第五章 原子核单元教学设计（共29张ppt）

(共29张PPT)
《原子核》单元教学设计
主要内容
二、单元教学的背景分析
一、单元教学的指导思想
三、单元教学的目标设计
四、单元教学的主要教学过程
五、单元教学的学习效果评价
一、单元教学的指导思想
本章是在依循人类探索原子核内部奥秘的历程展开的，是上一章探索原子结构的延续，一层层揭开了原子物理的神秘的面纱。涉及了原子核以及核能的开发和利用的相关知识，将学生一步步地带入微观世界，完善物质观、运动和相互作用观、能量观，在探究微观世界的过程中领略科学思维，培养追求真理的兴趣。
二、单元教学的背景分析
1．教学内容分析
选修3-5
有删减
有删减
二、单元教学的背景分析
1．教学内容分析
介绍天然放射现象和射线的本质，以及质子和中子的发现、原子核的组成。指出了天然放射现象产生的机理以及衰变的规律。
介绍四种基本相互作用、结合能、比结合能等概念，针对核裂变和核聚变，介绍了核反应堆、核电站等相关知识。
介绍粒子物理的基本知识。
二、单元教学的背景分析
2．课时安排建议
1.原子核的组成 2课时
2.放射性元素的衰变 1课时
3.核力与结合能 1课时
4.核裂变与核聚变 1课时
5.“基本”粒子 1课时（含复习）
3．核心素养分析
（1）物理观念方面：
①本章主要涉及原子核以及“基本”粒子所处的微观世界，如基本粒子模型、夸克模型、各种新粒子等。这些内容反映了物理学的最新进展，体现了时代性，能够帮助学生建立起比较完整的物质观念。
②通过认识核力、强、弱相互作用力，知道四种基本的相互作用，完善了学生的相互作用观。
③通过结合能、比结合能、质能方程、核裂变、核聚变等概念的认识，完善学生的能量观。
3．核心素养分析
（2）科学思维方面：
在展现原子核、核能的利用等物理知识的过程中，始终贯穿了培养科学思维这条暗线，即不仅要让学生知道科学家做了什么实验，观察到什么现象，进行了什么样的推理，而且要让学生感悟到科学家为什么要这样去做、为什么会这样去做。
例如：在认识原子核的组成时，学生不仅逐步学到了原子核的结构，而且经历了分析和解决问题的过程，感悟了探索微观世界的方法——实验事实加科学思维，即在观察、实验得到的确切的物理事实和已有知识基础上进行推理以得出科学结论。当然这个结论还将经受更多的实验和观察得到的新的事实的检验。
3．核心素养分析
（3）科学探究方面：
猜想和假说是在对大量实验数据分析的基础上提出的，而所提出的新的假说或根据假说提出的一些可检验的预见又必须经受实验的检验。对于微观世界，人们看不见摸不着，如果缺乏丰富的想象力，不能从现有的经验、知识和观察到的实验现象进行大胆的、富于想象力的猜想，就不可能设计出新的有针对性的实验和创新理论构建，就没有今天物理学的辉煌成就。
例如：中子的发现，最初就是源于卢瑟福的猜想。
中子的发现历程：
“原子核只有质子组成”的推测与实际情况不符（问题）
原子核内存在质量与质子相同但不带电的粒子（猜想）
查德威克通过实验验证这个猜想（证据）
质子和中子是原子核的组成部分（结论）
卢瑟福发现质子
3．核心素养分析
（4）科学态度与责任方面：
在原子核结构的探索过程中，领略物理学家对科学真理孜孜不倦的追求、敢于创新精神，不断激励学生。
核能最为重要的应用，在于作为一种重要的新能源的广泛应用前景。通过了解和讨论如何合理、安全的利用核能的相关问题，可以让学生体会到科学技术的发展带来的社会进步，同时也树立保护环境的责任意识。
三、单元教学的目标设计
3.3.2 了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。
能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。
3.3.3 了解放射性和原子核衰变。知道半衰期及其统计意义。了
解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护。
3.3.4 认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应。关
注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。
3.3.5 了解人类对物质结构的探索历程。
例：了解直线加速器、同步加速器、粒子探测器在核物理和粒子物理研究中的作用。
活动建议：查阅资料，了解华人科学家在粒子物理领域中的杰出贡献。
课标要求：
三、单元教学的目标设计
1．知道原子核是由质子和中子组成的。
了解放射性现象，知道三种射线的特性，了解原子核的组成，会正确书写原子核。
了解原子核的衰变，会正确书写衰变方程。
通过原子核结构的探究，感悟探究微观世界的研究方法，强化证据意识和推理能力。
2．知道概率统计思想在微观世界的意义。
知道半衰期的概念，明确放射性元素的半衰期描述的是一种统计规律。
3．理解核反应中的守恒思想。
通过认识核反应中的质量数守恒和电荷数守恒，再次领悟守恒思想是重要的科学思想方法，并逐步熟悉用守恒思想来处理和认识问题。
4．了解核力和核能。
知道四种基本相互作用，知道核力的性质。
认识原子核的结合能和比结合能的概念。
知道质量亏损，能用质能方程计算核能的相关问题。
了解核裂变和核聚变，知道核反应能放出巨大能量。
5．初步了解粒子物理的基本知识。
通过了解基本粒子，及其新粒子的发现过程，感悟人类对物质结 构的认识是不断深入的，通过这些微观世界相关内容的学习形成相对完整科学的物质观念。
6．认识科学技术在促进人类社会发展中扮演“双刃剑”角色。
通过了解反应堆的工作原理及其类型，知道核电站的工作流程。知道核聚变反应及条件，关注受控核聚变研究的进展。通过阅读课本或查阅资料，了解两类核能应用的利弊，关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。
知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害与防护。
四、单元教学的主要教学过程
本章涉及到的知识点较多，建议采用多种多样的教学方式，防止单一模式引发学生的“审美疲劳”。
利用多媒体实现教学的可视化
学生自学、查找资料与老师讲授相结合
充分利用教材，指导学生阅读教材
提出问题，学生阅读教材后进行讨论
……
本节内容包括“天然放射现象”、“射线的本质”和“原子核的组成”三部分内容。
本节可以由教师提出问题，学生带着问题阅读自学完成，例如：
（1）为什么说天然放射线来自原子核的内部？
（2）如何探究射线的组成？（电性、电量、速率等）
（3）三种射线分别有什么性质，其组成是什么？
（4）原子核是只由质子组成的吗？有什么理由可以认定原子核中一定还存在着另外不同种类的粒子？
（5）质子、中子、核子、电荷数、质量数、同位素等概念都是什么？
5.1 原子核的组成
原子核组成的发现历程：
猜想：这种射线不是X射线，它来自原子核内部
发现钍、钋、镭等都具有放射性且与是否为单质或化合物无关
放射现象与核外电子无关，发生在原子核内部（解释）
原子核内部有结构（推理、判定）
铀和含铀的矿物质能够发出看不见的射线，要探寻其本质（问题）
用α粒子轰击氮原子核，放出质子（证据）
用α粒子轰击氟、钠、铝等原子核，也放出质子（证据）
质子是原子核的组成部分（解释）
原子核只由质子组成吗？
原子核内部结构会是什么样的？（问题）
原子核只由质子组成的推测与实际情况不符（问题）
原子核内存在质量与质子相同但不带电的粒子（猜想）
查德威克通过实验验证这个猜想（证据）
质子和中子是原子核的组成部分（结论）
本节介绍了“原子核的衰变”、“半衰期”、“核反应”、“放射性同位素及其应用”等知识。从内容上来讲这些知识非常抽象，从掌握知识的角度来讲理解、记忆的成分较多。
本节要注意与前面学过的相关知识（特别还包括化学知识）进行联系，并用类比的方法，注重知识的迁移。例如，引入的问题从“点石成金”出发，讨论一种元素是否会变成另一种元素；结合化学知识，运用质量数守恒和电荷数守恒的规律分析α衰变和β衰变的衰变方程式；用数学的统计规律理解和计算半衰期等。
5.2 放射性元素的衰变
本节是在学习了原子核是由质子和中子组成的基础上，探究是什么作用使质子和中子可以有机的组成一个稳定的整体。
从力和能两个角度进行分析：原子核是核子凭借核力结合在一起的，从而认识核力，知道万有引力、电磁力、核力分别在不同尺度上发挥作用的；核子结合成原子核会释放能量，要把核子分开，需要提供能量来克服核力做功，理解结合能、比结合能的概念，从能的角度再次认识原子核。
建议通过问题，引导学生自主学习，培养学生的自学能力，通过讨论，激发学生兴趣。
5.3 核力与结合能
可以通过类比，帮助学生理解结合能的概念。
宏观：相聚很远的两个物体，由于万有引力而相互靠近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能。最后撞在一起，一部分动能变成热并散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价，失去了一些能量，如果要把它们分开，还需要重新赋予能量。
让学生明确几个问题：
（1）结合能是原子核具有的能量吗？
结合能并不是核子结合成原子核后具有的能量，而是把原子核分成核子需要的能量，或把核子结合成原子核释放的能。
（2）结合能越大的原子核是不是越稳定呢？
核子数越多，结合能越大，但原子核越不稳定。
原子核的结合能与核子数之比称作比结合能，比结合能越大，原子核越稳定。
自然界中发生的自发核衰变，总是向着比结合能大的方向进行。
（3）结合能的大小该如何计算呢？
根据爱因斯坦的质能方程，通过质量亏损进行计算。
本节重点介绍核能利用的两种方式：核裂变、核聚变。
教材编写比较详细，建议在学生阅读教材的基础上，以问题为中心，进行交流，锻炼学生的总结和表达能力。
可以通过动画或者视频资料帮助学生更好地理解和拓展。
还可以介绍我国的主要核电站、钱三强夫妇对铀核裂变的研究成果、“两弹元勋”邓稼先的杰出贡献及其为我国国防事业献身的精神。
介绍有关核污染的问题，树立环保意识。
5.4 核裂变与核聚变
本节介绍粒子物理学中的一些基本知识，让学生初步了解现代物理前沿，了解人类对物质结构的认识是不断深入的，科学探索是永远没有尽头的，人类对真理的追求也是永无止境的。
本节基于科普的要求，可以采用讲授的方式，介绍物理学发展历史上科学家关于物质结构探索的重大实验及结论，回答学生的提问，让学生对粒子物理有初步的了解即可。
5.5 “基本”粒子
五、单元教学的学习效果评价
评价方式多样化：
总结探索原子及原子核的知识结构图，梳理研究微观世界的科学方法。
整理教材中提到的物理学家，了解他们的贡献。
通过网络学习，观看有关原子物理的纪录片，写出自己的感受。
查阅资料，了解我国原子物理的发展状况，与同学交流。
……