5.3 核力与结合能立 教学设计 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理教学设计聚焦核力与结合能核心知识，通过原子核微观结构设问图呈现质子斥力与稳定的矛盾导入，承接原子核组成与衰变知识，搭建从四种基本相互作用到核力特点、质量亏损、结合能及比结合能曲线的完整知识支架。 资料特色在于融合星系图、微观模型图等可视化资源，采用宏观微观对比、模型拆解等教学法，以矛盾设疑引导科学探究，通过比结合能曲线培养图像分析的科学思维，配套核力与质量亏损科普动画及分层任务，助力学生建立相互作用与能量观念，为教师提供清晰教学脉络与素养培养路径。

教学设计 课程名称 核力与结合能 选用教材 高中物理人教版选修三 教学章节 第五章三节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课承接原子核组成、衰变相关知识，围绕原子核稳定存在的内在原因搭建完整知识链条，分为四大核心板块：第一板块由质子间静电斥力矛盾提出问题，引入核力概念，梳理自然界引力、电磁、强、弱四种基本相互作用，对比四种作用的作用范围、强度、适用场景；第二板块讲解核力（强相互作用）的特点，依托微观模型说明核力存在于所有核子之间、短程作用、饱和性；第三板块借助氦核拆分与聚合能量变化模型，引入质量亏损、结合能概念，明确质能方程的物理意义；第四板块解读比结合能曲线图，归纳中等质量原子核比结合能最大、结构最稳定的规律，为后续裂变、聚变知识铺垫理论基础。课程打通宏观天体力、日常电磁力、微观核力的统一框架，建立质量与能量关联的相对论微观认知。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经掌握原子核由质子、中子构成，清楚同种电荷相互排斥；熟知万有引力、弹力、摩擦力本质是电磁相互作用，但从未接触强、弱相互作用；不了解核力的存在与特点，完全没有质量亏损、结合能、比结合能相关概念；只粗浅听过质能方程，不清楚该公式适用于原子核质量能量转化，无法区分结合能与比结合能。 2. 能力基础 学生具备受力矛盾分析能力，但无法自主通过 “质子互斥原子核却稳定” 推理核力存在；小组讨论时难以对比区分四种基本相互作用的范围与强度；不能从核子拆分、聚合示意图分析能量变化，解读比结合能曲线提取原子核稳定规律的图像分析能力薄弱。 3. 思维基础 学生存在典型认知误区：默认万有引力束缚原子核，忽略引力强度远小于静电斥力；认为核力只存在质子与中子之间，不知道质子 - 质子、中子 - 中子间同样存在核力；觉得原子核总质量等于全部核子质量之和，无法理解质量亏损；混淆结合能、比结合能两个概念，不能读懂曲线反映的原子核稳定程度规律。 三、教学目标 1. 物理观念 建立统一的相互作用微观宏观观念，熟记引力、电磁、强、弱四种基本相互作用的特点；掌握核力（强相互作用）短程、饱和、存在于全部核子间的核心性质；理解质量亏损、结合能物理含义，知道核子聚合释放能量、拆分吸收能量；看懂比结合能曲线，明白中等质量原子核最稳定。 2. 科学思维 依托原子核微观结构设问图建立质子斥力与原子核稳定的矛盾猜想建模思维；借助四种基本相互作用星系图建立宏观引力、微观强相互作用分层归纳对比思维；利用核力微观模型图建立核力作用对象、作用距离特征的辨析分析思维；结合比结合能曲线图建立定量判断原子核稳定程度的图像推演思维，实现矛盾设疑、分类对比、微观模型拆解、图像定量分析全链条科学思维训练。 3. 科学探究 观察原子核结构设问，思考带正电质子不分散的内在作用力；研读星系示意图对比引力宏观作用范围，结合核模型区分核力微观短程特征；分析氦核拆分、聚合的能量变化，推导质量亏损与结合能的关联；解读比结合能曲线，归纳原子核稳定规律；完整经历 “质子斥力矛盾提出核力猜想→区分四种基本相互作用→微观模型拆解核力特点→能量变化引入质量亏损与结合能→曲线分析原子核稳定性” 完整探究流程。 4. 科学态度与责任 物理学家先后发现引力、电磁力，再通过原子核稳定性矛盾推导出强、弱相互作用，历经百年完善四种基本相互作用体系，体现物理研究善于发现理论矛盾、持续实验推演、层层递进完善理论的科研品格；核力、结合能理论是核能发电、核武器、医用核设备的底层理论，引导学生辩证看待核能利弊，树立合理开发清洁能源、规范管控核资源、严谨求真的科学责任意识。 四、教学重难点 重点 四种基本相互作用的区分，核力的三大核心特点 质量亏损、结合能的定义，核子分合过程能量变化规律 比结合能曲线解读，中等核最稳定的规律 难点 结合原子核稳定的矛盾，理解核力短程、高强度的特点 区分结合能与比结合能，读懂比结合能曲线反映的原子核稳定性 五、教学方法 矛盾情境问题导入法：原子核微观结构设问图抛出质子斥力矛盾，引出核力课题； 宏观微观对比教学法：四种基本相互作用星系图区分引力、强相互作用适用尺度； 微观模型拆解教学法：核力微观模型图直观展示核力作用核子对象； 图像定量分析法：比结合能曲线图提取原子核稳定规律； 小组对比时序讨论法：互助梳理四种基本相互作用的强度、作用范围。 六、教学资源 人教版选择性必修第三册课本；原子核微观结构设问图、四种基本相互作用星系图、核力微观模型图、比结合能曲线图；核力与质量亏损科普动画、多媒体课件、黑板、四种相互作用对比表格。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 原子核受力矛盾导入，引出核力探究问题 · 展示原子核微观结构设问图 · 抛出核心矛盾：原子核内部挤满带正电的质子，同种电荷存在巨大静电斥力，万有引力强度又远不足以抵消斥力，可原子核却稳定存在，顺势抛出核心导学思考题：一定存在一种全新的作用力，牢牢束缚所有核子，这种力是什么？具备哪些特殊性质？ · 递进出示同桌交流问题：如果这种力只能在极小距离内发挥作用，超出距离立刻消失，能否解释原子核体积微小、核子紧密束缚的特点？给学生两分钟同桌交流，结合原子核尺寸猜想作答。 · 待学生交流完毕点明本节课探究主线：先梳理自然界全部四种基本相互作用，对比各自特点；再重点研究核力也就是强相互作用的独有性质；通过氦核拆分、聚合的能量变化学习质量亏损与结合能；最后解读比结合能曲线，判断不同原子核的稳定程度。 观看原子核微观结构设问图，发现质子互斥与原子核稳定的理论矛盾，产生探究新作用力的兴趣；同桌之间猜想束缚核子的力只能在极小距离内生效；带着 “自然界有几种基本相互作用、核力有什么特点、什么是质量亏损和结合能、什么样的原子核最稳定” 四大疑问进入新课主体学习。 四种基本相互作用、核力、质量亏损与结合能、比结合能 · 第一步，讲解自然界四类基本相互作用。 展示四种基本相互作用星系图 · 分层对比讲解：引力作用尺度最大，维系星系、行星；电磁相互作用作用于原子、分子，日常弹力、摩擦力均属于电磁力；强相互作用即核力，只在原子核极小尺度生效，束缚核子；弱相互作用参与 β 衰变，作用范围同样极小。随后展示核力微观模型图 · 总结核力三大特点：短程力，仅 10⁻¹⁵m 内生效；饱和性，一个核子只和相邻少量核子产生作用；质子与质子、中子与中子、质子与中子之间均存在核力。同步配套随堂提问：为什么原子核体积不能无限扩大，结合核力短程、饱和特点说明理由。 · 在学生作答后过渡质量亏损与结合能教学，结合氦核拆分聚合示意图讲解：把原子核拆成单个核子需要持续吸收能量，核子结合成原子核会向外释放能量；原子核总质量小于组成它的所有核子质量之和，该差值称为质量亏损，亏损的质量对应释放的结合能。第二步，展示比结合能曲线图 · 分步解读曲线：横坐标代表原子核质量数，纵坐标代表平均每个核子的结合能；曲线呈现先快速上升、中段平缓、重核缓慢下降的特征，中等质量原子核比结合能数值最大，原子核结构最稳定。组织三分钟四人小组讨论思考题：对比引力、电磁、强、弱四种相互作用的作用尺度、强度，每组推选代表完整汇报对比结果。 观看四种基本相互作用星系图，记录四类相互作用的作用尺度、典型场景；观看核力微观模型图，熟记核力短程、饱和、全部核子间存在的三大特点；理解核子聚合释能、拆分吸能，记住质量亏损定义；观看比结合能曲线图，抓住中等原子核最稳定的核心规律；四人小组围绕四种基本相互作用展开辨析讨论；整理四种相互作用、核力、质量亏损、结合能完整笔记。 课堂总结、分层课后任务 · 整合四张配图梳理课堂主线：原子核微观结构设问图由质子斥力稳定矛盾提出核力疑问→四种基本相互作用星系图宏观微观对比四类基础作用力→核力微观模型图拆解核力独有三大性质→比结合能曲线图定量分析原子核稳定程度，完整覆盖矛盾设疑、四种作用分类、核力特征、原子核稳定规律四大核心板块。 · 按照教材行文梳理整节课完整知识脉络：质子静电斥力与原子核稳定存在矛盾，引出全新作用力核力→自然界存在引力、电磁、强、弱四种基本相互作用，各自作用尺度、强度差异巨大→核力属于强相互作用，具备短程、饱和、全域核子作用特点→核子结合存在质量亏损，亏损质量对应结合能→比结合能曲线反映原子核稳定性，中等核最稳定，黑板同步思维导图，标记四种相互作用区分、核力特点、质量亏损、比结合能四大高频易错点。 · 分层布置贴合教材的课后任务：基础任务写出四种基本相互作用名称，简述核力三条核心特点；提升任务解释什么是质量亏损、结合能；拓展任务结合比结合能曲线说明中等质量原子核最稳定的原因，下节课分享。 整合本节课四张配图对应的原子核矛盾导入、星系四种作用对比、核力微观模型、比结合能曲线全部知识点，重点纠正 “引力束缚原子核”“核力只存在质子中子之间” 两类高频认知错误；记录分层课后作业要求，规划概念默写、规律解释、曲线分析的完成顺序。 课堂收尾 · 回扣开篇原子核微观结构设问图完整总结本节课全部内容：本节课我们解开了原子核稳定的受力矛盾，自然界一共存在引力、电磁、强、弱四种基本相互作用，束缚核子的核力属于强相互作用，具有短程、饱和、全部核子间均可作用的特殊性质；核子结合成原子核会出现质量亏损，亏损的质量转化为释放的结合能；借助比结合能曲线可以判断，中等质量原子核比结合能更大，结构更加稳定，为后续核裂变、核聚变的学习打下理论根基。 完整回顾四种基本相互作用、核力特点、质量亏损、结合能、比结合能全部知识点，整理四幅配图对应的质子斥力矛盾、星系作用对比、核力微观模型、比结合能曲线笔记，理清 “原子核受力矛盾设疑→分类认识四种基础相互作用→微观模型总结核力特征→能量变化引入质量亏损与结合能→图像分析原子核稳定规律” 的微观核力完整探究思路，规划课后分层任务完成顺序。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托原子核微观结构设问图、四种基本相互作用星系图、核力微观模型图、比结合能曲线图四组教材素材，沿着受力矛盾设疑、四类基础相互作用分类对比、核力微观特征拆解、比结合能图像定量分析的脉络开展教学，培养学生从微观原子核受力矛盾提出物理猜想、结合宏观星系图像对比区分四种基础作用力、依托微观核模型归纳核力独有性质、借助曲线定量判断原子核稳定程度的严谨实证科研品格；历代物理学家从天体引力、日常电磁力出发，逐步发现原子核内部强、弱相互作用，历经数十年完善统一四种基本相互作用理论，体现物理研究不局限于直观宏观现象、深挖微观底层规律、接续攻关完善理论体系的科研底色；核力、质量亏损、比结合能理论是核能发电、医用放疗、核工业设备的核心底层理论，事关我国清洁能源与高端医疗产业发展，引导学生扎实掌握四类相互作用、核力、结合能完整知识体系，树立依托微观核物理理论开发清洁能源、突破核医疗设备 “卡脖子” 技术、安全规范利用核能的责任意识。 十、教学反思和修改 教学反思：本节课使用四张教材配图结合原子核受力矛盾导入、四种基本相互作用对比、核力微观模型、比结合能曲线完整完成教学，但学生普遍存在三处典型认知误区：一是误认为万有引力束缚原子核，忽略引力强度远小于质子静电斥力；二是记混核力作用对象，认为核力只存在质子和中子之间；三是分不清结合能、比结合能，无法准确解读曲线说明中等原子核稳定性；部分小组不能结合核力短程、饱和特点解释原子核尺寸有限的原因。 修改措施：课前印制四种基本相互作用尺度、强度对比填空预习单，提前区分引力与强相互作用适用场景；课堂增加核力作用对象标注小练习，强化核力全域核子作用认知；延长四人小组比结合能曲线辨析讨论时长，增设 “为什么重核更容易发生裂变” 随堂问答题即时纠错；课后配套四种相互作用、核力特点默写分层基础习题，配套质量亏损解释、比结合能曲线分析拓展作业，强化四种作用区分、核力特征、曲线解读三重专项训练。 学科网（北京）股份有限公司 $