第十二章C原子核的組成

1、第十二章 C 原子核的組成上海市虹口區(qū)教師進修學(xué)院 龍建煌一、教學(xué)任務(wù)分析本節(jié)內(nèi)容是學(xué)生在學(xué)習(xí)了原子的核式結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的放射性等知識后，對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識以及研究過程與方法有一定了解的基礎(chǔ)上，進一步探究原子核的組成。從科學(xué)研究方法來看，原子物理學(xué)作為一個相對獨立的知識體系，它具有自己獨特的研究方法高速粒子轟擊與觀察分析推理，致使盧瑟福建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型、發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子，并因為原子核是由質(zhì)子和中子組成的假說與實驗事實相符，從而得到了公認(rèn)。學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容需要知道原子核式結(jié)構(gòu)、天然放射現(xiàn)象，探測射線的儀器和方法，還要知道動量守恒和能量守恒。通過復(fù)習(xí)三種射線的性質(zhì)讓學(xué)生進一步認(rèn)識到原子核具有復(fù)雜

2、的結(jié)構(gòu)。通過知道盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的過程及質(zhì)子的性質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生思考原子核只有質(zhì)子組成嗎？通過查德威克對粒子轟擊鈹核產(chǎn)生一種貫穿能力極強的射線的分析過程，發(fā)現(xiàn)另一種核子中子。通過教師介紹海森伯和伊凡寧柯的原子核組成的假說且該假說得到普遍公認(rèn)使學(xué)生知道原子核的組成。本節(jié)課的學(xué)習(xí)應(yīng)在教師講解指導(dǎo)下結(jié)合學(xué)生分析推理，沿著當(dāng)年科學(xué)家的探索之路，感受發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子的過程與方法，在得出原子核由質(zhì)子和中子組成的結(jié)論的同時，領(lǐng)略探索微觀世界的困難。二、教學(xué)目標(biāo)1知識與技能（1）知道原子核的人工轉(zhuǎn)變。（2）知道原子核是由核子（中子和質(zhì)子）組成的。（3）知道原子核內(nèi)的核子間存在強大的核力。（4）知道同位素。（5）知道原

3、子核符號的書寫要求。2過程與方法（1）通過粒子轟擊原子核的實驗裝置及過程的介紹，感受探索微觀粒子的研究方法。（2）通過中子發(fā)現(xiàn)的過程，運用科學(xué)的分析推理得到事物的本質(zhì)。3情感、態(tài)度價值觀（1）體驗科學(xué)探索所經(jīng)歷的從預(yù)言到實驗驗證再到分析推理，從而得到事物本質(zhì)的過程，養(yǎng)成科學(xué)的探究態(tài)度。（2）通過“質(zhì)子、中子的發(fā)現(xiàn)”的學(xué)習(xí)，了解人們對物質(zhì)的認(rèn)識不斷深化的過程，感悟探索真理、研究科學(xué)的艱辛。三、教學(xué)重點與難點重點：通過人工轉(zhuǎn)變發(fā)現(xiàn)了原子核是由核子（質(zhì)子和中子）組成的。難點：查德威克發(fā)現(xiàn)中子過程的分析推理過程。 四、教學(xué)資源1、器材：投影儀、計算機。2、課件：PPT：（1）復(fù)習(xí)三種射線性質(zhì)（2）盧瑟

4、福用粒子轟擊氮原子核的實驗裝置示意圖，（3）英國物理學(xué)家布拉凱特粒子轟擊氮核實驗的云室照片，（4）中子發(fā)現(xiàn)的實驗及分析推理。五、教學(xué)設(shè)計思路本設(shè)計內(nèi)容包括三個方面：一是通過復(fù)習(xí)三種射線的性質(zhì)可更明晰原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的以及在電場中三種射線的徑跡的不同；二是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的方法及裝置和過程；三是查德威克通過實驗和分析發(fā)現(xiàn)不帶電的中子。本設(shè)計的基本思路是：從天然放射現(xiàn)象說明原子核不僅具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)并且原子核可以發(fā)生變化過渡到人為轉(zhuǎn)變原子核來探索原子核的組成，通過教師介紹盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的過程和布拉凱特的云室照片來感受探究微觀粒子的方法和途徑，在此基礎(chǔ)上通過粒子轟擊鈹核的實驗來分析推理發(fā)現(xiàn)中子，進而知道

5、原子核的組成和核力。本設(shè)計要突破的重點是：質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)過程。方法是：通過課件的虛擬實驗并結(jié)合教師講解、學(xué)生分析討論，認(rèn)識發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子的過程。本設(shè)計要突破的難點是：查德威克發(fā)現(xiàn)中子的分析推理過程。方法是：在教師必要的指導(dǎo)下對實驗結(jié)果進行猜想、討論、推理判斷，得到結(jié)論。本設(shè)計強調(diào)師生互動、教師必要適時的指導(dǎo)與學(xué)生的理性思維判斷相集合，使學(xué)生了解人們探究微觀粒子的方法、感悟科學(xué)探索的艱辛。培養(yǎng)學(xué)生對實驗結(jié)果的分析推理判斷能力。完成本設(shè)計的內(nèi)容約需1課時。六、教學(xué)流程1、教學(xué)流程圖活動大家談討論原子核可發(fā)生變化原子核內(nèi)部有結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)三種射線的性質(zhì)問題設(shè)問活動發(fā)現(xiàn)中子的實驗及分析中子原子核的組成問題

6、設(shè)問活動粒子轟擊氮核實驗質(zhì)子活動大家談討論，交流同位素原子核符號2、流程圖說明復(fù)習(xí)三種射線的性質(zhì)。PPT列出圖表。問題 設(shè)問使學(xué)生知道人工核轉(zhuǎn)變?；顒?課件粒子轟擊氮核實驗虛擬實驗?；顒?大家談 討論布拉凱特云室照片。知道粒子轟擊氮核與氮核一起發(fā)生核反應(yīng)，在轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核的同時放出一個質(zhì)子，以及如何判斷質(zhì)子的電性。問題II 設(shè)問II。使學(xué)生意識到原子核不只是質(zhì)子所組成的?；顒犹摂M粒子轟擊鈹核的實驗。活動 大家談 交流討論根據(jù)實驗結(jié)果進行分析推理并討論交流，得出結(jié)論新粒子為盧瑟福所預(yù)言的中子。小結(jié)歸納原子核的組成及核力、同位素、原子核符號等。3、教學(xué)主要環(huán)節(jié)本設(shè)計可分為四個主要的教學(xué)環(huán)節(jié)。第

7、一環(huán)節(jié)，通過復(fù)習(xí)討論交流，得到原子核有內(nèi)部結(jié)構(gòu)和可采用人工的方法轉(zhuǎn)變原子核。第二環(huán)節(jié)，通過虛擬實驗等活動感受探究微觀粒子的方法和過程。第三環(huán)節(jié)，通過應(yīng)用分析推理的方法得到質(zhì)子和中子。第四環(huán)節(jié)，歸納小結(jié)，原子核是由質(zhì)子和中子組成的，它們之間存在核力作用，同位素概念和核符號的書寫等。七、教案示例（一）復(fù)習(xí)引入【提出問題】天然放射性元素的原子核發(fā)出的射線可使照相底片感光，在電場中這些射線會被分成三束，你能分辨出它們分別是什么射線嗎？教師在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上繼續(xù)提問：發(fā)出射線的原子核還是原來那種元素的原子核嗎、如何才能看到這些粒子的運動徑跡等?！練w納小結(jié)】天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且原子

8、核可以發(fā)生變化?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)原子核的轉(zhuǎn)變過程是探究原子核性質(zhì)和核內(nèi)結(jié)構(gòu)的最好時機，為了更有效地探索，必須用人工的方法轟擊原子核迫使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變。（二）盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗過程及布拉凱特的云室照片【虛擬實驗】詳細介紹盧瑟福用粒子轟擊氮核的實驗裝置及各部分裝置的作用以及實驗步驟和結(jié)果，并用課件演示實驗過程?！咎岢鰡栴}】在實驗中出現(xiàn)的質(zhì)子從何而來？請學(xué)生大膽猜想。在學(xué)生思考的基礎(chǔ)上告知盧瑟福認(rèn)為質(zhì)子是粒子擊中氮原子核，發(fā)生核反應(yīng)產(chǎn)生的。【實驗驗證】1、如果是核反應(yīng)產(chǎn)生的質(zhì)子，則它們在云室中的徑跡為3條：入射粒子的徑跡、質(zhì)子的徑跡、新核的反沖徑跡；如果是粒子將質(zhì)子從氮核中直接打出來，則在云室中看到4條

9、徑跡：入射粒子的徑跡、碰撞后的粒子的徑跡、質(zhì)子的徑跡、放出質(zhì)子后的新核的反沖徑跡。2、展示布拉凱特實驗的云室照片?！痉治雠袛唷勘R瑟福的猜想是正確的。（三）查德威克發(fā)現(xiàn)中子【提出問題】想一想：原子核只是質(zhì)子組成的嗎？PPT出現(xiàn)任意兩種元素的原子核示意圖和它們各自的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)的列表供學(xué)生思考，得到原子核內(nèi)質(zhì)子的質(zhì)量大約占原子核質(zhì)量的一半、質(zhì)子的電量總和就是原子核所帶的電量。盧瑟福依據(jù)原子核的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)的差別，預(yù)見到原子核中應(yīng)該存在質(zhì)量與質(zhì)子相等的、不帶電的粒子，盧瑟福稱其為中子。【虛擬實驗】用課件演示放射性元素釙發(fā)出的射線轟擊鈹。實驗結(jié)果：射線轟擊鈹產(chǎn)生的中性粒子有很強的穿透能力，可貫穿1020cm的鉛板，經(jīng)檢測這種粒子不帶電。有人認(rèn)為這種粒子是高能的射線。 【推理分析】計算表明，不可見粒子從石蠟中打出質(zhì)子，需要提供5.7Mev的能量，這要求射線的能量達到55Mev。但是，釙發(fā)出的射線轟擊鈹只能產(chǎn)生7Mev的射線。因此，不可見粒子能從石蠟中打出質(zhì)子，它一定不是鈹被轟擊后發(fā)出的射線。查德威克用碰撞中的動量守恒和能量守恒分析得到不可見粒子是質(zhì)量與質(zhì)子幾乎相等的、不帶電的粒子，它正是盧瑟福預(yù)見的中子。（四）歸納小結(jié)與核力、同位素概念及核符號原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子，核子間有一種比庫侖力大得多的核力作用，核力是一種短程力。核子數(shù)A等于質(zhì)子數(shù)Z與中