【校本教案】物理学史教案：3原子与原子核

《原子与原子核的结构》教学设计一、教学目标1、知识与技能目标（1）学生能够了解原子的基本构成，包括原子核和核外电子。

（2）理解原子核的组成，知道质子和中子的性质。

（3）掌握原子序数、质量数、质子数和中子数之间的关系。

2、过程与方法目标（1）通过模型构建和类比分析，培养学生的空间想象力和逻辑思维能力。

（2）通过实验观察和数据分析，提高学生的观察能力和处理信息的能力。

3、情感态度与价值观目标（1）激发学生对微观世界的好奇心和探索欲望，培养科学精神。

（2）使学生认识到科学研究的严谨性和不断发展性，培养学生的科学态度。

二、教学重难点1、教学重点（1）原子的结构，包括原子核和核外电子的分布。

（2）原子核的组成，以及质子数、中子数和质量数的关系。

2、教学难点（1）核外电子的运动状态和排布规律。

（2）对原子结构模型的理解和建立。

三、教学方法1、讲授法：讲解原子与原子核的基本概念和结构。

2、直观演示法：利用多媒体展示原子结构模型、动画等，帮助学生理解抽象概念。

3、小组讨论法：组织学生讨论相关问题，促进学生思维的碰撞和交流。

四、教学过程1、导入新课通过展示一些常见的物质，如铁、水、氧气等，提问学生这些物质是由什么组成的，引发学生的思考，从而引出本节课的主题——原子与原子核的结构。

2、新课讲授（1）原子的结构①介绍道尔顿的原子学说，指出其局限性。

②讲解汤姆生发现电子的实验，提出“葡萄干布丁”模型。

③介绍卢瑟福的α粒子散射实验，得出原子的核式结构模型，即原子中心有一个很小的原子核，电子在核外绕核运动。

（2）原子核的组成①讲解质子的发现过程和性质。

②介绍中子的发现以及其特点。

③明确原子核由质子和中子组成，给出质量数的概念，即质子数与中子数之和。

（3）原子序数、质子数、中子数和质量数的关系通过实例，让学生推导并理解原子序数等于质子数，质量数等于质子数加中子数的关系。

（4）核外电子的排布①简单介绍玻尔的原子模型。

②讲解核外电子分层排布的规律，如能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等。

原子与原子核实验设计备课教案注意：本文仅供参考，切勿抄袭，否则后果自负。

实验科目：原子与原子核实验设计备课教案一、实验名称及主题“原子与原子核实验设计备课教案”二、实验目的1.了解原子和原子核的基本结构及其相互作用。

2.了解原子核的基本特性、放射性和原子核衰变的规律。

3.学习基本的核物理量及相关测量方法。

4.掌握物质的核反应及其在实际应用中的重要作用。

三、实验器材和材料1. Geiger-Mueller探测器、电源、放大器、多道分析器。

2. 钚源、锗探测器、读数电路、计算机接口等。

3. 核离子探测器、涡流分离器等。

四、实验内容实验一：利用Geiger-Mueller计数器测量放射性源的放射活度。

实验二：用β谱仪研究β粒子的能谱。

实验三：利用核离子探测器测量粒子轨道的动量和能量。

实验四：用涡流分离器测量质子、中子和核子的荷质比。

实验五：学习相对论效应，如能量守恒、动量守恒等。

五、实验步骤实验一：利用Geiger-Mueller计数器测量放射性源的放射活度。

1. 在实验箱中安装探测器和高压电源。

2. 用螺丝刀固定钚源并调整源到探测器的距离，做好初始实验准备。

3. 开始测量时，打开高压电源，记录计数器所测得的计数率。

4. 改变钚源距离探测器的距离，继续进行测量，得到一组数据。

5. 对不同距离下得到的数据进行分析和处理，计算出放射源的放射活度。

实验二：用β谱仪研究β粒子的能谱。

1. 在实验箱中安装β谱仪以及相应的电源和计算机。

2. 放入锗探测器和铝靶。

将电压调至出现管电压跨越时，开始测量。

3. 记录计数率随探测器电压变化的情况，观察并记录β粒子的光电峰。

4. 通过计算得到β粒子的能谱，进一步研究β粒子的本质。

实验三：利用核离子探测器测量粒子轨道的动量和能量。

1. 通过手工制造Al/Cu/Al薄铝箔，来拍摄$\alpha$粒子的路径图片。

2. 将测量得到的轨迹图片放入计算机中进行处理和分析，以得到$\alpha$粒子的轨迹方向。

第十八章 原子和原子核第一节 玻尔的原子模型 能级【原子核式结构】 卢瑟福的原子核式模型：在原子的中心有一个很小的核叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。

【玻尔的原子模型】由丹麦的物理学家玻尔于1913年提出的原子结构假说，主要包括下列几个方面：1．轨道量子化。

围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，电子的可能轨道分布是不连续的，这种现象叫做轨道量子化。

2． 能量的量子化。

在原子中，不同的轨道对应着不同的状态，原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做定态。

3． 能级的跃迁：原子从一种定态（能量为E n ）跃迁到另一种定态（能量为E m ），它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，光子的能量为n m E E h -=ν。

【量子数】原子的各状态用标号1，2，3等来表示，这些状态标号叫做量子数，通常用n 来表示。

【能级】原子的各个定态的能量值叫做它的能级。

【基态】在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，量子数为n =1，这种定态叫做基态。

【激发态】 通过加热或光照的方法使物体中的某些原子从相互碰撞或入射光子中吸收一定的能量，从基态跃迁到较高的能级，量子数大于1，这时电子在离核较远的轨道上运动，这些定态叫做激发态。

【跃迁】原子从一种能量状态向另一种能量状态的变化叫做能级的跃迁。

当原子从高能量状态向低能量状态跃迁时，放出一定频率的光子；当原子从低能量状态向高能量状态跃迁时，需吸收一定频率的光子。

【能量的量子化】原子的各个能级的能量是不连续的，这种现象叫做能量的量子化。

【轨道的量子化】电子的可能轨道分布是不连续的，这种现象叫做轨道的量子化。

注意点(1) 玻尔原子结构假说提出的背景。

卢瑟福的原子的核式模型很好地解释了 粒子的大角度散射，但该核式模型与经典的电磁理论发生了矛盾。

物理学科的教案标题原子与核的结构与性质教案主题：原子与核的结构与性质教学目标：1. 了解原子和核的基本概念和组成；2. 掌握原子与核的结构和性质；3. 学会用化学符号和方程式描述原子核反应和核衰变过程；4. 培养学生的实验能力和科学思维。

教学重点：1. 原子和核的基本结构；2. 原子与核的性质；3. 原子核反应和核衰变。

教学难点：1. 理解原子核的组成和结构；2. 分析和解释原子核反应和核衰变过程。

教学准备：投影仪、实验器材、实验材料、板书、教材、纸笔。

教学过程：第一节：引入介绍原子和核的基本概念，并引导学生思考原子与核的关系和重要性。

通过举例子说明核对原子的重要作用。

第二节：原子的基本结构1. 物质的基本单位——原子，原子的组成：电子、质子和中子；2. 电子的特性、轨道和电荷；3. 质子和中子的特性，以及它们在原子核中的作用。

第三节：核的基本结构1. 原子核的组成和特性；2. 核的质量数和电荷数，核素符号的表示方法；3. 核的尺度和核力的特点。

第四节：原子与核的性质1. 原子的稳定性和不稳定性；2. 原子的离子化和解离，以及酸、碱性的形成；3. 原子核的稳定性和不稳定性，原子核的衰变过程。

第五节：原子核反应1. 原子核反应的基本概念和特点；2. α衰变、β衰变和γ衰变的过程及特点；3. 核反应方程式的平衡和描述。

第六节：核能的应用与风险1. 核能的应用和核能的优缺点；2. 核能的风险和核辐射对人体和环境的影响；3. 核能的控制和安全防护。

第七节：实验探究设计实验，让学生通过实际操作和观察，探究原子和核结构的实际情况，并加深对原子和核的理解。

第八节：总结和评价总结原子与核的结构与性质，回顾学习的内容，并针对教学目标进行评价。

鼓励学生提出问题和发表观点。

教学延伸：鼓励学生进行实际科学实验探究，深化对原子与核的结构与性质的理解。

可以引导学生进行课外阅读，了解更多与原子和核相关的知识。

教学评价：1. 学生课堂参与度；2. 学生对原子与核的结构与性质的理解程度；3. 学生实验操作能力及科学思维的发展。

原子及原子核物理教学设计引言原子及原子核物理是现代物理中的一门基础课程，对于学习物理学的学生来说具有重要的地位。

本文将介绍一种基于问题、任务、实验和案例（PBL）教学法的原子及原子核物理课程教学设计。

课程目标该课程的目标是帮助学生理解原子及原子核物理的相关概念和基本原理，掌握实验技能，培养批判性思维和解决问题的能力。

课程结构本课程分为五个部分：1.基础知识与概念：介绍原子和原子核的基本概念及实验验证。

2.原子能级与光谱：介绍原子的能级结构及光谱的基本原理。

3.原子核结构：介绍原子核的基本结构、放射性衰变和核反应。

4.核能与应用：介绍核能的应用，如核电站、核医学和核武器等。

5.案例分析：讨论实际中关于原子及原子核物理的案例，并对其进行分析和解决方案的讨论。

PBL教学法的应用PBL教学法是一种基于问题或任务的教学范式，强调学生自主学习和团队协作，将课堂与实践结合起来，使学生能够主动探究问题并加以解决。

在本课程中，我们将应用PBL教学法，让学生通过问题、任务、实验、案例等方式学习掌握原子及原子核物理知识。

我们将根据教学目标和课程结构提出一系列与原子及原子核物理相关的问题，例如：1.原子核的结构是什么？2.什么是放射性物质？它们如何衰变？3.什么是核反应？有哪些应用？4.怎样理解原子的能级结构？这些问题将作为学生团队进行任务研究的基础。

任务1.学生团队将分配一个或多个问题，并通过教材和参考文献等学习资源研究问题。

2.每个团队需要撰写一份简报，汇报他们对问题的研究结果和解决方案。

3.学生团队需要为解决问题准备实验，进行实验操作，提取数据，并根据数据进行分析和讨论。

4.团队需要针对原子及原子核物理的应用案例进行研究和解决方案分享。

实验学生团队将在实验室进行实验操作，了解测量和数据分析技能。

实验方向如下：1.光电效应2.光谱仪测量3.放射性物质的测量4.中子脉冲反射仪学生团队将通过解析案例进行问题解决方案的分享和开展展示：1.化学成分分析2.检测放射性物质泄漏3.核电站安全管理4.核设施放射性物质污染预防总结本课程基于PBL教学法，通过提出问题、任务、实验和案例要求，让学生积极探究和解决原子及原子核物理问题，旨在培养学生的批判性思维和解决问题的能力，加强理论知识与实验技能的结合，为他们未来的学习和发展打下基础。

原子原子核·原子核的结合能·教案一、教学目标1．物理知识方面的要求．(1)了解核力的基本特点．(2)理解原子核的结合能概念．(3)掌握质能联系方程．2．物理思想方面的教育．人类从利用燃料的化学能到掌握利用原子核能的过程，反映了人类对物质世界的认识不断深化的过程．二、重点、难点分析1．质能联系方程．2．质量转化为能量是一种误解．三、主要教学过程(一)引入新课原子核是原子中体积很小但却集中了几乎原子全部质量的带正电的中心体，原子核的半径的数量级为10-15m．在极小的原子核中，存在着Z个质子，(A-Z)个中子．不难根据万有引力定律和库仑定律计算出原子核中的两个质子之间的万有引力与库仑力的比值，这一比值约为10-38！在巨大的库仑斥力作用下，通常的原子核却是异常稳定的．这说明在原子核中，除了质子之间的库仑斥力外，还应存在另一种力，它把核子紧密地联系在一起．(二)教学过程设计1．核力．这种能够把核中的各种核子联系在一起的更为强大的力叫做核力．尽管人们对核力的研究有了重大进展，但对揭示核力的本质还相去甚远，许多问题有待进一步研究．核力具有以下的一些特点：(1)短程性．它只在10-15m内作用．当在2×10-15～3×10-15m区域的表现为一种很弱的吸引力．当在0.3×10-15～2×10-15m区域内表现为很强的吸引力，其强度比库仑力大两个数量级．正是这种强大的吸引力，使原子核中的质量不致因相互排斥而散开．当两个核子之间的距离小于0.3×10-15m时，将受很强的斥力，它保证了原子核不致坍缩．(2)饱和性．核子的半径约为0.8×10-15m，由于上述核力的短程性可以看出，每个核子只与它相邻的核子有作用力，而不是与核中的所有核子都有作用力．(3)电荷的无关性．即核中的核子，不论是质子与质子，中子与中子，质子与中子，它们之间的核力是一样的．2．结合能．由于原子核中的核子之间存在着强大的核力，使原子核组成一个十分坚固的集合体．如果把原子核拆成自由核子，需要克服强大的核力做十分巨大的功，或说需要巨大的能量．氘核是一个结构较为简单的原子核，实验表明，可用γ光子使氘核分解为1个质子和1个中子，这时的核反应方程是：入射的光子的能量至少是2.22MeV．对于相反的过程，当1个质子和1个中子结合成1个氘核时，要放出2.22MeV的能量．这一能量以γ光子的形式辐射出去．可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个能量叫做原子核的结合能．当然，2.22MeV的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成1个氘核所放出的能量．如果组成的是6.02×1023个氘核时，放出的能量就十分可观了．与之相对照的是，使1摩的碳完全燃烧放出的能量为393.5×103J．折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4eV．若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍．3．质能联系方程．如何求出原子核的结合能呢？伟大的物理学家爱因斯坦从相对论得出质量和能量之间存在如下的关系：E=mc2．这个方程叫做爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程，式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量．该方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比．由于c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的、质量为1kg的物体所具有的能量为9×1016J，这一能量相当于一个100万kW的发电厂三年的发电量．对此，爱因斯坦曾说过：“把任何惯性质量理解为能量的一种贮藏，看来要自然得多．”物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的，但是如何使这样巨大的能量释放出来？从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化ΔE与物体的质量变化Δ的关系．ΔE=Δmc2．问题是；为了获得能量ΔE，怎样产生相应的Δm，当自由核子组成原子核时，要放出结合能，原子核的能量比组成原子核的核子的能量小，所以原子核的质量要比组成核的核子质量小．4．质量亏损．我们把组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损．如果可以知道核的质量亏损，就可以根据质能方程，计算出原子核的结合能．例如，氦核是由2个质子和2个中子组成的．1个质子的质量m p=1.007277u，1个中子的质量m n=1.008665u．这四个核子的质量为4.031884u，但氦核的质量为4.001509u．这里u表示原子质量单位，1u=1.660566×10-27kg．由上述数值，可以求出氦核的质量亏损Δm=4.031884-4.001509=0.030375u．在原子核物理学中，核子与核的质量通常都是用原子质量单位表示，而核的结合能通常用兆电子伏表示．按质能方程可以求出1u=931.5 MeV，所以氦核的结合能为0.030375×931.5=28.3 MeV．练习(由学生自己完成)：氘核的质量为2.013553u，由此计算氘核的结合能．解：m n=1.008665u，m p=1.007277u．中子和质子的质量和：2.015941u．质量亏损Δm=2.015941u-2.013553u=0.002388u．氘核的结合能ΔE=Δmc2=0.002388×931.5=2.22 MeV．5．正确认识质量亏损．在谈到结合能和质量亏损时，有的学生误认为，当核子组成原子核时，有质量亏损，放出结合能的过程中，是质量变成能量．这是对质能方程的一种误解．按相对论，物体的质量是与速度有关的量，当物体的速度越大时，物体的质量越大．物体运动时的运动质量与物体静止时的静止质量间存在一定关系．当物体以远小于光速运动时，质量的这一变化很不明显．上述所说的质子、中子、原子核的质量都是指静质量．质量亏损，是静质量发生了变化，但在这一过程中，2.22 MeV的能量是以辐射光子形式放出的．光子的静质量为零，但这个光子的运动质量为：光子的能量/c2．由此可见，当计算进光子的质量后，虽说反应前后发生了质量亏损，这部分亏损，与光子的运动质量是相同的．反应前后的质量仍是守恒量，质量亏损并非这部分质量消失．当然，也就不存在质量转变成能量的问题．(三)课堂小结自然界中物体的质量和能量间存在着一定关系：E=mc2，可见物质世界贮藏着巨大能量．问题是，如何使贮藏的能量释放出来．人类以前利用的是燃料燃烧时释放的化学能．在发生化学反应时，是原子外层电子的得失．这种情况下，人类获取的能量可以说属于原子的“皮能”．在核反应时，可以产生较大一些的质量亏损，从而使人类获得了大得多的能量．这里的变化，属于原子核的变化，相应的能量称作原子核能．由前述二例可以看出，核反应中的质量亏损仍然是十分有限的．换句话说，即物体贮藏的能量是巨大的．迄今为止，人类所利用的能量还只是很小的一部分．如果，人类在探索中，能掌握新的方式，以产生更大的质量亏损，也就必然能够获得更为可观的能量．(四)作业《高中物理读本》第三册p．3321～2．四、教学说明1．大多数的原子核是十分稳定的，这充分反映了核力此时体现为强大的引力．此点不能讲得太过分，否则在强大的核力作用下，原子核虽不会散裂，但有可能坍缩．因而，对核力的短程性，略作了些补充．2．在讲解“正确认识质量亏损”这部分内容时，需根据学生的可接受性，适当把握讲课的深度．3．本节的中心内容是质能方程．现简介一下该公式的推导过程，供老师们参考．按照相对论质量公式．动量可表示为由动能定理如果质量的速度由0增加到v，获得的总动能爱因斯坦认识到物体的惯性大小，即质量大小是与能量有关的，只相差一个常量因子c2．于是爱因斯坦给出了著名的质能方程E=mc2．前式可写为mc2=E K+m0c2．式中m0c2称作物体的静止能量，简称静能．mc2称作物体的总能理．因此，上式可说成是物体的总能量为物体的动能与静能之和．。

原子和原子物理教案《原子和原子物理教案》这是优秀的教学设计文章，希望可以对您的学习工作中带来帮助！作业内容专题要点1.原子的结构①汤姆生模型(枣糕模型)汤姆生发现电子，使人们认识到原子有复杂结构。

从而打开原子的大门.②卢瑟福的核式结构模型(行星式模型)卢瑟福α粒子散射实验装置,现象,从而总结出核式结构学说α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，实验现象：结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但是有少数α粒子发生了较大的偏转.这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。

卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。

由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m。

2.玻尔模型(引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n叫量子数)玻尔补充三条假设⑴定态--原子只能处于一系列不连续的能量状态(称为定态),电子虽然绕核运转,但不会向外辐射能量。

(本假设是针对原子稳定性提出的)⑵跃迁--原子从一种定态跃迁到另一种定态,要辐射(或吸收)一定频率的光子(其能量由两定态的能量差决定)(本假设针对线状谱提出)辐射(吸收)光子的能量为hf=E初-E末⑶能量和轨道量子化----定态不连续,能量和轨道也不连续;(即原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应,原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道分布也是不连续的)3.天然放射现象①天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构核变化从贝克勒耳发现天然放射现象开始衰变(用电磁场研究)：②各种放射线的性质比较种类本质质量(u)电荷(e)速度(c)电离性贯穿性α射线氦核4+20.1最强最弱，纸能挡住β射线电子1/1840-10.99较强较强，穿几mm铝板四种核反应类型(衰变,人工核转变,重核裂变,轻核骤变)⑴衰变：α衰变：(实质：核内)α衰变形成外切(同方向旋)β衰变：(实质：核内的中子转变成了质子和中子)β衰变形成内切(相反方向旋)，且大圆为α、β粒子径迹+β衰变：(核内)γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。