1. 原子核的组成（表格式教学设计）物理人教版选择性必修第三册

该高中物理教学设计聚焦“原子核的组成”，涵盖天然放射现象、三种射线特性、原子核由质子中子组成及同位素概念。通过提问“如何从天然放射现象揭开原子核秘密”导入，搭建从现象到微观结构的探究支架。 资料以核心素养为导向，科学思维上通过磁场偏转实验推理射线带电性质，科学探究上梳理质子中子发现历程，结合例题与课堂练习巩固。培养学生科学论证能力，为教师提供结构化教学流程与实例，提升教学效率。

第1节 原子核的组成 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第1节 原子核的组成 教学 目标 物理观念 了解天然放射现象，认识原子核具有复杂结构；理解三种射线的本质与特性；知道原子核由质子和中子组成，掌握原子核的电荷数、质量数与核子数的关系；理解同位素的概念，建立原子核组成的微观模型。 科学思维 通过分析三种射线在电场、磁场中的偏转实验，体会从实验现象到本质推理的逻辑；梳理质子、中子的发现历程，理解科学家提出假说、验证猜想的思维过程；对比原子模型与原子核模型的差异，形成微观粒子的结构思维方式。 科学探究 了解三种射线的区分实验、质子与中子发现实验的设计思路；体会“观察现象—提出猜想—实验验证—得出结论”的科学探究流程；通过分析实验数据，提升基于证据进行科学论证的能力。 科学态度 与责任 了解原子核组成的探索历程，感受科学家敢于质疑、勇于探索的科学精神；认识原子核结构研究对核能利用、现代科技发展的重要意义，树立尊重科学、严谨求实的科学态度。 教学 重难点 1.天然放射现象与三种射线的本质、特性(重点)。 2.原子核的组成（质子、中子）及符号表示(重点)。 3.三种射线的区分与本质理解。从实验现象推导原子核内部结构的逻辑过程(难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：关于原子核内部信息的研究，最早来自矿物的天然放射现象。那么，人们是怎样从破解天然放射现象入手，一步步揭开了原子核秘密的呢？ 学生思考问题。 新课讲授 一、天然放射现象 教师：1896年，贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，它能穿透黑纸使照相底片感光，这是首次发现天然铀的放射性。居里夫妇深入研究铀，又于1898年发现了新的放射性元素钋和镭，也正是居里夫妇最早提出了放射性的概念。 师生：共同总结，得出概念： 天然放射现象——放射性的元素自发地发出射线的现象。 放射性并不是少数元素的专利，原子序数大于83的元素都具有放射性，部分原子序数小于或等于83的元素也具有放射性。 教师：1827年居里夫人在实验中发现，铀盐发出的射线强度只与化合物中铀的含量成正比，与化合物的种类无关，后续又经过了反复的实验验证，最终发现，如果一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质形式存在的，还是以化合物形式存在的，都具有放射性。 师生：共同总结 1.放射性：物质发射射线的性质 2.放射性元素：具有放射性的元素 3.天然放射现象：放射性的元素自发地发出射线的现象 4.具有放射性： （1）所有原子序数≥83的元素 （2）部分原子序数＜83的元素 5.天然放射现象的意义：表明原子核也是具有结构的 学生阅读教材。 新课讲授 二、放射性的本质 教师：自从发现了天然放射现象，人们就一直在研究射线的本质。请同学们大胆地猜想，射线可能是什么? 学生：带电粒子、电磁波等。 教师：把放射源铀、钍或镭放入用铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。通过磁场后分成了三束，从图示的实验现象中同学们能够得出什么结论? 学生：有两束射线在磁场中向不同的方向偏转，证明它们是带电粒子流；另一束在磁场不偏转，说明它不带电。 教师：这三种射线分别就是α射线、β射线和γ射线。如果α射线、β射线都是带电粒子流，按照图中标出的径迹判断，它们分别带什么电荷？如果不用磁场而用电场判断它们带电的性质，两个电极怎样放置可以使三种射线大致沿图示的方向偏转？ 学生：根据左手定则，α射线带正电荷，β射线带负电荷。 教师：射线使原子中的电子脱离核的束缚成为自由电子，这样的过程叫作电离。射线的上述作用叫作电离作用。 请同学们阅读教材，尝试填写关于三种射线性质的表格。 学生：填写表格，结果如下。 教师：放射性的强度也不受温度、外界压强的影响。由于元素的化学性质决定于原子核外的电子，这就说明射线与这些电子无关，即射线来自原子核，也就是说原子核内有结构。 由微观粒子构成的射线，肉眼是看不见的。但是，射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象，会显示射线的存在。威尔逊云室就是一种常用的射线探测装置。 【例1】(多选)(2024·玉溪市模拟)如图所示，在铅制盒子中存放有放射性元素铀，射线只能从盒子上的小孔射出，形成细细的一束。在射线经过的区域施加垂直于纸面向外的匀强磁场，发现射线分裂成了1、2和3三束，则 A.射线1带负电 B.射线2为X射线，穿透能力最强 C.射线3的粒子与光照射金属时所逸出的带电粒子是同一种粒子 D.三束射线速度大小不同，穿透能力也不同 【解析】由左手定则可知射线1是α粒子，带正电，射线2是γ射线，不带电，射线3是β粒子，带负电，故A错误；射线2是γ射线，穿透本领最强，故B错误；射线3是β粒子，本质是电子，与光照射金属时所逸出的带电粒子是同一种粒子，故C正确；三种射线速度大小不同，其中α粒子速度最小，穿透能力最弱，电离本领最强，β粒子速度可以接近光速，穿透能力较强，电离能力较弱，γ射线速度最大，穿透本领最强，电离本领最弱，故D正确。 学生观察粒子在电场或磁场中的运动偏转情况。 新课讲授 三、原子核的组成 教师：放射现象中放出的三种射线都是从放射性元素的原子核内释放出来的，这表明原子核也有内部结构。原子核内究竟还有什么结构？原子核又是由什么粒子组成的呢？我们可以从对宏观物体的探究方法入手，思考微观结构的探究方法。接下来我们一起学习卢瑟福发现质子的过程。 请同学们自己写出卢瑟福发现质子的核反应方程。 学生： 教师：原子核是只由质子组成的吗？如果原子核中只有质子，那么，任何一种原子核的质量与电荷量之比，都应该等于质子的质量与电荷量之比。但事实是这样的吗？ 学生：如果原子核中内只有质子，则： 实际上： 说明原子核还有其他组成部分 教师：卢瑟福猜想原子核内存在另一种不带电的粒子，1920年，卢瑟福预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中 子。这一猜想被他的学生查德威克用实验证实。如图所示 教师：由于中子不带电，原子核所带的电荷等于核内质子电荷的总和。所以，原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数，用Z表示。哪些物理量在数值上与核电荷数Z相等？ 学生：核电荷数Z=质子数=原子序数=核外电子数。 教师：原子核要如何表示呢？ 学生： 教师：具有相同质子、不同中子数的原子互称同位素。在元素周期表中处于同一位置，具有相同的化学性质。 例如 【例2】下列说法正确的是 A. 为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234 B.为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4 C.同一元素的两种同位素具有相同的质量数 D.同一元素的两种同位素具有不同的中子数 【解析】钍核的质量数为234，质子数为90，A错误；铍核的质子数为4，中子数为5，B错误；同位素的质子数相同而中子数不同，即质量数不同，C错误，D正确。 【例3】已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226，试问： (1)镭核中质子数和中子数分别是多少？ (2)镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是多少？(e=1.6×1019C) (3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？ (4)是镭的一种同位素，让和以相同的速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？ 【解析】（1）原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的。原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和，镭核中的质子数等于原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即：N=A-Z=226-88=138。 （2）镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是：Z=88，Q=Ze=88×1.6×10-19 C=1.408×10-17 C。 （3）核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88。 （4）带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，故有，解得，二者的速度相同，又由于同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同， 故 。 学生思考并回答问题。 课 堂 练 习 1.如图所示，x为未知放射源，它向右方放出射线，p为一张厚度为0.5 mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是一真空区域，内有较强磁场，q为荧光屏，h是观察装置．实验时，若将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，再将铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源x可能为(　　) A.α射线和β射线的混合放射源 B.α射线和γ射线的混合放射源 C.β射线和γ射线的混合放射源 D.α射线、β射线和γ射线的混合放射源 【解析】将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，说明磁场对穿过p的射线没有影响，可知射到屏上的是不带电的γ射线；再将厚0.5 mm左右的薄铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，说明除接收到γ射线外，又收到了原来被薄铝箔p挡住的射线，而厚度为0.5 mm左右的铝箔能挡住的只有α射线，所以此放射源应是α射线和γ射线的混合放射源，故选项B正确． 2.如图，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外．已知放射源放出的射线有α、β、γ三种，下列判断正确的是(　　) A.甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线 B.甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线 C.甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线 D.甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线 【解析】α射线是高速氦核(He)流，带正电荷；β射线是高速电子(e)流，带负电荷，根据左手定则，可知α射线受到的洛伦兹力方向向右，β射线受到的洛伦兹力方向向左，故丙是α射线，甲是β射线．γ射线是高频电磁波，不带电，在磁场中的运动轨迹不会发生偏转，故乙是γ射线，B正确． 3.锶原子核的符号是Sr，那么它的原子(　　) A.核外有38个电子，核内有95个质子 B.核外有38个电子，核内有57个中子 C.核外有57个电子，核内有57个质子 D.核外有57个电子，核内有38个质子 【解析】根据质子数＋中子数＝质量数可以求解，Sr原子核内的质子数为38，核外电子数等于核内质子数，即为38，质量数为95，中子数为57.故选B． 4.α、β、γ三种射线穿透能力的示意图如图所示，下列说法正确的是(　　) A.甲为α射线，它的贯穿能力和电离作用都很弱 B.乙为β射线，它是由原子核外的电子电离后形成的高速电子流 C.丙为γ射线，它在真空中的传播速度是3.0×108 m/s D.以上说法都不对 【解析】α射线贯穿能力很弱，电离作用很强，一张纸就能把它挡住，β射线能贯穿几毫米厚的铝板，电离作用较弱，γ射线贯穿本领最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土．α射线电离作用强，A选项错误；三种射线都来自原子核，B选项错误；γ射线是一种电磁波，在真空中的传播速度是3.0×108 m/s，C选项正确，D选项错误． 5.若用x代表一个中性原子核外的电子数，y代表此原子核内的质子数，z代表此原子核内的中子数，则对 Th的原子来说(　　) A.x＝90　y＝90　z＝234 B.x＝90　y＝90　z＝144 C.x＝144　y＝144　z＝90 D.x＝234　y＝234　z＝324 【解析】在Th的原子中，左下角标为质子数，左上角标为质量数，则y＝90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝90；中子数等于质量数减去质子数，即z＝234－90＝144，B正确。 课 堂 小 结 板 书 设 计 第1节 原子核的组成 一、天然放射现象 1.1896年，物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线。玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。 2.物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象。 3.原子序数大于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线。 二、放射性的本质 1.α射线 (1)是高速粒子流，其组成与氦原子核相同，符号为He，带电荷量为2e，质量是氢原子的4倍。 (2)速度可以达到光速的。 (3)电离作用强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 2.β射线 (1)是高速电子流，符号为e，带电荷量为-e。 (2)它的速度可接近光速。 (3)电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。 3.γ射线 (1)是能量很高的电磁波，波长很短，波长在10-10 m以下。 (2)不带电，静止质量为0。 (3)电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。 三、原子核的组成 1.质子p (1)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子。 (2)质子带正电，电荷量与一个电子电荷量相等，质子的质量为mp=1.672 621 898×10-27 kg。 2.中子n (1)卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，查德威克通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。 (2)中子的质量为mn=1.674 927 471×10-27 kg。 3.原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。 4.原子核的符号 5.同位素：核中质子数相同而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素。例如，氢有三种同位素氕、氘、氚，符号分别是、、。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“练习与应用”。 2.配套分层作业。 教学反思 本节课涉及的内容比较抽象，可先鼓励学生以物理学发展的历史为时间线索自行尝试总结，教师再给予引导性问题支持，逐渐培养学生知识总结的意识与能力，同时培养学生的科学探究意识。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $