2019-2020年高三物理 第二十二章 原子核 一、原子的核式结构、原子核(第一课时).doc

2019-2020年高三物理 第二十二章 原子核 一、原子的核式结构、原子核(第一课时)本节教材分析原子核一章是原子核物理的初步知识，基本属于定性介绍.学习本章内容对学生认识物质世界的本质，进一步学习现代科学技术和进行辩证唯物主义教育都有重要意义.原子的核式结构、原子核是本章的第一节，也是本章的重点内容之一.本节内容循着物理学发展的历史，从电子的发现揭示了原子具有复杂结构，引出了原子的核式结构模型.学习本节内容时既联系到电磁学知识，又要为学习本章后面的内容作准备，同时又能使学生体会到实践是探索真理的重要手段，感悟在物理学研究中理论与实践的辩证关系.原子物理研究的是微观世界的现象，它不像宏观世界那样看得见、摸得着，因此研究起来也就更困难.学生在初中时已经学过原子和原子核的初步知识，这里的教学重点应放在原子核式结构提出的相关实验基础和研究问题的思路和方法上，通过学习使学生了解人类是怎样认识微观世界的.由于学生在初中学习过原子结构的知识，已经认识到原子是由原子核和绕核旋转的电子组成的，在学习中容易产生不重视的心理.为了引起学生的重视，激发学生的兴趣，可向学生提问：原子中有原子核这已是众所周知的事实，但是你知道人们是根据什么说原子中有原子核的吗？ 20世纪初人们连原子都看不见，怎么会知道原子中有一个比原子小得多的核呢？人们又如何知道原子核的性质呢？这样提出问题后，即可介绍粒子散射实验和原子的核式结构模型.粒子散射实验的教学要注意实验本身的原理和实验结果的分析两部分教学，即不应只记住结论而不懂实验的原理，也不能过多地讲述实验的细节，而忽略了对结论的正确分析.关于原子核的组成，应在初中知识的基础上进一步明确：核内的质子数等于原子序数，中子数等于质量数减原子序数.教学目标一、知识目标了解粒子的散射实验，理解卢瑟福的核式结构模型.知道原子核的基本组成.二、能力目标培养学生的观察能力和设疑、解疑、探求规律的分析推理能力；启迪科学精神与创新意识；以学科教学为载体，渗透研究性学习的内容和方法.三、德育目标进行科学态度、科学方法和辩证唯物主义教育，感悟物理学研究中理论与实践的辩证关系.教学重点通过粒子散射实验结果的分析建立卢瑟福的核式结构模型.教学难点从宏观探测的结果怎样构建正确的原子微观图景.教学方法在本节采用多媒体辅助教学，在教学及课件设计上，把学生的参与和启迪学生的思维、对学生进行科学态度和科学方法教育、培养学生的辩证唯物主义观点和感悟物理学研究中理论与实践的辩证关系等与多媒体辅助教学有机地结合起来.始终以实验结果为依据，突出以“发现”为线索，抓住层层分析、揭示本质这一关键.教学用具多媒体教学系统及课件.课时安排1课时教学过程一、引入新课教师设问原子是构成物质的最小微粒吗？如果不是，那它的结构是什么？人们是怎样知道的？学生思考教师点拨人们认识原子核首先是从发现电子开始的.二、新课教学 （一）电子的发现和汤姆生原子模型1.电子的发现：1897年，汤姆生（英国）实验依据：阴极射线对阴极射线装置作一简介，在封闭的玻璃管内有两个电极，抽出管内的空气（压强在10-2 mmHg以下）.当两极间加高压时，从阴极发出一种射线叫阴极射线，它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光.在19世纪70年代已有人提出它是带负电的粒子流，但实验证据不足.提出汤姆生对阴极射线通过怎样的实验和分析来确认电子的呢？激发学生的探索欲望，引出下面的问题.2.电子的性质对汤姆生的研究过程可以用以下3个问题来层层揭示：（1）怎样确定阴极射线粒子是否带电及带电的电性？教师点拨什么能对带电的粒子产生作用？学生回答电场或磁场.教师点拨那么怎样确定阴极射线是否带电？学生回答让阴极射线进入电场或磁场，根据其是否发生偏转及偏转的方向就可以确定是否带电及带电的性质.（2）怎样确认阴极射线粒子的性质，如何确定其质量、电量或荷质比？学生讨论基础较好的学生通过认真的思考，大都可以想到，让阴极射线进入电场（或磁场）中发生偏转，测出其偏转的的距离（或在磁场中的旋转半径），就可以应用力学知识求出其荷质比.教师总结实验发现，不同物质做成的阴极发出的射线都带负电，并且都有相同的荷质比.这表明不同的物质都能发射出这种粒子.汤姆生测出的阴极射线粒子的荷质比是当时已知的氢离子荷质比的二千倍，后来又通过实验证实阴极射线粒子与氢离子的电量相等，可见阴极射线粒子的质量是氢离子质量的二千分之一.后来人们把这种粒子叫做电子.（3）为什么说电子是原子的组成部分？说明：除了从阴极射线中发现电子外，后来在气体电离和光电效应等现象中都发现了电子.因为从所有物质中都可以击出电子，而物质是由原子组成的，所以说电子是原子的组成部分.对这3个问题应先引导学生联系已有的电磁学知识分析、讨论，再给出结论.这样处理有助于联系学生的已有知识和启迪学生的思维.3.电子发现的意义：电子的发现打破了原子不可再分的信念，揭示了原子具有复杂的结构，是人类对物质结构认识的一次飞跃，开创了探索原子结构奥秘的新时代.电子带负电，原子呈中性，原子应由带负电的电子和带正电的物质组成.带负电的电子和带正电的物质怎样构成原子呢？电子的质量很小，那么原子的质量绝大部分集中在哪里呢？这些问题能再次激发学生的探索欲望，引出原子构成的模型问题.先让学生猜测原子内部的构造，再提出汤姆生的原子模型4汤姆生的原子模型： （1）汤姆生原子模型枣糕模型（多媒体电脑模拟）显示汤姆生原子模型的画面（如图221），鼠标滑过模型中的不同部分，屏幕显示内容的相应文字及其配音，操作可反复执行.这样处理既强调了汤姆生原子模型的内容，又给学生提供了汤姆生原子模型的直观图型，变抽象为直观，易于学生理解和接受.图221（2）汤姆生原子模型的特点：原子是质量均匀分布的球体，正电荷均匀分布在整个球体内，带负电的电子对称地镶嵌在其中.屏幕显示汤姆生原子模型成功之处的文字，并用画面显示原子受到激发后电子振动引起原子发光的动画.（二）粒子的散射实验和卢瑟福核式结构模型（多媒体电脑模拟）1.粒子的散射实验：19091911年，卢瑟福（英国）粒子散射实验无法在课堂上用真实的实验演示给学生看，用传统的方法教学时这里是个难点.而采用多媒体辅助教学却很容易突破这一难点，教学设计如下：（1）实验装置：屏幕显示粒子散射实验装置图示（如图222），鼠标滑过装置的各个部分时，显示对应装置的文字说明.图222（2）操作步骤：播放粒子散射实验操作过程的视频动画，配合声音、文字说明粒子散射实验的操作过程.这种处理方法简捷、直观，平时在课堂上很难用语言描述清楚的问题瞬间即可展示在学生的面前.（3）实验结果：先用动画模拟粒子穿过金箔后散射的实验情况，再用鼠标滑过三个典型的观察区域，滑过各区域时模拟显示显微镜中看到的情况，最后用声音和文字展示粒子散射实验的结果，并突出显示“绝大多数”“少数”“极少数”这三个数量词.这样处理能使学生置身于实验之中，有一种身临其境的感觉.（4）结果分析：结果分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键.粒子散射实验的结果是从宏观上探测的间接的结果，如何通过结果分析帮助学生在头脑中正确构建原子结构的微观图景，是教学处理中不容忽视的重要环节.本课件设计时设置了4个问题：（1）电子能否使粒子发生大角度的散射？（2）汤姆生原子模型能否使粒子发生大角度的散射？（3）1 m厚的金箔仍包含3300多个原子层，绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进说明了什么？（4）极少数粒子的偏转角超过了90，有的几乎达到180，其原因是什么？通过对这4个问题的层层揭示，并通过联系实际、联系力学知识、用动画模拟等手段来突破难点.这一过程类似科学研究的方式，是学生主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动.这一过程能充分调动学生的参与意识、培养学生的探索精神、启迪学生的思维，学生能很自然地形成和掌握知识.2.卢瑟福的核式结构模型：介绍核式结构模型的内容、核式结构模型对粒子散射实验的解释及对原子核大小的估计.（1）卢瑟福核式结构模型（多媒体电脑模拟）在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转.（用声音和文字显示核式结构模型的内容，并用动画模拟核式结构模型，给学生提供微观模型的直观感性认识）（2）核式结构模型对粒子散射实验的解释：先引导分析影响粒子散射角度大小的主要原因，将主要原因用文字显示出来，再用视频动画展示并加以解释（如图223）.这样处理能再次将理论和实践结合起来，使学生感悟在物理学研究中理论和实践之间的辩证关系.图223（3）对原子核大小的估计：运用力学中碰撞知识分析指出，当粒子与原子核对心正碰时，粒子与原子核接近的最小距离近似认为是原子核的半径.并用屏幕显示原子和原子核半径的数量级（10-15 m），指出原子和原子核半径和体积之间的数量级关系.（三）原子核的组成及其性质原子核内究竟还有什么结构？原子核又是由什么粒子组成的呢？这是个很复杂的问题，直到目前原子核内部的细微组成情况仍是科学研究的尖端项目之一.现在我们只能是粗浅地、简单地介绍原子核内部的基本组成情况.1.质子和中子的发现教师启发原子很小，原子核更小，肉眼无法看到，用普通的显微镜也看不到.那么用什么方法可以探测原子核内部的结构？学生思考有些学生会想到用其他的微观粒子，去撞击原子核，看它是否会发生变化？教师讲解科学家正是用这个方法去探测原子核的内部结构的，简单介绍卢瑟福发现质子的实验.1919年卢瑟福发现质子：（11H或p）英国物理学家卢瑟福在1919年做了用粒子轰击氮核的实验，从氮核中打出了一种粒子.发现了质子，经过实验研究证明，这种粒子带正电荷，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，这种粒子的性质和氢原子核的性质完全相同，把它叫做质子.所以质子就是氢原子核.以后人们用类似的方法几乎从所有的原子核中都打出了质子，因而人们断定质子是原子核的组成部分.教师启发原子核是否只是由质子组成呢？如果是，那么核的质量与质子质量的比值（即质量数）应该与核的电荷与质子的电荷的比值（即电荷数）有什么关系？（相等），查看元素周期表，看看实际上是什么关系？这又说明什么？请同学们猜想原子核内除了质子，还可能会有什么样的粒子？学生活动学生查看元素周期表，得出结论（核的质量数大于电荷数）.学生经过思考与讨论，得出原子核内除了质子，还可能有一种质量与质子质量相等，但不带电的中性粒子.教师讲解卢瑟福当时也是这么猜想的，并且它的这一猜想后来被他的学生查德威克用实验证实.1932年查德威克发现中子：（n或10n）1932年英国物理学家查德威克又发现了中子，通过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电，是中性粒子.在对各种原子核进行的实验中，发现质子和中子是组成原子核的两种基本粒子.2.原子核的组成：质子和中子（统称核子）3.原子核的性质原子核的电荷：等于核内所有质子的电荷总和，即质子电荷的整数倍.这个整数叫原子核的电荷数，用“Z”表示.即电荷数（Z）质子数原子序数原子核的质量：等于核内所有质子和中子的质量总和，由于中子和质子质量几乎相等，所以原子核质量近似等于质子质量的整数倍.这个整数叫原子核的质量数，用“A”表示.即质量数（A）核子数质子数中子数同位素：质子数相同而中子数不同的原子核，其原子的核外电子数都相同，因而其化学性质相同，在元素周期表中处于同一位置，因而互成同位素.原子核的表示符号： AZX（例：23590U或235U或铀235）三、小结归纳本节学习的主要内容，以及本节学习中体现的理论与实践的辩证关系.用直观简捷的文字框图加闪烁的箭头来总结.阴极射线汤 姆 生粒 子卢 瑟 福发现电子 原子模型 散射实验 核式模型 实践 认识 再实践 再认识四、布置作业完成课后练习五、板书设计（一）电子的发现和汤姆生的原子模型1.电子的发现：1897年，汤姆生（英国）实验依据：阴极射线、气体电离、光电效应都有电子从物质中产生.2.电子的性质：带负电、电量e1.610-19 C、质量m（1/1840）mH3.发现电子的意义：原子是可分的，原子有一定的结构.4.汤姆生的原子模型枣糕模型.特点：质量和电荷均匀分布的实心球，电子对称镶嵌其中.解释原子发光：电子振动引起原子发光.（二）粒子的散射实验和卢瑟福的核式结构模型1.粒子的散射实验（1）实验装置：（2）实验原理：用粒子轰击金箔，通过观察金原子对粒子产生的作用效果来推测原子内部的结构（3）实验结果：绝大多数粒子基本上未发生偏转说明原子内部很空虚.少数粒子发生较大偏转说明这些粒子遇到了较大的静电斥力和质量较集中的区域.极少数粒子甚至被反弹说明原子内部的正电荷和质量集中在一个很小的区域.2.卢瑟福的核式结构模型（1）卢瑟福核式结构模型（2）对粒子散射实验的解释（3）对原子核大小的估计：1015 m（三）原子核的组成及其性质1.质子和中子的发现1919年卢瑟福用粒子轰击氮核发现质子（11H或p）1932查德威克用粒子轰击铍核发现中子（n或10n）2.原子核的组成：质子和中子（统称核子）3.原子核的性质及表示符号（1）原子核的电荷：电荷数（Z）质子数原子序数（2）原子核的质量：质量数（A）核子数质子数中子数（3）同位素：质子数相同而中子数不同的原子核，其原子的核外电子数都相同，因而其化学性质相同，在元素周期表中处于同一位置，因而互成同位素.（4）原子核的符号： AZX（例：23590U或235U或铀235）六、本节优化训练设计1.卢瑟福粒子散射实验的结果A.证明了质子的存在B.证明了原子核是由质子和中子组成的C.说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上D.说明原子中的电子只能绕原子核旋转2.当粒子被重核散射时,如图224所示的运动轨迹哪些是不可能存在的图2243.卢瑟福提出原子核式结构学说的根据是在用粒子轰击金箔的实验中，发现粒子A.全部穿过或发生很小的偏转B.全部发生很大的偏转C.绝大多数穿过，只有少数发生很大偏转，甚至极少数被弹回D.绝大多数发生偏转，甚至被弹回4.卢瑟福于1911年提出原子核式结构学说，其主要观点是A.原子中绝大部分是空的，原子核很小且位于原子的中心B.电子在核外空间绕原子核旋转，向心力是原子核对电子的静电引力C.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D.原子核的半径大约是原子大小的10倍5.在粒子散射实验中，发现有两个相同能量的粒子，由不同角度散射出去.如果只考虑由原子核散射的情况，散射角大的粒子属于下列哪种情况A.更为接近原子核B.更为远离原子核C.受到较大的冲量作用D.受到较小的冲量作用6.在粒子的散射实验中，当粒子运动与金核靠得最近时，粒子A.动能最大B.势能最大C.动能最小D.受静电力最大7.在粒子的散射实验中，并没有考虑粒子跟电子碰撞所产生的效果，这是由于A.粒子跟电子相碰时，损失的动量很小，可忽略B.电子体积实在太小，粒子完全碰不到它C.粒子跟各电子碰撞的效果互相抵消D.由于电子是均匀分布的，粒子受电子作用力的合力为零8.铀235的原子核符号常写成23592U,由此可知A.铀235的原子核中有质子92个B.铀235的原子核中有电子92个C.铀235的原子核中有中子235个D.铀235的原子核中有中子143个参考答案： 1.C 2.BC 3.C 4.ABC 5.AC 6.BCD 7.A 8.AD