19 1 原子核的组成 讲义 -高中物理人教版选修3-5

注明）人教版物理选修3-5第十九章第三节65页《原子核的组成》课程类型与课时安排新授课教学目标1、物理观念：①理解放射性元素的衰变及其规律。②知道原子核是由质子和中子组成，知道质子、中子的基本物理性质。③知道原子核的符号表示及其物理意义。④知道同位素的概念。2、科学思维：通过发现组成原子核的质子和中子的历史过程，使学生认识通过物理实验探究和探索微观结构的研究方法。3、科学探究：能够根据实验现象探究三种射线的物理性质。通过观察波传播的图像，发现波在介质中的传播特点，形成结论。4、科学态度与责任：通过发现组成原子核的质子和中子的历史过程，使体会科学研究的艰巨性和严谨性。教学重点与难点教学重点：理解天然放射现象及其规律，原子核的组成及表示。教学难点：三种射线的物理性质探究，原子核的符号表示及物理意义。教学方法讲解法、练习法、教学手段多媒体课件及板书的辅助下，师生互动式的教学方法教学资源多媒体课件板书设计教学环节教学过程（主要教与学活动，教学方法）设计意图新课导入师：上一章中我们学习了玻尔的原子模型，知道原子是由原子核以及核外电子组成。学习了核外电子的特性是绕核在特定的能量轨道上运动。那么原子核呢？我们在化学中学过原子核是由质子和中子组成（学生齐声回答）。那么人们是如何发现原子核有更精细的组成结构的呢？（学生思考、回答）一、放射性现象师：人们认识原子核具有更复杂结构是从发现放射性衰变开始的。1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。这种元素自发的放出射线的现象叫做天然放射现象。我们把物质发射射线的性质称为放射性。具有放射性的元素称为放射性元素。<向学生展示放大两千多倍的铀矿的图片>从学生已有知识入手，引发学生思考人们是如何发现原子核具有更复杂结构的，激发学生学习的兴趣。通过物理学史的相关资料以及有关图片吸引学生，帮助学生更好的了解人类发现放射性现象的过程。新课讲授师：两年后玛丽.居里和她的丈夫发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋（Po）、镭（Ra）。展示贝克勒尔和居里夫人的人像师：天然放射性现象只有这几种元素有吗？（学生思考回答）放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于等于83的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。例如：钾是19号元素，它是具有放射性的元素，铷原子序数是34，它也具有放射性。一些人工合成的元素，例如锝，就是人类第一次人工合成的放射性元素。二、射线【思考】：在放射性现象中放出的射线是什么呢？从定义中知道这种射线能穿透黑纸使照相底片感光。【分析】：实验：把放射源铀、钋或镭放入用铅做成的容器中。铅的原子序数是82，是原子质量最大的非放射性元素，对射线的屏蔽效果较好，当我们做一些具有放射性的实验时会穿一件铅衣来保护自己。这样射线只能从容器的小孔射出。在射线经过的空间施加磁场。现象：射线分裂成三束。其中两束在磁场中向不同的方向偏转；另一束在磁场中不偏转。我们把这三束射线分别称为γβαα射线、β射线、γγβα向学生树立正确的科学家形象，让学生更好的了解物理学史。引导学生思考放射性现象中放出的射线是什么。先由放射性现象的定义初步知道射线可使黑纸感光。再通过实验现象分析探究射线的种类，及所带电性。教学环节教学过程（主要教与学活动，教学方法）设计意图新课讲授【思考】：这三种射线带什么电性？（学生用左手手定则判断射线的电性）学生得出结论：α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电。【思考】：如果实验中换成电场，怎样放置两块平行极板使偏转方向相同呢？（学生分析思考）正极板放左边，负极板放在右边。师：三种射线还有什么特性呢？（1）α射线的本质是带正电的高速粒子流，它所带的电荷量是两倍电子电荷量，粒子的质量是4倍质子的质量，因此这种粒子实际上就是氦核。氦核流的速度能达到光速的0.1倍。（2）β射线实际上是高速电子流，所以β粒子的实质就是电子，带电量是1倍电子的电量，质量是1个质子质量的1836分之一。电子流的速度可达0.99倍光速。（3）γ射线实际上是高频电磁波，由光子构成，光子不是实物粒子，质量为0，速度等于光速。【分析】：电离能力分析：α粒子的质量和电荷量最大，与粒子碰撞后，容易使粒子电离，电离能力最强；而β射线的电离能力相对较弱；γ射线是高频电磁波，带电量为0，很难发生电离，电离作用最弱。贯穿能力分析：α粒子的质量最大，但速度较小，容易与粒子碰撞交换能量，贯穿能力最弱；而β射线的电离能力相对较强；γ射线贯穿能力最强。α射线α射线氦核2e0.1c4很强最弱β射线电子-e0.99cm较弱较强γ射线光子0c静止质量为0很弱最强把实验中的匀强磁场换成匀强电场，让学生及时应用知识。帮助学生认识三种射线的本质。进一步分析三种射线的电离、穿透能力，培养学生科学分析的思维与能力。用表格引导学生归纳整理所学知识。

教学环节教学过程（主要教与学活动，教学方法）设计意图新课讲授师：γ射线的贯穿能力究竟有多强呢？γ射线可以穿透几十厘米厚的混凝土和几厘米厚的铅板，β射线可以穿透几毫米厚的铝板，而α射线连一张薄纸都不能穿透！几毫米几厘米几毫米几厘米几毫米几厘米<习题练习>科学家在实验中还发现：1、放射性的强度也不受温度、外界压强影响。2、如果一种元素具有放射性，无论它是以单质还是化合物存在，都具有放射性。由以上实验结果引导学生根据实验发现推断得出：射线来自原子核，原子核内部是有结构的。【注意】：β射线的电子是从原子核中放出来的，并不是从原子核外的电子中放出来的。（这是下一节将要解决的问题）例举实例帮助学生更直观的认识三种射线穿透能力的强弱。通过习题练习，巩固知识。引导学生通过实验现象科学分析，认识到射线来自原子核，原子核内部是有结构的。为下一节放射性元素的衰变埋下伏笔。吸引学生的兴趣和思考。教学环节教学过程（主要教与学活动，教学方法）设计意图新课讲授<习题练习>（学生分析思考后再讲解）1、分析匀强磁场中的偏转：要比较偏转程度→比较偏转半径（r大偏转程度小）→r=→匀强磁场B相同，比较m、v、q2、分析匀强电场中的偏转：运动分解为水平方向和竖直方向→（控制变量）固定竖直方向位移→分析比较水平方向位移大小（水平方向位移越大，偏转程度越大）【得出结论】：匀强磁场、电场中α射线偏转程度小在之前对三种射线在匀强磁场、电场中偏转方向学习的基础上，进一步分析各种射线的偏转程度。通过思考分析习题的过程培养学生严密的理论推导能力，培养科学的分析问题的思维能力。教学环节教学过程（主要教与学活动，教学方法）设计意图新课讲授三、原子核的组成师：既然放射性元素可以放出射线，且放出的这些射线只与原子核有关，说明原子核内部是具有精细结构的。那么原子核有哪些组成部分呢？质子的发现:物理学史：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，得到了质子。经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的1836倍。进一步研究表明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核。卢瑟福【归纳总结】：卢瑟福质子(P或1带正电，电荷量等于一个电子的电荷量q质量等于一个电子质量的1836倍m科学家们用同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子。这就说明质子是原子核的组成部分。（二）中子的发现：【思考】：原子核只由质子组成吗？（引导学生思考）假设：原子核只由质子组成，那么核的质量

实验验证：然而实验发现核的质量

核的电荷量>质子的质量通过引导学生重新经历科学家发现质子的历程，让学生体会科学研究的艰难，学习用α粒子轰击这一常用的研究微观结构的方法。引导学生归纳总结，帮助学生更好的学习。通过引导学生重新经历科学家发现中子的历程。经历问题分析→科学假设→实验验证分析→得出结论。体会科学探究的过程。教学环节教学过程（主要教与学活动，教学方法）设计意图新课讲授卢瑟福进而猜想原子核内存在质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子。这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．【归纳总结】：中子（N或01不带电质量为m科学家在对各种原子核进行的实验时，发现质子和中子是组成原子核的两种基本粒子。【对比中子和质子】：质子带正电，而中子不带电；质子质量与中子质量只相差千分之一。质子与中子很相似，并且二者都是原子核的组成部分，因此将它们统称为核子。师：之后科学家在对各种对原子核进行的实验中，都发现原子核是由质子和中子组成，因此质子和中子是组成原子核的两种基本粒子。