資源簡(jiǎn)介

4.3原子的核式結(jié)構(gòu)模型 教案
【教材分析】
（一）教材分析
本節(jié)內(nèi)容由電子的發(fā)現(xiàn)、原子的核式結(jié)構(gòu)模型、原子核的電荷與尺度三部分組成，重點(diǎn)是電子的發(fā)現(xiàn)對(duì)人類認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的重要意義，以及盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出的原子核式結(jié)構(gòu)模型。本節(jié)內(nèi)容開(kāi)啟了對(duì)原子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)歷史與其科學(xué)研究方法的探索。教材通過(guò)介紹人類認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的過(guò)程，啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義。
【學(xué)情分析】
（一）學(xué)情分析
學(xué)生通過(guò)化學(xué)的學(xué)習(xí)，對(duì)于原子結(jié)構(gòu)有一定的認(rèn)識(shí)，但是科學(xué)家經(jīng)歷了怎樣的過(guò)程，原子那么小，要用什么方法去研究，學(xué)生還不太了解，因此對(duì)于這一部分的學(xué)習(xí)，應(yīng)該有一定的好奇心。有些問(wèn)題可以引導(dǎo)學(xué)生思考，有些研究方法，也可以引導(dǎo)學(xué)生用之前所學(xué)習(xí)的物理知識(shí)去理解。
【教學(xué)目標(biāo)】
（一）教學(xué)目標(biāo)
物理觀念：知道陰極射線及本質(zhì)，了解電子及其比荷，知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型及原子核的電荷與尺度。
科學(xué)思維：掌握電子的電荷量、原子的核式結(jié)構(gòu)模型，能夠通過(guò)科學(xué)推理解決相關(guān)的問(wèn)題。
科學(xué)探究：探究陰極射線的本質(zhì)，理解α粒子散射實(shí)驗(yàn)，揭示實(shí)驗(yàn)本質(zhì)，得出結(jié)論，體會(huì)科學(xué)家的探索方法，提高觀察與實(shí)驗(yàn)的能力。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過(guò)學(xué)習(xí)體驗(yàn)科學(xué)家探索科學(xué)的艱辛，堅(jiān)持實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)積極探索科學(xué)的興趣。
【教學(xué)重難點(diǎn)】
（一）教學(xué)重難點(diǎn)
重點(diǎn) 了解電子及其比荷，知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型及原子核的電荷與尺度。
難點(diǎn) 探究陰極射線的本質(zhì)，理解α粒子散射實(shí)驗(yàn)，揭示實(shí)驗(yàn)本質(zhì)，得出結(jié)論，體會(huì)科學(xué)家的探索方法，提高觀察與實(shí)驗(yàn)的能力。
【新課導(dǎo)入】
（一）新課導(dǎo)入
早在1858 年，德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾就發(fā)現(xiàn)了氣體導(dǎo)電時(shí)的輝光放電現(xiàn)象。
1876 年，德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦認(rèn)為管壁上的熒光是由于玻璃受到的陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線被命名為陰極射線。
陰極射線的本質(zhì)？
赫茲：電磁波說(shuō)
這種射線本質(zhì)是一種電磁波的傳播過(guò)程
湯姆遜：粒子說(shuō)
這種射線本質(zhì)是一種高速粒子流
【新課講解】
（一）電子的發(fā)現(xiàn)
電子的發(fā)現(xiàn)
教師介紹湯姆孫，給出湯姆孫對(duì)射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。
問(wèn)：如果你也認(rèn)為陰極射線是一種帶點(diǎn)粒子流，要如何驗(yàn)證呢？請(qǐng)大家設(shè)計(jì)一下實(shí)驗(yàn)。
答：學(xué)生會(huì)利用電磁場(chǎng)的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。引出湯姆孫的氣體放電管，并且加以介紹。
教師介紹湯姆孫實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
①1897 年，J. J. 湯姆孫根據(jù)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況斷定，它的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷。比荷是氫離子（也就是質(zhì)子）比荷的近兩千倍。J. J. 湯姆孫認(rèn)為，這可能表示陰極射線粒子電荷量的大小與一個(gè)氫離子一樣，而質(zhì)量比氫離子小得多。后來(lái)，他直接測(cè)到了陰極射線粒子的電荷量， 盡管測(cè)量不很準(zhǔn)確，但足以證明這種粒子電荷量的大小與氫離子大致相同，這就表明他當(dāng)初的猜測(cè)是正確的。
②湯姆孫進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)， 所得比荷的數(shù)值都是相同的。這說(shuō)明不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。組成陰極射線的粒子被稱為電子。
電子發(fā)現(xiàn)的過(guò)程體現(xiàn)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性。補(bǔ)充電子電荷量的測(cè)量。（密立根油滴實(shí)驗(yàn)）
教師介紹密立根油滴實(shí)驗(yàn)：
電子電荷的精確測(cè)定是在1909 1913年間由密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”做出的。目前公認(rèn)的電子電荷e的值為e＝1.602176634×10-19C。密立根實(shí)驗(yàn)更重要的發(fā)現(xiàn)是：電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍。從實(shí)驗(yàn)測(cè)到的比荷e的數(shù)值，可以確定電子的質(zhì)量。現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為電子的質(zhì)量為m＝9.109383 56×10 -31 kg。帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量之比，即比荷，是一個(gè)重要的物理量。
發(fā)現(xiàn)電子以后，J. J. 湯姆孫又進(jìn)一步研究了許多新現(xiàn)象，如光電效應(yīng)、熱離子發(fā)射效應(yīng)和β射線等。他發(fā)現(xiàn)，不論陰極射線、光電流、熱離子流還是β射線，它們都包含電子。J. J. 湯姆孫對(duì)證實(shí)電子的存在有很大貢獻(xiàn)，因此公認(rèn)他是電子的發(fā)現(xiàn)者。他因氣體導(dǎo)電的研究獲得1906 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
經(jīng)歷的電子發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，讓學(xué)生談一下電子發(fā)現(xiàn)的意義。
教師總結(jié)：電子的發(fā)現(xiàn)，使人們認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也是有結(jié)構(gòu)的。同時(shí)電子帶負(fù)點(diǎn)，原子帶正電，為“原子的核式結(jié)構(gòu)模型”買下伏筆。
原子帶正電，電子帶負(fù)電，那么原子內(nèi)部的正電和負(fù)電是如何分布的，湯姆孫提出了原子的棗糕模型，圖片展示棗糕模型，湯姆生的棗糕模型雖然能夠解釋一些物理現(xiàn)象，但無(wú)法解釋盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)。
3．ɑ粒子散射實(shí)驗(yàn)原理、裝置、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
ɑ粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置，主要由放射源、金箔、熒光屏、望遠(yuǎn)鏡和轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤幾部分組成。ɑ粒子散射實(shí)驗(yàn)在課堂上無(wú)法直接演示，利用動(dòng)畫(huà)向?qū)W生模擬實(shí)驗(yàn)的裝置、過(guò)程和現(xiàn)象，使學(xué)生獲得直觀的切身體驗(yàn)，留下深刻的印象。通過(guò)多媒體重點(diǎn)指出，熒光屏和望遠(yuǎn)鏡能夠圍繞金箔在一個(gè)圓周上運(yùn)動(dòng)，從而可以觀察到穿透金箔后偏轉(zhuǎn)角度不同的ɑ粒子。動(dòng)畫(huà)展示實(shí)驗(yàn)，通過(guò)顯微鏡觀察到的現(xiàn)象，并且要讓學(xué)生了解，這種觀察是非常艱苦細(xì)致的工作，所用的時(shí)間也是相當(dāng)長(zhǎng)的。
學(xué)生分組討論交流得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果：絕大多數(shù)沿原來(lái)的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。
教師提問(wèn)：根據(jù)湯姆生原子模型分析，α粒子轟擊金箔后應(yīng)出現(xiàn)什么情況？
①α粒子出現(xiàn)大角度散射有沒(méi)有可能是與電子碰撞后造成的？
②按照湯姆生原子模型，α粒子在原子附近或穿越原子內(nèi)部后有沒(méi)有可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)？
學(xué)生分組討論交流得到結(jié)果：
①碰撞前后，質(zhì)量大的α粒子遇到電子，就像飛行的子彈遇到空氣中的塵埃，因此不可能出現(xiàn)大角散射。
②對(duì)于α粒子在原子附近時(shí)由于原子呈中性，與ɑ粒子之間沒(méi)有或很小的庫(kù)侖力的作用，正電荷在原子內(nèi)部均勻的分布，α粒子穿過(guò)原子時(shí)，由于原子兩側(cè)正電荷將對(duì)它的斥力有相當(dāng)大一部分互相抵消，使α粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大，所以α粒子不可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。
教師再次提問(wèn)：這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和我們預(yù)想的結(jié)果有什么不同？湯姆生原子結(jié)構(gòu)模型準(zhǔn)確嗎？
學(xué)生分組討論交流得到結(jié)果：湯姆生原子結(jié)構(gòu)模型無(wú)法解釋ɑ粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
教師再次提問(wèn)：你認(rèn)為原子中的正電荷和質(zhì)量應(yīng)如何分布，才有可能造成ɑ粒子的大角度偏轉(zhuǎn)？
學(xué)生小組討論、小組間互相提問(wèn)。
教師總結(jié)：
①絕大多數(shù)粒子基本不偏轉(zhuǎn)表明：原子內(nèi)部絕大部分是“空”的。
②少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)表明：原子內(nèi)部有“正電荷集中”的區(qū)域。
③極少數(shù)粒子被彈回表明：作用力很大，質(zhì)量很大的核。
師生互動(dòng)，學(xué)生小組討論，學(xué)生分析推理得到盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，得到盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型后再展示立體動(dòng)畫(huà)α粒子散射模型，使學(xué)生有更清晰的直觀形象、生動(dòng)的認(rèn)識(shí)。
（一）原子的核式結(jié)構(gòu)模型
原子的核式結(jié)構(gòu)模型
湯姆孫原子模型是什么樣的？
原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌其中。
德國(guó)物理學(xué)家勒納德 1903 年做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，使電子束射到金屬膜上，發(fā)現(xiàn)較高速度的電子很容易穿透原子。這說(shuō)明原子不是一個(gè)實(shí)心球體，這個(gè)模型可能不正確。之后的α粒子散射實(shí)驗(yàn)則完全否定了這個(gè)模型。
引導(dǎo)學(xué)生辯證看待問(wèn)題：雖然湯姆孫模型被否定，但是他的大膽假設(shè)，同時(shí)這個(gè)模型可以解釋原子的電中性。
那么什么是α粒子散射實(shí)驗(yàn)
①介紹盧瑟福，介紹他高超的物理實(shí)驗(yàn)技能
②介紹α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置。介紹實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理，記錄α粒子數(shù)目，是一件很辛苦的事情，科學(xué)家在這個(gè)過(guò)程中所展現(xiàn)出來(lái)的科學(xué)態(tài)度和研究精神，都值得我們學(xué)習(xí)。利用視頻展現(xiàn)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置工作過(guò)程，幫助學(xué)生去直觀理解。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數(shù) α 粒子（約占八千分之一）發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于900 ，也就是說(shuō)它們幾乎被“撞了回來(lái)”。 湯姆孫模型無(wú)法解釋大角度偏轉(zhuǎn)。
問(wèn)：①、電子能否使α粒子大角度偏轉(zhuǎn)？
②、1微米厚的金箔內(nèi)含3000層原子層，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔仍沿原方向前進(jìn)說(shuō)明什么？
③、少數(shù)α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)甚至反彈是怎么造成的？
這些問(wèn)題，可以引導(dǎo)學(xué)生用已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的電場(chǎng)、動(dòng)量等相關(guān)知識(shí)去解釋，并且提出自己的想法。可以讓學(xué)生有學(xué)習(xí)的獲得感。
盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型（原子的核式結(jié)構(gòu)模型）
原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運(yùn)動(dòng)。
利用原子核式結(jié)構(gòu)模型解釋大角度偏轉(zhuǎn)。當(dāng)α粒子接近原子時(shí)，電子對(duì)它的影響仍如前述可以忽略，但是，正電體對(duì)它的作用就不同了。因?yàn)檎婓w很小，當(dāng)a粒子進(jìn)入原子區(qū)域后，大部分離正電體很遠(yuǎn)，受到的庫(kù)侖斥力很小，運(yùn)動(dòng)方向幾乎不改變。只有極少數(shù)α粒子在穿過(guò)時(shí)距離正電體很近，因此受到很強(qiáng)的庫(kù)侖斥力，發(fā)生大角度散射。這個(gè)情況如圖所示。
盧瑟福還用這個(gè)模型進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合的很好。在物理學(xué)中，實(shí)驗(yàn)和理論總是相輔相成的。
原子核的尺度很小，那原子核到底有多大呢？
（4）原子核的電荷與尺度
原子核的電荷：由不同元素對(duì)α粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確定各種元素原子核的電荷Q。又由于原子是電中性的，可以推算出原子內(nèi)含有的電子數(shù)。科學(xué)家們注意到，各種元素的原子核的電荷數(shù)，即原子內(nèi)的電子數(shù)，非常接近它們的原子序數(shù)，這說(shuō)明元素周期表中的各種元素是按原子中的電子數(shù)來(lái)排列的。
現(xiàn)在，我們知道，原子確實(shí)是由帶電荷＋Ze 的核與核外Z 個(gè)電子組成。原子序數(shù) Z 等于核電荷與電子電荷大小的比值。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)。
原子核的尺度：通常用核半徑表征核的大小。原子核的半徑是無(wú)法直接測(cè)量的，一般通過(guò)其他粒子與核的相互作用來(lái)確定。a 粒子散射是估計(jì)核半徑的最簡(jiǎn)單的方法。對(duì)于一般的原子核，實(shí)驗(yàn)確定的核半徑的數(shù)量級(jí)為10-15m，而整個(gè)原子半徑的數(shù)量級(jí)是10-10m，兩者相差十萬(wàn)倍之多。可見(jiàn)原子內(nèi)部是十分“空曠”的。可以通過(guò)下圖的類比，感知原子內(nèi)部的空曠。
（一）原子核的電荷與尺度
環(huán)節(jié)三：原子核的電荷與尺度
閱讀教材第82頁(yè)的相關(guān)內(nèi)容，了解原子核的電荷和原子核的大小。
教師檢查學(xué)生的自學(xué)情況，進(jìn)行歸納總結(jié)：
(1)原子核的電荷：原子是由帶電荷量+Ze的核與核外Z個(gè)電子組成的。原子序數(shù)Z表示原子核的電荷是一個(gè)電子電荷量的多少倍。原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就是核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。
(2）原子核的大小：原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10-15m，而整個(gè)原子半徑的數(shù)量級(jí)是10-10m，兩者相差十萬(wàn)倍之多。
思考與討論：原子核的半徑只相當(dāng)于原子半徑的十萬(wàn)分之一，體積只相當(dāng)于原子體積的千萬(wàn)億分之一。如果把原子核比喻為一枚一元硬幣的大小，那么原子有多大呢？
足球場(chǎng)的大小。
【板書(shū)】
（一）板書(shū)
一、電子的發(fā)現(xiàn)
1、電子的比荷
2、電子的電荷量
二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型
盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)
三、原子核的電荷與尺度
1、由質(zhì)子和中子組成
2、半徑數(shù)量級(jí)10-15m
【課后反思】
（一）課后反思
本節(jié)教學(xué)中始終以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)宏觀現(xiàn)象來(lái)研究微觀結(jié)構(gòu)，為了有助于觀察，可以用課件模擬湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子實(shí)驗(yàn)，a粒子散射實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)中突出問(wèn)題提出的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和研究問(wèn)題的方法和過(guò)程。本節(jié)內(nèi)容屬于定性介紹，這些知識(shí)可能學(xué)生都已經(jīng)了解過(guò)，會(huì)有輕視心理，所以教學(xué)時(shí)精心設(shè)計(jì)問(wèn)題。通過(guò)學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解到人類是怎樣在實(shí)驗(yàn)與理論的相互推動(dòng)下不斷加深對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)的，教學(xué)中應(yīng)該重視唯物辯證主義觀點(diǎn)和科學(xué)的思想方法的教育。

展開(kāi)更多......

收起↑