原子结构与原子核（教案）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

高教版第三版《物理（通用类）》 主题七 核能及其应用 第一节 原子结构 原子核的组成 授课班级 授课类型 新授课 授课教师 教学时长 1课时（45分钟） 教材分析 本课沿着原子模型发展和实验事实展开：从电子发现与汤姆孙枣糕模型出发，分析卢瑟福α粒子散射实验的三类现象，建立核式结构模型，再认识质子、中子、核子、质量数关系和同位素。教学突出“事实—推断—模型—检验”的科学论证过程，为后续核能学习建立微观结构基础。 学情分析 学生在初中阶段知道物质由原子、分子构成，也接触过原子核和核外电子，但对原子模型的证据基础、散射现象与结构推断的对应关系较陌生；在粒子数判断中容易混淆质子数、中子数、电子数和质量数。教学需通过现象配对、模型比较和计算互检，把结论记忆转化为证据推理。 教学目标 1.能依据电子发现和α粒子散射实验说明汤姆孙模型到卢瑟福核式结构模型的演变，建立现象与结构推断的对应关系。 2.能说明原子核由质子和中子组成，正确运用质量数关系判断质子数、中子数和中性原子的核外电子数。 3.能依据质子数和中子数识别同位素，理解科学模型必须接受实验检验并随新证据修正。 教学重难点 重点：α粒子散射实验现象及核式结构推断；原子核组成、质量数关系和同位素判断。 难点：把散射现象的出现频率和偏转程度转化为原子内部结构证据，区分质子数、中子数、电子数和质量数。 教学方法 科学史线索、实验事实分析、模型比较、现象—推断配对、公式关系建模、粒子数互检、同位素分类和证据评价。 课前准备 教师准备：教材、演示课件。 学生准备：教材、笔记本。 教学环节设计 教学环节 教学内容 设计意图 教学导入 【教材史实】1897年，汤姆孙通过阴极射线研究发现电子。电子能从原子中飞出，说明原子并不是不可再分的最小单元。 【问题】看不见原子内部，科学家怎样依据实验现象提出结构模型，又怎样判断原有模型需要修正？ 学生按“实验发现—模型解释—新事实检验”的顺序整理电子发现、汤姆孙模型和卢瑟福实验，预测原子内部电荷与质量可能怎样分布。 【教师归纳】研究微观结构不能只靠想象，模型必须解释已有事实并接受新实验检验；本课将沿证据链认识原子结构、原子核组成和同位素。 从电子发现挑战旧认识切入，建立模型必须接受实验检验的问题意识，明确本课的证据推理主线。 新知讲授 一、电子发现与汤姆孙原子模型 【教材史实】汤姆孙发现电子带负电，质量远小于氢原子质量；电子是原子的组成部分。原子整体呈电中性，说明原子内部还存在带正电的物质。 【教材模型】汤姆孙提出枣糕结构模型：正电荷均匀分布在整个原子球体中，电子像枣一样镶嵌其中。该模型能解释原子呈电中性，但后来被新的实验事实否定。 【证据分析】电子的发现直接推翻了“原子不可再分”的旧认识；电中性事实则给模型增加了正、负电荷总量相等的约束。 【即时练习1】电子的发现为什么说明“原子不可再分”的观点需要修正？ 答案：电子能从原子中飞出，且质量远小于原子，说明电子是原子的组成部分，原子还可以继续分解。 解析：实验发现了原子内部更小的粒子，新证据与旧观点不相容，因此旧观点必须修正。 【即时练习2】汤姆孙枣糕模型怎样解释原子整体呈电中性？ 答案：模型认为正电荷均匀分布在原子球体中，带负电的电子镶嵌其中，正负电荷总量相等。 解析：模型以电荷平衡解释中性，但对正电荷和质量的空间分布作出了后来被实验否定的假设。 【教师归纳】模型不是原子的照片，而是对实验事实的结构化解释；能解释部分事实并不代表模型永远正确。 二、α粒子散射与核式结构模型 【教材实验】1909—1911年，卢瑟福用α粒子轰击金箔。绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，少数发生大角度偏转，极少数的偏转角接近180°。 【教材推论】绝大多数直行说明原子内部大部分区域是空的；少数大角度偏转说明正电荷和几乎全部质量集中在很小的区域；极少数接近180°说明该区域体积很小、质量集中且带正电。 【教材模型】卢瑟福提出核式结构模型：原子中心有一个很小的原子核，全部正电荷和几乎全部质量集中在核内，带负电的电子在核外运动；中性原子的核电荷数等于核外电子数。 【尺度认识】原子核半径约为原子半径的万分之一，原子核非常小，原子内部大部分是空的，因此大多数α粒子能近似直线穿过。 【即时练习3】把三类散射现象分别与“原子内部大部分为空”“原子核很小”“正电荷和质量集中”建立对应关系。 答案：绝大多数直行说明内部大部分为空；少数大角度偏转说明正电荷和质量集中；极少数接近180°说明原子核很小、很集中。 解析：出现频率反映粒子接近原子核的概率，偏转程度反映受到原子核斥力的强弱。 【即时练习4】为什么少数α粒子的大角度偏转不能用汤姆孙模型合理解释？ 答案：汤姆孙模型认为正电荷均匀分布，α粒子受到的斥力分散且大多相互抵消，难以产生大角度偏转。 解析：大角度偏转需要很强且集中的斥力，说明正电荷并非均匀分布，而是集中在很小的原子核内。 【教师归纳】α粒子散射实验用“多数、少数、极少数”三类数据共同约束模型，形成从现象到推断再到核式结构模型的科学论证。 三、原子核组成、质量数与同位素 【教材史实】1919年，卢瑟福从氮原子核中打出氢原子核，并将其命名为质子；1932年，查德威克根据实验确认了质量与质子相近、不带电的中子。 【教材结论】原子核由质子和中子组成，质子与中子统称核子。质子带正电，中子不带电；中性原子的质子数等于核外电子数。 【教材关系】质量数等于质子数与中子数之和，即。其中质量数、质子数和中子数分别用A、Z、N表示。 【教材定义】质子数相同而中子数不同的同一元素原子互称同位素。同位素属于同一种元素，但质量数不同。 【分类示例】氢-1含1个质子和0个中子，氢-2含1个质子和1个中子，氢-3含1个质子和2个中子；三者质子数相同，互为同位素。 【即时练习5】质子和中子为什么统称核子？中性原子的质子数与核外电子数有什么关系？ 答案：质子和中子都是组成原子核的粒子，所以统称核子；中性原子的质子数等于核外电子数。 解析：原子核的正电荷来自质子，原子呈电中性时，质子正电荷总量与电子负电荷总量相等。 【即时练习6】某中性原子的质量数为14、质子数为6，求其中子数和核外电子数。 答案：由得中子数为8；中性原子的核外电子数为6。 解析：中子数等于质量数减去质子数；中性原子的电子数等于质子数。 【教师归纳】判断原子组成时先用质子数确定元素，再由质量数求中子数；同质子、异中子是识别同位素的核心标准。 按电子发现—散射实验—原子核组成递进，把科学史、实验事实、结构模型和粒子数关系贯通起来。 课堂背诵 1. 提问：汤姆孙发现电子后，人们对原子有什么新的认识？ 答案：电子是原子的组成部分，原子并非不可再分；原子内部还应有带正电的物质。 2. 提问：α粒子散射实验观察到哪三类主要现象？ 答案：绝大多数直行，少数发生大角度偏转，极少数的偏转角接近180°。 3. 提问：卢瑟福核式结构模型的主要内容是什么？ 答案：原子中心有很小的原子核，正电荷和几乎全部质量集中在核内，电子在核外运动。 4. 填空：原子核由______和______组成，二者统称______。 答案：质子；中子；核子。 5. 提问：什么是同位素？ 答案：质子数相同而中子数不同的同一元素原子互称同位素。 围绕电子、散射现象、核式结构、核子和同位素组织背诵，巩固准确概念与规范表达。 师生互动 【任务一：现象—推断配对】小组把“绝大多数直行、少数大角度偏转、极少数接近180°”分别与原子内部空间、核内电荷质量分布和原子核大小配对，并说明理由。 答案：直行对应内部大部分为空；大角度偏转对应正电荷和质量集中；接近180°且数量极少对应原子核很小、很集中。 【教师归纳】配对时既看偏转程度，也看出现频率，三类现象共同构成核式结构模型的证据链。 【任务二：粒子数核对】某中性原子的质量数为23、质子数为11。两人分别计算质子、中子和电子数，再互相说明每一步依据。 答案：质子数为11，中子数为12，核外电子数为11。质量数减质子数得到中子数，中性条件给出电子数等于质子数。 【教师归纳】计算次序是先读质子数，再由质量数求中子数，最后依据是否中性确定电子数。 【任务三：模型评价】用“解释了什么—遇到什么新事实—怎样修正”评价汤姆孙模型和卢瑟福模型的关系。 答案：汤姆孙模型解释了电中性，但不能解释大角度散射；卢瑟福依据散射事实把正电荷和质量集中到很小的原子核，建立了更符合证据的核式结构模型。 【教师归纳】科学模型会随证据发展而修正，评价模型不能只看是否形象，还要看能否解释和预测实验事实。 通过证据配对、粒子数互检和模型评价，让学生在合作说明中暴露并修正推理断点。 课堂练习 1. α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向穿过金箔，主要说明（　　）。 A．原子内部大部分是空的 B．电子集中在原子核内 C．原子核不带电 D．正电荷均匀分布在整个原子中 答案：A。 解析：多数α粒子没有接近很小的原子核，受到的作用很弱，说明原子内部大部分区域是空的。 2. 下列关于同位素的说法正确的是（　　）。 A．质子数不同、中子数相同 B．质子数相同、中子数不同 C．质子数和中子数都相同 D．核外电子数一定不同 答案：B。 解析：同位素的判断标准是质子数相同、中子数不同。 3. 填空：质子和中子统称______；质量数等于______数与______数之和。 答案：核子；质子；中子。 解析：原子核由质子和中子组成，质量数反映核子总数。 4. 某中性氯原子的质量数为37、质子数为17。求质子数、中子数和核外电子数。 答案：质子数为17，中子数为20，核外电子数为17。 解析：中子数等于37减17；中性原子的电子数等于质子数。 5. 氢-1、氢-2和氢-3为什么属于同一种元素，又为什么互为同位素？ 答案：三者都含1个质子，所以属于氢元素；它们分别含0、1、2个中子，中子数不同，所以互为同位素。 解析：元素种类由质子数决定，同位素差异来自中子数和质量数。 6. 汤姆孙模型能够解释原子电中性，为什么仍要被卢瑟福核式结构模型取代？ 答案：汤姆孙模型不能解释少数α粒子的大角度偏转和极少数接近180°的偏转；卢瑟福模型把正电荷和几乎全部质量集中在很小的原子核内，能解释这些新事实。 解析：模型是否保留取决于能否经受实验检验；新模型必须比旧模型解释更完整的证据。 用结构判断、同位素分类、粒子数计算和模型比较检查学生对知识的迁移与论证能力。 课堂小结 【教师提问】电子发现怎样改变了人们对原子的认识？ 【教师归纳】电子是原子的组成部分，说明原子可以再分；原子电中性还要求内部存在等量正电荷。 【教师提问】α粒子散射实验怎样支持核式结构模型？ 【教师归纳】多数直行说明内部大部分为空，少数大偏转说明正电荷和质量集中，极少数近180°说明原子核很小。 【教师提问】原子核由什么组成，质量数关系怎样表达？ 【教师归纳】原子核由质子和中子组成，二者统称核子；质量数关系为。 【教师提问】怎样识别同位素，本课体现了怎样的科学方法？ 【教师归纳】同一元素的同位素质子数相同、中子数不同；科学模型要从事实出发，并随新证据不断修正。 以认识转变、散射证据、原子核组成和同位素四组问答回扣主线，形成微观结构知识框架。 作业布置 1．复习本节课的知识点； 2．完成课后练习； 3．整理笔记和易错题。 教学反思 ①目标达成：学生能由三类散射现象推断核式结构，并完成原子核组成和粒子数判断。 ②典型问题：部分学生误解“大多数直行”，并混淆质量数、质子数、中子数和电子数。 ③原因分析：学生重结论、轻证据，未分清各粒子数和同位素的分类标准。 ④改进措施：增加现象—推断配对和粒子数互检，要求写明依据，并用氢的三种同位素巩固分类。 学科网（北京）股份有限公司 $