5.1 原子核的组成 课时教案-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

5.1《原子核的组成》课时教案

学科

物理

年级册别

高三上册

共1课时

教材

教科版选择性必修第三册

授课类型

新授课

第1课时

教材分析

教材分析
本节内容选自教科版高中物理选择性必修第三册第五章第一节《原子核的组成》，是学生在学习了原子结构、能级跃迁等知识基础上，进一步深入微观世界的关键一环。教材从天然放射现象引入，通过介绍α、β、γ射线的发现历程，引出原子核具有复杂内部结构的事实。随后系统阐述质子和中子的发现过程，明确原子核由质子和中子构成，并引入质量数、电荷数、同位素等核心概念。本节内容为后续学习核反应、核能利用、衰变规律等打下坚实基础，在整个原子核物理模块中起着承上启下的作用。

学情分析
高三学生已具备一定的原子物理基础知识，了解卢瑟福核式结构模型及电子能级等概念，具备初步的抽象思维与逻辑推理能力。但对原子核内部结构仍停留在模糊认知阶段，对于“看不见摸不着”的微观粒子存在理解困难。此外，学生容易将原子与原子核混淆，对同位素的概念理解不深。基于此，教学中应充分利用历史实验情境激发兴趣，借助类比、模型建构等方式帮助学生建立清晰的微观图景；同时结合生活实例（如碳-14测年）增强现实关联，提升科学素养。采用探究式教学，引导学生像科学家一样思考问题，突破认知障碍。

课时教学目标

物理观念
1. 能准确说出原子核由质子和中子组成，掌握质量数、电荷数的定义及其符号表示方法。
2. 能正确书写原子核的符号表达式，理解同位素的物理含义并举例说明其应用。

科学思维
1. 通过分析查德威克发现中子的实验设计思路，体会“提出假说—设计实验—验证结论”的科学探究逻辑。
2. 运用比较归纳法区分α、β、γ三种射线的本质特征，提升模型建构与逻辑推理能力。

科学探究
1. 能基于天然放射现象的事实，提出“原子核是否可分”的科学问题，并尝试构建可能的内部结构模型。
2. 在教师引导下模拟卢瑟福散射实验与查德威克实验的关键环节，体验实验证据在确立科学理论中的决定性作用。

科学态度与责任
1. 感受人类探索微观世界的艰辛历程，体会科学家严谨求实、勇于创新的精神品质。
2. 认识同位素在医学、考古、能源等领域的重要价值，树立科技服务于社会的责任意识。

教学重点、难点

重点
1. 原子核的组成：质子和中子；原子核的符号表示法（AZX）。
2. 同位素的概念及其实际意义。

难点
1. 理解查德威克发现中子的实验推理过程，特别是如何排除γ射线假说。
2. 建立宏观不可见的原子核结构模型，实现从“原子”到“原子核”认知层次的跃迁。

教学方法与准备

教学方法
情境探究法、合作学习、讲授法相结合

教具准备
多媒体课件、αβγ射线穿透性演示动画、查德威克实验原理示意图、同位素应用视频片段

教学环节

教师活动

学生活动

情景导入：揭开神秘射线之谜
【8分钟】

一、重现历史场景，引发认知冲突。

（一）、播放居里夫妇研究天然放射性的纪录片片段。
画面展示：黑暗实验室中闪烁的荧光屏，居里夫人专注记录数据的身影。旁白讲述：“1896年，贝克勒尔意外发现铀盐能使底片感光；随后，居里夫妇从中提炼出钋与镭——这些元素无需外界激发就能持续释放能量，仿佛拥有‘内在火焰’。”我缓缓说道：“同学们，请看这段影像。一百多年前，科学家们面对这种‘自发发光发热’的现象百思不得其解。如果你们是当时的物理学家，会如何解释这一奇异现象？”停顿片刻后追问：“它来自原子整体？还是暗示着更深层的秘密？”
（二）、展示三种射线在磁场中的偏转轨迹图。
投影呈现教材P78图5.1-2：左侧为未加磁场时三条直线路径，右侧加入垂直纸面向里的匀强磁场后，一条向左偏（带正电）、一条向右偏（带负电）、一条不偏（中性）。我指着图像解释：“这是卢瑟福团队做的关键实验。他们让射线穿过磁场，结果发现可分为三类：一类偏转程度大且方向符合正电荷运动规律——这就是α射线；一类反向偏转，性质类似高速电子流——即β射线；还有一类丝毫不受影响，如同幽灵般穿行——称为γ射线。”接着提问：“这说明什么？原子作为一个整体，真的不能再分了吗？”引导学生意识到：“既然能分离出不同性质的粒子流，那就意味着原子内部必然存在某种复杂的结构单元。”
（三）、引出课题，布置探究任务。
我在黑板中央写下“原子核的组成”五个大字，语气庄重地说：“今天，我们就化身二十世纪初的探索者，沿着先贤足迹，一步步揭开原子核的神秘面纱。我们的终极任务是：回答两个问题——第一，原子核到底由什么构成？第二，我们凭什么相信这个结论？”全班分成四个科研小组，每组领取一份‘科学探案日志’，用于记录推理过程与证据链条。

1. 观看视频，感受科学发现的历史氛围。
2. 思考并讨论天然放射性的来源可能性。
3. 分析射线在磁场中的偏转情况，推断其带电性质。
4. 明确本节课的探究主题与小组任务分工。

评价任务

观察能力：☆☆☆
推理意识：☆☆☆
参与热情：☆☆☆

设计意图

以真实科学史实创设沉浸式学习情境，利用“自发辐射”这一反常现象激发好奇心；通过可视化实验现象（磁场偏转）引导学生从现象走向本质思考，自然引出“原子可分”的科学命题；设置角色扮演与任务驱动，增强课堂代入感与协作动机。

新知建构：追寻质子与中子的足迹
【15分钟】

一、锁定带正电的基石——质子的发现之旅。

（一）、回顾卢瑟福α粒子散射实验的核心结论。
我调出动态模拟动画：一束α粒子轰击金箔，绝大多数直接穿过

1. 回忆α粒子散射实验结论，理解原子核的存在。
2. 根据原子序数确定各元

，少数发生大角度偏转，极个别甚至反弹回来。“还记得这个经典实验吗？”我问，“它告诉我们原子的质量和正电荷集中在一个极小区域——原子核。那么问题来了：这个带正电的核心是由什么组成的呢？”顺势引出1919年卢瑟福用α粒子轰击氮气的实验：“他发现有一种新粒子飞出，经测定其电荷量与氢原子核相同，质量也相近。于是大胆推测：这种粒子就是所有原子核共有的基本成分，并命名为‘proton’——质子。”我强调：“这意味着，氢原子核其实就是单个质子，而其他元素的原子核则含有多个质子。”
（二）、引导学生写出几种典型原子核的质子数表达式。
我在屏幕上列出：1H, 4He, 12C, 16O, 238U，并提问：“请根据原子序数等于核电荷数的原则，填写它们各自的质子数Z。”待学生完成填空后，总结道：“我们用Z表示质子数，也就是原子序数。例如，碳原子有6个质子，所以Z=6。”随即引入符号规范：“今后我们将用AZX来表示任意一种原子核，其中X是元素符号，Z是质子数。”

 

二、破解质量缺失之谜——中子的登场。

（一）、提出矛盾：为何原子质量大于质子总质量？
我展示一张表格：氦核（4He）质量约为4u，但仅有2个质子（合计约2u），剩下2u去哪儿了？同样地，铀-238有92个质子，总质量却达238u！我加重语气：“这就像一栋大楼，只算了钢筋重量，却发现实际建材重了一倍——显然还有别的建筑材料未被识别！”引导学生意识到：“必须存在另一种不带电但有质量的粒子隐藏在核内。”历史上，有人曾猜测是‘质子+电子’组合，但量子力学证明电子无法稳定存在于核内。
（二）、聚焦查德威克实验：如何证明中性粒子的存在？
我播放自制动画：1932年，查德威克用钋源产生的α粒子轰击铍靶，产生一种穿透力极强的中性射线。当他将这种射线照射石蜡（富含氢原子）时，竟打出高速质子！“若这是γ光子，根据康普顿散射公式计算，所需光子能量高达50MeV，远超理论预期。”我边讲解边画出动量守恒示意图，“而假设这是一种质量接近质子的新粒子，则完全符合能量与动量守恒定律。”最终，他确认这是一种新的基本粒子——中子（neutron），并因此获得诺贝尔奖。我总结：“正是通过精密的实验设计与严密的逻辑推理，人类终于找到了原子核的另一半拼图。”

素的质子数Z。
3. 分析原子质量与质子总质量的差异，提出“未知粒子”猜想。
4. 理解查德威克实验的设计逻辑与结论依据。

评价任务

概念理解：☆☆☆
逻辑推理：☆☆☆
证据提取：☆☆☆

设计意图

遵循“发现问题—提出假说—实验验证”的科学认知路径，还原重大发现的真实过程；通过质量差值的量化对比，强化学生的数据敏感性；借助动画再现查德威克实验的关键环节，降低抽象思维难度，突出守恒思想在物理研究中的核心地位。

深化理解：构建原子核的完整图景
【12分钟】

一、整合信息，定义关键物理量。

（一）、正式引入质量数A与中子数N的概念。
我在黑板上画出一个圆圈代表原子核，内部标注“Z个质子 + N

1. 理解并运用A=Z+N关系式进行计算。
2. 小组合作完成核素识别任务卡。