第二节 原子核的组成（教学设计）物理沪科版选择性必修第三册

第2节 原子核的组成（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第二节 原子核的组成 教学 目标 物理观念 1. 知道原子核由质子和中子组成，理解核子、质子数、中子数、质量数的物理意义及数量关系。 2. 掌握同位素的定义，理解同位素化学性质相同、物理性质不同的特点。 3. 了解人工放射性同位素的发现，知道放射性同位素在医疗、工业、科研、农业等领域的应用。 科学思维 1. 通过质子、中子发现的实验分析，培养实验推理、证据论证的科学思维能力。 2. 能利用质量数守恒、电荷数守恒配平核反应方程，提升逻辑分析与定量计算能力。 3. 能区分原子核相关核心概念，建立微观粒子结构与宏观现象的联系。 科学探究 1. 梳理原子核组成的探究历程，体会 “提出问题 — 实验探究 — 得出结论” 的科学探究方法。 2. 能结合卢瑟福、查德威克实验，复述实验现象、分析实验结论，提升实验分析能力。 科学态度 与责任 1. 感受科学家探索微观世界的艰辛与智慧，树立求真务实、勇于探索的科学态度。 2. 了解核科技的实际应用，认识科学技术对人类社会的推动作用，增强科技应用的责任意识。 教学重难点 教学重点： 1. 原子核的组成：质子、中子的发现过程与核子概念。 2. 核心数量关系：质量数 (A)= 质子数 (Z)+ 中子数 (N)。 3. 同位素的概念、特点及核反应方程的配平规则。 4. 放射性同位素的发现与典型应用。 教学难点： 1. 理解卢瑟福、查德威克实验的原理与推理逻辑。 2. 准确运用质量数守恒、电荷数守恒书写并配平核反应方程。 3. 区分同位素、质子数、中子数、质量数等易混概念。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 【情境导入】原子核的结构之谜 1. 回顾旧知：原子由原子核和核外电子构成，卢瑟福 α 粒子散射实验证实了原子核的存在。 2. 提出追问：原子核是不是实心刚体？它内部是否存在更小的基本粒子？ 3. 历史线索：天然放射现象（铀、镭等元素自发放出射线）打破 “原子核永恒不变” 的观念，证明原子核有复杂内部结构。 4. 引出课题：20 世纪科学家用 α 粒子轰击原子核，逐步揭开原子核的组成秘密，本节课共同探索原子核的组成。 学生分组讨论： 回顾卢瑟福 α 粒子散射实验，思考并回答：原子核是否为实心刚体？内部是否有更小粒子？  结合天然放射现象，小组讨论：为什么说原子核具有复杂的内部结构？  列举生活中与 “核” 相关的科技应用，激发探究兴趣。 新课讲授 1. 质子的发现 —— 卢瑟福实验（1919 年） · 实验装置：α 粒子放射源、氮气容器、荧光屏 + 显微镜、铝箔（控制射程）。 · 实验现象：α 粒子轰击氮气后，荧光屏出现新闪光，新粒子穿透力强于 α 粒子。 · 实验结论：发现原子核内带正电的粒子 ——质子（₁¹H）。 · 核反应方程：₇¹⁴N + ₂⁴He → ₈¹⁷O + ₁¹H。 · 守恒规律：反应前后质量数守恒、电荷数守恒。 · 里程碑意义：人类第一次人工实现原子核的蜕变。 2. 中子的发现 —— 查德威克实验（1932 年） · 实验背景：约里奥 - 居里夫妇发现 α 粒子轰击铍产生强穿透力中性射线，误判为 γ 射线。 · 实验关键：该射线能从石蜡中打出质子，证明其有质量，并非 γ 射线。 · 实验结论：发现原子核内不带电的粒子 ——中子（₀¹n）。 · 核反应方程：₄⁹Be + ₂⁴He → ₆¹²C + ₀¹n。 · 科学意义：完善原子核结构拼图，证实原子核由质子和中子组成。 3. 原子核的组成与核心关系 · 核子：质子和中子统称为核子，是构成原子核的基本粒子。 · 数量关系： · 质子数 (Z)= 原子序数，决定元素种类； · 中子数 (N)，影响原子核稳定性； · 质量数 (A)=Z+N。 · 粒子特性： · 质子：带 + e 电荷，质量≈1u； · 中子：不带电，质量≈1u。 4. 同位素与人工放射性 · 同位素：质子数相同、中子数不同的原子核互称同位素。 · 特点：化学性质相同，物理性质（质量、稳定性）不同； · 实例：碳的同位素₆¹²C、₆¹³C、₆¹⁴C。 · 人工放射性（1934 年，约里奥 - 居里夫妇）： · 实验：α 粒子轰击铝箔，移走放射源后仍有放射性； · 核反应：₁₃²⁷Al + ₂⁴He → ₁₅³⁰P + ₀¹n，₁₅³⁰P → ₁₄³⁰Si + ₊₁⁰e； · 意义：首次人工合成放射性同位素，开启人工核素时代。 5. 放射性同位素的应用 · 医疗：PET 影像、肿瘤放疗、碳 14 呼气试验检测幽门螺杆菌； · 工业：无损探伤、管道 / 金属内部缺陷检测、厚度测量； · 科研与考古：碳 14 测年、生物示踪原子； · 农业：辐射育种，培育高产、抗病新品种。 学生讨论  观察卢瑟福实验装置图，说出核心器材：α 放射源、氮气容器、荧光屏、铝箔。  描述实验现象：充入氮气后荧光屏出现新闪光，新粒子穿透力更强。  依据质量数、电荷数守恒，配平氮核人工转变核反应方程。 学生讨论：  对比约里奥–居里夫妇与查德威克实验，判断中性射线不是 γ 射线的理由。  利用守恒定律，推导查德威克实验中的未知粒子 X，得出中子结论。  总结：中子的发现完善了原子核组成拼图。 学生讨论：  填写数量关系：质量数 (A) = 质子数 (Z) + 中子数 (N)。  计算铀–238、锶–95 的质子数与中子数，上台展示计算过程。  区分质子、中子、核子的概念与电性、质量特点。 学生讨论：  以碳–12、碳–13、碳–14 为例，标出质子数、中子数、质量数。  小组总结同位素特点：化学性质相同，物理性质不同。  判断常见粒子是否为同位素，巩固核心定义。 学生讨论;  分组列举：医疗、工业、考古、农业中的核技术应用实例。  说明放疗、探伤、碳–14 测年、辐射育种的核心物理原理。  讨论核科技对社会发展的意义。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1. 卢瑟福通过 α 粒子轰击氮核的实验，首次发现了原子核中的哪种粒子（） A. 电子 B. 中子 C. 质子 D. 光子 答案：C 解析：1919 年卢瑟福用 α 粒子轰击氮原子核，发现了带正电的质子，这是人类首次人工实现原子核的转变。 2. 查德威克在 1932 年通过实验最终确认了原子核中存在（） A. 质子 B. 中子 C. 电子 D. 正电子 答案：B 解析：查德威克通过 α 粒子轰击铍核的实验，证实了中子的存在，完善了原子核结构模型。 3. 原子核的组成是（） A. 质子和电子 B. 中子和电子 C. 质子和中子 D. 质子、中子和电子 答案：C 解析：原子核由质子和中子（统称为核子）组成，电子在原子核外绕核运动。 4. 下列关于质子的说法，错误的是（） A. 质子带正电 B. 质子质量约等于 1 个原子质量单位 C. 质子由卢瑟福发现 D. 质子不带电 答案：D 解析：质子带一个单位正电荷，质量约为 1u，由卢瑟福在 1919 年发现。 5. 下列关于中子的说法，正确的是（） A. 中子带正电 B. 中子带负电 C. 中子不带电 D. 中子质量远小于质子 答案：C 解析：中子不带电，质量与质子十分接近，约为 1.008665u。 6. 质量数 A、质子数 Z、中子数 N 的关系是（） A. A=Z−N B. A=N−Z C. A=Z+N D. Z=A+N 答案：C 解析：原子核质量数等于质子数与中子数之和，即 A=Z+N。 7. 元素的种类由原子核内的（）决定 A. 中子数 B. 质子数 C. 核子数 D. 质子数与中子数之和 答案：B 解析：质子数（原子序数）决定元素种类，中子数影响同位素与核稳定性。 8. 同位素的定义是（） A. 质子数相同，中子数也相同 B. 质子数相同，中子数不同 C. 质子数不同，中子数相同 D. 质子数不同，中子数也不同 答案：B 解析：质子数相同、中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。 9. 关于同位素的性质，下列说法正确的是（） A. 化学性质相同，物理性质不同 B. 化学性质不同，物理性质相同 C. 化学性质与物理性质都相同 D. 化学性质与物理性质都不同 答案：A 解析：同位素核外电子排布相同，化学性质几乎相同；中子数不同，质量与稳定性不同，物理性质不同。 10. 碳 - 12、碳 - 13、碳 - 14 互为同位素，它们相同的是（） A. 中子数 B. 质量数 C. 质子数 D. 核子数 答案：C 解析：三种碳原子质子数均为 6，中子数分别为 6、7、8，属于同位素。 11. 铀 - 238（92238​U）的中子数为（） A. 92 B. 146 C. 238 D. 330 答案：B 解析：中子数 N=A−Z=238−92=146。 12. 锶 - 95（原子序数 38，质量数 95）的中子数是（） A. 38 B. 57 C. 95 D. 133 答案：B 解析：中子数 N=95−38=57。 13. 首次发现人工放射性同位素的科学家是（） A. 卢瑟福 B. 查德威克 C. 约里奥 - 居里夫妇 D. 玻尔 答案：C 解析：1934 年约里奥 - 居里夫妇用 α 粒子轰击铝箔，首次人工合成放射性磷 - 30。 14. 卢瑟福发现质子的核反应方程：714​N+24​He→817​O+X，X 是（） A. 中子 B. 质子 C. 电子 D. α 粒子 答案：B 解析：根据质量数与电荷数守恒，X 质量数 1、电荷数 1，为质子11​H。 15. 查德威克发现中子的核反应：49​Be+24​He→612​C+X，X 是（） A. 质子 B. 中子 C. 电子 D. 正电子 答案：B 解析：质量数守恒：9+4−12=1；电荷数守恒：4+2−6=0，X 为中子01​n。 16. 天然放射现象说明（） A. 原子不可再分 B. 原子核有复杂结构 C. 原子由原子核和电子组成 D. 电子带负电 答案：B 解析：天然放射现象证明原子核可发生衰变，具有复杂的内部结构。 17. 核反应过程中一定守恒的是（） A. 质量 B. 动能 C. 质量数和电荷数 D. 动量 答案：C 解析：所有核反应都严格遵守质量数守恒和电荷数守恒。 18. 放射性同位素用于肿瘤放疗，主要利用射线的（） A. 穿透性 B. 荧光效应 C. 电离效应 D. 热效应 答案：C 解析：放疗利用高能射线的电离效应破坏癌细胞 DNA，达到杀伤肿瘤细胞的目的。 19. 下列不属于放射性同位素应用的是（） A. 工业无损探伤 B. 碳 - 14 考古测年 C. 太阳能发电 D. 医学 PET 显像 答案：C 解析：太阳能发电利用光电效应，与放射性同位素无关。 20. 关于核子，下列说法正确的是（） A. 只有质子叫核子 B. 只有中子叫核子 C. 质子和中子统称为核子 D. 电子也是核子 答案：C 解析：质子和中子质量相近，都处于原子核内，统称为核子。 板 书 设 计 一、原子核的探索 1. 天然放射现象 → 原子核有复杂结构 2. 人工轰击实验 → 揭开原子核组成 二、质子的发现（卢瑟福，1919） · 实验：α 粒子轰击氮核 · 核反应：714​N+24​He→817​O+11​H · 守恒：质量数守恒、电荷数守恒 · 意义：首次人工核转变 三、中子的发现（查德威克，1932） · 实验：α 粒子轰击铍核 · 核反应：49​Be+24​He→612​C+01​n · 结论：原子核由质子、中子组成 四、原子核的组成 · 核子：质子 + 中子 · 数量关系：A = Z + N · A：质量数 · Z：质子数（原子序数） · N：中子数 五、同位素与人工放射性 1. 同位素：质子数相同，中子数不同 · 化学性质相同，物理性质不同 2. 人工放射性：约里奥 - 居里夫妇（1934） · 首次合成放射性同位素1530​P 六、放射性同位素的应用 · 医疗：放疗、PET、示踪诊断 · 工业：无损探伤、厚度检测 · 考古：碳 - 14 测年 · 农业：辐射育种 课 堂 小 结 1. 原子核由质子和中子组成，质子决定元素种类，中子影响核稳定性。 2. 关键发现：质子（卢瑟福）、中子（查德威克）、人工放射性（约里奥 - 居里夫妇）。 3.核心公式：A=Z+N，核反应遵循质量数、电荷数守恒。 4.同位素：同质子、异中子；放射性同位素广泛应用于生产生活。 作 业 布 置 1. 完成教材课后习题，巩固核反应方程配平与概念辨析。 2. 查阅资料，撰写一段关于放射性同位素在医疗或工业中应用的简要说明。 教 学 反 思 本节课以科学史实验为主线，学生能掌握原子核组成、同位素等核心知识，对核反应方程配平掌握较好。但部分学生对实验推理逻辑理解不深入，对质子数、中子数、质量数的计算易出错。后续需增加实验细节讲解与定量计算练习，强化微观概念的理解与应用。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $