1　原子核的组成优质课教案

原子核的组成教学设计

一、教学目标

1．知识与技能

(1)

了解天然放射线性及其规律。

(2)

知道三种射线在本质，以及如何用磁场区分它们。

(3)了解质子和中子是如何被发现的．

(4)了解原子核的组成，知道核子和同位素的概念．

2．过程与方法

（1）掌握利用带电粒子在电场和磁场中的运动来分析核反应过程．从而培养学生运用已知规律来分析和解决问题的能力．

（2）通过观察，思考，讨论，初步学会探究的方法。

3．情感态度价值观

（1）通过发现原子核组成的历史过程，使学生认识通过物理实验研究和探索微观结构的研究方法及体会科学研究的艰巨性和严谨性。

（2）树立正确的，严谨的科学研究态度。树立辨证唯物主义的科学观和世界观。

二、教学重难点

1．重点：了解天然放射现象以及三种射线的本质。理解原子核的人工转变以及其是确定原子核的组成的实验基础。

2．难点：用已经学过的带电粒子在电场和磁场中在运动来分析质子的相关参数。

三、教具

投影仪

PPT课件

四、主要教学过程

(一)引入新课

复习引入：

1．卢瑟福由α散射实验发现了原子的结构，原子由原子核和核外电子组成，而且原子核所占的体积非常小，那么那么小的原子核由什么组成呢？（带着问题进入这节课的学习）

(二)教学过程设计

1、天然放射现象

（1）介绍讲解发现天然放射现象的过程（贝克勒尔的发现和玛丽居里夫妇的研究，注意培养学生对物理的探索精神）

（2）那么放出的这些射线到底是什么呢？（PPT展示三种射线在磁场中的偏转图并讲解实验过程），请学生起来分析三种射线发生这样的偏转说明它们分别带什么电荷。（复习带电粒子在磁场中的偏转，讨论如果换成电场又会出现怎样的情况）

（3）介绍三种射线的本质以及它们的电离能力和穿透能力（表格）

（4）实验发现，元素的放射性与核外电子无关，说明射线来自原子核，也就推出原子核内部有结构

2、质子的发现．

(1)原子核的人工转变．

指为了了解原子核的组成，人们有目的的用高速粒子去轰击某些元素的原子核，通过对核反应过程及其产生的新粒子的研究，了解原子核的内部结构和粒子的本质及特点．

(2)α粒子轰击氮原子核的实验．

1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验，第一次实现了原子核的人工转变，有了很重要的发现．

实验装置如图1所示(用投影幻灯打出装置的示意图)，容器C中放有放射性物质A，从A射出的α粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收而不能透过，在F后面放一荧光屏S，用显微镜M观察荧光屏．

实验现象：当在荧光屏上恰好观察不到闪光后（为什么要观察不到闪光后），通过阀门T往容器C里通入氮气，此时卢瑟福从荧光屏S上又观察到了闪光．

实验结论：实验表明，闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的．

(3)质子的发现．

讨论提问：引导学生用已经学过的知识分析怎样知道新粒子的性质．

①若想知道新粒子的性质，必须测出粒子的什么有关物理量？

归纳得到：测出粒子的电性、电量、质量和速度等．

②用什么方法可以知道新粒子的电性？

归纳得到：可将粒子引入电场或磁场中，观察粒子的偏转轨迹．

如图2所示，在匀强电场中粒子的轨道是抛物线，若粒子向下偏转，说明粒子带正电；若向上偏转，说明粒子带负电．

如图3所示，在匀强磁场中粒子的轨道是圆，若粒子向上做圆运动，说明粒子带正电，若粒子向下做圆运动，说明粒子带负电．

实验证明：这个新粒子带正电．

③用什么方法可测出粒子的速度？

学生讨论，归纳得到：使粒子通过一个正交的电磁场，如图4所示，调节B或E的值，使粒子在正交场中，沿入射方向做匀速直线运动（引导学生思考怎样算速度最简单），则可知此时

实验说明：这个新粒子速度很大，有很强的穿透能力．

学生讨论，归纳得到：使粒子通过匀强电场，根据粒子的偏转量y求出．或使粒子在匀强磁场中做圆周运动，根据半径R求（复习带电粒子在电场和磁场中的运动）．

如图5，在匀强电场中，粒子的偏转量为y：

U为两极板间电压，则可测出荷质比为：

如图6，在匀强磁场中，粒子做圆运动的半经为R．

结论：通过对新粒子的研究与测定，确定它就是氢原子核，又叫质

3、结论．

后来人们用同样的方法使氟、钠、铝等发生了类似的转变，都产生了质子．

由于各种原子核里都能打出质子来，可见质子是原子核的组成部分

4、中子的发现．

（2）卢瑟福的假说．

质子发现后，有人提出原子核可能是由带正电的质子组成的．但这设想在解释除氢原子核外的其他原子核时遇到了困难，大多数原子核的电荷数与质量数不相等，如铀238的电荷数为92，若都由质子组成，其质量数也应是92，而除质子外剩下146的质量数是什么呢？

1920年，根据以上分析，卢瑟福曾预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子．

（3）约里奥·居里夫妇的实验．

1930年发现，用钋(Po)放出的α粒子轰击铍(Be)时产生一种射线，这种射线贯穿能力极强，能穿透十几厘米厚的铅板，当时人们已知的射线中只有γ射线能穿透铅板，所以认为这种射线为γ射线．

1932年约里奥·居里夫妇用这种射线去轰击石蜡(含有大量氢原子)，竟从石蜡中打出质子，如图8(用投影幻灯片打出)，由于被打出质子能量很大，与γ射线的能量不符合，但这射线究竟是什么？约里奥·居里夫妇没有得出最后的结论．

（3）查德威克实验．

1932年英国物理学家查德威克仔细研究了这种射线，发现它是中性粒子流，在磁场中不偏转，它的速度不到光速的十分之一，因此排除了它是γ射线的可能（因为γ射线速度可达光速的99%）．

后查德威克做了一系列的实验算出：m=1.15mH．

后来更精确实验测出，此粒子质量非常接近于质子质量，只比后者大千分之一多(此粒子质量是

1.674920×10-27kg，质子质量是1.672614×10-27kg)．

查德威克发现的这种与质子质量差不多的粒子，由于不带电，所以

（证实了卢瑟福的猜想）

中子的发现是物理学发展史上的一件大事，由于中子不带电，所以更容易接近或打进原子核．不少科学家用中子轰击原子核，进一步揭示了物质的微观结构，对近代物理学的发展起了很大作用．

由此也可看出科学的预言和假说的重要作用，它可引导人们发现新的事实和规律．中子的发现的历史事实也使我们明确，在科学研究中要时刻保持严谨的态度，否则会像约里奥．居里夫妇一样与中子这样重要的发现失之交臂．由于发现了中子，查德威克获得1935年诺贝尔物理学奖．中子的发现是科学假设和理论推证相结合的产物，也是查德威克与许多物理学家共同努力的结果．查德威克事后说：“先进的科学知识通常是很多人劳动的成果．”

5、原子核的组成．

中子发现后，原子核是由质子和中子组成的看法很快得到了公认．

质子和中子统称为核子，质子带一个单位正电荷，质量数为1；中子不带电，质量数也是1．

在核中：电荷数=质子数=核外电子数．

质量数=质子数+中子数．

14，所以中子数为14-7=7，则氮核是由7个质子和7个中子组成的．

同位素：具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素．如

在天然放射现象中，放射出的三种射线：α粒子是氦核，它是由2个质子和2个中子结合在一起从核中发射出来的，其核反应方程式为

β粒子是电子，这是由中子转化为质子和电子，其核反应方程式为

γ射线是由光子组成，后面会讲到．

五、课堂小结

1．天然放射现象表明原子核内部有结构。

2、α粒子轰击氮原子核证明了原子核中有质子，查德威克通过对许多实验的分析，发现了质量与质子差不多，不带电的中性粒子——中子．

3．原子核是由质子和中子组成的．它的电荷数等于质子数，它的质量数等于质子数加中子数．

4．了解同位素的意义．知道天然放射现象中α粒子和β粒子的形成及核反应方程式．