高中物理 第3章 原子核與放射性 3.1 原子核結(jié)構(gòu)教案 魯科版選修

1、第1節(jié)原子核結(jié)構(gòu)課標(biāo)要求知識與技能1.了解質(zhì)子、中子的發(fā)現(xiàn)過程，知道原子核的組成2理解核子、同位素的概念3了解核反應(yīng)的概念，會書寫核反應(yīng)方程過程與方法1.通過觀察、思考、討論，初步學(xué)會探究的方法2通過對知識的理解，培養(yǎng)自學(xué)和歸納能力情感態(tài)度與價值觀1.樹立正確的，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度2樹立辯證唯物主義的科學(xué)觀和世界觀.課標(biāo)解讀1了解質(zhì)子、中子的發(fā)現(xiàn)過程，了解原子核的組成2了解研究原子核結(jié)構(gòu)的基本方法及特征3知道質(zhì)量數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、核子數(shù)、核電荷數(shù)、原子序數(shù)、同位素的物理意義4會根據(jù)原子核符號計算中子數(shù)、核子數(shù)，根據(jù)電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒正確書寫核反應(yīng)方程5了解盧瑟福、查德威克等科學(xué)家做出的貢獻及

2、其體現(xiàn)的科學(xué)精神教學(xué)地位本節(jié)的實驗在高中階段無法實現(xiàn)，但有條件的話可以利用計算機模擬出實驗的過程，可以激發(fā)學(xué)生的興趣對于“粒子轟擊氮原子核的實驗中產(chǎn)生了新核(質(zhì)子)”這一部分，教師可設(shè)置問題如“可以通過哪些具體實驗來證明產(chǎn)生的新核是質(zhì)子？”啟發(fā)學(xué)生思考，因為相關(guān)的知識洛倫茲力已學(xué)過引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律證明新核為質(zhì)子，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)的知識進行定性、定量推理的能力“原子核組成”部分對學(xué)生并不是難點，因為相關(guān)的知識在初中已經(jīng)學(xué)過，可讓學(xué)生總結(jié)，教師要注意做好引導(dǎo).新課導(dǎo)入建議故事導(dǎo)入19世紀(jì)末20世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)了放射性現(xiàn)象和同位素，引起了對原子核結(jié)構(gòu)的探索.1919年，盧瑟

3、福發(fā)現(xiàn)一個粒子能引起氮核的人工衰變，而衰變的產(chǎn)物之一是質(zhì)子(即氫核).19211924年，盧瑟福和他的學(xué)生查德威克對硼、鈉、鋁等輕元素進行人工核反應(yīng)，同樣有質(zhì)子分裂出來以上事實顯然說明原子核內(nèi)存在質(zhì)子問題是原子核是否只有質(zhì)子？本節(jié)課的學(xué)習(xí)就告訴同學(xué)們原子核內(nèi)到底有什么教學(xué)流程設(shè)計步驟8：先由學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)的主要知識，教師點評，安排學(xué)生課下完成【課后知能檢測】課標(biāo)解讀重點難點1.了解質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)過程2知道原子核的組成，理解核子、同位素的概念3了解核反應(yīng)的概念，會書寫核反應(yīng)方程.1.了解質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)過程(重點)2理解原子核的組成能正確書寫原子核的符號(重點)3原子核的組成及如何確定核反應(yīng)

4、方程(難點)質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)1.基本知識(1)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)實驗：為探測原子核的結(jié)構(gòu)，盧瑟福用粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子結(jié)論：質(zhì)子是原子核的組成部分(2)中子的發(fā)現(xiàn)盧瑟福的預(yù)想盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子后，預(yù)想核內(nèi)還有一種不帶電的中性粒子，并給這種“粒子”起名為中子中子的發(fā)現(xiàn)是許多科學(xué)家研究的結(jié)晶a1930年，用釙發(fā)出的射線轟擊鈹時，會產(chǎn)生一種不受電場和磁場影響、穿透能力很強的射線B1932年，約里奧居里夫婦用這種射線轟擊石蠟，能從石蠟中打出質(zhì)子c1932年，查德威克對云室中這種射線進行研究，發(fā)現(xiàn)這種射線是一種不帶電、質(zhì)量接近質(zhì)子的粒子流，即為中子2思考判斷(1)盧瑟福在粒子散射實驗中發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子()(2)盧瑟

5、福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在()(3)玻爾在實驗中發(fā)現(xiàn)了中子()3探究交流盧瑟福是如何證明粒子轟擊氮原子核產(chǎn)生的新核是質(zhì)子的？【提示】盧瑟福把這種粒子分別引進電場和磁場，根據(jù)該粒子在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)，測出了其質(zhì)量和電量，確定它就是氫原子核，又叫質(zhì)子原子核的組成1.基本知識(1)原子核的組成由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子帶正電，中子不帶電，質(zhì)子、中子統(tǒng)稱為核子，原子核常用符號X表示X表示元素符號，A表示質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)(2)同位素具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子，如氫的三種同位素H、H、H.(3)核反應(yīng)方程核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程意義：能夠用人工方法改變原子核書寫核

6、反應(yīng)方程遵循的原則：核反應(yīng)滿足反應(yīng)前、后電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒確定未知核或粒子的方法：由反應(yīng)前、后的已知核和粒子，依據(jù)守恒原則寫出方程，判斷未知核或粒子2思考判斷(1)原子核內(nèi)只有質(zhì)子而沒有中子()(2)同位素具有相同的物理、化學(xué)性質(zhì)()(3)核反應(yīng)方程只要滿足質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可以隨便寫()3探究交流鉛的原子序數(shù)為82，一個鉛原子質(zhì)量數(shù)為207，其核外電子有多少個？中子數(shù)又是多少？【提示】鉛的原子序數(shù)為82，即一個鉛原子中有82個質(zhì)子，由于原子是電中性的，質(zhì)子與電子電性相反、電量相同，故核外電子數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同為82個，根據(jù)質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和的關(guān)系，鉛原子核的中子數(shù)為2078212

7、5(個).質(zhì)子發(fā)現(xiàn)過程的分析及理解【問題導(dǎo)思】1質(zhì)子由誰發(fā)現(xiàn)的？怎樣發(fā)現(xiàn)的？2質(zhì)子是原子核的組成部分嗎？3在實驗中如何確定新核是質(zhì)子的？1實驗背景電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識到，原子不再是構(gòu)成物質(zhì)的基本單位，進一步研究發(fā)現(xiàn)，原子的中心有一個原子核，原子核集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量原子核的結(jié)構(gòu)如何？1919年，盧瑟福做了用粒子轟擊氮原子核的實驗2實驗裝置(如圖311所示)圖311T進氣孔、A放射源、F鋁箔、S熒光屏、M顯微鏡，C真空容器3實驗過程容器C里放有放射性物質(zhì)A，從A放射出的粒子射到鋁箔F上，適當(dāng)選取鋁箔的厚度，使粒子恰好被它完全吸收，而不能透過在F的后面放一熒光屏S，M是顯微鏡，通

8、過M可以觀察到S是否有閃光4實驗現(xiàn)象開始，S上無閃光(因為粒子沒有穿過鋁箔)打開進氣孔T的閥門，通入氮氣，可以觀察到S上有閃光5實驗分析容器C中通入氮氣后，用顯微鏡觀察到熒光屏上有閃光，閃光一定是粒子擊中氮核后產(chǎn)生的新粒子透過鋁箔引起的6新粒子性質(zhì)研究(1)把這種粒子引進電磁場中，根據(jù)它在電磁場中的偏轉(zhuǎn)，測出了它的質(zhì)量和電量，進而確定它就是氫原子核，又叫質(zhì)子用符號表示為H或P.(2)人們用同樣的辦法從其他元素的原子核中也轟擊出了質(zhì)子7實驗結(jié)論質(zhì)子是原子核的組成部分用顯微鏡觀察到熒光屏上的閃光，是粒子擊中氮核后產(chǎn)生的新粒子透過鋁箔引起的這種新粒子與氫原子核有相同的質(zhì)量和電量1919年盧瑟福通過如

9、圖312所示的實驗裝置，第一次完成了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并由此發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子圖中A為放射源發(fā)出的_粒子，B為_氣寫出該實驗的核反應(yīng)方程：_.圖312【解析】題圖為粒子轟擊氮原子核生成質(zhì)子的實驗裝置，放射源A發(fā)出的是粒子，B為氮氣，其核反應(yīng)方程為：HeNOH.【答案】氮HeNOH1(2013南平檢測)如圖313為盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗裝置，M是顯微鏡，S是熒光屏，窗口F處裝鋁箔，氮氣從閥門T充入，A是放射源在觀察由質(zhì)子引起的閃爍之前需進行的必要調(diào)整是()圖313A充入氮氣后，調(diào)整鋁箔厚度，使S上有粒子引起的閃爍B充入氮氣后，調(diào)整鋁箔厚度，使S上見不到質(zhì)子引起的閃爍C充入氮氣前，調(diào)整鋁箔厚度，使S上能見到

10、質(zhì)子引起的閃爍D充入氮氣前，調(diào)整鋁箔厚度，使S上見不到粒子引起的閃爍【解析】實驗?zāi)康氖怯^察粒子轟擊氮核產(chǎn)生新核并放出質(zhì)子，所以實驗前應(yīng)調(diào)整鋁箔的厚度，恰使粒子不能透過，但質(zhì)子仍能透過，故選D.【答案】D原子核的組成【問題導(dǎo)思】1原子核是僅有帶電的粒子組成的嗎？2兩種元素具有相同的質(zhì)子數(shù)，性質(zhì)一定相同嗎？3質(zhì)量數(shù)、質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之間存在什么關(guān)系？1原子核原子核2基本關(guān)系核電荷數(shù)質(zhì)子數(shù)原子序數(shù)質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)核子數(shù)3核反應(yīng)、核反應(yīng)方程(1)核反應(yīng)：在核物理學(xué)中，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程(2)核反應(yīng)方程：用原子核符號描述核反應(yīng)過程的式子盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為HeNOH.(3

11、)核反應(yīng)的規(guī)律：在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒(2013福州四中檢測)完成下列各核反應(yīng)方程，并指出首次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)是_，首次發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)是_A.5BHeN()B.Be()CnC.Al()MgHD.7NHe8O()E.UTh()F.Na()NaH【審題指導(dǎo)】根據(jù)核反應(yīng)過程的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可求得未知粒子的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，再根據(jù)電荷數(shù)等于原子序數(shù)可得粒子的性質(zhì)【解析】A.5BHe7NnB.BeHe6Cn此核反應(yīng)使查德威克首次發(fā)現(xiàn)了中子C.AlnMgHD.7NHe8OH此核反應(yīng)使盧瑟福首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子E.UThHeF.NaHNaH.【答案】見解析寫核反應(yīng)方程應(yīng)注意的問題1核反應(yīng)必須遵守電荷

12、數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒的規(guī)律2核反應(yīng)方程中的箭頭“”表示核反應(yīng)進行的方向，不能把箭頭寫成等號3寫核反應(yīng)方程必須要有實驗依據(jù)，決不能毫無根據(jù)的編造4要求記住常見粒子的符號表示：質(zhì)子(H)、中子(n)、電子(e)、正電子(e)、粒子(He)等2(2013北師大附中檢測)在下列4個核反應(yīng)方程中，X表示質(zhì)子的是()A.PSiXB.UThXC.AlnMgXD.AlHePX【解析】在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，由此可知，PSie，UThHe，AlnMgH，AlHePn，綜上知C對【答案】C綜合解題方略核子數(shù)、質(zhì)子數(shù)、質(zhì)量數(shù)的辨析已知鐳的原子序數(shù)是88，原子核質(zhì)量數(shù)是226.(1)鐳核中有幾個質(zhì)子？幾個中子

13、？(2)鐳核所帶的電荷量是多少？(3)呈中性的鐳原子，核外有幾個電子？【審題指導(dǎo)】根據(jù)原子核中的核子數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、質(zhì)量數(shù)的關(guān)系求解【規(guī)范解答】(1)鐳核中的質(zhì)子數(shù)等于其原子序數(shù)，故質(zhì)子數(shù)為88，中子數(shù)N等于原子核的質(zhì)量數(shù)A與質(zhì)子數(shù)Z之差，即NAZ22688138.(2)鐳核所帶電荷量為QZe881.61019 C1.411017 C.(3)中性原子核外電子數(shù)等于核電荷數(shù)，故核外電子數(shù)為88.【答案】(1)88138(2)1.411017 C(3)88正確理解質(zhì)量數(shù)、質(zhì)子數(shù)、核子數(shù)1核子數(shù)：質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)總和2質(zhì)子數(shù)：等于原子核的電荷數(shù)(Z)原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，這個整數(shù)叫

14、原子核的電荷數(shù)(Z)，原子核所帶電荷量為Ze.3質(zhì)量數(shù)：原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子質(zhì)量的總和，而中子與質(zhì)子質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個整數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)(A)，顯然質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)【備課資源】(教師用書獨具)中子的發(fā)現(xiàn)背景1920年，盧瑟福在著名的貝克爾演講(Bakerian Lecture)中做出中子存在的理論預(yù)言為了檢驗盧瑟福的假說，卡文迪許實驗室從1921年開始實驗工作盧瑟福曾請格拉森(J.L.Glasson)在氫氣放電時尋找中子的產(chǎn)生，不久，羅伯茲(J.K.Roberts)也做了類似的實驗1923年查德威克得到盧瑟福的贊同，用游離室和點計數(shù)

15、器作為檢測手段，嘗試在大質(zhì)量的氫化材料中檢測輻射的發(fā)射在初步作了這些嘗試之后，查德威克考慮到中子只有在強電場中形成的可能性，但沒有合適的變壓器可用正當(dāng)查德威克著手進一步開展探討中子的研究時，柏林的玻特(W.Bothe)和巴黎的約里奧居里夫婦(JoliotCuries)相繼發(fā)表了他們的實驗結(jié)果玻特是德國著名物理學(xué)家，曾在蓋革的研究所里工作從1928年起，玻特和他的學(xué)生貝克爾(H.Becker)用釙發(fā)射的粒子轟擊一系列輕元素，發(fā)現(xiàn)粒子轟擊鈹時，會使鈹發(fā)射穿透能力極強的中性射線，強度比其他元素所得要大過十倍用鉛吸收屏研究其吸收率，證明這種中性輻射比射線還要硬.1930年，玻特和貝克爾率先發(fā)表了這一結(jié)

16、果，并斷定這種貫穿輻射是一種特殊的射線在巴黎，居里實驗室的約里奧居里夫婦也正在進行類似實驗他們把石蠟板放在放射源和游離室之間，發(fā)現(xiàn)靜電計偏轉(zhuǎn)激增石蠟含氫，會不會是氫核被鈹輻射撞擊形成新的射線？于是他們加了磁場進行檢驗，磁場果然對這一射線有作用遺憾的是，他們在肯定石蠟板發(fā)出的是質(zhì)子流之后，也和玻特一樣，把鈹輻射看成是射線1932年1月18日約里奧居里夫婦宣布，鈹輻射的能量是如此之大，竟能把氫核(質(zhì)子)從石蠟板中撞擊出來. 隨后，他們還用云室拍到了質(zhì)子流的照片，但他們沒有擺脫玻特的錯誤解釋.1二十世紀(jì)初，為了研究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，物理學(xué)家做了大量的實驗，揭示了原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子如圖31

17、4所示，此裝置是()圖314A盧瑟福的粒子散射實驗裝置B盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗裝置C湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的實驗裝置D查德威克發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗裝置【解析】根據(jù)實驗原理，圖示是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗裝置【答案】B2(2013三亞檢測)已知Ra是Ra的一種同位素，則下列說法正確的是()A它們具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的質(zhì)量數(shù)B它們具有相同的中子數(shù)和不同的原子序數(shù)C它們具有相同的核電荷數(shù)和不同的中子數(shù)D它們具有相同的核外電子數(shù)和不同的化學(xué)性質(zhì)【解析】原子核的原子序數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、核外電子數(shù)都是相等的，且原子核內(nèi)的質(zhì)量數(shù)(核子數(shù))等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和由此知這兩種鐳的同位素核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)均為88，核子數(shù)分別為228和226，中子數(shù)分別為140和138；原子的化學(xué)性質(zhì)由核外電子數(shù)決定，因為它們的核外電子數(shù)相同，所以它們的化學(xué)性質(zhì)也相同故正確答案為A、C.【答案】AC3以下幾個原子核反應(yīng)式中，X代表粒子的反應(yīng)式是()A.HeBeCXB.HHnXC.ThPaXD.PSiX【解析】據(jù)核反應(yīng)方程須滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知：X分別為n、He、e、e.【答案】B4(2012塔城高二檢測)三個原子核X、Y、Z，X核放出一個正電子后變?yōu)閅核，Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核并放出一個氦(He)，則下面說法正確的是()AX核比Z核多一個質(zhì)子BX核比Z核少一個