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(shí)與技能1.了解質(zhì)子、中子的發(fā)現(xiàn)過(guò)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(huì)書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程過(guò)程與方法1.通過(guò)觀察、思考、討論，初步學(xué)會(huì)探究的方法2通過(guò)對(duì)知識(shí)的理解，培養(yǎng)自學(xué)和歸納能力情感態(tài)度與價(jià)值觀1.樹(shù)立正確的，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度2樹(shù)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(guò)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(huì)根據(jù)原子核符號(hào)計(jì)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(shū)寫(xiě)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(xiàn)及

2、其體現(xiàn)的科學(xué)精神教學(xué)地位本節(jié)的實(shí)驗(yàn)在高中階段無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但有條件的話可以利用計(jì)算機(jī)模擬出實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，可以激發(fā)學(xué)生的興趣對(duì)于“粒子轟擊氮原子核的實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了新核(質(zhì)子)”這一部分，教師可設(shè)置問(wèn)題如“可以通過(guò)哪些具體實(shí)驗(yàn)來(lái)證明產(chǎn)生的新核是質(zhì)子？”啟發(fā)學(xué)生思考，因?yàn)橄嚓P(guān)的知識(shí)洛倫茲力已學(xué)過(guò)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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(shí)進(jìn)行定性、定量推理的能力“原子核組成”部分對(duì)學(xué)生并不是難點(diǎn)，因?yàn)橄嚓P(guān)的知識(shí)在初中已經(jīng)學(xué)過(guò)，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(duì)原子核結(jié)構(gòu)的探索.1919年，盧瑟

3、福發(fā)現(xiàn)一個(gè)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(duì)硼、鈉、鋁等輕元素進(jìn)行人工核反應(yīng)，同樣有質(zhì)子分裂出來(lái)以上事實(shí)顯然說(shuō)明原子核內(nèi)存在質(zhì)子問(wèn)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?cè)雍藘?nèi)到底有什么教學(xué)流程設(shè)計(jì)步驟8：先由學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)的主要知識(shí)，教師點(diǎn)評(píng)，安排學(xué)生課下完成【課后知能檢測(cè)】課標(biāo)解讀重點(diǎn)難點(diǎn)1.了解質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)過(guò)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(huì)書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程.1.了解質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)過(guò)程(重點(diǎn))2理解原子核的組成能正確書(shū)寫(xiě)原子核的符號(hào)(重點(diǎn))3原子核的組成及如何確定核反應(yīng)

4、方程(難點(diǎn))質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)1.基本知識(shí)(1)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)：為探測(cè)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種不受電場(chǎng)和磁場(chǎng)影響、穿透能力很強(qiáng)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(duì)云室中這種射線進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，根據(jù)該粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，測(cè)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(shí)(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(hào)X表示X表示元素符號(hào)，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(guò)程意義：能夠用人工方法改變?cè)雍藭?shū)寫(xiě)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(xiě)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(méi)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(xiě)()3探究交流鉛的原子序數(shù)為82，一個(gè)鉛原子質(zhì)量數(shù)為207，其核外電子有多少個(gè)？中子數(shù)又是多少？【提示】鉛的原子序數(shù)為82，即一個(gè)鉛原子中有82個(gè)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(gè)，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(gè)).質(zhì)子發(fā)現(xiàn)過(guò)程的分析及理解【問(wèn)題導(dǎo)思】1質(zhì)子由誰(shuí)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(shí)驗(yàn)中如何確定新核是質(zhì)子的？1實(shí)驗(yàn)背景電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到，原子不再是構(gòu)成物質(zhì)的基本單位，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，原子的中心有一個(gè)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(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)裝置(如圖311所示)圖311T進(jìn)氣孔、A放射源、F鋁箔、S熒光屏、M顯微鏡，C真空容器3實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)在F的后面放一熒光屏S，M是顯微鏡，通

8、過(guò)M可以觀察到S是否有閃光4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象開(kāi)始，S上無(wú)閃光(因?yàn)榱Ｗ記](méi)有穿過(guò)鋁箔)打開(kāi)進(jìn)氣孔T的閥門，通入氮?dú)?，可以觀察到S上有閃光5實(shí)驗(yàn)分析容器C中通入氮?dú)夂?，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(guò)鋁箔引起的6新粒子性質(zhì)研究(1)把這種粒子引進(jìn)電磁場(chǎng)中，根據(jù)它在電磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，測(cè)出了它的質(zhì)量和電量，進(jìn)而確定它就是氫原子核，又叫質(zhì)子用符號(hào)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(shí)驗(yàn)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(guò)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(guò)如

9、圖312所示的實(shí)驗(yàn)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_(kāi)氣寫(xiě)出該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置，放射源A發(fā)出的是粒子，B為氮?dú)猓浜朔磻?yīng)方程為：HeNOH.【答案】氮HeNOH1(2013南平檢測(cè))如圖313為盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)裝置，M是顯微鏡，S是熒光屏，窗口F處裝鋁箔，氮?dú)鈴拈y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(jìn)行的必要調(diào)整是()圖313A充入氮?dú)夂?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上有粒子引起的閃爍B充入氮?dú)夂?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上見(jiàn)不到質(zhì)子引起的閃爍C充入氮?dú)馇?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上能見(jiàn)到

10、質(zhì)子引起的閃爍D充入氮?dú)馇?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上見(jiàn)不到粒子引起的閃爍【解析】實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)整鋁箔的厚度，恰使粒子不能透過(guò)，但質(zhì)子仍能透過(guò)，故選D.【答案】D原子核的組成【問(wèn)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(guò)程(2)核反應(yīng)方程：用原子核符號(hào)描述核反應(yīng)過(guò)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(cè))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(guò)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(jiàn)解析寫(xiě)核反應(yīng)方程應(yīng)注意的問(wèn)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(jìn)行的方向，不能把箭頭寫(xiě)成等號(hào)3寫(xiě)核反應(yīng)方程必須要有實(shí)驗(yàn)依據(jù)，決不能毫無(wú)根據(jù)的編造4要求記住常見(jiàn)粒子的符號(hào)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(cè))在下列4個(gè)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(duì)【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(gè)質(zhì)子？幾個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個(gè)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(shū)獨(dú)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(yàn)盧瑟福的假說(shuō)，卡文迪許實(shí)驗(yàn)室從1921年開(kāi)始實(shí)驗(yàn)工作盧瑟福曾請(qǐng)格拉森(J.L.Glasson)在氫氣放電時(shí)尋找中子的產(chǎn)生，不久，羅伯茲(J.K.Roberts)也做了類似的實(shí)驗(yàn)1923年查德威克得到盧瑟福的贊同，用游離室和點(diǎn)計(jì)數(shù)

15、器作為檢測(cè)手段，嘗試在大質(zhì)量的氫化材料中檢測(cè)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(qiáng)電場(chǎng)中形成的可能性，但沒(méi)有合適的變壓器可用正當(dāng)查德威克著手進(jìn)一步開(kāi)展探討中子的研究時(shí)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果玻特是德國(guó)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(shí)，會(huì)使鈹發(fā)射穿透能力極強(qiáng)的中性射線，強(qiáng)度比其他元素所得要大過(guò)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(shí)驗(yàn)室的約里奧居里夫婦也正在進(jìn)行類似實(shí)驗(yàn)他們把石蠟板放在放射源和游離室之間，發(fā)現(xiàn)靜電計(jì)偏轉(zhuǎn)激增石蠟含氫，會(huì)不會(huì)是氫核被鈹輻射撞擊形成新的射線？于是他們加了磁場(chǎng)進(jìn)行檢驗(yàn)，磁場(chǎng)果然對(duì)這一射線有作用遺憾的是，他們?cè)诳隙ㄊ灠灏l(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(lái). 隨后，他們還用云室拍到了質(zhì)子流的照片，但他們沒(méi)有擺脫玻特的錯(cuò)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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)裝置B盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)裝置C湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的實(shí)驗(yàn)裝置D查德威克發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)裝置【解析】根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，圖示是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)裝置【答案】B2(2013三亞檢測(cè))已知Ra是Ra的一種同位素，則下列說(shuō)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?yàn)樗鼈兊暮送怆娮訑?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(gè)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(cè))三個(gè)原子核X、Y、Z，X核放出一個(gè)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(gè)氦(He)，則下面說(shuō)法正確的是()AX核比Z核多一個(gè)質(zhì)子BX核比Z核少一個(gè)