第二节 原子核的组成教学设计高中物理选择性必修第三册沪科版（2020·上海专用）

第二节原子核的组成教学设计高中物理选择性必修第三册沪科版（2020·上海专用）学科政治年级册别八年级上册共1课时教材部编版授课类型新授课第1课时教学内容分析1.本节课的主要教学内容：原子核的组成（质子、中子）、原子核的电荷数（Z）与质量数（A）、核素与同位素的概念、原子核的符号表示（AZX）。

2.教学内容与学生已有知识的联系：学生在必修阶段已通过卢瑟福α粒子散射实验掌握原子的核式结构模型，知道原子由原子核和核外电子组成，本节课在此基础上探究原子核的内部构成，从宏观原子结构深入到微观核子组成，建立原子核的基本组成模型。核心素养目标二、核心素养目标通过原子核组成的学习，形成原子核的基本物理观念，理解质子、中子及核素、同位素的概念；经历科学家探究原子核组成的过程，提升模型建构与科学推理能力；感悟微观世界探索的科学方法，培养严谨的科学态度与探索精神。教学难点与重点1.教学重点，①原子核的组成（质子、中子）及核子在原子核中的基本作用；②原子核电荷数（Z）、质量数（A）与核素符号（AZX）的对应关系；③核素与同位素的概念及其在自然界中的实例（如氢的三种同位素）。

2.教学难点，①质子数、中子数与质量数的计算关系（A=Z+N）及不同核素中各数值的确定；②同位素概念的深入理解，包括化学性质相同、物理性质不同的微观原因；③原子核符号（AZX）中各物理量的准确含义及规范书写，特别是对“Z”与“X”对应关系的把握。教学资源1.软硬件资源：α粒子散射实验模拟软件、原子结构模型（含质子中子）、数字化实验系统（传感器）、黑板及粉笔。

2.课程平台：校园局域网物理学科资源库、沪科版配套数字教材。

3.信息化资源：原子核组成动态演示课件、核素符号书写交互练习、同位素应用案例库（医学/能源）。

4.教学手段：小组合作探究、板书推导公式、实物模型观察、多媒体动画展示微观结构。教学过程**（一）导入新课**

同学们，上节课我们通过卢瑟福的α粒子散射实验，知道了原子的核式结构模型——原子由位于中心的原子核和绕核运动的核外电子组成。那么，一个自然的问题就来了：原子核本身又是由什么组成的呢？它是不是最小的不可再分的粒子呢？带着这个问题，我们回到20世纪初，看看科学家们是如何一步步揭开原子核内部奥秘的。（板书：第二节原子核的组成）

**（二）新课讲授**

**1.原子核的发现——质子的提出**

（展示α粒子散射实验模拟动画）同学们，卢瑟福在实验中发现，绝大多数α粒子穿过金箔后偏转角度很小，但有少数α粒子发生了较大偏转，甚至被反弹回来。这说明了什么？

（学生思考回答：原子核带正电，且质量很大）

没错。卢瑟福由此提出，原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量。但进一步的问题来了：原子核带的正电荷是多少？如果原子核只是由带正电的粒子组成，那么电荷数应该等于原子序数Z。但1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核时，发现了新的粒子——这种粒子带正电，电荷量与电子电荷量相等，但质量约为电子的1836倍。同学们，你们猜这是什么粒子？

（学生回答：质子）

完全正确！卢瑟福把这种粒子命名为质子，用符号p表示，电荷量e=+1.60×10⁻¹⁹C，质量mp≈1.67×10⁻²⁷kg。由此，科学家们最初认为原子核可能由质子组成，比如氢原子核就是1个质子，氦原子核就是4个质子。但这种观点很快遇到了矛盾——以氦原子为例，它的原子序数Z=2，如果原子核由2个质子组成，质量数应该是2，但实际测量中氦原子核的质量数约为4。这说明，原子核中除了质子，还应该存在其他粒子！

**2.中子的发现——原子核组成的完善**

（展示查德威克实验示意图）1932年，英国物理学家查德威克用α粒子轰击铍原子核，发现了一种不带电的粒子，这种粒子的质量与质子几乎相等，但不带电。同学们，不带电、质量与质子相近，这是什么粒子？

（学生回答：中子）

对！查德威克把这种粒子命名为中子，用符号n表示，质量mn≈1.67×10⁻²⁷kg，电荷量q=0。至此，科学家们终于明确了：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。（板书：原子核由质子和中子组成；核子：质子、中子）

**3.原子核的表示——电荷数与质量数**

既然原子核由质子和中子组成，那么如何表示一个原子核呢？同学们，我们知道原子核的电荷数等于质子数，用Z表示；原子核的质量数等于质子数与中子数之和，用A表示。比如，一个原子核有6个质子、6个中子，它的电荷数Z=6，质量数A=6+6=12。科学家们用符号AZX来表示原子核，其中X为元素符号，Z为电荷数（质子数），A为质量数。（板书：原子核符号：AZX；电荷数Z=质子数；质量数A=质子数+中子数）

（举例）同学们，请看课本上的例子：氢原子核（11H），Z=1，A=1，说明有1个质子，0个中子；氦原子核（42He），Z=2，A=4，说明有2个质子，2个中子；碳原子核（126C），Z=6，A=12，说明有6个质子，6个中子。现在，请大家快速计算一下，氧原子核（168O）的质子数和中子数分别是多少？

（学生计算回答：质子数Z=8，中子数N=A-Z=16-8=8）

完全正确！这里大家要注意，质量数A是整数，因为质子和中子的质量都约等于1u（原子质量单位），而原子核的质量主要集中在质子和中子上。

**4.核素与同位素——微观世界的“家族”**

（展示氢的三种原子核示意图）同学们，我们来看氢元素：自然界中氢原子有三种不同的原子核，它们的质子数都是Z=1，但中子数不同：11H（氕，0个中子）、21H（氘，1个中子）、31H（氚，2个中子）。像这样，具有特定质子数和中子数的一类原子，称为核素。（板书：核素：具有特定质子数和中子数的一类原子）

而质子数相同、中子数不同的核素，互称为同位素。（板书：同位素：质子数相同、中子数不同的核素）比如氢的三种核素：11H、21H、31H，它们互为同位素，因为它们的质子数都是1，中子数分别为0、1、2。

（提问）同学们，为什么同位素的化学性质基本相同？

（学生思考回答：因为化学性质由核外电子数决定，而质子数等于核外电子数，同位素质子数相同，所以核外电子数相同，化学性质相同）

非常好！但同位素的物理性质不同，因为质量数不同，导致密度、熔点、半衰期等物理性质有差异。比如，氘（重氢）形成的重水（D₂O）比普通水（H₂O）密度大，沸点高。

**（三）学生活动——小组合作探究**

（将学生分为4人小组，发放探究任务卡）

**任务1：原子核符号分析**

请写出下列原子核的质子数、中子数，并判断它们是否为同位素：

①钠-23（2311Na）②钠-24（2411Na）③镁-24（2412Mg）

（小组讨论5分钟，每组派代表展示结果）

（教师点评）第①组和第②组，质子数都是11，中子数分别为12和13，所以它们互为同位素；第③组质子数是12，与前两组不同，不是同位素。

**任务2：生活中的同位素应用**

请举例说明同位素在生活中的应用，并说明其原理。（提示：医学、农业、考古等领域）

（学生回答：如碳-14测年，生物体死亡后停止与外界碳交换，体内碳-14含量逐渐减少，通过测定剩余碳-14含量可推算年代；医学中用碘-131治疗甲状腺疾病，利用其放射性破坏病变组织）

**（四）巩固提升——典型例题分析**

（投影例题）例1：某元素R的原子核外有20个电子，原子核内有24个中子，则R的原子核符号是什么？

（学生独立完成，教师引导）核外电子数=质子数=Z=20，中子数N=24，所以质量数A=Z+N=20+24=44，原子核符号为4420Ca。

例2：下列各组物质互为同位素的是（）

A.H₂和D₂B.126C和146CC.O₂和O₃D.H₂O和D₂O

（学生回答：B，因为126C和146C质子数都是6，中子数不同）

（教师强调）同位素的研究对象是原子，不是分子或单质，所以A、D错误；O₂和O₃是氧元素的不同单质，不是同位素。

**（五）课堂小结**

同学们，今天我们一起探究了原子核的组成。谁能总结一下本节课的重点内容？

（学生回答：原子核由质子和中子组成；原子核符号AZX中，Z是电荷数（质子数），A是质量数（质子数+中子数）；核素是具有特定质子数和中子数的原子，同位素是质子数相同、中子数不同的核素）

（教师补充）非常好！原子核的组成是现代物理学的基础，同位素的应用更是渗透到我们生活的方方面面。希望大家课后多观察、多思考，感受物理与生活的联系。

**（六）作业布置**

1.课本P75页“练习与应用”第1、2、3题；

2.查阅资料，了解放射性同位素在医学或农业中的一个具体应用，写一段200字的说明。知识点梳理1.原子核的组成

（1）质子：1919年由卢瑟福通过α粒子轰击氮原子核发现，符号为p，带正电，电荷量e=+1.60×10⁻¹⁹C，质量mp≈1.67×10⁻²⁷kg，约等于1u（原子质量单位）。

（2）中子：1932年由查德威克通过α粒子轰击铍原子核发现，符号为n，不带电，质量mn≈1.67×10⁻²⁷kg，约等于1u。

（3）核子：质子和中子的统称，原子核由核子组成，核子数等于质子数与中子数之和。

2.原子核的表示方法

（1）电荷数（Z）：原子核的质子数，等于原子序数，等于核外电子数，决定元素的化学性质。

（2）质量数（A）：原子核的质子数与中子数之和，即A=Z+N（N为中子数），质量数为整数，近似等于原子的相对原子质量。

（3）核素符号：用AZX表示，其中X为元素符号，Z为电荷数（左下角），A为质量数（左上角）。例如：氢原子核（11H）、氦原子核（42He）、碳原子核（126C）。

3.核素与同位素

（1）核素：具有特定质子数和中子数的一类原子。例如：11H（氕，1个质子、0个中子）、21H（氘，1个质子、1个中子）、31H（氚，1个质子、2个中子）均为氢元素的不同核素。

（2）同位素：质子数相同、中子数不同的核素互称为同位素。例如：126C、136C、146C为碳元素的三种同位素；11H、21H、31H为氢元素的三种同位素。

（3）同位素的性质：化学性质相同（由核外电子数决定，同位素质子数相同，核外电子数相同）；物理性质不同（由质量数决定，导致密度、熔点、半衰期等差异）。

4.原子核组成的计算

（1）已知核素符号求质子数、中子数：质子数=Z（电荷数），中子数=A-Z（质量数-电荷数）。例如：钠-23（2311Na）的质子数=11，中子数=23-11=12。

（2）已知质子数和中子数写核素符号：质量数A=质子数+中子数，电荷数Z=质子数，组合为AZX。例如：某原子核有8个质子、8个中子，核素符号为168O。

（3）同位素的判断：比较核素的质子数和中子数，若质子数相同、中子数不同，则为同位素。例如：2311Na和2411Na质子数均为11，中子数分别为12和13，互为同位素；2411Na和2412Mg质子数不同，不是同位素。

5.原子核组成的科学史

（1）卢瑟福α粒子散射实验（1911年）：提出原子的核式结构模型，证实原子核的存在。

（2）卢瑟福发现质子（1919年）：用α粒子轰击氮原子核，产生氧原子核和质子（11N+42He→178O+11H）。

（3）查德威克发现中子（1932年）：用α粒子轰击铍原子核，产生碳原子核和中子（94Be+42He→126C+10n），证实原子核由质子和中子组成。

6.同位素的应用

（1）碳-14测年：生物体死亡后停止与外界碳交换，体内碳-14（146C）含量按半衰期5730年衰减，通过测定剩余碳-14含量推算年代，用于考古、地质研究。

（2）医学应用：碘-131（135I）用于治疗甲状腺疾病，其放射性可破坏病变组织；钴-60（6027Co）用于放疗，杀死癌细胞。

（3）农业应用：磷-32（3215P）作为示踪原子，研究植物对磷元素的吸收和运输规律，优化施肥方案。

7.原子核的稳定性

（1）轻核：质子数Z≤20时，稳定核素的中子数N≈质子数Z，即N/Z≈1（如168O，Z=8，N=8）。

（2）重核：质子数Z>20时，稳定核素的中子数N>质子数Z，即N/Z>1（如20882Pb，Z=82，N=126，N/Z≈1.54）。

（3）核素稳定性：若N/Z偏离稳定范围过大，原子核可能发生放射性衰变，通过释放α粒子、β粒子等趋向稳定。

8.原子核与原子结构的关系

（1）原子由原子核和核外电子组成，原子核位于原子中心，体积很小（约原子体积的十万分之一），集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量。

（2）核电荷数Z=原子序数=核外电子数，决定元素在周期表中的位置及核外电子排布。

（3）质量数A≈相对原子质量，例如碳-12的相对原子质量为12.000u，126C的质量数A=12。

9.核素符号的规范书写

（1）元素符号X用大写字母表示，若元素符号由两个字母组成，第二个字母小写（如Na、Ca）。

（2）电荷数Z写在元素符号左下角，质量数A写在元素符号左上角，不能省略。例如：氢原子核（11H）不能写成H，氦原子核（42He）不能写成He。

（3）离子符号：在核素符号右上角标明电荷数和电性，如钠离子（Na+）的核素符号为2311Na+，氧离子（O2-）的核素符号为168O2-。

10.常见核素实例

（1）氢元素：11H（氕，自然界丰度99.98%）、21H（氘，用于重水D2O，核燃料）、31H（氚，具有放射性，用于氢弹）。

（2）碳元素：126C（稳定，基准原子质量）、136C（稳定，丰度1.1%）、146C（放射性，半衰期5730年，用于测年）。

（3）氧元素：168O（稳定，丰度99.76%）、178O（稳定，丰度0.04%）、188O（稳定，丰度0.20%）。

（4）铀元素：23892U（稳定，丰度99.27%）、23592U（易裂变，用于核反应堆、核武器）。教学反思与总结教学反思：本节课通过科学史实导入，引导学生逐步构建原子核组成模型，动态演示和小组探究结合的教学策略有效调动了学生参与度。但在核素符号书写训练环节，部分学生对质量数与电荷数的对应关系仍显模糊，需加强板书示范和即时纠错。同位素概念讲解时，化学性质与物理性质的对比分析不够深入，后续可增加生活实例辅助理解。

教学总结：学生基本掌握了原子核的组成（质子、中子）、核素符号（AZX）及同位素概念，能通过计算分析质子数与中子数关系，并列举同位素应用实例。科学史实渗透培养了探究精神，但部分学生对原子核稳定性（N/Z规律）的理解停留在表面，需后续结合放射性衰变内容深化。改进措施：增加数字化实验模拟核反应过程，强化符号书写专项训练；设计分层练习题，针对不同认知水平的学生巩固基础概念与拓展应用能力。整体教学达成核心素养目标，为后续核能学习奠定基础。教学评价与反馈1.课堂表现：学生能跟随科学史实导入环节积极思考，对质子、中子的发现过程表现出浓厚兴趣，回答问题时能联系卢瑟福散射实验等已有知识，但对核素符号AZX中各物理量的对应关系仍需强化记忆。

2.小组讨论成果展示：各小组能正确完成原子核符号分析任务，如区分钠-23和钠-24为同位素，举例同位素应用时多涉及碳-14测年、碘-131医疗等课本实例，部分小组能拓展到农业示踪，体现知识迁移能力。

3.随堂测试：基础题（如质子数、中子数计算）正确率达85%，但质量数与电荷数混淆现象仍存在；应用题（如同位素判断）中，对“质子数相同、中子数不同”的核心条件把握较准，少数学生误将分子（如H₂O和D₂O）当作同位素研究对象。

4.课后作业反馈：学生搜集的同位素应用案例贴合课本，如提到钴-60放疗、磷-32农业研究，但对“化学性质相同、物理性质不同”的微观原因分析不够深入，需后续结合核外电子排布补充。

5.教师评价与反馈：整体教学目标达成度良好，学生对原子核组成、核素符号等核心知识点掌握扎实，但需加强符号书写的规范性训练，并通过更多生活实例深化同位素概念的理解，后续可增加放射性衰变相关内容为核能学习铺垫。课后作业1.题目：计算钠-23原子核的质子数和中子数，并写出其核素符号。