《原子核的組成》教案1

1、原子核的組成教案第一課時(shí)一、教學(xué)目標(biāo)在物理知識(shí)方面要求.了解原子核的人工轉(zhuǎn)變.了解它的方法和物理過(guò)程.了解質(zhì)子和中子是如何被發(fā)現(xiàn)的.會(huì)寫核反應(yīng)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(dòng)量守恒的思想來(lái)分析核反應(yīng)過(guò)程.從而培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已知規(guī)律來(lái)分析和解決問(wèn)題的能力.通過(guò)發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子的歷史過(guò)程，使學(xué)生認(rèn)識(shí)通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)研究和探索微觀結(jié)構(gòu)的研究方法及體會(huì)科學(xué)研究的艱巨性和嚴(yán)謹(jǐn)性.二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析重點(diǎn)是使學(xué)生了解原子核的人工轉(zhuǎn)變和原子核的組成.在原子核的人工轉(zhuǎn)變中發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子，它是確定原子核組成的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ).用已經(jīng)學(xué)過(guò)的能量和動(dòng)量守恒以及有關(guān)的知識(shí)來(lái)分析核反應(yīng)過(guò)程，是本節(jié)的難

2、點(diǎn).三、教具分析盧瑟福做的“a粒子轟擊氮原子核的實(shí)驗(yàn)”2講解約里奧居里和伊麗芙居里夫婦做的“用來(lái)自鈹?shù)纳渚€去轟擊石蠟的實(shí)驗(yàn)”用投影幻燈、投影片.四、主要教學(xué)過(guò)程引入新課復(fù)習(xí)提問(wèn)：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(shuō)明原子核存在著復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)變.教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn).原子核的人工轉(zhuǎn)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(guò)對(duì)核反應(yīng)過(guò)程及其產(chǎn)生的新粒子的研究，了解原子核的內(nèi)部

3、結(jié)構(gòu)和粒子的本質(zhì)及特點(diǎn).a粒子轟擊氮原子核的實(shí)驗(yàn).1919年，盧瑟福做了用a粒子轟擊氮原子核的實(shí)驗(yàn)，第一次實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，有了很重要的發(fā)現(xiàn).AF11圉1實(shí)驗(yàn)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(zhì)A,從A射出的a粒子射到鋁箔F上，適當(dāng)選取鋁箔的厚度，使a粒子恰好被它完全吸收而不能透過(guò)，在F后面放一熒光屏S,用顯微鏡M觀察熒光屏.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)在熒光屏上恰好觀察不到閃光后，通過(guò)閥門T往容器C里通入氮?dú)?，此時(shí)盧瑟福從熒光屏S上又觀察到了閃光.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)表明，閃光一定是a粒子擊中氮核后產(chǎn)生的新粒子透過(guò)鋁箔引起的.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn).討論提問(wèn)：引導(dǎo)學(xué)生用已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)分析

4、怎樣知道新粒子的性質(zhì).若想知道新粒子的性質(zhì)，必須測(cè)出粒子的什么有關(guān)物理量？歸納得到：測(cè)出粒子的電性、電量、質(zhì)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(chǎng)或磁場(chǎng)中，觀察粒子的偏轉(zhuǎn)軌跡.+V/E一匸，閤2如圖2所示，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中粒子的軌道是拋物線，若粒子向下偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明粒子帶正電；若向上偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明粒子帶負(fù)電.如圖3所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中粒子的軌道是圓，若粒子向上做圓運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明粒子帶正電，若粒子向下做圓運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明粒子帶負(fù)電.實(shí)驗(yàn)證明：這個(gè)新粒子帶正電.用什么方法可測(cè)出粒子的速度？歸納得到：使粒子通過(guò)一個(gè)正交的電磁場(chǎng)，如圖4所示，調(diào)節(jié)B或E的值，使粒子在正交場(chǎng)中，沿入射方向做勻速直

5、線運(yùn)動(dòng)，則可知此時(shí)粒子所受的輛力與磁場(chǎng)力相等qE=qB肌所以可求岀粒子的速度-D+圖4實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：這個(gè)新粒子速度很大，有很強(qiáng)的穿透能力.用什么方法可測(cè)岀粒子的荷質(zhì)比，即粒子的電量與質(zhì)量之比卜b歸納得到：使粒子通過(guò)勻強(qiáng)電場(chǎng)，根據(jù)粒子的偏轉(zhuǎn)量y求出.或使粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)半徑R求.1閣5圖E如圖5,在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，粒子的偏轉(zhuǎn)量為y：qU(iyy=*.mdVju為兩極板間電壓，貝y可測(cè)出荷質(zhì)比為:q:2dv2*ymuF如圖6，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，粒子做圓運(yùn)動(dòng)的半經(jīng)為R.mv則可求出荷質(zhì)比為：2=善.mBR結(jié)論：通過(guò)對(duì)新粒子的研究與測(cè)定，確定它就是氫原子核，又叫質(zhì)子，通常用符號(hào)徂或;p表示.對(duì)核反

6、應(yīng)過(guò)程的研究.這個(gè)質(zhì)子是a粒子從氮核中直接打出的，還是a粒子打進(jìn)氮核后形成的復(fù)核發(fā)生衰變時(shí)放出分析：若質(zhì)子是a粒子從氮核中直接打出來(lái)的，如圖7中甲圖，碰撞過(guò)程中應(yīng)有四條徑跡；若a粒子打進(jìn)氮核后形成一個(gè)復(fù)核，這個(gè)復(fù)核立即衰變后放出一個(gè)質(zhì)子，碰撞過(guò)程中應(yīng)如圖7中乙圖所示，有三條徑跡.為弄清這個(gè)問(wèn)題，英國(guó)物理學(xué)家布拉凱特在充滿氮的云室里做了a粒子轟擊氮核的實(shí)驗(yàn)，并拍攝了兩萬(wàn)多張?jiān)剖业恼掌?，終于從40多萬(wàn)條a粒子徑跡中發(fā)現(xiàn)有8條產(chǎn)生了分叉（見(jiàn)課本上圖），分析可知有三條徑跡，分叉后的細(xì)長(zhǎng)徑跡是質(zhì)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(gè)核反應(yīng)過(guò)程中a粒子打進(jìn)氮核

7、后形成復(fù)核，復(fù)核衰變后放出質(zhì)子.從質(zhì)量數(shù)守恒和電量數(shù)守恒可知，其反應(yīng)方程式為從布拉凱特的實(shí)驗(yàn)中，可知40多萬(wàn)條徑跡中只有8條分叉，可見(jiàn)科學(xué)研究工作的艱巨性，并且可以看到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要作用.5.結(jié)論.后來(lái)人們用同樣的方法使氟、鈉、鋁等發(fā)生了類似的轉(zhuǎn)變，都產(chǎn)生了質(zhì)子.由于各種原子核里都能打出質(zhì)子來(lái)，可見(jiàn)質(zhì)子是原子核的組成部分.（三）課堂小結(jié)原子核的人工轉(zhuǎn)變是研究原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要方法.為了了解原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，盧瑟福首先做a粒子轟擊氮核的實(shí)驗(yàn).即用高能粒子轟擊原子核是實(shí)現(xiàn)原子核人工轉(zhuǎn)變的基本方法.用a粒子轟擊原子核的核反應(yīng)過(guò)程是a粒子先與被轟擊的原子核形成新的不穩(wěn)定的復(fù)核,然后復(fù)核立即衰變放出質(zhì)

8、子并形成新核.質(zhì)子是原子核的組成部分.（四）作業(yè)練習(xí)二（1）.寫出粒子分別轟擊將黑血時(shí)產(chǎn)生質(zhì)子的核反應(yīng)方程式.第二課時(shí)（一）引入新課復(fù)習(xí)提問(wèn)：盧瑟福通過(guò)什么實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了質(zhì)子？試寫出這個(gè)實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程式.寫出粒子轟擊F時(shí)產(chǎn)生質(zhì)子的核反應(yīng)方程式.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)人們更進(jìn)一步去研究原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，10多年后，科學(xué)家經(jīng)過(guò)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(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)(1)中子的發(fā)現(xiàn).盧瑟福的假說(shuō).質(zhì)子發(fā)現(xiàn)后，有人提出原子核可能是由帶正電的質(zhì)子組成的.但這設(shè)想在解釋除氫原子核外的其他原子核時(shí)遇到了困難，大多數(shù)原子核的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)不相等，如鈾238的電荷數(shù)為9若都由質(zhì)子組成，其質(zhì)量

9、數(shù)也應(yīng)是92,而除質(zhì)子外剩下146的質(zhì)量數(shù)是什么呢？1920年，根據(jù)以上分析，盧瑟福曾預(yù)言：可能有一種質(zhì)量與質(zhì)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(shí)驗(yàn).1930年發(fā)現(xiàn)，用釙(P。)放出的a粒子轟擊鈹(Be)時(shí)產(chǎn)生一種射線，這種射線貫穿能力極強(qiáng),能穿透十幾厘米厚的鉛板，當(dāng)時(shí)人們已知的射線中只有Y射線能穿透鉛板，所以認(rèn)為這種射線為Y射線.h*$F口未知射線ot粒子匠二二三-質(zhì)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(zhì)子,如圖8(用投影幻燈片打出)，由于被打出質(zhì)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(méi)有得出最后的結(jié)論.查德威克實(shí)驗(yàn).1932年英國(guó)物理學(xué)家查德威克仔細(xì)研究了這種射線,發(fā)現(xiàn)它是中性粒子流，在磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn),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(jié)果打擊了一些氫核(質(zhì)子)和氮核，并測(cè)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(zhì)量.測(cè)量結(jié)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(rèn)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(jié)果，其他速度較小的是由于斜碰的結(jié)果.中子的發(fā)現(xiàn).分析：查德威克認(rèn)為它們之間的碰撞是彈性正碰；設(shè)未知粒子質(zhì)量為m,速度為v,氫核的質(zhì)量為mH,最大速

11、度為vH,并認(rèn)為氫核在打出前為靜止的，那么根據(jù)動(dòng)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(shí)驗(yàn)中測(cè)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?yàn)閙H=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(zhì)代

12、替氫和氮重做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，可得到同樣的結(jié)果.后來(lái)更精確實(shí)驗(yàn)測(cè)出，此粒子質(zhì)量非常接近于質(zhì)子質(zhì)量，只比后者大千分之一多（此粒子質(zhì)量是1.674920X10-27kg，質(zhì)子質(zhì)量是1.672614X10-27kg）.查德威克發(fā)現(xiàn)的這種與質(zhì)子質(zhì)量差不多的粒子，由于不帶電，所以叫做中子.用符號(hào)詛表示.發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程式為4BeH亡fg2C+Jn.實(shí)驗(yàn)證實(shí)，從許多原子核里都能打出中子，可見(jiàn)中子也是原子核的組成部分.中子的發(fā)現(xiàn)是物理學(xué)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(jìn)原子核.不少科學(xué)家用中子轟擊原子核，進(jìn)一步揭示了物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)近代物理學(xué)的發(fā)展起了很大作用.由此也可看出科學(xué)的預(yù)言和假

13、說(shuō)的重要作用，它可引導(dǎo)人們發(fā)現(xiàn)新的事實(shí)和規(guī)律.中子的發(fā)現(xiàn)的歷史事實(shí)也使我們明確，在科學(xué)研究中要時(shí)刻保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，否則會(huì)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(xué)獎(jiǎng).中子的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)假設(shè)和理論推證相結(jié)合的產(chǎn)物，也是查德威克與許多物理學(xué)家共同努力的結(jié)果.查德威克事后說(shuō)：“先進(jìn)的科學(xué)知識(shí)通常是很多人勞動(dòng)的成果原子核的組成.中子發(fā)現(xiàn)后，原子核是由質(zhì)子和中子組成的看法很快得到了公認(rèn).質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子，質(zhì)子帶一個(gè)單位正電荷，質(zhì)量數(shù)為1;中子不帶電，質(zhì)量數(shù)也是1.在核中：電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù).質(zhì)量數(shù)=質(zhì)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(gè)質(zhì)子，質(zhì)量數(shù)為14,所以中子數(shù)為14-7=7，則氮核是由7個(gè)質(zhì)子和7個(gè)中子組成的.同位素：具有相同的質(zhì)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(zhì)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(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合在一起從核中發(fā)射出來(lái)的，其核反應(yīng)方程式為2；H+2jn-jHe；B粒子是電子，這是由中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，其核反應(yīng)方程式為扛；H+e.Y射線是由光子組成，后面會(huì)講到.（三）課堂小結(jié)在原子核由質(zhì)子組成的說(shuō)法遇到困難時(shí)，盧瑟福預(yù)言：原子核中可能存在著與質(zhì)子質(zhì)量差不多的不帶電粒子，稱為中子.查德威克通過(guò)對(duì)許多實(shí)驗(yàn)的分析，并運(yùn)用動(dòng)量守恒和能量守恒的規(guī)律，測(cè)量并計(jì)算出被一些人誤認(rèn)為Y射線的粒子的電性和質(zhì)量，從而發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量與質(zhì)子差不多，不帶電的中性粒子一一中子.原子核是由質(zhì)子和中子組成的.它的電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，它的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)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(yīng)方程式.（四）復(fù)習(xí)提問(wèn)0和饗R辺的核內(nèi)各有多少個(gè)中子和質(zhì)子亍0中飢個(gè)質(zhì)子，9個(gè)中子.饗Rr中有閔個(gè)質(zhì)子，1張個(gè)