原子核组成教案陈功

【课题名称】：原子核的组成【教材和学情分析】教材选择了化学史中人类对原子认识的不断深入、原子结构模型的不断演变的过程来引入原子结构的内容，这样安排水到渠成地把学生带入完全的化学微观世界，又为整个专题“化学家眼中的物质世界”作了恰到好处的诠释，同时也为化学2的学习做好铺垫。在初中化学的学习中，学生已经接触过原子的构成和同位素的相关知识，本单元中有关“原子核的组成”的内容就是在这个基础上引导学生让学生明白化学学习和研究必须进入原子、分子等微观世界。【教学目标】知识与技能：了解原子由原子核和核外电子构成，认识、使用符号原子的组成。及质子数、电子数和质量数之间的关系；过程与方法：通过阅读教材内容，归纳出其中的一些规律；通过对微观粒子的认识，逐步形成抽象思维。培养学生观察能力、分析综合能力和抽象思维能力；理解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、质量数、核外电子数之间的关系；通过复习元素的概念，认识元素、核素、同位素的概念，并区分它们。情感态度与价值观：世界的物质性、物质的可分性的辨证唯物主义观点的教育。【教学重难点】：质量数、核数、同位素的概念及质子数、中子数、电子数、和质量数之间的关系【教学方法】：启发、诱导、拟人、讲述、练习、比较【教学过程】：【回顾提问】：通过前面的学习我们已经知道原子是可以再分的，它可以被分为原子核和核外电子。【回顾提问】：上节课我们学习了原子核外电子的排布。我们了解到了原子组成是什么样的呢？（学生回答）原子核【板书】原子核外电子【引入】仅仅知道原子可以再分，是不是就可以满足人类不断探索，不断进取的求知欲呢？【情境创设】：1.据报道，人类研制出了在一些西方阴谋家眼中具备“摧毁地球”能力的大型强子对撞机（LHC）。新型加速器——大型质子对撞机（LHC）能重新建立一些条件，其中包括能量密度——在约150亿年前宇宙诞生之后仅仅10亿分之一秒宇宙中存在的能量密度。有些人甚至认为它能造成人造黑洞并毁灭地球，当然，这是不可信的。2.中子星的密度为10的11次方千克/立方厘米，也就是每立方厘米的质量竟为一亿吨之巨！在中子星里，压力是如此之大（白矮星中的简并电子压再也承受不起了：电子被压缩到原子核中，同质子中和为中子）使原子变得仅由中子组成。（而整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的。可以这样说，中子星就是一个巨大的原子核。中子星的密度就是原子核的密度）【过渡】例子中所说的质子，中子又是怎样的粒子呢？他们和原子核又有怎样的联系呢。前面我们主要研究对象是核外电子这部分，那么本节课我们将把目光对准对原子核部分进行剖析（圈出板书上的“原子核”），探寻原子核内部的组成。【陈述】其实，早在20世纪，卢瑟福也和我们一样把目光投向了原子核。他的想法其实很简单，就是打破原子核去观察内部的结构。就跟我们打破鸡蛋的壳可以观察到鸡蛋的内部一样。当然，对于微观粒子，我们不可能直接去打破，卢瑟福采用了α粒子轰击N原子核的实验方法，最终发现了质子。1918年他任卡文迪許實驗室主任時，用α粒子轟擊氮原子核，注意到在使用α粒子轰击氮气时他的闪光探测器纪录到氢核的迹象（碳核+氢核）。卢瑟福认识到这些氢核唯一可能的来源是氮原子，因此氮原子必须含有氢核。他因此建议原子序数为1的氢原子核是一个基本粒子。盧瑟福發現質子以後，又預言了不帶電的中子存在。后来，查德威克通过研究约里奥·居里夫妇石蜡在“铍射线”照射下产生大量质子实验，发现了卢瑟福所预言的中子，发现了这是一种不带电荷的粒子。质子（+）原子核(+)【板书】原子中子（0）核外电子（-）【自主学习】同学们请观察教材上的表1-7，注意电子，质子，中子的电荷，质量和相对质量的大小。相对质量的概念可以参考课本本页下方的注释。【提问】看完了表格，请同学们想想看，质子数和电子数有怎样之间的关系，原子的总质量主要取决于上述的哪些粒子。【学生得出结论】核电荷数＝质子数＝核外电子数（整个原子电中性）可能一：质子质量+中子质量+核外电子质量请仔细观察：电子质量大约是质子和中子质量的1/1836,原子质量主要集中在原子核上可能二：质子质量+中子质量对，因为电子相对于质子和中子质量，小到可以忽略不计（1/1836），所以原子质量等于质子和中子质量的加和。（买西瓜时一只蚂蚁爬到西瓜上，并不影响西瓜重量）【引入】我们给这个加和值一个名称，即质量数；【板书】质量数的概念：中子数+质子数=质量数【讨论验证】我们得出了这个结论，质量数=质子数+中子数。表格1-8为我们提供了几组数据，我们一起来验证一下，我们得到的结论是否准确。【得出结论】近似相等，结论准确质子与中子在组成原子核的时候，会释放出巨大的结合能（核反应范畴），导致质量亏损（E=mc2），即使得结合后的原子的质量小于质子中子的简单加和的质量。而我们平时所见的相对原子质量，则是取中性原子的最低能量状态即结合能释放时的静止质量与一个12C的1/12作比值（当然此时的碳原子质量也是最低能量状态的静止质量）。【拓展】那么我们得到的上述两个数量关系，对于离子来说是否适用呢？这意味着我们必须更加灵活的运用这些数量关系。我们来看一个例子。Rn-元素R的阴离子Rn-，核外有x个电子，其核内的中子数为m，则R的质量数是_______。请同学上黑板分析一下这个问题。（原子中电子数等于质子数——此时r原子得到外界的n个电子，变为阴离子形式，它原有的电子数是多少？——质量数=质子数+中子数）答案：m+x-n【延伸】离子的核电荷数与质子和核外电子数的关系怎么样呢？阳离子：核电荷数=核内质子数＞核外电子数核电荷数=核外电子数+电荷数阴离子：核电荷数=核内质子数＜核外电子数核电荷数=核外电子数－电荷数【过渡】既然前面得到的结论准确，我们就可以把我们得到的结论表达出来，这种表达形式最好简洁美观。我们一起来回顾一下已经学过的原子个数，化合价，电荷数的符号化表示方式。【追问】那么我们如何符号化的表示原子的组成呢？我们先回顾一下元素类型，原子个数，化合价，电荷数的表示方式……【ppt展示】以O为例，着重介绍A,Z的表示形式。【板书】168O【小组交流讨论】从表达方式中得到的信息OBr元素符号原子序数质子数质量数中子数结合电子的能力可能的化合价核外电子的排布【练习】Rn-元素R的阴离子Rn-，核外有x个电子，其核内的中子数为m，则R的质量数是_______。请同学上黑板分析一下这个问题。（原子中电子数等于质子数——此时r原子得到外界的n个电子，变为阴离子形式，它原有的电子数是多少？——质量数=质子数+中子数）答案：m+x-n【延伸】原子中粒子数量关系，推广到离子粒子所带的电荷数＝质子数－核外电子数（离子）核电荷数＝质子数≠核外电子数【思考】离子的核电荷数与质子和核外电子数的关系怎么样呢？阳离子：核电荷数=核内质子数＞核外电子数核电荷数=核外电子数+电荷数阴离子：核电荷数=核内质子数＜核外电子数核电荷数=核外电子数－电荷数【视野拓展】我们现在已经知道原子核由质子、中子构成，科学家们并没有对此满足。如今，以粒子物理學的標準模型理論為基礎而論，因為質子是複合粒子，所以不再被編入基本粒子的家族中。这是因为质子还可以再分，这又是怎样一回事呢。给同学们1分钟时间阅读资料卡，简要回答现代科学对这个问题的解释。【结论】可以再分，还有可能可以分的更细质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。20世纪30年代中期发明了粒子加速器，科学家们能够把中子打碎成质子，把质子打碎成为更重的核子，观察碰撞到底能产生什么。20世纪50年代，唐纳德·格拉泽（DonaldGlaser）发明了“气泡室”，将亚原子粒子加速到接近光速，然后抛出这个充满氢气的低压气泡室。这些粒子碰撞到质子（氢原子核）后，质子分裂为一群陌生的新粒子。这些粒子从碰撞点扩散时，都会留下一个极其微小的气泡，暴露了它们的踪迹。科学家无法看到粒子本身，却可以看到这些气泡的踪迹。【情感培养】图中是目前我们人类对微观粒子的分割情况，目前人类还没有得到单独的夸克，可能还有比夸克更小的微粒去等待我们发现，希望同学们能努力学习化学，争取有一天得到新的发现！【板书，引出】在探讨相对质量时，我们提到了碳-12，它和碳有什么区别和联系，又和我们所说的同位素，核素有什么联系呢？我们不妨从简单的情况入手，一起来看一个比较简单的情况，氢的三种原子，11H，12H，31H。【板书，ppt展示】11H，12H，31H【提问】我们分别将这三种原子起名字区分，氕氘氚。分别用H,D,T表示。其中T还是制造氢弹的主要原料。请同学们运用前面所学的知识，分析一下它们分别有几个质子，几个中子。【结论】质子数111，中子数012。人们把具有一定质子数和一定中子数的一种原子称为一种核素【分析】我们看这个定义有两个关键点，首先他是针对原子，所以我们不能说重水（D2O是核素），其次是一种，一定质子数和一定中子数的一种原子只对应一种核素，如氕氘氚是H的不同核素。【举例】再如C126、C136、C146分别为碳元素的三种原子，它们的质子数分别是666，中子数分别是678。人们经常提到的C-14原子是指质子数为6，中子数是8的碳原子绝大多数元素存在多种核素，我们把质子数相同、质量数（或中子数）不同的核素互称为同位素。【分析】这个概念同样有两点需要注意，他是几种核素的互称，一般不能单独使用。其次是质子数相同。氕氘氚质子数相同，中子数不同，互称同位素。如C126、C136、C146互称为同位素。【ppt展示，情境创设】c-14在生物研究呼吸光合左右中起到的作用。二氧化碳—14具有和二氧化碳相同的化学性质，和二氧化碳一样有较好的生物相容性，可以参与植物内部的生化反应。人们可以追踪有放射性的碳-14在植物中运作的规律，从而了解反应历程。【分析】物理性质有区别，化学性质类似【ppt展示，视野拓展】同位素应用碳-14是大气中的氮与宇宙射线，通过核反应生成，并通过食物、水进入生物体内，碳-14一旦生成，就开始衰变，半衰期为5730年。当生物体死亡后，新陈代谢停止，由于碳-14的不断衰变减少，因此体内碳-14和碳-12含量的相对比值相应不断减少。通过对生物体出土化石中碳-14和碳-12含量的测定，就可以准确算出生物体死亡（即生存）的年代。例如某一生物体出土化石，经测定含碳量为M克（或碳-12的质量），按自然界碳的各种同位素含量的相对比值可计算出，生物体活着时，体内碳-14的质量应为m克。但实际测得体内碳-14的质量内只有m克的八分之一，根据半衰期可知生物死亡已有了3个5730年了，即已死亡了一万七千二百九十年了。【综合练习】1：主要是让学生注意同位素概念适用范围是原子，区别同种原子和同种元素的概念。2：原子质量和同位素概念的综合，原子质量与元素质量【作业布置】1书本。练习册2小论文查阅元素丰度的概念和元素相对质量的计算，300字左右，感兴趣的同学写。【板书设计】：第二课时认识原子核一、原子的构成：1.中子（0）原子核（+1）质子（+1）原子核外电子（-1）质子数=电子数=核电荷数质量数：质量数=质子数+中子数用符号A表示。中子数规定用符号N表示，X表示某种元素符号168O形式各上标下标所对应含义质量关系：质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）二、核素，同位素1.核素：人们把具有一定质子数和一定中子数的一种原子称为一种核素2.同位素：绝大多数元素存在多种核素。我们把Z相同，A不同的核素互称为同位素