原子结构》《原子核》教材分析与教学建议

1、N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L原子结构原子结构原子核原子核教材分析与教学建议教材分析与教学建议 王王 高高2011.5.29N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L教材分析的作用教材分析的作用1.实现知识信息转化进行两次转化。把静态知识变为动态，便于传递和学生接纳，转化为学生知识。教科书教科书教师教师学生学生第一次转化第一次转化第二次转化第二次转化自学自学教师备课教师备课教师上课教师上课教材分析教材分析N A N J I N G Z H O N G H

2、U A M I D D L E S C H O O L2.从整体上把握教材教学成功的关键。3.挖掘教材中的隐含价值隐含的知识、技能、过程与方法、情感态度价值观等因素N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L教材分析的内容教材分析的内容分析教材的地位和作用分析教材的内容和结构，明确教学目标、重点和难点挖掘教材的科学方法、能力培养因素挖掘情感态度价值观因素，分析教材中的学习心理问题设计适当的教学方式或提出合理的教学建议。N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L泛读 有关

3、资料，明确教学定位 1、物理课程标准、教学参考书、省教学要求、考试说明 2、相关教材：初中教材、大学教材、相关学科教材、其他模块教材 3、有关期刊杂志教材分析的基本步骤教材分析的基本步骤N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L通读 对教材有一个总体把握 了解教材的基本内容、知识体系、结构特点以及各部分知识之间的内在联系和逻辑关系 结合课程标准，分析教材的编写意图、内容选取、程度要求、风格特点等N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L清晰教材中知识的逻辑结构；抓住教

4、材中的重点和难点；知道在生活、生产、科学技术中的实际应用；了解科学方法和能力培养、情感态度价值观教育的因素；认识教材的地位和作用。细读 进行整体分析 在通读的基础上，对教材进行深入研究，从整体上对该章教材进行分析。做到：N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L透彻理解教材中的全部知识；弄清本节教材的地位，课程标准、教学要求中的具体要求；分析学生学习心理特点，易犯的错误及其原因、难点的成因及突破方法；找出本节教材的教学特点和讲清知识的关键，选择合适的教学策略、方法、设计教学过程，进行有效教学。精读 进行具体分析在细读的基础上，对某

5、一节进行深入钻研，分析每一段，研究每一句，斟酌每一词与每一字，细致、具体地分析教材。做到：N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L原子物理原子物理知识结构知识结构原子核外电子原子核（一）教材的主线和体系（一）教材的主线和体系第十八章 原子结构第十九章 原子核N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L原子结构原子结构知识结构知识结构对阴极射线的研究对阴极射线的研究 电子的发现电子的发现 问题问题 ：原子的结构是怎样的？：原子的结构是怎样的？ 粒子散射实验粒子散射实验

6、原子核式结构模型原子核式结构模型 研究：研究： 氢原子光谱氢原子光谱 玻尔原子模型玻尔原子模型第十八章第十八章 原子结构原子结构“枣糕枣糕”模型模型N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L原子核原子核知识结构知识结构原子核组成原子核组成核子核子原子核变化原子核变化核子作用与核能核子作用与核能衰变人工转变轻核聚变重核裂变N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L（二）科学发现的历史和科学研究的方法（二）科学发现的历史和科学研究的方法 在科学发现中，科学家们通过对实验事

7、实的分析，提出模型或假说，这些模型或假说又在实验中经受检验，正确的被肯定，经不起检验的被否定，在新的基础上再提出新的学说。科学研究就是这样不断发展的。 阴极射线电子发现汤姆孙的原子模型 粒子的散射实验 卢瑟福的核式结构模型 氢原子光谱玻尔原子模型 1.模型化方法模型化方法 N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L三个原子模型的对比三个原子模型的对比实验基础实验基础结构差异结构差异成功和局限成功和局限“枣糕枣糕”模型模型电子的电子的发现发现带正电物质均带正电物质均匀分布在原子匀分布在原子内内, ,电子镶嵌其电子镶嵌其中中解释了一些

8、实验事解释了一些实验事实实, ,无法说明无法说明粒子粒子散射实验散射实验核式结核式结构模型构模型粒子散粒子散射实验射实验全部正电荷和全部正电荷和几乎全部质量几乎全部质量集中在核里集中在核里, ,电电子绕核旋转子绕核旋转成功解释了成功解释了粒子粒子散射实验散射实验, ,无法解释无法解释原子的稳定性与原原子的稳定性与原子光谱的分立特征子光谱的分立特征玻尔的原玻尔的原子模型子模型氢原子光氢原子光谱的研究谱的研究在核式结构模在核式结构模型基础上型基础上, ,引入引入量子化观点量子化观点成功解释了氢原子成功解释了氢原子光谱光谱, ,无法解释较复无法解释较复杂的原子光谱杂的原子光谱N A N J I N

9、G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L2.粒子散射实验方法粒子散射实验方法 这种方法在原子物理、原子核物理和粒子物理的研究中被广泛应用。质子和中子的发现都与 粒子散射实验有关。而在原子的核式结构的建立中， 粒子散射实验更是起到决定性的作用。 教材既关心教材既关心粒子散射实验为什么能得出原子的核粒子散射实验为什么能得出原子的核式结构模型这一结果，更关心科学家是怎样进行式结构模型这一结果，更关心科学家是怎样进行粒粒子散射实验的？甚至为什么用这样的实验仪器装置？子散射实验的？甚至为什么用这样的实验仪器装置？也就是说，新教材更关心也就是说，新教材更关心粒子散

10、射实验结果的得出粒子散射实验结果的得出过程及其在这一过程中所体现出来的科学思想和科学过程及其在这一过程中所体现出来的科学思想和科学方法。这实际上就是提供了一个信息，要求在教学过方法。这实际上就是提供了一个信息，要求在教学过程中不仅要关注结果，解决实际问题，更要关注如何程中不仅要关注结果，解决实际问题，更要关注如何利用这些思想和方法创造性地解决问题。利用这些思想和方法创造性地解决问题。N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L 在微观世界中，单个的微观事件是不可观测的，而量子理论对大量原子核的行为可以做出统计预测，如“半衰期”就是描

11、述这种统计规律的一个概念。量子统计既考虑到粒子运动状态有不连续性，又考虑到同类微观粒子“全同性”（可用波函数描述）的统计规律。3.统计思想方法统计思想方法a 粒子散射实验中的绝大多数、少数、极少数N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L（三）教学目标的定位（三）教学目标的定位原子结构原子结构内容标准内容标准 （1）了解人类探索）了解人类探索原子结构的历史以及有关经典原子结构的历史以及有关经典实验。实验。 例例1 用录像片或计算机模拟，用录像片或计算机模拟，演示演示粒子散射实验。粒子散射实验。（2）通过对氢原子光谱的分）通过对氢原

12、子光谱的分析，了解原子的能级结构。析，了解原子的能级结构。 例例2 了解光谱分析在科学技了解光谱分析在科学技术中的应用。术中的应用。 活动建议活动建议:观看有关原子结构观看有关原子结构的科普影片。的科普影片。 1电子的发现电子的发现2原子的核式结构模型原子的核式结构模型3氢原子光谱氢原子光谱4玻尔的原子模型玻尔的原子模型课程标准N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L原子核原子核 1内容标准内容标准 （1）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半

13、衰期的统计意义。半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。（2）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。例例1 了解放射性在医学和农业中的应用。了解放射性在医学和农业中的应用。例例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。的国家标准。（3）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。核反应方程。（

14、4）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。受控聚变反应研究的进展。（5）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。例例3 思考核能开发带来的社会问题。思考核能开发带来的社会问题。（7）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。）初步了解恒星的演化。初步了解粒子

15、物理学的基础知识。例例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。 2活动建议：活动建议：（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。（2）观看有关核能利用的录像片。）观看有关核能利用的录像片。（3）举办有关核能利用的科普讲座。）举办有关核能利用的科普讲座。1原子核的组成原子核的组成2放射性元素的衰变放射性元素的衰变3探测射线的方法探测射线的方法4放射线的应用与防护放射线的应用与防护5核力与结合能核力与结合能6重核的裂变重核的裂变7核聚变核聚变8粒子与宇宙粒子与宇宙N A N J I N G Z H O N G

16、 H U A M I D D L E S C H O O L96.原子核式结构模型原子核式结构模型I97.氢原子光谱氢原子光谱I98.原子的能级原子的能级I99.原子核的组成原子核的组成I100.原子核的衰变原子核的衰变 半衰期半衰期I用半衰期公式进行用半衰期公式进行定量计算不作要求定量计算不作要求101.放射性的应用与防护放射性的应用与防护 放射性同位素放射性同位素I102.核力与结合能核力与结合能 质量亏质量亏损损I103.核反应方程核反应方程I104.重核裂变重核裂变 核聚变核聚变I1111年江苏考试说明年江苏考试说明N A N J I N G Z H O N G H U A M I D

17、 D L E S C H O O L省教学要求省教学要求氢原子光谱（选学）（选学） 会用半衰期描述衰变的快慢，知道半衰期的统计意义。（不要求用半衰期公式进行定量计算）（不要求用半衰期公式进行定量计算） 能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。（选学）（选学）了解爱因斯坦质能方程。（不要求用质能方程进行定量计算）（不要求用质能方程进行定量计算） 了解核反应堆的基本原理。知道核电站的工作模式。（选学）（选学） 粒子与宇宙（选学）（选学） 新课教学以课程标准和教学要求为准（并集）新课教学以课程标准和教学要求为准（并集）高考复习一考试说明和教学要求为准（交集）高考复习一考试说明和教学要

18、求为准（交集）N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L教学建议N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L1 1电子的发现1 12 21 13 34 45 5复习1 1课时安排课时安排第十八章第十八章 原子结构原子结构N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L第第1节节 电子的发现电子的发现阴极射线阴极射线关于阴极射线的两种观点：电磁波粒子流？关于阴极射线的两种观点：电磁波粒子流？汤姆孙测量阴极射线的比荷

19、、带负电汤姆孙测量阴极射线的比荷、带负电第十八章第十八章 原子结构原子结构阴极射线由带电粒子组成阴极射线由带电粒子组成但粒子或者质量非常小，或者电荷量非常大但粒子或者质量非常小，或者电荷量非常大汤姆孙又直接测量了阴极射线粒子的电荷量汤姆孙又直接测量了阴极射线粒子的电荷量阴极射线粒子的电荷与质子相当（负电）质量比质子小阴极射线粒子的电荷与质子相当（负电）质量比质子小发现电子发现电子N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L1.汤姆孙直接测比荷汤姆孙直接测比荷复习带电粒子在电磁场中的运动，复习带电粒子在电磁场中的运动，体验体验 科学探

20、究科学探究 中的分析与论证。中的分析与论证。第十八章第十八章 原子结构原子结构2.“科学足迹科学足迹”栏目栏目“电子发现的前夜电子发现的前夜” 领悟：积累了足够的事实，甚至对事实做了一定的分析，也不见得能做出新的发现，科学的洞察力、思想的解放等都是重要的因素。 建议：N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L（假说假说）20世纪初：原子是一个世纪初：原子是一个球体球体,正电核均匀分布在整个球正电核均匀分布在整个球内，而电子都象内，而电子都象“枣子枣子”那样镶那样镶嵌在原子里面。嵌在原子里面。1897年：发现电子年：发现电子提出问题

21、提出问题1906年获诺贝尔物理学奖年获诺贝尔物理学奖（气体导体与电子的发现）（气体导体与电子的发现）原子原子 结构结构枣糕模型N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L实验验证实验验证1908年获诺贝尔化学奖年获诺贝尔化学奖（原子自然蜕变理论）（原子自然蜕变理论）实验操作实验操作预期结果预期结果实验现象实验现象否定否定枣糕模型枣糕模型粒子散射实验粒子散射实验粒子不会偏转很大粒子不会偏转很大大多数沿原方向前进大多数沿原方向前进(极极)少数偏转角度很大少数偏转角度很大问题重新出现问题重新出现原子的结构如何？原子的结构如何？N A N

22、J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L得出结论得出结论原原子子的的核核式式结结构构原子的中心有一个很小原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核里，带负电的电子在核外空间运动。核外空间运动。 原子的大小原子的大小: :1010-10-10m m 原子核的大小原子核的大小: :1010-15-15m mN A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L解释清楚几个问题

23、解释清楚几个问题第十八章第十八章 原子结构原子结构1.实验中为什么用金箔实验中为什么用金箔2.实验中电子对实验结果有无影响实验中电子对实验结果有无影响3.按照汤姆孙的原子模型分析：按照汤姆孙的原子模型分析： 粒子穿过粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进。进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进。建议N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L掌握方法掌握方法问题问题 假说假说 实验实验 理论理论 实践实践yesno领悟：猜想与假设、分析与论证领悟：猜

24、想与假设、分析与论证原子物理也原子物理也能体现能体现 探究精神！探究精神！N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L 光光 谱谱发射光谱发射光谱定义：由发光体直接产生的光谱定义：由发光体直接产生的光谱连续光谱连续光谱产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发 光形成的光形成的光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有线状光谱线状光谱（原子光谱）（原子光谱）产生条件：稀薄气体发光形成的光谱产生条件：稀薄气体发光形成的光谱光谱形式：一些不连续的明线组成，不同光谱形式：

25、一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）吸收光谱吸收光谱定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱光谱产生条件：炽热物体发出的白光通过温度较低的气产生条件：炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后，再色散形成的体后，再色散形成的光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线（与特征谱线相对应）出现一些暗线（与特征谱线相对应） 各种光谱的特点及成因：第十八章第十八章 原子结构原子结构第第3节节 氢原子光谱氢原子光谱N A N J I N

26、G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L原子核式结构模型原子核式结构模型与与经典电磁理论经典电磁理论的矛盾的矛盾核外电子绕核运动核外电子绕核运动辐射电磁波辐射电磁波电子轨道半径连续变小电子轨道半径连续变小原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率连续变化辐射电磁波频率连续变化事实上：事实上：原子是稳定的原子是稳定的原子光谱是线状谱原子光谱是线状谱第十八章第十八章 原子结构原子结构N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L)121(122nR第十八章第十八章 原子结构原子结构要能从公式看出物理量之间

27、的关系、可以看到物理量变化的趋势 不必为记住巴耳末公式并用来解题不必为记住巴耳末公式并用来解题 建议：建议：1.对于经典电磁理论，没有选修3-4的同学无基础，要注意衔接2.对于巴耳末公式N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L第十八章第十八章 原子结构原子结构N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L第十八章第十八章 原子结构原子结构建立在量子力学基础上的原子理论与玻尔原子理论的区别：根据量子力学，核外电子的运动服从统计规律，而没有固定的轨道，我们只能知道它们在核外

28、某处出现的几率大小。核外电子的这种运动情况可用“电子云”来形象描述。电子云稠密的地方就是电子出现几率大的地方。注意课本有意回避了氢原子的轨道半径公式和能级公式。注意课本有意回避了氢原子的轨道半径公式和能级公式。 建议N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L1 11 19 92 21 13 31 14 41 15 51 16 6 重核的裂变1 17 7 核聚变1 18 8粒子和宇宙复习 11 1第十九章第十九章 原子核原子核N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L第

29、十九章第十九章 原子核原子核1有什么事实和理由可以说明放射性元素放出的射有什么事实和理由可以说明放射性元素放出的射线来自原子核的内部？天然放射现象的发现对物质微线来自原子核的内部？天然放射现象的发现对物质微观结构的研究有什么意义？观结构的研究有什么意义？2当我们发现了质子，并在很多原子核中打出了质当我们发现了质子，并在很多原子核中打出了质子以后，有什么理由可以认定原子核中一定还存在着子以后，有什么理由可以认定原子核中一定还存在着另外不同种类的粒子？另外不同种类的粒子？3如何检测三种射线？三种射线有什么特性？如何检测三种射线？三种射线有什么特性？4原子核的组成以及同位素研究的意义。原子核的组成以

30、及同位素研究的意义。教学中要体现科学探究的精神教学中要体现科学探究的精神研究射线的方法：磁场偏转、电偏转 N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L第十九章第十九章 原子核原子核明确提出衰变时明确提出衰变时电荷数守恒和质量数守恒电荷数守恒和质量数守恒的规律的规律 电荷数减少质量数减少24电荷数增加质量数不变1 类 型衰变方程规 律 衰 变 衰 变N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L关于关于“用半衰期公式进行定量计算不作要求用半衰期公式进行定量计算不作要求”的理解的理解不做计算不能真正了解什么是半衰期。但是计算要以学习概念为目的。例如可以问：某核素的半衰期是5天，经过多少天后20 g的这种核素还剩1.25 g？这样的计算不用公式，从定义出发，而且只做整数倍数的计算。 结合衰变规律的图像进行计算结合衰变规律的图像进行计算N A N J I N G Z H O N G H U A M I D D L E S C H O O L第十九章第十九章 原子核原子核一般性了解的要求一般性了解的要求1放射线的粒子与