《原子核的組成》教案1

1、原子核的組成教案第一課時一、教學目標在物理知識方面要求.了解原子核的人工轉變.了解它的方法和物理過程.了解質子和中子是如何被發(fā)現(xiàn)的.會寫核反應方程式.了解原子核的組成，知道核子和同位素的概念.掌握利用能量和動量守恒的思想來分析核反應過程.從而培養(yǎng)學生運用已知規(guī)律來分析和解決問題的能力.通過發(fā)現(xiàn)質子和中子的歷史過程，使學生認識通過物理實驗研究和探索微觀結構的研究方法及體會科學研究的艱巨性和嚴謹性.二、重點、難點分析重點是使學生了解原子核的人工轉變和原子核的組成.在原子核的人工轉變中發(fā)現(xiàn)了質子和中子，它是確定原子核組成的實驗基礎.用已經(jīng)學過的能量和動量守恒以及有關的知識來分析核反應過程，是本節(jié)的難

2、點.三、教具分析盧瑟福做的“a粒子轟擊氮原子核的實驗”2講解約里奧居里和伊麗芙居里夫婦做的“用來自鈹?shù)纳渚€去轟擊石蠟的實驗”用投影幻燈、投影片.四、主要教學過程引入新課復習提問：1什么是天然放射現(xiàn)象？天然放射性元素放射出哪幾種射線？這些射線的成分是什么？寫出靜衰變的衰變方程.寫岀CuP衰變的衰變方程.天然放射現(xiàn)象說明原子核存在著復雜的內部結構，為了了解原子核的組成，人們開始尋找研究原子核組成的有效方法，那就是原子核的人工轉變.教學過程設計質子的發(fā)現(xiàn).原子核的人工轉變.是指為了了解原子核的組成，人們有目的的用高速粒子去轟擊某些元素的原子核，通過對核反應過程及其產生的新粒子的研究，了解原子核的內部

3、結構和粒子的本質及特點.a粒子轟擊氮原子核的實驗.1919年，盧瑟福做了用a粒子轟擊氮原子核的實驗，第一次實現(xiàn)了原子核的人工轉變，有了很重要的發(fā)現(xiàn).AF11圉1實驗裝置如圖1所示(用投影幻燈打出裝置的示意圖)，容器C中放有放射性物質A,從A射出的a粒子射到鋁箔F上，適當選取鋁箔的厚度，使a粒子恰好被它完全吸收而不能透過，在F后面放一熒光屏S,用顯微鏡M觀察熒光屏.實驗現(xiàn)象：當在熒光屏上恰好觀察不到閃光后，通過閥門T往容器C里通入氮氣，此時盧瑟福從熒光屏S上又觀察到了閃光.實驗結論：實驗表明，閃光一定是a粒子擊中氮核后產生的新粒子透過鋁箔引起的.質子的發(fā)現(xiàn).討論提問：引導學生用已經(jīng)學過的知識分析

4、怎樣知道新粒子的性質.若想知道新粒子的性質，必須測出粒子的什么有關物理量？歸納得到：測出粒子的電性、電量、質量和速度等.用什么方法可以知道新粒子的電性？歸納得到：可將粒子引入電場或磁場中，觀察粒子的偏轉軌跡.+V/E一匸，閤2如圖2所示，在勻強電場中粒子的軌道是拋物線，若粒子向下偏轉，說明粒子帶正電；若向上偏轉，說明粒子帶負電.如圖3所示，在勻強磁場中粒子的軌道是圓，若粒子向上做圓運動，說明粒子帶正電，若粒子向下做圓運動，說明粒子帶負電.實驗證明：這個新粒子帶正電.用什么方法可測出粒子的速度？歸納得到：使粒子通過一個正交的電磁場，如圖4所示，調節(jié)B或E的值，使粒子在正交場中，沿入射方向做勻速直

5、線運動，則可知此時粒子所受的輛力與磁場力相等qE=qB肌所以可求岀粒子的速度-D+圖4實驗說明：這個新粒子速度很大，有很強的穿透能力.用什么方法可測岀粒子的荷質比，即粒子的電量與質量之比卜b歸納得到：使粒子通過勻強電場，根據(jù)粒子的偏轉量y求出.或使粒子在勻強磁場中做圓周運動，根據(jù)半徑R求.1閣5圖E如圖5,在勻強電場中，粒子的偏轉量為y：qU(iyy=*.mdVju為兩極板間電壓，貝y可測出荷質比為:q:2dv2*ymuF如圖6，在勻強磁場中，粒子做圓運動的半經(jīng)為R.mv則可求出荷質比為：2=善.mBR結論：通過對新粒子的研究與測定，確定它就是氫原子核，又叫質子，通常用符號徂或;p表示.對核反

6、應過程的研究.這個質子是a粒子從氮核中直接打出的，還是a粒子打進氮核后形成的復核發(fā)生衰變時放出分析：若質子是a粒子從氮核中直接打出來的，如圖7中甲圖，碰撞過程中應有四條徑跡；若a粒子打進氮核后形成一個復核，這個復核立即衰變后放出一個質子，碰撞過程中應如圖7中乙圖所示，有三條徑跡.為弄清這個問題，英國物理學家布拉凱特在充滿氮的云室里做了a粒子轟擊氮核的實驗，并拍攝了兩萬多張云室的照片，終于從40多萬條a粒子徑跡中發(fā)現(xiàn)有8條產生了分叉（見課本上圖），分析可知有三條徑跡，分叉后的細長徑跡是質子的徑跡，另一條短粗的徑跡是新生核的徑跡，a粒子的徑跡在跟核碰撞后不再出現(xiàn)，因此這個核反應過程中a粒子打進氮核

7、后形成復核，復核衰變后放出質子.從質量數(shù)守恒和電量數(shù)守恒可知，其反應方程式為從布拉凱特的實驗中，可知40多萬條徑跡中只有8條分叉，可見科學研究工作的艱巨性，并且可以看到科學實驗的重要作用.5.結論.后來人們用同樣的方法使氟、鈉、鋁等發(fā)生了類似的轉變，都產生了質子.由于各種原子核里都能打出質子來，可見質子是原子核的組成部分.（三）課堂小結原子核的人工轉變是研究原子核內部結構的重要方法.為了了解原子核的內部結構，盧瑟福首先做a粒子轟擊氮核的實驗.即用高能粒子轟擊原子核是實現(xiàn)原子核人工轉變的基本方法.用a粒子轟擊原子核的核反應過程是a粒子先與被轟擊的原子核形成新的不穩(wěn)定的復核,然后復核立即衰變放出質

8、子并形成新核.質子是原子核的組成部分.（四）作業(yè)練習二（1）.寫出粒子分別轟擊將黑血時產生質子的核反應方程式.第二課時（一）引入新課復習提問：盧瑟福通過什么實驗產生了質子？試寫出這個實驗的核反應方程式.寫出粒子轟擊F時產生質子的核反應方程式.質子的發(fā)現(xiàn)引導人們更進一步去研究原子核的內部結構，10多年后，科學家經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)了原子核中另一種新的基本粒子一一中子.（二）教學過程設計(1)中子的發(fā)現(xiàn).盧瑟福的假說.質子發(fā)現(xiàn)后，有人提出原子核可能是由帶正電的質子組成的.但這設想在解釋除氫原子核外的其他原子核時遇到了困難，大多數(shù)原子核的電荷數(shù)與質量數(shù)不相等，如鈾238的電荷數(shù)為9若都由質子組成，其質量

9、數(shù)也應是92,而除質子外剩下146的質量數(shù)是什么呢？1920年，根據(jù)以上分析，盧瑟福曾預言：可能有一種質量與質子相近的不帶電的中性粒子存在，他把它叫做中子.約里奧居里夫婦的實驗.1930年發(fā)現(xiàn)，用釙(P。)放出的a粒子轟擊鈹(Be)時產生一種射線，這種射線貫穿能力極強,能穿透十幾厘米厚的鉛板，當時人們已知的射線中只有Y射線能穿透鉛板，所以認為這種射線為Y射線.h*$F口未知射線ot粒子匠二二三-質子鐵石蠟T閣81932年約里奧居里夫婦用這種射線去轟擊石蠟(含有大量氫原子)，竟從石蠟中打出質子,如圖8(用投影幻燈片打出)，由于被打出質子能量很大，與Y射線的能量不符合，但這射線究竟是什么？約里奧居

10、里夫婦沒有得出最后的結論.查德威克實驗.1932年英國物理學家查德威克仔細研究了這種射線,發(fā)現(xiàn)它是中性粒子流，在磁場中不偏轉,它的速度不到光速的十分之一，因此排除了它是Y射線的可能.后查德威克用這種射線轟擊氫原子和氮原子，結果打擊了一些氫核(質子)和氮核，并測量出被打出的氫核和氮核的速度，由此推算出這種射線的質量.測量結果表明，被打出的原子核的速度是不同的，如被打出的氫核的速度有大有小，查德威克認為其中速度最大的氫核是由于未知射線中的粒子與它正碰的結果，其他速度較小的是由于斜碰的結果.中子的發(fā)現(xiàn).分析：查德威克認為它們之間的碰撞是彈性正碰；設未知粒子質量為m,速度為v,氫核的質量為mH,最大速

11、度為vH,并認為氫核在打出前為靜止的，那么根據(jù)動量守恒和能量守恒可知：mv=mv+mHvH,jmv2=*可曾.其中v是碰撞后未知粒子的速度，由此可得：2mVh=;v.m+mH同樣可求出未知射線與氮原子碰撞后，打出的氮核的速度2mVnV.（4）m+mH查德威克在實驗中測得氫核的最大速度為vH=3.3X109cm/s，氮核的最大速度為vN=4.7X108cm/s.Vhm+mHydm+mHvhm+14mH肝卜m+mH由方程（3）、（4）可得：因為mH=14mH）貝J：將速度的最大值代入方程(6),可得:3.3X109m+14mH4.7X10s-m+mH1可得：m=1.15mH.查德威克還用別的物質代

12、替氫和氮重做這個實驗，可得到同樣的結果.后來更精確實驗測出，此粒子質量非常接近于質子質量，只比后者大千分之一多（此粒子質量是1.674920X10-27kg，質子質量是1.672614X10-27kg）.查德威克發(fā)現(xiàn)的這種與質子質量差不多的粒子，由于不帶電，所以叫做中子.用符號詛表示.發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程式為4BeH亡fg2C+Jn.實驗證實，從許多原子核里都能打出中子，可見中子也是原子核的組成部分.中子的發(fā)現(xiàn)是物理學發(fā)展史上的一件大事，由于中子不帶電，所以更容易接近或打進原子核.不少科學家用中子轟擊原子核，進一步揭示了物質的微觀結構，對近代物理學的發(fā)展起了很大作用.由此也可看出科學的預言和假

13、說的重要作用，它可引導人們發(fā)現(xiàn)新的事實和規(guī)律.中子的發(fā)現(xiàn)的歷史事實也使我們明確，在科學研究中要時刻保持嚴謹?shù)膽B(tài)度，否則會像約里奧.居里夫婦一樣與中子這樣重要的發(fā)現(xiàn)失之交臂.由于發(fā)現(xiàn)了中子，查德威克獲得1935年諾貝爾物理學獎.中子的發(fā)現(xiàn)是科學假設和理論推證相結合的產物，也是查德威克與許多物理學家共同努力的結果.查德威克事后說：“先進的科學知識通常是很多人勞動的成果原子核的組成.中子發(fā)現(xiàn)后，原子核是由質子和中子組成的看法很快得到了公認.質子和中子統(tǒng)稱為核子，質子帶一個單位正電荷，質量數(shù)為1;中子不帶電，質量數(shù)也是1.在核中：電荷數(shù)=質子數(shù)=核外電子數(shù).質量數(shù)=質子數(shù)+中子數(shù).如氮核G4N）,它的

14、電荷數(shù)為7,所以核中含有7個質子，質量數(shù)為14,所以中子數(shù)為14-7=7，則氮核是由7個質子和7個中子組成的.同位素：具有相同的質子數(shù)和不同的中子數(shù)的原子互稱同位素.如克核（；H）是質子即氫核（；H）的同位素.在天然放射現(xiàn)象中，放射出的三種射線：a粒子是氦核，它是由2個質子和2個中子結合在一起從核中發(fā)射出來的，其核反應方程式為2；H+2jn-jHe；B粒子是電子，這是由中子轉化為質子和電子，其核反應方程式為扛；H+e.Y射線是由光子組成，后面會講到.（三）課堂小結在原子核由質子組成的說法遇到困難時，盧瑟福預言：原子核中可能存在著與質子質量差不多的不帶電粒子，稱為中子.查德威克通過對許多實驗的分析，并運用動量守恒和能量守恒的規(guī)律，測量并計算出被一些人誤認為Y射線的粒子的電性和質量，從而發(fā)現(xiàn)了質量與質子差不多，不帶電的中性粒子一一中子.原子核是由質子和中子組成的.它的電荷數(shù)等于質子數(shù)，它的質量數(shù)等于質子數(shù)加中子數(shù).了解同位素的意義.知道天然放射現(xiàn)象中a粒子和B粒子的形成及核反應方程式.（四）復習提問0和饗R辺的核內各有多少個中子和質子亍0中飢個質子，9個中子.饗Rr中有閔個質子，1張個