高中物理选修3-5教学设计 3.1 原子核结构 教案

3.1 原子核结构

（一）教学目的

1．常识性了解原子核的组成。

2知道什么是核反应，会写核反应方程

3．进行物理学研究方法的启蒙教育。 （二）教具

录像机，监视器，原子弹和氢弹爆炸的录像剪接带。（若没有上述器材可用原子弹、氢弹爆炸的挂图代替） （三）教学过程 进行新课 原子核的组成

(1)电子的发现和放射性现象的发现

我们已经学过，物质是由分子、原子构成的，原子已经是很小很小的微粒了，其直径只有10-10米，所以在十九世纪以前，人们一直认为原子是不可再分的中性粒子。1897年英国物理学家汤姆生在研究阴极射线时发现了电子，而电子比原子小得多，因而人们才认识到原子内部还有结构。

〈电子的发现把人们带入了原子内部的世界〉

在同一时期人们还发现了天然放射性现象，对放射性现象的进一步研究，人们认识到原子核内部还有结构，原子核由比它更小的粒子组成。可见人类对客观世界的认识是没有止尽的。 1.原子核的组成

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。现在我们只是粗浅地、简单地介绍原子核内部的基本组成情况。

①英国物理学家卢瑟福在1919年做核反应实验时发现了质子，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。

②1932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，发现质子和电子是组成原子核的两种基本粒子。 〈原子核是由质子和中子组成的〉

现在我们已经知道：氢原子核(H)最简单，它就是一个质子，核外有一个电子绕着它转；氦原子核(He)是由2个质子和2个中子组成的，核外有2个电子绕着它转；锂原子核(Li)是由3个质子和4个中子组成的，核外有3个电子分两层绕着它转；铍原子核(Be)由4个质子和5个中子组成，核外有4个电子分两层绕着它转；……同学们可以发现一个规律：

板书：〈各种原子核内质子的个数（核的电荷数）和核外电子的个数都相同，它也等于该种元素在元素周期表中的原子序数；原子核内质子和中子的总数叫做核的质量数，它等于该元素原子量的整数部分。〉 小结：

③原子核的电荷数=质子数=核外电子数=原子序数 ④原子核的质量数=核子数=质子数+中子数

A⑤ 符号ZX表示原子核，X：元素符号；A：核的质量数；Z：核电荷数

教师：给出思考与讨论题。

一种铀原子核的质量数是235，问：它的核子数，质子数和中子数分别是多少？ 学生回答：核子数是235，质子数是92，中子数是143。 点评：学生回答调动他们学习的积极性。 2．同位素(isotope)

（1）定义：具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。

（2）性质：原子核的质子数决定了核外电子数目，也决定了电子在核外的分布情况，进而决定了这种元素的化学性质，因而同种元素的同位素具有相同的化学性质。

学生一边听，一边看书。 提问：列举一些元素的同位素？ 学生回答：

氢有三种同位素：氕（通常所说的氢），氘（也叫重氢），氚（也叫超重氢），符号分别是：

1123H,1H,1H。

1214碳有两种同位素，符号分别是6C,6C。

点评：举例说明同位素的性质，加深对这一概念的理解。 例1 已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问： (1)镭核中质子数和中子数分别是多少？ (2)镭核的核电荷数和所带电荷量是多少？ (3)若镭原子呈中性，它核外有多少电子？

228228(4) 88Ra是镭的一种同位素，让226 88Ra和 88Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场

中，它们运动的轨道半径之比是多少？

解析 (1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138. (2)镭核的核电荷数和所带电荷量分别是 Z＝88，Q＝Ze＝88×1.6×10

－19

C＝1.41×10

－17

C.

(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.

v2mv(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，故有qvB＝m，r＝，rqB

r226226113

两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故＝＝.

r228228114答案 (1)88 138 (2)88 1.41×10113(4) 114

－17

C (3)88

针对训练 除天然元素外，还可以通过合成的方法获得新的人造元素，如1996年德国的达姆

208

施特重离子研究所就合成了一种新的人造元素，它是由7030Zn撞入一个 82Pb的原子核，并立即

释放出一个中子后而合成的，则该新元素的( ) A．原子序数为112 B．核子数为278 C．原子序数为113 D．中子数为165 答案 AD

2．核反应：原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反应。在核反应中质量数守恒、电荷数守恒。

人工转变核反应方程：

14741N?2He?178O?1H9441Be?2He?126C?0n例：写出下列原子核人工转变的核反应方程。（1）1123Na俘获1个α粒子后放出1个质子（2）1327Al俘获1个α粒子后放出1个中子（3）816O俘获1个中子后放出1个质子

（4）1430Si俘获1个质子后放出1个中子

学生：理解并记住核反应方程，通过方程理解核反应中遵循的规律。

点评：这部分主要为老师讲解，学生通过前面已学的知识来掌握新的知识。再通过例题进行巩固。

（三）课堂小结 1．原子核的组成。 2. 核反应和核反应方程 学生总结，讨论。 ★教学体会

这节课揭示了原子核是可分的。展示了物理学发展史上的有关事实，是对学生进行辨证唯物主义思想教育的好素材。核物理研究的是原子核的组成及其变换规律，是微观世界的现象，不想宏观世界那样看得见，摸得着，研究起来也就更困难。通过本节的学习，要使学生能对核物理的相关实验基础和研究问题的思路，方法有所体会，了解人类是怎样认识微观世界的。

★课堂练习

1．α粒子轰击氮14核后放出一个质子，转变为氧17核(17 8O)．在这个氧原子核中有( ) A．8个正电子 C．9个中子 答案 CD

解析 核电荷数为8，即质子数为8，质量数为17，所以中子数为17－8＝9，答案为C、D. 2．在下列核反应方程中，x代表质子的方程是( )

430A.2713Al＋2He→15P＋x 14N＋4He→17O＋x B. 72 8

B．17个电子 D．8个质子