选修35全章教案.docx
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选修3-5
第十六章动量守恒定律
过去的思路
冲量和动量的概念
↓
由牛顿第二定律导出动量定理
↓
由动量定理导出动量守恒定律
↓
最后告诉学生：
动量守恒定律的适用范围更广
**********************************************
现在的思路：
出发点――“守恒”的重要性，而非牛顿定律
寻找碰撞中的不变量
↓
碰撞中两个物体的m1v1+m2v2可能是不变的
↓
定义动量
↓
经过几代物理学家的探索与争论……共识
――动量守恒定律
↓
动量守恒定律与牛顿定律的关系，动量定理
（物理规律的自恰）
↓
动量守恒定律的普适性
思路与过去相比有很大的不同――科学思想、科学方法
第1节实验：
探究碰撞中的不变量
思路：
碰撞是常见的现象，宏观、微观
P2演示
A、B是两个悬挂起来的钢球，质量相等。
使B球静止，拉起A球，放开后A与B碰撞，观察碰撞前后两球运动的变化。
换为质量相差较多的两个小球，重做以上实验。
一般情况下是否也有不变的量？
在实验中寻找不变的量。
器材可选：
气垫导轨、平板小车、线悬的小球……
P2课文，描述思路：
……质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”。
速度在碰撞前后是变化的……物体的质量与它的速度的乘积也在变化……
那么，两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是不变量？
m1v1+m2v2=m1v1’+m2v2’？
或者，各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是不变量？
m1v12+m22=m1v1’2+m2v2’2？
也许，两个物体的速度与自己质量的比值之和在碰撞前后保持不变？
+
=
+
？
……
P3课文，进一步讨论可能的情况：
碰撞可能有很多情形……两个质量相同的物体相碰撞，两个质量相差悬殊的物体相碰撞，两个速度大小相同、方向相反的物体相碰撞，一个运动物体与一个静止物体相碰撞……
……碰撞时可能中间通过弹簧接触，碰后分开……碰后也可能粘在一起不再分开……
我们寻找的不变量必须在各种碰撞的情况下都不改变，这样才符合要求。
P3需要考虑的问题，讨论操作和数据处理中的技术性问题：
●……要保证碰撞是一维的，即保证两个物体在碰撞之前沿直线运动，碰撞之后还沿同一直线运动……
●质量可以用天平测量……怎样测量物体的速度。
●关于实验数据的处理，下面的表格可供参考……
对于每一种碰撞的情况都要填写一个类似的表格。
参考用的记录表格
碰撞前
碰撞后
质量
m1
m2
m1
m2
速度
v1
v2
v1'
v2'
mv
m1v1+m2v2
m1v1'+m2v2'
mv2
m1v12+m2v22
m1v1'2+m2v2'2
+
+
…
…
…
●……举例来说，如果每个表格中v/m那一行第二列和第三列的求和的值都相等，那么v/m很可能就是我们寻找的不变量。
P4～P5参考案例：
给学生一定的设计空间
P5课文：
通过这个实验，你是否找到了碰撞前后的“不变量”？
即使找到了，它也仍然带有猜想和假设的性质，但你对自己的猜想与假设会增加几分把握。
只有根据实验结果推导出的许许多多新结论都与事实一致时，它才能成为一条定律。
尽管如此，本节实验还是很有意义的，它让我们再一次体验了探究自然规律的过程。
科学方法的教育
P6第1题，重现探究的过程：
1．光滑桌面上有两1、2两个小球。
1球的质量为0.3kg，以速度8m/s跟质量0.1kg的静止的2球发生碰撞，碰撞后2球的速度变为9m/s，1球的速度变为5m/s，方向与原来相同。
根据这些实验数据，晓明对这次碰撞的规律做了如下几项猜想。
（1）碰撞后2球获得了速度，是否是1球把速度传递给了2球？
经计算，2球增加的速度是9m/s，1球减小的速度是3m/s，因此，这种猜想不成立。
（2）碰撞后2球获得了动能，是否是1球把动能传递给了2球？
经计算，2球增加的动能是4.05J，1球减小的动能是5.85J，这种猜想也不成立。
（3）请你根据以上实验数据猜想：
有一个什么物理量，在这次碰撞中2球所增加的这个量与1球所减小的这个量相等？
请计算表明。
第2节动量守恒定律
（一）
P6课文：
……我们看到，不论哪一种形式的碰撞，碰撞前后物体mv的矢量合保持不变。
其他实验和观察到的事实也都得出同样的结论。
这就给我们一个启示：
mv很可能具有特别的物理意义。
物理学中把它定义为动量……
……科学前辈就是在追寻不变量的努力中，逐渐明确了动量的概念。
最先提出动量具有守恒性思想的是法国科学家笛卡儿……
1668年，惠更斯发表了一篇……
牛顿把笛卡儿的定义做了修改……
……
经过几代物理学家的探索与争论，人们在18世纪达到了这样的共识：
……
课文的目的：
动量守恒定律不是一两个人做一两个实验或进行一两篇数学推导而得来的。
能量守恒定律的教学处理与此相似。
第3节动量守恒定律
（二）
P11用牛顿第二定律分析两个小球的碰撞，结果与动量守恒定律相同。
（现行教材用的是动量定理，实质相同）
其他内容，包括课文、例题，都与现行教材相同。
第4节碰撞
不要把这节当做新的知识点，应该把它看成动量守恒定律和机械能守恒定律的习题课。
P14思考与讨论
在本章第一节开始的演示中，一个钢球与另一个静止的钢球相碰，如果两个钢球的质量相等，第一个钢球停止运动，第二个钢球能摆到同样的高度，说明这个碰撞过程中没有能量损失，碰撞过程能量守恒。
碰撞过程中能量总要守恒吗？
我们分析一个例子。
图16.4-1碰撞后两个物体结合在一起，碰撞过程中能量守恒吗？
如图16.4-1，两个物体的质量都是m，碰撞以前一个物体静止，另一个以速度v向它撞去。
碰撞以后两个物体粘在一起，成为一个质量为2m的物体，以速度v’继续前进。
这个碰撞过程中能量（总动能）守恒吗？
可以先根据动量守恒定律求出碰撞后的共同速度v’，用v表示它，然后分别计算碰撞前后的总动能。
实质上又是一个科学探究。
P15思考与讨论
……在第一节的演示中已经观察了两个质量相等物体的碰撞、两个质量相差悬殊的物体的弹性碰撞。
了解了它们碰撞前后速度变化的特点。
现在从理论上分析不同情况下碰撞前后速度的变化情况。
……我们的任务是得出用m1、m2、v1表达v1’和v2’的公式。
碰撞过程都要遵从动量守恒定律……弹性碰撞中没有机械能损失……两个方程联立，把v1’和v2’作为未知量解出来就可以了。
落实探究精神，改变学习方式
P16几种碰撞的结论不要求记忆。
（那么多例题，难道结论都要背下来吗？
）
P16旁批：
对一个问题进行理论分析之后，我们会关心分析的过程是否正确、分析的根据是否可靠。
可以有多种方法进行评估。
方法之一是，把分析的结果应用于几个比较简单的特例，这些特例中的结论如果与常识或已有的知识一致，那么理论分析很可能是正确的，否则一定出了问题。
“评估”：
科学探究的要素
P16“弹性碰撞”、“非弹性碰撞”、“对心碰撞”、“非对心碰撞”、“散射”都是有用的名词。
理解上不会有困难。
P17旁批：
对于非对心碰撞，应该在两个相互垂直的两个方向上分别应用动量守恒定律。
扩展，不做定量要求。
P17思考与讨论
画出图来就可以，不要求定量计算。
第5节反冲运动火箭
P19～P20定性介绍反冲现象。
P21思考与讨论：
为火箭的半定量讨论做铺垫――改变学习方式
P21思考与讨论
P21课文：
……火箭原来的动量为零，喷气后火箭与燃气的总动量仍然应该是零，即
mΔv+Δmu=0
解出
这里的Δv的物理意义是什么？
第6节用动量概念表示牛顿第二定律
P23用动量概念表示牛顿第二定律：
物体动量的变化率等于它所受的力。
F＝
计算时的用处不大，可认为是动量定理的表示。
节的标题是“用……表示牛顿第二定律”而不是“动量定理”，表示编者“抬高”了什么，“降低”了什么。
再次反映与过去思路的差异。
第十七章波粒二象性
第1节能量量子化：
物理学的新纪元
P28黑体辐射，学生理解为热辐射就可以了，不要在“黑体”概念上作文章。
P29～P31量子论的建立过程：
通过前人的工作了解科学探究
19世纪，经典的力学、电磁学、统计物理学取得了极大的成就。
威廉·汤姆孙1900年元旦，回顾了物理学过去几百年的发展，充满自信地宣称：
科学的大厦已经完成，未来的物理学家只要做些修补的工作就可以了。
不过他也承认，“明朗的天空中还有两朵小小的、另人不快的乌云。
”
黑体辐射的规律
黑体辐射
↓
经典电磁学
↓
矛盾
↓
普朗克假设
↓
推理（数学）
↓
验证
“量子化”的概念是这节的重点，可以通过通俗的事例说明。
第2节科学的转折：
光的粒子性
P32科学方法和科学态度的教育：
历史上，关于光的本性有两种学说
↓
干涉衍射现象证明了波动说
↓
麦克斯韦理论使波动说近乎完美
↓
波动说无法解释光电效应
↓
重新指出光的粒子性（标题中“转折”的含义）
P32下面一段：
赫兹最早观察到了（但没有意识到）……
后来又有其他人……
重大科学发现总有前兆――万有引力定律、相对论也是如此
P32光电效应的定量研究
图17.2-2，图17.2-3
饱和电压
遏止电压和截止频率
瞬时性
P34光的电磁理论的困难
不应存在截止频率
遏止电压应与光强有关
光弱时电子逸出应需很长时间
P35爱因斯坦光电效应方程
密立根的精密测量直接证实这个方程
P36思考与讨论
给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。
但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压Uc。
怎样改写此式以得到Uc与ν、W0的关系？
提示：
明确物理图景，Ek=eUc
P36例题：
密立根……测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，由此算出普朗克常数h……
下表是某金属的Uc和ν的几组数据。
Uc/V
0.541
0.637
0.714
0.809
0.878
ν/1014Hz
5.644
5.888
6.098
6.303
6.501
试作出Uc-ν图象并通过图象求出：
（1）这种金属的截止频率；
（2）普朗克常量。
解题的核心是由光电效应方程
结合动能与静电力做功的关系
Ek=eUc
写出学生熟悉的形式
Uc=
ν−
（蓝字――两个变量）
Uc–ν图象
由图象求参数的方法：
电源电动势和内阻（直接求参数）
用单摆测重力加速度（用图象求平均值）
……
P38康普顿效应
图17.3-5康普顿效应
光的电磁理论：
散射光的波长应与入射光的波长相同
假设光子不仅具有能量，而且具有动量；用动量守恒、能量守恒完美地解释了康普顿效应。
定性解释不算完美！
能量：
E=h·ν动量：
p=h/λ
P39第5题
5.根据图17.2-2所示研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗克常数？
根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常数的关系式。
方法的训练
第3节崭新的一页：
粒子的波动性
P41物质波的实验验证
粒子束是一种波，应该产生衍射
↓
波长很短，障碍物（孔隙）应该很小，一般物体不行
↓
此前已经了解了晶体的结构（用伦琴射线）
↓
1927年得出了电子衍射图样
图17.3-1电子束穿过铝箔后的衍射图样
P41课文：
在20世纪20年代，那些关心物质波实验验证的物理学家们，说起来实在太幸运了。
因为他们在技术上的这一难题已经解决，那是在伦琴射线的研究中解决的。
P41旁批：
说是幸运，其实也是必然。
平时说得比较多的是科学的成就推动了技术的进步；实际上，没有生产的需求，没有技术提供的物质手段，科学也不会发展。
STS的教育
P41最后一段关于伦琴射线的话说多了，对实物波有些干扰
P42为什么电子显微镜的分辨本领能比光学显微镜高？
后面的问题：
从减轻衍射影响这方面提高显微镜的分辨本领有哪两个途径？
电子显微镜采用了哪个途径？
如果显微镜用质子流而不是电子流工作，它们加速后的速度相同，哪种显微镜的分辨本领有可能更高？
λ=h/p
第4节概率波
为什么说光波是概率波？
思路：
双缝干涉条纹的解释：
波――强度不同；粒子――数目不同
↓
是否不同粒子之间相互作用表现为波动性？
↓
用极弱的光照，也表现出波动性
↓
单个粒子不一定沿直线“运动”？
↓
不确定性关系
↓
……
粒子不一定出现在A1、A2的位置
P45旁批：
我们早已了解概率的概念。
例如，抛出的硬币回落时的概率等。
但是，在抛掷硬币这类的宏观实验中观察到的概率，与量子理论中的概率之间有重要区别。
原则上，只要我们对抛硬币时手指用力的大小、方向、抛出的时机，以及硬币的高度、桌面和硬币的弹性等有足够多的信息，就有可能用牛顿物理学预言出具体的一次抛掷的结果。
但是，对于个别的量子事件，甚至原则上就是不可预言的：
“大自然自己也不知道她下一步要做什么。
”
不必引导学生讨论
对此现象的解释有不同的学派――爱、玻
第5节不确定性关系
图17.5-2狭缝的宽度决定了粒子位置的不确定范围
中央亮条的宽度决定了粒子动量的不确定范围
粒子束会发生衍射→粒子的位置和动量不能同时确定
常用的还有能量和时间
谱线的自然宽度
第十八章原子结构
第1节电子的发现
P52阴极射线小标题中主要说的是气体放电，可以略去。
但要让学生明白以下思路（不要求学生复述）：
连在电源负极上的某些金属在强电场（高电压）、高温、紫外线的作用会发出一种射线，这种射线叫做阴极射线
↓
关于阴极射线的两种观点：
电磁波～粒子流？
↓
J.J.汤姆孙测量阴极射线的比荷
（复习带电粒子在电磁场中的运动）
↓
阴极射线由带电粒子组成
但粒子或者质量非常小，或者电荷量非常大
↓
汤姆孙又直接测量了阴极射线粒子的电荷量
↓
阴极射线粒子的电荷与质子相当（负电）质量比质子小得多
↓
发现电子
P53思考与讨论
带电粒子的电荷量与其质量之比——比荷
，是一个重要的物理量。
根据带电粒子在电场和磁场中受力的情况，可以得出组成阴极射线的微粒的比荷。
建议你依照下面的提示自己算一算。
1.当金属板D、F之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上P1点。
施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。
由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？
图18.1-5汤姆孙的气体放电管的示意图
2.如果要抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到P1，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大小合适、方向垂直于纸面的磁场。
这个磁场B应该向纸外还是向纸内？
写出此时每个阴极射线微粒受到的洛仑兹力和电场力。
两个力之间应该有什么关系？
据此算出阴极射线的速度v的表达式。
由于金属板D、F间的距离是已知的，两板间的电压是可测量的，所以两板间的电场强度E也是已知量。
磁感应强度B可以由电流的大小算出，同样按已知量处理。
3.如果去掉D、F间的电场E，只保留磁场B，磁场方向与射线运动方向垂直。
阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧。
此时，组成阴极射线的粒子做圆周运动的向心力是洛仑兹力。
按照以上步骤就可以写出比荷
的表达式了。
这里要用到步骤2中求出的阴极射线速度v的表达式。
目的：
复习带电粒子在电磁场中的运动，体验科学探究中的分析与论证。
P56第4题与此题相似
第2节原子的核式结构模型
P57粒子散射实验
粒子是从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7300倍。
那时候已经知道粒子的性质了。
P58思考与讨论
1. 粒子射入金箔时难免与电子碰撞。
试估计这种碰撞对 粒子速度影响的大小。
2.按照汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。
请分析：
粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进。
猜想与假设、分析与论证――原子物理也能体现探究精神！
P59原子核的电荷与尺度
原子－－10−10m原子核－－10−15m教师应该记住
第3节氢原子光谱
物理学名词的规范化：
线状谱、连续谱……
图18.3-3暗线的形成
暗线的形成：
P61氢原子光谱的实验规律
观测事实（巴耳末公式）：
，n=3,4,5…
不要背诵
公式出现的目的：
●数学作为描述现象的工具的力量－－展示
●与后面
相对应－－审美体验
第4节玻尔的原子模型
P63学生要分清若干名词：
量子化、能级、定态、基态、激发态、跃迁
P65思考与讨论
巴耳末公式中有正整数n出现，这里我们也用正整数n来标志氢原子的能级，它们之间是否有某种联系？
，
……原子从较高的能级E2跃迁到较低的能级E1时，辐射的光子的能量为
……巴耳末公式中的正整数n和2，正好代表电子跃迁之前和跃迁之后所处的定态轨道的量子数n和2。
因此，巴耳末公式代表的应该是电子从量子数分别为n=3，4，5…的能级向量子数为2的能级跃迁时发出的光谱线。
按照这个思路可以根据玻尔理论推导出巴耳末公式，并从理论上算出里德伯常量R的值，所得结果与实验值符合得很好。
同样，玻尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱线系。
在巴耳末公式中如果把分母中的2换为其他自然数，就得到了其他谱线系的波长。
它们对应于氢原子从较高能级向除n＝2以外其他能级跃迁时辐射的光。
审美体验
P65弗兰克－赫兹实验――可以略去
图18.4-3弗兰克－赫兹实验原理图
汞蒸汽－－4.9eV
图18.4-4接收极电流随K-G电压的变化关系
P67玻尔模型的局限性：
定量解释只适用于氢原子。
玻尔模型保留了“轨道”的概念，但实际上……
－－如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来，就像云雾一样，可以形象地称做电子云。
P68第1题：
1.用玻尔理论解释，当巴耳末公式n＝5时计算出的氢原子光谱的谱线，是哪两个能级之间的跃迁造成的？
请用氢原子能级图中的数据计算这条谱线的波长，再用巴耳末公式计算它的波长。
比较用这两种方法计算的结果。
，
目的：
体会科学美，加深对于原子能级与分立的光谱线间关系的认识。
不要再用巴尔末公式做其他题目。
第5节激光
3-4中的“激光”只讲激光是什么，不讲激光是怎样产生的。
课标对激光产生的机理和激光器没有具体的要求。
P71STS：
从量子力学的诞生看科学技术与社会
三重意思：
科研方式的改变－－学习方式的改变；
科学发展的物质基础；
量子力学对我们今天生活的重大意义。
20世纪初是群英辈出的时代……在通往量子论的道路上，闪耀着普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森伯、德布罗意、薛定谔、玻恩和狄拉克等一大批杰出的物理学家的光辉的名字。
……与相对论的建立不同，量子理论并非主要由一个物理学家创立的，它是许多物理学家共同努力的结晶……“量子物理学的建立可以认为是物理学研究工作方式上的转折点”。
这种科学研究的群体性特点在20世纪后来的科学和技术研究中，例如核能的开发和利用、原子弹的研制中，都表现得十分突出。
量子力学的诞生也是与当时的社会环境分不开的……电的应用为物理学的发展奠定了技术基础。
真空技术的提高使汤姆孙能够利用高真空的放电管观察阴极射线在电、磁场中的偏转，从而导致了电子的发现……拉开了人类探索原子结构的序幕……
……量子理论的出现还源于对黑体辐射和光电效应等问题的研究……冶金对高温测量技术的需求推动了对热辐射的研究……为量子论的建立奠定了基础。
量子力学为人类找到了一种实际上“取之不尽，用之不竭”的新能源——核能……解释了材料的微观性质……后来发展为集成电路……可以说，没有量子力学就没有……我们今天的信息时代。
第十九章原子核
第1节原子核的组成
与现行教材大致相同
P79第1、4题：
1.有什么事实和理由可以说明放射性元素放出的射线来自原子核的内部？
天然放射现象的发现对物质微观结构的研究有什么意义？
……
4.当我们发现了质子，并在很多原子核中打出了质子以后，有什么理由可以认定原子核中一定还存在着另外不同种类的粒子？
体现了教学中科学探究的精神
第2节放射性元素的衰变
P80明确提出了衰变时电荷数守恒和质量数守恒的规律。
P80思考与讨论：
在α衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系？
相对于原来的核在周期表中的位置，新核在周期表中的位置应当向前移还是向后移？
要移动几位？
你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？
……
在β衰变中，质量数、核电荷数有什么变化规律？
我们提倡的学习方式。
P81半衰期
要求能定量地解决问题，例如
P83第5、6题
5.……已知钍234的半衰期是24天，1g钍经过120天后还剩多少？
6.铋210的半衰期是5天，经过多少天后，20g铋还剩1.25g？
题目中的天数是半衰期的整数倍
第3节探测射线的方法
整节都是一般性了解的要求
P85做一做：
用传感器测量放射性
图19.3-5安放G-M管的盒子
图19.3-6过去16min内每分种辐射次数的直方图
G-M管可以把射入的粒子的数目转换为电脉冲的数目，所以它是一种辐射传感器……可对不同辐射源的强度进行对比。
……传感器盒子里面装着G-M管。
开始计数后，计算机荧光屏上每隔1min跳出一个竖直放置的狭长矩形，表示G-M管在这1min内接收粒子的数目。
放射源可用学校实验室与威尔孙云室配套的弱放射源。
此外，目前有些地区还可以买到气灯罩，它含有硝酸钍Th（NO3）4，具有微弱的放射性。
图19.3-6就是对气灯罩的射线计数得到的直方图。
图19.3-6的下部用绿色标出，即使没有放射源，G-M管也会记录微弱的辐射，但不会高于这个区域。
这些辐射称为本底辐射，来自宇宙射线或地壳中的放射性物质。
用传感器还可以研究射线强度与距离的关系、不同物质对射线的吸收能力等许多课题。
第4节放射性的应用与防护
P86本书中核反应的定义：
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。
有的书把放射现象也称为核反应，不必拘泥。
再次强调“质量数守恒，电荷数守恒”
掌握两个守恒即可，不必记忆具体的核反应方程（还受其他条件限制）。
全节都是一般性了解
第5节核力与结合能
P90只是个示意图
P90旁批：
……物理学家一直梦想将自然界中的四种相互作用纳入某种统一的理论之中。
爱因斯坦为此做
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