原子结构与原子核教学设计

课题原子结构原子核（湛江农垦实验中学—温天龙）1.教学内容分析：本节课的教学内容主要分为以下四部分:（1）原子核式结构模型；（2）能级跃迁与光谱；（3）原子核与核反应；（4）质量亏损与核能；这部分内容在2022年开始纳入高考必考内容板块，而且在近四年的全国卷高考题中都有考查到。本节课的核心内容对培养学生物理能力和发展学生学科素养起了较大作用：(1)原子核式结构模型的建立、玻尔理论和能级跃迁可以培养学生理解、逻辑推理和模型构建的能力，有利于学生科学思维的发展；（2）核反应方程和质量亏损内容的学习可以培养学生守恒的物理观念，锻炼学生的数学运算能力；（3）通过科学家们执着探究的故事可以培养学生的科学态度与责任，提升学生学科素养。2.学习者分析：同一年级学生学习进度不同，部分学生通过高二年级的学习已经具备了原子和原子核方面的基础知识，部分学生在高三上学期也已经进行过简单的复习。鉴于学生在学习过程中对于其中几个比较抽象的概念，如能级跃迁与原子光谱、结合能和比结合能等存在一定的困难，同时响应现在新型冠状病毒肺炎疫情防控严峻的形势下教育部门提倡高三学生“停课不停学”的号召，为此我们在原子物理这部分安排两个课时的高考复习计划，本课时为第二课时（原子结构和原子核）。我们一方面利用现在科技通讯手段引导学生进行自主复习，应用课件中考纲分析、精彩图片及小视频展示等办法帮助学生去理解学习，从而高考的方向；另一方面通过引导学生绘制思维导图的方式进一步帮助学生理清本部分内容之间的联系，明确该部分重难点知识，进而将知识考点突破、强化和巩固。3.学习目标确定：（1）通过回顾α粒子散射实验和核式结构模型建立的过程，锻炼学生的理解、逻辑推理以及模型构建的能力；（2）通过回顾氢原子光谱和玻尔理论的建立过程，进一步加强学生科学思维和模型构建的能力；（3）通过回顾核反应方程，形成物理中常见的一些守恒的观念并懂得应用这些观念去分析解决物理问题；（4）通过学习核能的两种计算途径，加强物理计算中数学应用的能力；（5）通过学习科学家们执着的探究精神，激发学生热爱科学，勇于担当的科学态度；（6）通过核能与核危害的学习，引导学生如何保护自己，保护家人，保护国家，树立自身的责任意识。4.学习重点难点：（1）理解跃迁和电离的条件，区别吸收跃迁和碰撞跃迁的条件；（2）了解衰变、人工转变、重核裂变和轻核聚变的区别，懂得从质量数守恒、电荷数守恒、能量守恒、动量守恒的角度去理解微观的核反应；（3）理解质量亏损与核能的关系，能应用爱因斯坦的质能方程计算核能的大小。5.学习评价设计：（1）课前3分钟小测，能够快速测试学生现有的知识水平，采用诊断式评价方式；（2）每块知识前面都设有提问环节，这个环节主要是引导学生表达观点，发展思维，完善知识体系，应不断采用激励性评价，鼓励学生奋发向上；（3）课堂中的巩固训练环节，主要目的是引导学生巩固已学知识，以及加强知识的综合应用，应用激励式和生成性评价；（4）课后巩固练习，主要是检测学生当堂所复习的知识，宜采用诊断性评价方式。6.学习活动设计环节一：课前3分钟的选择测试题训练（建议1分钟点评）教师活动11.老师课前用小程序（如问卷星）向学生发送测试题（连接：）进行小测（针对测试结果，做出激励性和诊断性评价，让学生获得信心，找出薄弱点）学生活动11.学生快速完成问卷提交答案；2.寻找自身薄弱点。活动意图说明：本环节主要是导学导练，检测学生现有的知识水平，初步了解本节课的教学内容。为了达到较好的教学效果，建议用小程序（如问卷星）设计好题目发给学生现场完成。学生作答的准确率估计不高，但是我们通过这个课前检测和后面课堂的讲解，进行对比可以帮助学生更好的掌握知识。环节二：高考考纲与近四年考题分析（建议3分钟）教师活动21.通过ppt向学生展示高考考纲和近四年高考考题的情况：2.强调重难点、高频考点和考查形式；学生活动21.做好笔记，了解考纲要求和本节课的教学内容，清楚这几年本部分内容知识点的考查形式、考查频率和难易程度。2.明确自己的复习方向，根据考纲制定相应的复习计划。活动意图说明：本环节是高考复习课都应该有的，目的在于帮助学生明确复习的方向、重难点、考查形式、考查的难易度以及高频考点等。通过考纲要求，老师一方面可以明确教学过程中有哪些重要概念需要着重强调，另一方面也可以通过课程传授来加强学生关键能力的培养。环节三：原子结构（建议4分钟）教师活动31.提问：原子结构模型的建立经历了哪些过程？（简单作答）2.展示相关的图片资料及视频3.巩固训练：例题1．(2022·上海高考)卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在(D)A．电子B．中子C．质子D．原子核例题2．(2022·福建高考)在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是(C)学生活动31.举手回答问题：回顾从汤姆生的葡萄干布丁模型——卢瑟福α粒子散射实验——原子核式结构模型的建立历程；不同学生发言，不断纠正和完善。2.观看视频：直观体验实验以及两个模型，知道从卢瑟福的α粒子散射实验到原子核式结构模型的科学思维；3.做练习：强化原子核式结构模型，学生讲解、点评和总结；活动意图说明：调动学生学习的主动性，让学生回答问题是为了锻炼学生的组织信息、语言表达和思维逻辑能力；观看视频是为了更加形象地帮助学生进行模型构建；巩固训练是为了强化知识、学以致用；让学生进行点评总结是充分体现学生的主体作用。环节四：能级跃迁与光谱（建议7分钟）教师活动4：1.提问学生对能级跃迁和光谱的现有简单知识；2.播放视频资料，让学生理解氢原子的光谱，玻尔理论以及用玻尔理论来解释氢原子的光谱，了解玻尔理论的局限性；3.巩固训练例题3．下列有关氢原子光谱的说法正确的是(B)A.氢原子的发射光谱是连续谱B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C.氢原子光谱说明氢原子能量是连续的D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关例题4．如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，则(C)A．6种光子中波长最长的是n＝4激发态跃迁到基态时产生的B．6种光子中有3种属于巴耳末系C．使n＝4能级的氢原子电离至少要eV的能量D．若从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子也一定能使该板发生光电效应例题5．（2022全国卷Ⅰ）氢原子能级示意图如下图所示。光子能量在~的光为可见光。要使处于基态（n=1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为（A）学生活动4：1.学生主动回答问题，不断回顾和完善知识；2.观看视频资料，回顾玻尔理论及其解释氢原子光谱的应用；3.做巩固训练题，理解由高能级向低能级跃迁辐射光子，从低能级向高级跃迁吸收光子；区分吸收跃迁和碰撞跃迁的不同条件；理解电离和跃迁的不同之处；4.从做题中总结做题的规律和方法，掌握重点知识的应用；5.与光电效应综合考查，构建知识综合体系。设计意图：本部分内容主要是通过视频帮助学生复习光谱与玻尔理论，进一步构建原子内部核式结构的模型和核外电子之间的关系。视频可以形象地帮助学生理解，巩固训练的作用是强化跃迁理论，拓展跃迁与光电效应知识的综合应用。教学中要注重应用思维导图的方式建构原子结构、能级跃迁的知识树。也要注重对比法、图像法、作图法等物理思维方法的应用。环节五：原子核与核反应（建议10分钟）教师活动5：1.提问：①原子核的组成？②核反应方程的有哪些种类？③天然放射现象是谁发现的？④三种射线的特点？半衰期的意义？⑤常见的人工转变方程？⑥常见的重核裂变？举例⑦常见的轻核聚变？举例⑧衰变、人工转变、聚变、裂变的区别？2.用表格展示知识的对比和联系，更高效的帮助学生理解和掌握知识；3.巩固练习：例题6．(多选)(2022·全国卷Ⅰ改编)关于天然放射性，下列说法正确的是(BC)A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线例题7．(2022·全国卷Ⅲ)1934年，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝核1327Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋1327Al→n＋X。X的原子序数和质量数分别为(A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31例题8．(2022·重庆高考)图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下判断可能正确的是(D)A．a、b为β粒子的径迹B．a、b为γ粒子的径迹C．c、d为α粒子的径迹 D．c、d为β粒子的径迹例题9．(多选)(2022全国卷)一静止的铝原子核eq\o\al(27,13)Al俘获一速度为×107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核eq\o\al(28,14)Si*。下列说法正确的是(ABD)A．核反应方程为p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*B．核反应过程中系统动量守恒C．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和D．硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度的方向一致学生活动5：1.积极回答问题，不断完善同学的作答，完成知识的初步复习；2.对比几种核反应方程的区别？找出各个方程的特点；3.注意引导学生用守恒的思想去理解和判断核反应方程前后的质量关系、能量关系和动量关系；4.通过思维导图更加深刻的对比和联系知识点之间的关系；5.做巩固练习6，理解衰变，半衰期以及三种射线的特点；6.做巩固例题7，理解核反应方程的质量数守恒和核电荷数守恒；7.做巩固例题7，通过与电磁场知识的联系，拓宽知识的应用途径；8.做巩固例题8，体验核反应中质量、能量、动量之间的守恒关系，进一步强化物理观念的几方面（物质观、运动观、能量观、相互作用观）设计意图：通过提问式的导入引导学生回顾基本知识内容，锻炼学生的语言组织和表达能力；通过表格的应用帮助学生建构系统的网格化，锻炼学生科学的思维能力；通过巩固训练的环节，帮助学生强化重点知识，突破难点知识；讲授中注重知识的拓展和综合应用，注重在课堂中培养学生形成物理观念（物质观、运动观、能量观、相互作用观），培养学生的科学态度与责任（射线的防护、核武器和核能的利用、核废料的处理等）。环节六：质量亏损与核能（建议8分钟）教师活动6：1.提问：①什么是结合能，比结合能？②什么是平均结合能？③重核裂变和轻核聚变中核子平均结合能的特点？④质量亏损与核能的关系？⑤核能怎么计算？2.展示思维导图，帮助学生构建知识，突破难点知识。3.巩固练习：例题10．(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有(BC)A．24HeB．24He核比3C．两个12H核结合成D.92235U核中核子的平均结合能比36例题11．(2022·全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He。下列说法正确的是(B)A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量例题12．(2022·全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：12H＋12H→23He＋01n。已知12H的质量为6u，23He的质量为0u，01A．MeVB．MeVC．MeVD．MeV学生活动6：1.思考老师提问，回顾基础知识；2.理解重核裂变和轻核聚变中由于平均核子质量的亏损，导致平均结合能较大原因；3.理解核能计算的的两种方式：①质能方程；②用“1u”的质量对应的能量计算核能；4.观看思维导图，构建知识体系；5.做例题10，理解结合能、比结合能与原子系数和原子稳定性的关系；6.做例题11，理解核反应前后的能量关系，质量关系，动量关系和半衰期；7.做例题12，掌握核能的计算方法；8.通过巩固练习，归纳考点，归纳解题方法，养成良好的思维习惯和科学的思维方式；9.学生绘制思维导图，加强知识网络化。设计意图：通过提问式的导入引导学生回顾基本知识内容，锻炼学生的语言组织和表达能力；通过思维导图的应用帮助学生建构系统的思维导图的知识树，锻炼学生科学的思维能力；通过巩固训练的环节，帮助学生强化重点知识，突破难点知识；注重知识的拓展和综合应用，注重在课堂中培养学生的物理观念（物质观、能量观）和科学思维（质量守恒、能量守恒、动量守恒）。环节七：课前小测讲评（建议5分钟）教师活动7：1.引导学生再看课前小测的题目；2.重点及易错题型讲评；学生活动7：1.再看课前小测的题目，纠错，理解，发现问题；2.通过课前和课后对比整理重点和易错题型笔记，归纳解题方法；设计意图：更好地体现小测的效果，进一步