区教材教法分析原子结构与原子核

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第十八章 原子结构,第十九章 原子核,海淀区高二物理教材教法分析,DESIGNER:,范 鸿 飞,TEL:-1,EMAIL:,首师大附中 范鸿飞,2011.5,“,写,”,在前面,一个问题引发的思考,敢问各位老师们，在原子物理学领域，我们的知识储备比教材内容多多少？在这里，我们应该教给学生些什么？我们还能有多少作为？,与学生间的讨论,学生问我,：汤姆生的原子模型是错误的吗？卢瑟福的原子模型就是正确的吗？波尔的原子假说可以说是真理吗？,我问学生,：这个世界是否有绝对的真理？科学家是否就是真理的化身？老师的话是否总是正确的？书本中的东西是否就是科学？科学究竟是什么？,这些问题，对于一个十六七岁的青年人而言，已经到了该开始思考的时候了！,课程标准,原子结构,1,内容标准,（,1,）了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。例,1,：用录像片或计算机模拟，演示,粒子散射实验。,（,2,）通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。,例,2,：了解光谱分析在科学技术中的应用。,2,活动建议,观看有关原子结构的科普影片。,课程标准,原子核,1,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。,例,1,：了解放射性在医学和农业中的应用。,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。,（,4,）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。,（,5,）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。,（,6,）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。,例,3,： 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。,课程标准,原子核,例,4,：了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。,2,活动建议：,（,1,）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。,（,3,）举办有关核能利用的科普讲座。,高考要求,近代物理知识（原子与原子核部分）,内 容,要求,说明,82,电子的发现电子比荷的测定,83,粒子散射实验原子的核式结构,84,氢原子的能级结构光子的发射和吸收氢原子的电子云,85,原子核的组成天然放射现象,射线、,射线、,射线衰变半衰期,86,原子核的人工转变核反应方程放射性同位素及其应用,人类对物质结构的认识,87,放射性污染和防护,88,核能质量亏损爱因斯坦的质能方程,89,重核的裂变链式反应核反应堆,90,轻核的聚变可控热核反应,学情分析,整合旧有知识，对微观世界形成初步认识,关于原子和原子核结构的知识，学生在化学课和电学中接触过一些。但是化学课介绍原子结构，侧重于与物质的化学性质有关的内容。电学中讲电子论，但只是用极少的关于原子结构的理论来解释电现象。所以，学生获得的有关原子结构的知识是零散的、片段的，加上平时接触到的一些科普知识，中间夹杂着学生个人的错误理解，更使知识不准确了。,因此，通过这部分的教学，使学生获得相对完整、系统的知识，初步形成在原子层面上的微观图景。,对该主题内容的深层次理解,原子结构与原子核的知识结构,原子结构部分,电子的发现,气体放电管实验,汤姆孙,“枣糕”,原子模型,卢瑟福,核式结构,原子模型,波尔,量子化,原子模型,粒子散射实验,原子光谱,现象与模型的矛盾,现象与模型的矛盾,对该主题内容的深层次理解,原子结构与原子核的知识结构,原子核部分,原子核的组成,天然放射现象的发现,原子核反应,质子与中子的发现,原子核的符号表示,原子核天然衰变,人工核反应,衰变,衰变,半衰期,核力,结合能,核裂变,核聚变,人工放射性同位素,应用与防护,探测射线的方法,粒子和宇宙,对该主题内容的深层次理解,在学科知识体系中的地位和关系,原子物理学研究的是原子的结构和性质及其相关内容，是关于物质微观结构的一门科学。它是人类深入认识物质结构及宇宙起源与演化的开始。,原子物理学是近现代物理学的重要组成部分，也是一门基础学科。它的发展使我们能够解释很多新问题，获得新知识，影响到物理学的全部领域。同时，它与化学、天文学、矿物冶金学、生物学等众多其他学科有着密切的联系。,原子物理学的一些基本研究方法也同样可以适用在其他生产和科学研究领域中。,对该主题内容的深层次理解,在学科知识体系中的地位和关系,本单元是高中物理学科中的最后部分。之前学生在对,波粒二象性,一章的学习中，已经初步认识了微观物质世界的物理法则，这为学生学习原子物理学部分做好了知识和规律上的准备。,本主题分为两部分。首先从认识原子的组成及结构开始，建立原子结构的微观图景，然后再进一步认识原子核的组成及变化规律，介绍与核变化有关的知识等。,该单元涉及的内容较为浅显，主要以识别和记忆为主。作为现代人，了解一些相关知识是必要的，也为学生未来的专业深造做好了铺垫。,对该主题内容的深层次理解,从三个维度深入认识和把握学科内容,1.,从知识维度,（,1,）概念方面,发现电子的过程及意义、原子的组成及原子的结构模型（“枣糕”模型、核式结构模型、量子化模型），理解各个模型建立过程的实验依据及其成功与局限。天然放射现象及意义、原子核的组成、放射性同位素、核子、核力、结合能、比结合能、质量亏损、放射性的应用与防护等。,（,2,）规律方面,氢原子光谱谱线（巴耳末公式）、波尔的原子理论假设（跃迁规律）、原子核衰变规律（质量数和电荷数守恒） 、爱因斯坦质能方程、核裂变与核聚变反应及条件等。,对该主题内容的深层次理解,从三个维度深入认识和把握学科内容,2.,从过程与方法维度,（,1,）了解在建立原子模型和认识原子核内部结构过程中的主要实验，体会依据对宏观实验现象观测，推断物质微观结构的方法。,（,2,）了解原子模型的建立、修改和完善的过程，进一步体会建立物理模型的方法。渗透物理学学科思想，体会在物理学（科学）研究中理论与实践之间的关系。,（,3,）了解电子的发现与测定过程及对射线的研究，体会利用电磁场分析测定微观粒子性质的方法。,提出或修改假设,建立理论模型,通过实验或既有理论检验,科学结论,证实,证伪,现象的观察,对该主题内容的深层次理解,从三个维度深入认识和把握学科内容,3.,从情感态度与价值观维度,（,1,）通过了解原子模型的建立过程，树立辩证的唯物主义世界观和科学观。任何科学或真理均有其历史局限性，都会受到各种相关因素与条件的制约。科学没有绝对，“绝对”不是科学。科学总是在不断地“肯定”、“否定”、 “再肯定”中前行的，科学发展的动力即源于此，是螺旋式上升过程。科学是“发展中的科学”。,（,2,）通过学习波尔的氢原子模型和氢原子光谱实验事实的对应关系，体会物理模型的每一次演化都意味着新模型具有了更广泛的适应性，更简洁的形式，同时也更加具有科学的美。,（,3,）了解原子物理学发展史，使学生体会科学的每一次进步，都需要忘我的付出、创造性的思维以及突破前人旧有观念束缚的勇气，从而树立科学精神，提高综合素养。,艺术的美,庄重与幻化的结合,完美与残缺的统一,动感与稳定的和谐,11.0cm,6.8cm,“美”究竟是什么？,直到目前没有人能够给出一个明确的定义。,但是，“美”一定是使人类感到“愉悦”的一种主观体验！它与人类对自身的某种“崇拜”有关。,古希腊人认为“人体是最美的容器”,科学的美,对称的美,简约的美,自洽的美,守恒的美,科学美的“定义”：,该主题内容的教学策略,教学重点与难点,教学重点：,粒子散射实验及,卢瑟福的核式结构模型,波尔的原子模型假设及跃迁规律。,原子结构模型的提出与建立过程及通过观测实验现象进行科学推理的方法。,原子核的组成、原子核衰变规律及射线的性质。,通过核反应过程中的质量亏损，利用质能方程计算核能。,教学难点：,波尔的原子模型及跃迁规律。,对结合能、比结合能物理意义的理解。,该主题内容的教学策略,教学指导意见,1.,将陌生抽象的事物形象化,对学生而言，微观世界的图景是陌生的，相关知识是贫乏的。同时，中学一般难以具备相关实验的条件。这些都为本章教学增加了难度。为此，教师应尽可能地利用照片、图解、课件、动画等现代化多媒体手段将物理景象展现出来，将实验装置和过程复现出来，甚至将物理规律的内涵表达出来，让学生能够“亲眼所见”。,该主题内容的教学策略,教学指导意见,2.,简要了解相关的物理学史,了解原子物理学的建立过程和历史背景，有利于学生对理论的形成过程有较为全面、连续的认识。介绍学史，不仅是为了使学生有一个全面的认识，更重要的是其中渗透着重要、鲜活的研究方法。不要将学史当作历史常识（或事件）来学习，应将学史看作是重要的学习内容（历史线索、理论线索、方法线索）。这就要求教师对这段时期的物理学史有概括性的了解。只有这样，教师在教学中才能做到深入浅出、融会贯通、引人入胜。建议教师在讲授前参阅一些有关方面的书籍。,推荐书目：,物理学史,/,郭奕玲，沈慧君编著，,-2,版，,-,北京：清华大学出版社，,2005.8 ISBN 7-302-11530-3,该主题内容的教学策略,教学指导意见,3.,适当丰富教师的知识储备,高中教材中的这部分内容主要是介绍性的，这是与高中学生知识水平和能力要求相一致的，课程标准对本章知识的要求也较低。因此教材不可能面面俱到，将所有问题都阐述清楚全面。在教学中，学生往往会提出教材中未涉及的各种问题，这就需要教师尽可能地在一定程度上加以解释。因此，教师应事先估计学生的问题，通过查阅相关资料，做一定的准备。例如，学生的问题有：,（,1,）阴极发出的电子打到屏上后去哪了？发射电子的物质会越来越少吗？,（,2,）卢瑟福如何通过,粒子散射实验,估算原子尺度？,（,3,）,粒子散射实验为何一定要用金箔？,（,4,）既然能量和轨道是量子化的，为何存在连续光谱？,（,5,）氢原子基态能级能量为何是负值？,该主题内容的教学策略,课时安排,第十八章 原子结构,1,电子的发现,1,课时,2,原子的核式结构模型,1,课时,3,氢原子光谱,1,课时,4,波尔的原子模型,2,课时,第十九章 原子核,1,原子核的组成,2,课时,2,放射性元素的衰变,1,课时,3,探测射线的方法,0.5,课时,4,放射性的应用与防护,0.5,课时,5,核力与结合能,2,课时,6,重核的裂变,0.5,课时,7,核聚变,0.5,课时,8,粒子与宇宙,1,课时,具体教学策略与教学建议,1.,关于教学主线,以探索原子结构的历史进程作为该主题的教学主线，是一个较为理想的选择，它有利于学生对理论的形成过程有较为全面、连续的了解。,该主题内容的教学策略,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,2.,关于电子的发现的教学,（,1,）介绍相关历史背景，引出问题,1854,年，德国玻璃工盖斯勒发明了以他的名字命名的真空管，为研究真空放电、发光现象提供了物质手段。,1858,年，德国物理学家普吕克尔在,实验中观察到了玻璃壁上的荧光，成功地实现了人工放电。,1869,年，德国物理学家希托夫证明，放在阴极与玻璃壁之间的障碍物，可以在玻璃壁上投射阴影。,1876,年，德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线撞击引起，并把这种射线叫做阴极射线。,是粒子流？是电磁波？,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,2.,关于电子的发现的教学,（,2,）介绍汤姆孙的研究,教师可根据学生情况，在教材“思考与讨论”的指导下分析问题，也可由学生依据以前学过的电磁场知识，自行设计实验方案。,教师的问题引导：,采用何种方法可以方便地判断阴极射线是否带电？,如果阴极射线是带电粒子流，如何能够测定粒子的速度或比荷？你在,磁场,一章中学习过质谱仪的原理和用途，能否设计一个可行的实验方案？,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,2.,关于电子的发现的教学,（,2,）介绍汤姆孙的研究,阴极射线通过匀强电场,证实阴极射线带负电。,阴极射线通过正交电磁场,测量阴极射线速度。,阴极射线通过匀强磁场,测定带电粒子比荷（荷质比）。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,2.,关于电子的发现的教学,（,2,）介绍汤姆孙的研究,改变,K,极实验材料,证实使用不同,K,极材料，测得所有比荷相同。说明它是构成物质的共有成分。,测定带电粒子（电子）电量,汤姆孙在证明阴极射线是粒子流并测定电子比荷后，又利用饱和蒸汽直接测量了电子的电荷量。当时得到的数据为,310,-10,绝对,*,静电单位,(esu),。尽管不准确，但证明了射线的电荷量与氢,离子大致相同。,汤姆孙是第一个测出电子电荷量的人。,1910,年密立根的油滴实验测得了电子电荷量的精确值。电子电荷量和质量的现代值为：,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,2.,关于电子的发现的教学,（,3,）发现电子的意义,教师应向学生指出：电子是原子的组成部分，是比原子更基本的粒子。原子是可以再分的，是有结构的。,电子的发现及其性质的研究，打开了原子世界的大门，开创了物理学的新时代，为量子力学的创立奠定了理论基础，成为通向这一王国的序曲，同时也揭开了电的本质，打消了人们对电的神秘感。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,3.,关于,粒子散射实验与卢瑟福的核式结构模型的教学,（,1,）介绍汤姆孙的原子“枣糕”模型,通过图示，明确这一模型的特点：正电荷弥漫性的均匀分布在整个球形原子内部，电子镶嵌其中。,（,2,）介绍,粒子散射实验方法、装置及实验现象,利用动画过程展示实验现象。突出实验结果的特点。,粒子,放射源,金箔,探测器,粒子散射实验装置,引导学生思考：如果原子结构真如汤姆孙所言，是否会出现这样的现象？请运用电荷间相互作用的知识加以分析。在此基础上，教师可运用动画课件展示穿越过程。,动画页,粒子穿越“枣糕”模型的情境,“枣糕”模型中正负电荷均匀分布其中，当,粒子穿过时，两侧受到的力相差不多，,粒子的偏转应很小。汤姆孙原子模型无法解释,粒子散射实验中的大角度散射现象。,PUSH,粒子散射实验,目镜视野,动画页,模拟,粒子散射实验,实验现象：,绝大多数,粒子运动方向不改变或发生很小的偏转；,少数（,1/8000,）,粒子发生较大角度偏转，偏转角度甚至超过,90,。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,3.,关于,粒子散射实验与卢瑟福的核式结构模型的教学,（,3,）引导学生思考新的原子模型,怎样的原子结构能够出现这样的实验现象？这一问题较难，教师可进一步做如下指导：,1,微米厚的金箔大约有,3300,个原子层，但绝大多数,粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，这能说明什么？,粒子质量是电子质量的,7000,多倍，电子对,粒子没什么阻挡作用， 那么少数,粒子为什么较大偏转？受什么力的作用？,散射的,粒子有极少数偏转角度超过,90,，有的甚至被弹回。这可能是什么原因？极少数说明什么？,粒子散射实验结果说明什么问题？,在学生讨论和分析的基础上，教师可播放动画,课件展示穿越过程。,粒子穿越核式结构模型的情境,电子对,粒子的作用忽略不计。,因为原子核很小，大部分,粒子穿过原子时离原子核很远，受到较小的库仑斥力，运动几乎不改变方向。,极少数,粒子穿过原子时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角度散射。,动画页,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,3.,关于,粒子散射实验与卢瑟福的核式结构模型的教学,（,4,）建立核式结构模型,原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。带正电的部分体积很小，被称为原子核。这个模型被称为核式结构模型。,指出卢瑟福由经典力学理论计算出的结果与通过粒子散射实验数据符合得很好。,通过比喻、图示的方法，建立原子与原子核的尺度概念，形成原子的微观图景。,动画页,原子的核式结构与原子尺度,230m,蚂蚁与胡夫金字塔的比较,一般的原子核，核半径的数量级是,10,-15,m,，而整个原子半径的数量级是,10,-10,m,，两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。,原子中的原子核就像金字塔中的一只蚂蚁！,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,4.,关于光谱的教学,（,1,）介绍光谱的概念、分类、观测方法及产生条件,该部分属介绍性内容，教师不必过多深入和展开。有条件的学校可以适当补充：分光镜及简要原理、组织学生观察光谱（如纳光谱）等内容。也可结合教材，介绍原子光谱与吸收光谱的对应关系，为之后引入波尔的原子理论做好铺垫。,光源,附：分光镜的原理,复色平行光入射棱镜时，因棱镜对不同频率的光折射率不同，因此折射光线经透镜汇聚在屏上的位置会不同。,附：光栅分光原理,光栅,光栅也称衍射光栅。是利用多缝衍射原理使光发生色散,(,分解为光谱,),的光学元件。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝,(,刻线,),的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。,附：光谱分析,光谱分析,明线光谱只含有特定波长的光。研究发现，不同元素的明线光谱呈现不同波长的亮线。这些亮线称为原子的特征谱线。因此我们可以利用它分析物质的组成成分。这种灵敏度很高的方法称为,光谱分析。,太阳光谱中出现的暗线与太阳大气层中的物质的明线光谱相对应。因此从太阳光谱的暗线可知太阳大气层中的物质组成。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,4.,关于光谱的教学,（,2,）氢原子光谱的实验规律,该部分属介绍性内容，主要目的是为波尔的原子理论提供实验依据和检验手段。学生学习的重点在于认识氢原子光谱的不连续性，巴尔末公式只需了解，不宜做更多要求。,为加深学生的印象，提高学习兴趣，教师可组织学生利用简易分光镜观察原子的明线光谱。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,4.,关于光谱的教学,（,3,）经典理论的困难,限于高中学生的知识和能力水平，该部分内容主要由教师讲解。应注意讲明以下几点内容：,经典理论认为：,a.,电子绕核旋转,有加速度,辐射电磁波，能量减少,最终电子要落到核上,原子不稳定（实际上原子相当稳定）,b.,辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率,电子旋转频率连续变化,原子光谱应是连续光谱（实际上原子光谱是不连续的明线光谱）,以上事实表明：经典理论可能不适用微观，卢瑟福的核式结构有待完善。,为学生便于理解以上内容，可辅助于动画情景。,动画页,核式结构模型假说与现实的矛盾,核外电子受库仑力作用，所以它不可能是静止的。它必须绕核转动。,电子的周期性运动，导致电磁场的周期变化，就会激发电磁波。因为辐射电磁波，电子的能量会不断减少，最后一头栽倒在原子核上。但事实是原子是很稳定的。,按照经典理论，电子辐射电磁波的频率与其绕核的频率相同。电子能量减少，就会离核越来越近，转得越来快。这个变化是连续的，就应该辐射各个波长（频率）的电磁波。但实际上原子的谱线是分立的。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,5.,关于波尔的原子理论的教学,（,1,）介绍历史背景与理论基础,教材这部分内容较为粗略，学生容易认为波尔的理论是凭空想象的 ，因此教师可适当补充相关内容。如：介绍波尔的生平，波尔提出原子理论前的主要工作以及当时物理学界的新发现和争论的主要问题等。波尔的原子理论来源主要包括：,卢瑟福的核式结构模型,普朗克的量子论,氢光谱的实验研究,玻尔：,“当我第一眼看到巴耳末公式时，一切都在我眼前豁然开朗了。”,尼尔斯,玻尔,1885-1962,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,5.,关于波尔的原子理论的教学,（,2,）波尔原子理论的基本假设,这部分内容较为抽象，是本主题的教学难点之一。学生对量子化概念，特别是跃迁条件接受起来比较困难。需要教师运用图示、举例、比喻、类比等多种方法加以引导和解释。,a.,轨道量子化与定态,教师可通过对比卫星轨道半径取值的连续性和电子轨道半径取值的不连续性，甚至也可类比电学中滑动变阻器与电阻箱在改变电阻时的差异，使学生认识到宏观与微观世界的不同图景。,明确电子处在不同的不连续的轨道时，对应不同的能量状态，这些能量状态也是不连续的。原子处于这些状态时是稳定的。,图片页,能级图,用一组横线表示原子能量状态的方法叫做能级图。右图是氢原子的能级图。,n,=1,，,2,，,3,，,n,=1,，,2,，,3,，,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,5.,关于波尔的原子理论的教学,（,2,）波尔原子理论的基本假设,b.,频率条件与跃迁,教师可利用动画演示：原子通过吸收或放出能量，在不同的能级间发生跃迁。帮助学生建立跃迁的概念。,教师应结合能级图讲述跃迁规律。通过实例，指出什么情况跃迁是能够发生的，什么情况跃迁是不能发生的。可提出如下问题：,在解释光电效应实验中，电子能够吸收光子的一部分能量吗？,处于基态的氢原子，能否接受,8.0eV,、,10.2eV,、,10.3eV,、,13.6eV,、,14eV,的光子能量？,跃迁与电离有何不同？,氢原子从某个较高能级向较低能级跃迁时，是否放出含有各种频率的光子？有多少种可能的频率？,频率条件,原子通过吸收或放出光子，可以从一个定态跃迁到另一个定态，电子从一个定态轨道跃迁到另一个定态轨道。吸收或放出的光子的能量等于发生跃迁的两个定态的能量差，即：,动画页,吸收光子,吸收光子,放出光子,放出光子,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,5.,关于波尔的原子理论的教学,（,2,）波尔原子理论的基本假设,b.,频率条件与跃迁,为了学生较好地理解跃迁中的“不连续性”，教师可以将跃迁过程比喻为“爬楼梯”的过程，并通过动画以演示说明：,人在爬楼梯时，只要腿足够长，可以一步迈上一节台阶、两节台阶、三节台阶,但不可能一只脚站在相邻的两节台阶之间而上下楼梯。,原子在能级间的跃迁与这一情景是类似的。,动画页,1,2,3,4,5,n,E,1,=-13.6eV,E,2,=-3.4eV,E,3,=-1.51eV,E,4,=-0.85eV,E,5,=-0.54eV,E,n,受激跃迁,自发跃迁,电离,氢原子有,选择地吸收特,定频率的光子，由基,态跃迁到各个激发态；,处于激发态的氢原子,不稳定，会自发地向低能级,跃迁，放出一系列特定频率,的光子。,处于基态的氢原子可吸,收大于,13.6eV,的光子使氢原子电离。,思考：氢原子从第,n,能级自发跃迁能产生几种频率的光子？,氢原子的能级跃迁与电离,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,5.,关于波尔的原子理论的教学,（,3,）波尔理论对氢光谱的解释,原子光谱既是波尔理论的重要实验依据，教师可以向学生介绍除巴尔末线系之外的其它主要线系，将各条谱线与跃迁一一对应，体会波尔模型在解释氢光谱时获得的巨大成功和其体现出的科学的美。,教师可联系前一节中讲到的原子光谱和吸收光谱知识，解释其产生机制。讲授的重点在于将这两节内容联系起来，不必过于深入地挖掘。,图片页,可见光区,紫外光区,红外光区,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,5.,关于波尔的原子理论的教学,（,4,）氢原子能级及轨道半径公式与基态能级的计算,在新教材中，氢原子能级及轨道半径公式没有给出。为了让学生更好地认识轨道和能量量子化概念，可以依学生情况加以补充，但不宜做更多要求。,学生经常会对氢原子基态能级为何是负值产生疑惑。教师可以对此稍加解释说明，也可运用微积分知识对此加以推导。由于学生在数学课上已经学习了简单的微积分，对于基础较好的学生而言还是可以接受的。这样做能够使学生深入理解氢原子的能量指的是其核外电子的动能和势能之和。,附：氢原子基态能量的计算,若以无穷远为势能零点，电子由无穷远移动到最低轨道，库仑力做功，电势能减小，由功能关系：,电子在最低轨道做圆周运动，由牛顿运动定律：,氢原子的基态能量：,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,5.,关于波尔的原子理论的教学,（,5,）波尔原子理论的科学美与局限性,波尔首次将量子观念引入原子领域，提出定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱理论值与实验值符合得很好。这一理论甚至能够预言氢原子其他的谱线系。,另一方面，波尔模型只能够很好地解释氢原子光谱，而对于稍复杂点的原子则无能为力（如氦原子），说明这一理论没有完全解释微观粒子的运动规律，其不足在于波尔部分地保留了经典力学概念，如电子轨道。对这一问题的教学有助于学生认识理论与实践之间的关系,。,氢原子基态时的电子云,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,6.,关于天然放射现象及原子核的组成的教学,（,1,）天然放射现象,该部分知识较为浅显，主要让学生了解发现天然放射现象的过程及意义、建立与此现象有关的基本概念以及分析射线性质的一些基本方法，可由教师讲授，也可组织学生查阅一些相关史料，做一定程度的扩展。在此可介绍居里夫妇等人为科学付出的艰苦卓绝的努力以及忘我的献身精神，这是进行价值观教育的好时机。,主要应使学生明确以下问题：,谁最早发现天然放射现象的？如何发现的？还有哪些科学家作出了重要贡献？天然放射现象的发现，对人类了解物质的微观结构有怎样的意义？,什么是放射性？什么是放射性元素？什么是天然放射现象？,如何研究射线的性质？射线含有几种成分？,动画页,贝克勒尔,1852-1908,照相底片,黑纸,铀盐,玻璃板,彭加勒：荧光和,X,射线的产生可能出于同一机理。,贝克勒尔：初次推断阳光照射铀盐时发出荧光和,X,射线。底片感光是由于,X,射线引起的。,贝克勒尔：经过深入研究发现，只要含有铀的物质均有此现象。推断这种射线是铀自身发出的。,贝克勒尔的偶然发现,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,6.,关于天然放射现象及原子核的组成的教学,（,2,）射线的性质,该部分内容主要以识记为主，学生在化学课上了解过一些相关知识，但是零散的、片段式的，因此为加深学生理解可以采用图示、列表等手段加以说明。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,6.,关于天然放射现象及原子核的组成的教学,（,3,）原子核的组成与表示,在讲述发现质子和中子的过程时，新教材略去了实验的核反应方程，也省略了在发现中子过程中，如何判断是粒子还是光子的问题。教师对这部分内容可以稍作介绍，使学生对有关史实有基本的了解即可。依学生情况，可以补充这两个反应方程：,并引导学生观察反应前后粒子的质量数和电荷数的关系，了解核反应过程质量数和电荷的守恒规律。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,6.,关于天然放射现象及原子核的组成的教学,（,3,）原子核的组成与表示,建立核子概念，介绍原子核的表示方法，同时补充一些常见粒子的符号或表示方法：,电荷数（质子数、原子序数、原子核外电子数）,质量数（核子总数）,元素符号,10,-15,m,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,7.,关于原子核衰变的教学,（,1,）原子核的衰变,教材以 为例，讲述放射性元素的自发衰变过程。教师在讲授时应注意纠正学生概念上易出现错误或混淆的问题。如：,学生认为：衰变过程包括,衰变、 衰变和衰变。,教师应明确：射线是伴随衰变或衰变时，新原子核向低能级跃迁时释放的能量。（关于原子核的跃迁，不必展开。）,学生认为： 衰变表明氦核是铀核的一部分，或原子核发生衰变时放出的电子，是直接由核内的电子飞出的。,教师应引导学生：原子核内有电子吗？这个电子从何而来？并进一步明确衰变和衰变的实质。,在衰变时，除了放出电子外，还有反中微子。在高中教学中不建议提及。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,7.,关于原子核衰变的教学,（,1,）原子核的衰变,教师应在此引导学生发现核反应过程质量数与电荷数守恒的规律并通过前面讲述的衰变实例，引导学生找到,衰变和衰变的一般性规律：,衰变：,衰变：,教师在指导学生分析一些与放射性衰变有关的综合问题时，应向学生表明：在放射性衰变过程中，原子核除符合质量数和电荷数守恒之外，还遵循能量及动量守恒规律。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,7.,关于原子核衰变的教学,（,2,）半衰期,课标对半衰期概念的要求不高，但学生对于这一概念的准确理解还是有一定困难的。教师应讲明以下问题：,半衰期是描述放射性元素衰变快慢的物理量；,半衰期是大量原子核的统计学规律，对个别原子核没有意义；,同一元素的半衰期是稳定的，不受外界条件的改变而改变；,不同元素的半衰期是不同的。,教师可就上述问题运用类比、图示等手段做必要解释，例如：,保险公司在设计医疗险种时，无法确定某个人何时生病住院，但可以对大量人群通过统计方法，确定在某个年龄段有多少比例的人会生病住院，以确定合适的保费额度。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,7.,关于原子核衰变的教学,（,2,）半衰期,还可以利用图示手段加以说明：,经过,3.8,天,经过,3.8,天,经过,3.8,天,经过,3.8,天,经过,3.8,天,氡,222,的衰变,教师应向学生解释放射性元素的半衰期为何不受外界因素的影响只由其自身因素决定的原因。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,8.,关于核力与结合能的教学,新课程在这里变化较大，补充的内容主要有：四种基本相互作用力、原子核中质子与中子的比例、结合能、比结合能等知识。这些问题较为抽象，不易懂。其中质量亏损概念和利用质能方程计算结合能又是该章的重点之一，应引起教师的重视。,（,1,）核力与四种基本相互作用,教师可引导学生计算比较核子之间的万有引力和库仑力大小，以引出核力的概念：,并指出核力的特点：作用强、力程短及饱和性。,对弱相互作用，不必展开。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,8.,关于核力与结合能的教学,（,2,）原子核中质子和中子的比例,教师可引导学生观察元素周期表和下方图示。寻找原子核中的质子和中子比例随原子序数的变化情况，而引出问题：,为何原子序数越大的原子核中，中子数较质子数越多？,教师应注意让学生明确该图像坐标轴的含义。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,8.,关于核力与结合能的教学,（,2,）原子核中质子和中子的比例,学生在教师的引导下，运用库仑力与核力知识分析发生该现象的原因：,可让学生针对右图中的轻核或重核中的某一个质子，数一数有多少核子对其施加了核力作用；有多少核子对其施加了库仑斥力作用。从而发现问题。,轻 核,重 核,中子,质子,最后指出，这种现象在宇宙漫长演化过程中不断持续地进行着，现在看到的衰变现象就是原子核不断瓦解的过程。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,8.,关于核力与结合能的教学,（,3,）结合能与质量亏损,结合能是一个较为抽象的概念，引入时可以运用类比的方法，将核子之间的相互作用与地球和物体间的相互所用进行类比，以建立概念。学生只要知道核子结合为原子核时放出的能量就是结合能即可，无需严格定义。,质子,中子,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,8.,关于核力与结合能的教学,（,3,）结合能与质量亏损,学生学习利用质能方程进行与核能有关的计算时，应对质能方程建立正确的理解。,质能方程经常被误解为：“经过核反应以后，系统的质量因亏损而减少了，质量转变成了能量。”质能方程所揭示的是质量与能量之间的不可分割的关系，这个方程建立了这两个物质的重要属性在量值上的关系，它表明具有一定质量的物质也必然具有和这一定质量相当的能量。但是质量和能量在量值上的联系决不是说这两个量可以相互转变。,对于质量亏损，学生容易认为核反应过程不再遵循质量守恒定律。其实质量亏损只是静止质量的减少，而释放的能量是有相对应的动质量的，这与质量亏损恰好相当，因此并未破坏质量守恒定律。对这一问题教师应注意不要传递错误认识。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,8.,关于核力与结合能的教学,（,3,）结合能与质量亏损,比结合能这一概念本身并不复杂，但比结合能所反映的物理含义却不容易被学生理解，需要加以引导。教师可结合下图明确如下问题：,铁的比结合能最大，这表明,56,个核子结合为铁原子核时 ：,平均每个核子释放的结合能最多；,平均每个核子质量亏损最大；,铁原子核中的每个核子的平均质量最小；,铁原子核最为稳定。,进而分析通过重核分裂或轻核聚合成中等质量的核时会放出能量。,该主题内容的教学策略,具体教学策略与教学建议,9.,关于介绍性知识的教学,在本主题中，会涉及一些历史背景、科学家生平事迹、科学研究历程等介绍性知识，或如放射性的应用与防护、探测射线的方法、重核裂变、轻核聚变、粒子与宇宙等科普性质的章节内容。教师组织上述内容的教学时，形式可灵活多样。在做出基本介绍的同时，可适当补充一些相关内容，或是围绕某一主题组织学生查阅相关资料，以交流讨论、专题报告、观看科教影片等形式学习。,这些内容的教学，由于课标要求不高，高考涉及不多，因此常被教师所忽视。其实，组织好这些内容的教学，不但可以提高学生的学习兴趣，活跃课堂氛围，提高学生的科学素养，也是体会科学方法的基础。更重要的是对学生树立正确的价值观、形成严谨的科学态度、感受爱国主义情怀发挥着不可替代的作用。,常见问题与解决策略,相关史实、现象及意义不清,例,1,：关于下列说法，符合事实的是（ ）,A.,卢瑟福首先发现了电子，并测定了电子的比荷,B.,汤姆孙通过,粒子散射实验证实了“枣糕”模型的错误,C.,贝克勒尔首先发现了天然放射现象，表明原子是有结构的,D.,查得威克通过实验证实了中子的存在,本题答案：,D,典型错解：,C,错因分析：学生对相关史实不清楚或将人物与史实错误关联相互混淆。对一些史实的意义认识不清。,解决策略：指导学生阅读教材，勾画主要人物、史实及重要的实验内容、结论和意义，以专题形式进行总结归纳。,常见问题与解决策略,相关史实、现象及意义不清,例,2,：关于,粒子散射实验的结果，下列说法中正确的是（ ）,A.,绝大多数,粒子都被弹回，只有少数,粒子穿过金箔后按原方向前进，发生了偏转的只是极少数,粒子,B.,绝大多数,粒子都被弹回，少数,粒子穿过金箔后方向发生了偏转，只有极少数几个,粒子仍按原方向前进,C.,绝大多数,粒子穿过了金箔且方向发生了较大偏转，少数,粒子偏转角超过,90,，有的甚至被弹回，只有极少数仍按原方向前进,D.,绝大多数,粒子穿过金箔后仍按原方向前进，少数,粒子发生了偏转，且有极少数,粒子的偏转角超过了,90,，有的甚至被弹回,本题答案：,D,典型错解：,C,错因分析：学生依靠模糊印象进行判断。,解决策略：指导学生回顾，将实验现象与该实验的意义联系起来，抓住现象表述中的关键词。,常见问题与解决策略,概念、规律不清或理解不够准确,例,1,：玻尔的原子模型在解释原子的下列问题时，和卢瑟福的核式结构学说观点不同的是（ ）,A.,电子绕核运动的向心力，就是电子与核之间的库仑力,B.,电子在不同轨道上运动时所受库仑力不同,C.,电子只能在一系列不连续的轨道上运动,D.,电子在不同的轨道上运动时能量不同,本题答案：,C,典型错解：,ABCD,错因分析：审题不清或对卢瑟福和波尔的原子模型缺乏比较。,解决策略：抓住卢瑟福和波尔的原子模型的关键内容，进行比较。卢瑟福的原子模型主要认为电荷与质量是非均匀分布在原子中的。,波尔的原子理论将量子化引入原子模型，认为电子的轨道和原子的能量状态是不连续的，但仍保留了经典轨道概念。,常见问题与解决策略,概念、规律不清或理解不够准确,例,2,：关于天然放射现象，下列说法中错误的是（ ）,A.,天然放射现象中的,、,、,射线都来自于放射性原子核,B.,、,射线来自于放射性原子核，,射线来自于核外电子,C.,射线是氦核流，,射线是电子流，,射线是中子流,D.,、,、,三种射线中，,射线的电离能力最强，但其贯穿本领最小；,射线的贯穿本领最大，而电离能力最弱,本题答案：,BC,典型错解：,A,或,AC,错因分析：不了解衰变过程的实质。,解决策略：分析,、,衰变的实质，了解,射线产生的原因。,常见问题与解决策略,概念、规律不清或理解不够准确,例,3,：氢原子处于基态时，其能量为,E,1,=-13.6eV,。下面给出一些光子的能量值，处于基态的氢原子可以吸收哪些光子（ ）,A,13.6eV B,12eV C,14eV D,10.2eV,本题答案：,ACD,典型错解：,AD,错因分析：将氢原子能级间的跃迁条件错误的运用在电离过程中。,解决策略：分清跃迁过程和电离过程，明确两者遵循不同的物理法则。,常见问题与解决策略,概念、规律不清或理解不够准确,例,4,：由玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后（ ）,A.,电子绕核旋转的轨道半径增大,B.,氢原子中电子的动能增大,C.,氢原子的电势能增大,D.,氢原子的能量值增大,本题答案：,B,典型错解：不知如何选择,错因分析：不知依据什么规律作出判断。,解决策略：波尔的原子理论引入了量子化概念，但保留了经典轨道。因此，虽然轨道半径是不能连续取值的，但除此之外电子在不同轨道上的运动情况还是由经典力学中的规律来描述的。所以可以运用经典力学的功能关系及圆周运动规律加以分析判断，虽然这并不是真实的图景。（轨道概念应由几率分布替代）,常见问题与解决策略,概念、规律不清或理解不够准确,例,5,：若氢原子的核外电子从第三能级跃迁到第二能级时，发出波长为,1,的光；从第二能级跃迁到第一能级时，发出波长为,2,的光；则电子从第三能级跃迁到第一能级时，发出的光的波长,3,为,_,。（用,1,、,2,表示）。,本题答案：,典型错解：,错因分析：跃迁公式和波动公式记忆不准确，将波长与频率混淆。,解决策略：光子能量为,hv,。,v,为光频率，等于光速与波长之比。因此有：,这是在前面的章节中学习的内容。学生应该适时的复习以往的旧知识。,常见问题与解决策略,缺乏有效的分析方法,例,1,：光子能量为,E,的一束光，照射容器中的氢气（设氢原子原处于,n,=3,的能级），氢原子吸收光子后，能发出频率为,1,、,2,、,3,、,4,、,5,、,6,的,6,种光，且,1,2,3,4,5,6,，则,E,等于,（ ）,A.,h,1,.,h,6,.,h,（,6,-,1,） ,.h,（,1,+,2,+,3,+,4,+,5,+,6,）,本题答案：,A,典型错解：,C,或,D,错因分析：机械记忆套用跃迁公式，没有建立正确的物理情境。,解决策略：绘制氢原子能级图是分析氢原子跃迁问题的重要方法和手段。应根据题意，在能级图中明确氢原子初末状态及所对应的能级，绘制出从第,4,能级向下自发跃迁所有可能结果，并标出每种跃迁所释放的光子频率，使问题得以解决。,常见问题与解决策略,缺乏有效的分析方法,例,2,：现有,1200,万个氢原子被激发到量子数为,4,的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为,n,的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的 。（ ）,A,2200,万,B,2000,万,C,1200,万,D,2400,万,本题答案：,A,典型错解：,C,错因分析：对题目条件不理解，没有有效的分析方法。,解决策略：在平时的学习中有意识地指导学生阅读教材的方法，养成良好的阅读习惯，才可能正确理解题目中最后一句话的含义。此外，学生应多接触大量原子集体跃迁的情境。,1,2,3,4,n,E,1,E,2,E,3,E,4,E,n,400,200,600,400,400,200,常见问题与解决策略,缺乏有效的分析方法,例,3,：,例：下列说法正确的是（ ）,A.,衰变为,要经过,1,次,衰变和,1,次,衰变,B.,衰变为 要经过,1,次,衰变和,1,次,衰变,C.,衰变为 要经过,6,次,衰变和,4,次,衰变,D.,衰变为 要经过,4,次,衰变和,4,次,衰变,本题答案：,BC,典型错解：略,错因分析：没有抓住衰变规律的特点，无从下手，胡乱选择。,解决策略：在,衰变中会放出电子，新核的质量数不变，而电荷数加,1,。所以不论各经过多少次衰变，质量数的变化全部是由,衰变引起的。因此可通过质量数的变化判断,衰变的次数，进而再根据电荷数的变化，判断,衰变的次数。,常见问题与解决策略,单位换算或运算错误,例,1,：氢原子基态的能量,E,1,=,13.6eV,。假定一些氢原子最初处于,n,=4,的激发态，该能级的能量为,E,4,=,0.85eV,。这些氢原子在能级跃迁时，能释放出多少种频率不同的光子？在这些光子波长中的最小值是多少？,本题答案：,97.5nm,典型错解：结果错误,错因分析：计算错误或能量单位,“,eV,”,与“,J,”,间不会换算。,解决策略：复习旧有知识，提高运算能力。,常见问题与解决策略,综合分析解决问题的能力欠缺,例,1,：在匀强磁场中的,A,点，有一个静止的原子核，当它发生,衰变时，射出的粒子及新核的运动轨迹如图所示。在,A,点发生衰变时，新核的运动方向是,。衰变后，新核按,时针方向沿图中的轨道,运动。若两圆的半径之比为,44:1,，那么衰变前原子核内的质子数为,。,本题答案：,，向右，逆，,I,，,43,。,典型错解：略,错因分析：新旧知识的贯通与综合运用的能力差。,解决策略：根据题目叙述的情境，将问题拆解为几个典型的物理过程。复习每个典型过程所涉及的物理规律和分析方法，逐个加以描述，寻找已知条件与问题间的关联加以求解，具体过程如下：,A,常见问题与解决策略,综合分析解决问题的能力欠缺,例,1,：题目略。,衰变有两种类型，,衰变后的粒子均带正电，由左手定则可知，轨迹圆应外切，因此可判断这是,1,次,衰变。所以，由已知条件可知新核的电荷数为,44,，向右开始沿轨迹,逆时针转动。根据衰变的电荷与质量数守恒规律：,A,可知：原核的电荷数（质子数）为,43,。,常见问题与解决策略,综合分析解决问题的能力欠缺,例,2,：中子和质子结合成氘核时，质量亏损为,m,，相应的能量,E,= ,mc,2,=,2.2MeV,是氘核的结合能。下列说法正确的是（ ）,A.,用能量小于,2.2MeV,的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子,B.,用能量等于,2.2MeV,的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零,C.,用能量大于,2.2MeV,的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零,D.,用能量大于,2.2MeV,的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零,本题答案：,AD,典型错解：,BD,错因分析：具体分析如下。,常见问题与解决策略,综合分析解决问题的能力欠缺,例,2,：题目略,本题答案：,AD,典型错解：,BD,错因分析：在考虑该问题时，学生忽视了光子的动量以及在光子与氘核碰撞过程中动量是守恒的。,解决策略：教师（和学生）应注意能量守恒与动量守恒不但适用于宏观运动，也同样适用于微观运动，在教学中应有所提及。特别是在高考前的总复习时，应注意打破章节界限，将知识进行适当的综合，提高学生全面考虑问题，灵活运用知识和规律的能力。,常见问题与解决策略,需要补充说明的问题,教师在教学中应本着循序渐进的原则。在学生学习新知识阶段，教师应注重考查学生对知识的基本掌握情况。如对主要概念是否知道、理解，对易混知识是否能够有基本的辨析和判断能力，是否能够明确主要物理规律的基本含义以及初步掌握一定的分析、运用的能力等。此时切忌急于求成、拔苗助长，不断地讲深、讲难，力求一步到位。这样做非但不能打好坚实的基础，更为可怕的是让学生失去学习的兴趣！,对于高考前的复习阶段，教师应注意在回顾落实已学知识的基础上，结合学生情况适当提升问题的深度、难度和综合程度，适当地给出一些新情境、新题型。有计划、分步骤地训练学生的思维和解题能力，提高应变能力。,总之，我们要明白“欲速则不达”的道理。,学习目标的检测,检测题,1,下列叙述中，符合物理学史实的是（ ）,A,汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子,B,卢瑟福通过,粒子的散射实验，提出了原子核式结构学说,C,玻尔通过对天然放射性的研究，发现了两种放射性新元素镭和钋,D,居里夫妇通过对核反应的研究，发现了质子,设置说明：,该题目主要对原子物理学发展过程中的一些重要事件进行考察，对学生的要求体现在识记层面。要求学生对相关事件、人物、成就、意义有必要的了解。,答案：,AB,学习目标的检测,检测题,2,下列现象中，与原子核内部变化有关的是,（ ）,A,粒子散射现象,B,天然放射现象,C,光电效应现象,D,原子发光现象,设置说明：,该题目主要考察近代物理学中一些自然或实验现象。要求学生了解这些物理现象，理解产生这些现象的原因及由此说明的问