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2019-2020年高中物理 2.2 原子的核式結(jié)構(gòu)模型教案 教科版選修3-5 三維教學(xué)目標(biāo) 1、知識與技能 （1）了解原子結(jié)構(gòu)模型建立的歷史過程及各種模型建立的依據(jù)； （2）知道粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，及原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。 2、過程與方法 （1）通過對粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論與交流，培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)象的分析中歸納中得出結(jié)論的邏輯推理能力； （2）通過核式結(jié)構(gòu)模型的建立，體會建立模型研究物理問題的方法，理解物理模型的演化及其在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用； （3）了解研究微觀現(xiàn)象。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 （1）通過對原子模型演變的歷史的學(xué)習(xí)，感受科學(xué)家們細(xì)致、敏銳的科學(xué)態(tài)度和不畏權(quán)威、尊重事實(shí)、尊重科學(xué)的科學(xué)精神； （2）通過對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識的不斷深入，使學(xué)生認(rèn)識到人類對微觀世界的認(rèn)識是不斷擴(kuò)大和加深的，領(lǐng)悟和感受科學(xué)研究方法的正確使用對科學(xué)發(fā)展的重要意義。 教學(xué)重點(diǎn)： （1）引導(dǎo)學(xué)生自主思考討論在于對粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析從而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式結(jié)構(gòu)； （2）在教學(xué)中滲透和讓學(xué)生體會物理學(xué)研究方法，滲透三個物理學(xué)方法：模型方法，黑箱方法和微觀粒子的碰撞方法。 教學(xué)難點(diǎn)：引導(dǎo)學(xué)生小組自主思考討論在于對粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析從而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式結(jié)構(gòu) 教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。 教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。 （一）引入新課 湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，根據(jù)原子呈電中性，提出了原子的葡萄干布丁模型。用動畫展示原子葡萄干布丁模型。 （二）進(jìn)行新課 1、粒子散射實(shí)驗(yàn)原理、裝置 （1）粒子散射實(shí)驗(yàn)原理： 問題：湯姆生提出的葡萄干布丁原子模型是否對呢？ 原子的結(jié)構(gòu)非常緊密，用一般的方法是無法探測它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，要認(rèn)識原子的結(jié)構(gòu)，需要用高速粒子對它進(jìn)行轟擊。而粒子具有足夠的能量，可以接近原子中心。它還可以使熒光屏物質(zhì)發(fā)光。如果粒子與其他粒子發(fā)生相互作用，改變了運(yùn)動方向，熒光屏就能夠顯示出它的方向變化。研究高速的粒子穿過原子的散射情況，是研究原子結(jié)構(gòu)的有效手段。 指出：研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)要用到的方法：黑箱法、微觀粒子碰撞方法。 （2）粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置 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)動圓盤幾部分組成。粒子散射實(shí)驗(yàn)在課堂上無法直接演示，希望借助多媒體系統(tǒng)，利用動畫向?qū)W生模擬實(shí)驗(yàn)的裝置、過程和現(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圓周上運(yùn)動，從而可以觀察到穿透金箔后偏轉(zhuǎn)角度不同的粒子。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)長的。動畫展示粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置動畫展示實(shí)驗(yàn)中，通過顯微鏡觀察到的現(xiàn)象。 （3）實(shí)驗(yàn)的觀察結(jié)果 明確：入射的粒子分為三部分。大部分沿原來的方向前進(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)。 2、原子的核式結(jié)構(gòu)的提出 三個問題：用湯姆生的葡萄干布丁模型能否解釋粒子大角度散射？請同學(xué)們根據(jù)以下三方面去考慮： （1）粒子出現(xiàn)大角度散射有沒有可能是與電子碰撞后造成的？ （2）按照葡萄干布丁模型，粒子在原子附近或穿越原子內(nèi)部后有沒有可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)？ （3）你認(rèn)為原子中的正電荷應(yīng)如何分布，才有可能造成粒子的大角度偏轉(zhuǎn)？為什么？ 小結(jié)： 對于問題1、2：按照葡萄干布丁模型，①碰撞前后，質(zhì)量大的粒子速度幾乎不變。只可能是電子的速度發(fā)生大的改變，因此不可能出現(xiàn)反彈的現(xiàn)象，即使是非對心碰撞，也不會有大角散射。②對于粒子在原子附近時(shí)由于原子呈中性，與粒子之間沒有或很小的庫侖力的作用，正電荷在原子內(nèi)部均勻的分布，粒子穿過原子時(shí)，由于原子兩側(cè)正電荷將對它的斥力有相當(dāng)大一部分互相抵消，使粒子偏轉(zhuǎn)的力不會很大所以粒子大角度散射說明葡萄干布丁模型不符合原子結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。 對于問題3：討論、推理、分析得到盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型。 小結(jié)：實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)極少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些粒子在原子中某個地方受到了質(zhì)量、電量均比它本身大得多的物體的作用，可見原子中的正電荷、質(zhì)量應(yīng)都集中在一個中心上。 ①絕大多數(shù)粒子不偏移→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)→原子內(nèi)部有“核”存在。 ③極少數(shù)粒子被彈回　　表明：作用力很大；質(zhì)量很大；電量集中。 點(diǎn)評：教師進(jìn)行科學(xué)研究方法教育：模型法 （實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）→（分析推理）→（構(gòu)造模型） （通過湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型到盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立，既滲透科學(xué)探究的因素教學(xué)，又進(jìn)行了模型法的教學(xué)，并將盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型與行星結(jié)構(gòu)相類比，指出大自然的和諧統(tǒng)一的美，滲透哲學(xué)教育。通過學(xué)生對這三個問題的討論與交流，順理成章地否定了葡萄干布丁模型，并開始建立新的模型。希望這一部分由學(xué)生自己完成，教師總結(jié)，總結(jié)時(shí)，突出湯姆生原子模型與粒子散射實(shí)驗(yàn)之間的矛盾，可以將粒子分別穿過葡萄干布丁模型和核式結(jié)構(gòu)模型的不同現(xiàn)象用動畫模擬，形成強(qiáng)烈的對比，突破難點(diǎn)）得到盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型后再展示立體動畫粒子散射模型，使學(xué)生有更清晰的直觀形象、生動的認(rèn)識。 3、原子核的電荷與大小 關(guān)于原子的大小應(yīng)該讓學(xué)生有個數(shù)量級的概念，即原子的半徑在10-10m左右，原子核的大小在10-15～10-14m左右，原子核的半徑只相當(dāng)于原子半徑的萬分之一，體積只相當(dāng)于原子體積的萬億分之一。為了加深學(xué)生的印象，可舉一些較形象的比喻或按比例畫些示意圖，同時(shí)通過表格展示，對比。 半 徑 大 小 （數(shù)量級） 類 比 原子 10-10m 足球場 原子核 10-15m~10-14m 一枚硬幣