場區(qū)域內(nèi)，沿徑向射入的粒子，一定沿徑向射出。

5、帶電粒子在有界磁場中運動的極值問題

(1)剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的軌跡與邊界相切．

(2)當速度v一定時，弧長(或弦長)越長，圓周角越大，則帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長．

6、帶電粒子在復(fù)合場中無約束情況下的運動性質(zhì)

(1)當帶電粒子所受合外力為零時，將做勻速直線運動或處于靜止狀態(tài)．合外力恒定且與初速同向時做勻變速直線運動，常見的情況有：

①洛倫茲力為零(即v∥B)，重力與電場力平衡，做勻速直線運動；或重力與電場力的合力恒定，做勻變速運動．

②洛倫茲力F與重力和電場力的合力平衡，做勻速直線運動．

(2)帶電粒子所受合外力做向心力，帶電粒子做勻速圓周運動時．由于通常情況下，重力和電場力為恒力，故不能充當向心力，所以一般情況下是重力恰好與電場力相平衡，洛倫茲力是以上力的合力．

(3)當帶電粒子受的合力大小、方向均不斷變化時，粒子做非勻變速曲線運動

規(guī)律方法1、帶電粒子在磁場中運動的圓心、半徑及時間的確定(上面專題)

(1)用幾何知識確定圓心并求半徑．(2)確定軌跡所對應(yīng)的圓心角，求運動時間．(3)注意圓周運動中有關(guān)對稱的規(guī)律．

2、洛侖茲力的多解問題

(1)帶電粒子電性不確定形成多解．

帶電粒子可能帶正(或負)電荷，在相同的初速度下，正負粒子在磁場中運動軌跡不同，導致雙解．

(2)磁場方向不確定形成多解．

若只告知B大小，而未說明B方向，則應(yīng)考慮因B方向不確定而導致的多解．

(3)臨界狀態(tài)不惟一形成多解．

帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場時，它可能穿過去，也可能偏轉(zhuǎn)1800從入射界面這邊反向飛出．

在光滑水平桌面上，一絕緣輕繩拉著一帶電小球在勻強磁場中做勻速圓周運動，若繩突然斷后，小球可能運動狀態(tài)也因小球帶電電性，繩中有無拉力造成多解．

(4)運動的重復(fù)性形成多解．如帶電粒子在部分是電場，部分是磁場空間運動時，往往具有往復(fù)性，因而形成多解．

專題:帶電粒子在復(fù)合場中的運動

基礎(chǔ)知識一、復(fù)合場的分類：

1、復(fù)合場：即電場與磁場有明顯的界線,帶電粒子分別在兩個區(qū)域內(nèi)做兩種不同的運動,即分段運動,該類問題運動過程較為復(fù)雜,但對于每一段運動又較為清晰易辨,往往這類問題的關(guān)鍵在于分段運動的連接點時的速度,具有承上啟下的作用．

2、疊加場：即在同一區(qū)域內(nèi)同時有電場和磁場，些類問題看似簡單，受力不復(fù)雜，但仔細分析其運動往往比較難以把握。

二、帶電粒子在復(fù)合場電運動的基本分析

1.當帶電粒子在復(fù)合場中所受的合外力為0時，粒子將做勻速直線運動或靜止．

2.當帶電粒子所受的合外力與運動方向在同一條直線上時，粒子將做變速直線運動．

3.當帶電粒子所受的合外力充當向心力時，粒子將做勻速圓周運動．

4.當帶電粒子所受的合外力的大小、方向均是不斷變化的時，粒子將做變加速運動，這類問題一般只能用能量關(guān)系處理．

三、電場力和洛倫茲力的比較見下表:

電場力洛侖茲力

力存在條件作用于電場中所有電荷僅對運動著的且速度不跟磁場平行的電荷有洛侖茲力作用

力力大小F=qE與電荷運動速度無關(guān)F=Bqv與電荷的運動速度有關(guān)

力方向力的方向與電場方向相同或相反，但總在同一直線上力的方向始終和磁場方向垂直

力的效果可改變電荷運動速度大小和方向只改變電荷速度的方向,不改變速度的大小

做功可以對電荷做功,改變電荷的動能不對電荷做功、不改變電荷的動能

運動軌跡偏轉(zhuǎn)在勻強電場中偏轉(zhuǎn)，軌跡為拋物線在勻強磁場中偏轉(zhuǎn)、軌跡為圓弧

1.在電場中的電荷，不管其運動與否，均受到電場力的作用；而磁場僅僅對運動著的、且速度與磁場方向不平行的電荷有洛倫茲力的作用．

2.電場力的大小F＝Eq，與電荷的運動的速度無關(guān)；而洛倫茲力的大小f=Bqvsinα,與電荷運動的速度大小和方向均有關(guān)．

3.電場力的方向與電場的方向或相同、或相反；而洛倫茲力的方向始終既和磁場垂直，又和速度方向垂直．

4.電場力既可以改變電荷運動的速度大小，也可以改變電荷運動的方向，而洛倫茲力只能改變電荷運動的速度方向.不能改變速度大小

5.電場力可以對電荷做功，能改變電荷的動能；洛倫茲力不能對電荷做功，不能改變電荷的動能．

6.勻強電場中在電場力的作用下,運動電荷的偏轉(zhuǎn)軌跡為拋物線;勻強磁場中在洛倫茲力的作用下,垂直于磁場方向運動的電荷的偏轉(zhuǎn)軌跡為圓弧．

四、對于重力的考慮重力考慮與否分三種情況．

（1)對于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等一般不做特殊交待就可以不計其重力，因為其重力一般情況下與電場力或磁場力相比太小，可以忽略；而對于一些實際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等不做特殊交待時就應(yīng)當考慮其重力．

（2)在題目中有明確交待的是否要考慮重力的，這種情況比較正規(guī)，也比較簡單．

（3)對未知名的帶電粒子其重力是否忽略又沒有明確時，可采用假設(shè)法判斷，假設(shè)重力計或者不計，結(jié)合題給條件得出的結(jié)論若與題意相符則假設(shè)正確，否則假設(shè)錯誤．

五、復(fù)合場中的特殊物理模型

1．粒子速度選擇器

如圖所示，粒子經(jīng)加速電場后得到一定的速度v0，進入正交的電場和磁場，受到的電場力與洛倫茲力方向相反，將沿著圖中所示的虛線穿過兩極板空間而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，具有其它速度的帶電粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這種器件能把具有一定速度v0的帶電粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器。

若使粒子沿直線從右邊孔中出去，則有qv0B＝qE,v0=E/B，若v=v0=E/B，

粒子做直線運動，只與速度v0有關(guān)。與粒子電量、電性、質(zhì)量無關(guān)

若v＜E/B，電場力大，粒子向電場力方向偏，電場力做正功，動能增加．

若v＞E/B，洛倫茲力大，粒子向磁場力方向偏，電場力做負功，動能減少．

2.磁流體發(fā)電機

如圖所示，由燃燒室O燃燒電離成的正、負離子（等離子體）以高速。噴入偏轉(zhuǎn)磁場B中．在洛倫茲力作用下，正、負離子分別向上、下極板偏轉(zhuǎn)、積累，從而在板間形成一個向下的電場．兩板間形成一定的電勢差．當qvB=qU/d時電勢差穩(wěn)定U＝dvB，這就相當于一個可以對外供電的電源．

3.電磁流量計．

電磁流量計原理可解釋為：如圖所示，一圓形導管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導電的液體向左流動．導電液體中的自由電荷（正負離子）在洛倫茲力作用下縱向偏轉(zhuǎn)，a,b間出現(xiàn)電勢差．當自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定．

由Bqv=Eq=Uq/d，可得v=U/Bd.流量Q=Sv=πUd/4B

4.質(zhì)譜儀如圖所示利用來分離各種元素和測定帶電粒子的質(zhì)量的儀器。

組成：離子源O，加速場U，速度選擇器（E,B），偏轉(zhuǎn)場B2，膠片．

原理：加速場中qU=mv2

選擇器中:

偏轉(zhuǎn)場中:d＝2r，qvB2＝mv2/r

比荷:

質(zhì)量

作用：主要用于測量粒子的質(zhì)量、比荷、研究同位素．

5.回旋加速器如圖所示

組成：兩個D形盒，大型電磁鐵，高頻振蕩交變電壓，兩縫間可形成電壓U

作用：電場用來對粒子(質(zhì)子、氛核,a粒子等)加速，磁場用來使粒子回旋從而能反復(fù)加速．高能粒子是研究微觀物理的重要手段．

要求：粒子在磁場中做圓周運動的周期等于交變電源的變化周期．

關(guān)于回旋加速器的幾個問題：

(1)D形盒作用：靜電屏蔽，使帶電粒子在圓周運動過程中只處在磁場中而不受電場的干擾，以保證粒子做勻速圓周運動。

(2)所加交變電壓的頻率f=帶電粒子做勻速圓周運動的頻率:

為保證粒子每次經(jīng)過磁場邊界時正好趕上合適的電場方向而使其被加速，對高頻電源的頻率要求。

(3)最后使粒子得到的能量，，（最大能量與哪些因素有關(guān)）

在粒子電量、質(zhì)量m和磁感應(yīng)強度B一定的情況下，回旋加速器的半徑R越大，粒子的能量就越大．

規(guī)律方法1、帶電粒子在復(fù)合場中的運動2、帶電粒子在疊加場中的運動3、磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)的應(yīng)用

三種場的性質(zhì)特點：復(fù)合場

電場磁場重力場

力的大?、貴=qE

②與電荷的運動狀態(tài)無關(guān)，在勻強電場中,電場力為恒力。與電荷的運動狀態(tài)有關(guān)，

①電荷靜止或v∥B時，不受f洛，

②v⊥B時洛侖茲力最大

f洛=qBv①G=mg

②與電荷的運動狀態(tài)無關(guān)

力的方向正電荷受力方向與E方向相同，(負電荷受力方向與E相反)。f洛方向⊥(B和v)所決定的平面，(可用左手定則判定)總是豎直向下

力做功特點做功多少與路徑無關(guān)，只取決于始末兩點的電勢差，

W=qUAB=ΔEf洛對電荷永不做功，只改變電荷的速度方向，不改變速度的大小做功多少與路徑無關(guān)，只取決于始末位置的高度差，

W=mgh=ΔEp

帶電質(zhì)點在復(fù)合場中運動，受力特點復(fù)雜，運動多形式、多階段、多變化。

解題的關(guān)鍵：受力分析、運動分析、動態(tài)分析、臨界點的挖掘及找出不同運動形式對應(yīng)不同的物理規(guī)律。

高三地理農(nóng)業(yè)的區(qū)位選擇29

俗話說，磨刀不誤砍柴工。教師要準備好教案為之后的教學做準備。教案可以讓學生能夠聽懂教師所講的內(nèi)容，幫助教師更好的完成實現(xiàn)教學目標。怎么才能讓教案寫的更加全面呢？下面是由小編為大家整理的“高三地理農(nóng)業(yè)的區(qū)位選擇29”，但愿對您的學習工作帶來幫助。

高三物理康普頓效應(yīng)教案32

第二節(jié)康普頓效應(yīng)
三維教學目標
1、知識與技能
（1）了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動量
（2）了解光既具有波動性，又具有粒子性；
（3）知道實物粒子和光子一樣具有波粒二象性；
（4）了解光是一種概率波。
2、過程與方法：
（1）了解物理真知形成的歷史過程；
（2）了解物理學研究的基礎(chǔ)是實驗事實以及實驗對于物理研究的重要性；
（3）知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。
3、情感、態(tài)度與價值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。
教學重點：實物粒子和光子一樣具有波粒二象性
教學難點：實物粒子的波動性的理解。
教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。
教學用具：投影片，多媒體輔助教學設(shè)備
（一）引入新課
提問：前面我們學習了有關(guān)光的一些特性和相應(yīng)的事實表現(xiàn)，那么我們究竟怎樣來認識光的本質(zhì)和把握其特性呢？（光是一種物質(zhì)，它既具有粒子性，又具有波動性。在不同條件下表現(xiàn)出不同特性，分別舉出有關(guān)光的干涉衍射和光電效應(yīng)等實驗事實）。
我們不能片面地認識事物，能舉出本學科或其他學科或生活中類似的事或物嗎？
（二）進行新課
1、康普頓效應(yīng)
（1）光的散射：光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。
（2）康普頓效應(yīng)
1923年康普頓在做X射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長和散射物質(zhì)都無關(guān)。
（3）康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：

按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！散射中出現(xiàn)的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。
康普頓散射曲線的特點：
①除原波長外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長
②新波長隨散射角的增大而增大。波長的偏移為
波長的偏移只與散射角有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長無關(guān)，
=0.0241=2.41×10-3nm（實驗值）
稱為電子的Compton波長
只有當入射波長與可比擬時，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。

（4）經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難
①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。
②無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。
（5）光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋
①若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。
②若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。
③因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。
（6）康普頓散射實驗的意義
①有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè)；
②首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設(shè)；③證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。
2、光的波粒二象性
講述光的波粒二象性，進行歸納整理。
（1）我們所學的大量事實說明：光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和連續(xù)性是相對的，是不同條件下的表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計規(guī)律。
（2）光子在空間各點出現(xiàn)的概率遵從波動規(guī)律，物理學中把光波叫做概率波。
3、光的波動性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)：
大量光子行為顯示波動性；個別光子行為顯示粒子性；光的波長越長，波動性越強；光的波長越短，粒子性越強。光的波動性不是光子之間相互作用引起的，是光子本身的一種屬性。
例題：已知每秒從太陽射到地球上垂直于太陽光的每平方米截面上的輻射能為1.4×103J，其中可見光部分約占45%，假設(shè)認為可見光的波長均為0.55μm，太陽向各個方向的輻射是均勻的，日地之間距離為R=1.5×1011m，估算出太陽每秒輻射出的可見光的光子數(shù)。（保留兩位有效數(shù)字）