5.1 认识原子核 教学设计-2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第三册

该高中物理教学设计聚焦《认识原子核》，核心知识点涵盖天然放射现象、三种射线本质与区分、原子核组成及核反应方程书写。通过天然放射现象发现导入，结合自主学习梳理概念，小组交流磁场中射线偏转实验分析射线性质，逐步探究质子中子发现过程，构建从现象到微观结构的知识支架。 该资料以核心素养为统领，科学思维上通过电场磁场偏转实验（如磁场中α、β射线反向偏转判断电荷性质）培养推理能力，科学探究上还原质子（卢瑟福α轰击氮核）、中子（查德威克研究铍射线）发现过程强化证据意识。实验探究与问题驱动结合，帮助学生形成物质观念，为教师提供结构化教学流程与分层训练，提升课堂效率与学生探究能力。

§《认识原子核》教案 【物理核心素养目标】 【物理观念】知道天然放射现象及其规律．具有和原子核与核能相关的物质观念、相互作用观念和能量观念。 【科学思维】理解三种射线的本质，以及如何利用电场、磁场区分它们． 【科学探究】了解质子和中子的发现过程． 【科学态度与责任】体会人类对物质结构的探索是不断深入的，通过对原子核结构的探究，感悟探索微观世界的研究方法，强化证据意识和推理能力。 【教学重点】 1 ．知道天然放射现象及其规律． 2 ．理解三种射线的形成及本质，知道三种射线的特点 3 ．知道原子核的组成和表示方法，理解核子、同位素的概念． 4 ．了解核反应的概念，会书写核反应方程． 【教学难点】 1 ．理解三种射线的形成及本质，以及如何利用电场、磁场区分它们． 2 ．能根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程 【教学方法】实验探究、教师启发、引导，学生讨论、交流，分析归纳【课时安排】2 课时 【教学过程】 【出示要求，有目标】 通过这节课的学习，我们要知道天然放射现象，理解三种射线的形成及本质，知道三种射线的特点；知道原子核的组成和表示方法，会书写核反应方程． 【自主学习，有任务】 一、天然放射现象的发现 1896 年，法国物理学家贝可勒尔发现了天然放射现象． 1 ．天然放射现象：物质能自发地放出射线的现象． 2 ．放射性：物质放出射线的性质，叫作放射性． 3 ．放射性元素：具有放射性的元素，叫作放射性元素． 原子序数 ≥ 83 的元素：都具有放射性 原子序数 < 83 的元素：有的也有有放射性 4 ．天然放射现象的发现的意义：人们认识到原子核是可以再分的 【小组交流，有问题】 放射源铀、钋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。若在射线经过的空间施加磁场，可以发现射线分裂成三束，其中两束在磁场中向不同的方向偏转，这说明它们是带电粒子流；另一束在磁场中不偏转，说明它不带电（图）。 第 1 页 于是，人们把这三种射线分别叫作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？ 【提问展示，有方向】 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？ 【点评精讲，有重点】 二、认识三种放射线 1 ．三种放射线的本质 种类 α射线 β射线 γ射线 组成 高速氦核流 高速电子流 光子流 (高频电磁波) 带电荷量 2e -e 0 质量 4mp mp ＝1.67×10－27 kg mp 1 836 静止质量为零 速度 0. 1c 0.9c c 在电场或场中 偏转 与α射线反向偏转 不偏转 贯穿本领 最弱，空气中飞行几厘米，用纸能挡住 较强 穿透几毫米的铝板 最强 穿透几厘米的铅板 对空气的 电离作用 很强 较弱 很弱 在空气中的径迹 粗、短、直 细、较长、曲折 最长 通过胶片 感光 感光 感光 【当堂训练，有结果】 【例 1】 (多选)将α 、β 、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况正确的是( ) 【答案】AD 【解析】已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向可知，A、B、C、D 四幅图中α、 β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断． 第 2 页 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径 r ＝mv， Bq 代入数据，则α粒子与β粒子的半径之比 A 对，B 错； 带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为 v0，垂直电场线方向位移为 x，沿电场线方向位移为y ，则有 x ＝v0t，y 消去 t 可得y = , 对某一确定的 x 值，α 、β粒子沿电场线偏转距离之比 C 错，D 对． 【补救达标，有措施】 【情景问题二】 放射性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． 原子核内究竟是什么结构？原子核又是由什么粒子组成的呢？ 三、质子和中子的发现 1 ．质子的发现 (1)实验背景 电子的发现使人们认识到，原子不再是构成物质的基本单位，进一步研究发现，原子的中心有一个原子核，原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量．原子核的结构如何？ 1919 年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验． (2)实验装置(如图所示) T 进气孔、A 放射源、F 铝箔、S 荧光屏、M 显微镜，C 真空容器． (3)实验过程 容器 C 里放有放射性物质 A ，从 A 放射出的α粒子射到铝箔 F 上，适当选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收，而不能透过．在 F 的后面放一荧光屏 S，M 是显微镜，通过 M 可以观察到 S 是否有闪光． (4)实验现象 开始，S 上无闪光(因为α粒子没有穿过铝箔) ．打开进气孔 T 的阀门，通入氮气，可以观察到 S 上有闪光． (5)实验分析 容器 C 中通入氮气后，用显微镜观察到荧光屏上有闪光，闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的． (6)新粒子性质研究 ①把这种粒子引进电磁场中，根据它在电磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，进而确定它就是氢原子核，又叫质子．用符号表示为 1H 或 1p． 第 3 页 ②人们用同样的办法从其他元素的原子核中也轰击出了质子． (7)实验结论:质子是原子核的组成部分． 2 ．中子的发现 卢瑟福的预想 卢瑟福发现质子后，预想核内还有一种不带电的中性粒子，并给这种“粒子 ”起名为中子． 中子的发现是许多科学家研究的结晶． (1)科学家在 1930 年利用 Po 放出的α射线轰击铍原子核时，产生了一种看不见的、贯穿能力很强、不受电场和磁场影响的射线． (2)1932 年，约里奥—居里夫妇发现如果用来自铍的射线去轰击石蜡，能从石蜡中打 出质子，如图所示． (3)1932 年，查德威克进一步研究这种射线时发现，这种射线是一种不带电的、质量接近质子的粒子流，即是卢瑟福猜想的中子． (4)结论：中子是原子核的组成部分． 四、原子核的组成 1919 年卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核， 从氮核中打出了一种新的粒子(如图所示) ，叫作质子． (1)人们用α粒子轰击多种原子核，都打出了质子，说明了什么问题？ (2)绝大多数原子核的质量数都大于其质子数，说明了什么问题？ 提示：(1)说明质子是原子核的组成部分． (2)说明原子核内除质子外，还有其他粒子存在． 1 ．原子核的组成 (1)组成：原子核由质子和中子组成，并将质子和中子统称为核子． (2)原子核的符号：X ，其中X 为元素符号；A 表示原子核的质量数， Z 表示核电荷数． (3)两个基本关系 ①核电荷数＝质子数＝原子序数=核外电子数． ②质量数＝质子数＋中子数＝核子数． 2．同位素:具有相同质子数、不同中子数的原子，如:氢的三种同位素 1H 、H 、H． 3 ．核反应与核反应方程 (1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程． (2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子． (3)核反应规律：在核反应中，质量数和核电荷数均守恒． 第 4 页 【学法指导】 对核子数、电荷数、质量数的理解 (1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数． (2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数． (3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的质量数． 3 ．同位素：原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同．把具有相同质子数、不同中子数的原子互称为同位素． 原子核的质量数等于原子核内质子和中子的总数 原子核的质量等于质子和中子的质量的总和． 【当堂训练，有结果】 【例2】一个 23941Pa 原子核内的质子数、中子数、核子数分别为( ) A ．91 91 234 B ．143 91 234 C ．91 143 234 D ．234 91 143 【答案】C 【例3】1934 年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核 Al ，产生了第一个人工放射性核素X：α + Al→n＋X ．X 的原子序数和质量数分别为( ) A ．15 和 28 B ．15 和 30 C ．16 和 30 D ．17 和 31 【答案】B 【课堂总结】 【板书设计】 §5.1《认识原子核》 一、天然放射现象的发现 二、认识三种放射线 三、质子和中子的发现 四、原子核的组成 【作业设计】校本分层作业 【教学反思】 第 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $