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2019-2020年高中物理 3.2《原子的結(jié)構(gòu)》教案 粵教版選修3-5 ★新課標(biāo)要求 （一）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。 （二）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。 （三）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)； 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ɑ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 ★課時(shí)安排 1 課時(shí) ★教學(xué)過程 （一）引入新課 講述：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。 學(xué)生活動：師生共同得出湯姆生的原子葡萄干布丁模型。 點(diǎn)評：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： 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。 學(xué)生：體會粒子散射實(shí)驗(yàn)中用到科學(xué)方法；滲透科學(xué)精神（勇于攀登科學(xué)高峰，不怕苦、不怕累的精神）的教育。 教師指出：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 必須向?qū)W生明確：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)。 提問學(xué)生，師生共同用科學(xué)語言表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 2．原子的核式結(jié)構(gòu)的提出 （1）投影出三個問題讓學(xué)生先自己思考，然后以四人小組討論。其中第1、2個問題學(xué)生基本上能討論出，第三個問題，通過師生共同分析，然后讓學(xué)生小組討論，進(jìn)行邏輯推理得出原子的結(jié)構(gòu)。 三個問題是：用湯姆生的葡萄干布丁模型能否解釋ɑ 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ɑ粒子的大角度偏轉(zhuǎn)？為什么？ 學(xué)生小組討論、小組間互相提問，解答。 （2）教師小結(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ɑ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。 師生互動，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。 對于問題3： 先通過課件師生分析，然后小組討論，推理分析得到盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型。教師起引導(dǎo)和組織作用。 教師小結(jié)：實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)極少數(shù)ɑ粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些ɑ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)） 聯(lián)想在以前的學(xué)習(xí)中有哪些進(jìn)行了模型法的教學(xué)，在哪些方面的研究中可以應(yīng)用模型法來研究。 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 （三）課堂小結(jié) 教師活動：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。 點(diǎn)評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。 教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架。 ★教學(xué)體會 本節(jié)課在未準(zhǔn)備前，本人開始和大部分的老師一樣，均認(rèn)為該課很容易上，也沒什么多少內(nèi)容可教學(xué)，作為上公開課不合適；因?yàn)閭鹘y(tǒng)的教學(xué)中，只是告訴學(xué)生湯姆生的葡萄干布丁模型，粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，一節(jié)課15分鐘就可以講完了。 傳統(tǒng)的教學(xué)中只是“授人以魚，并未授人以漁”，學(xué)生并不知道盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)為什么要這樣做，并沒有學(xué)會盧瑟福通過推理分析得出原子的核式結(jié)構(gòu)模型的科學(xué)方法，可以說，這節(jié)課最精華的所在：科學(xué)研究方法如模型法、黑箱法、微觀粒子碰撞法，學(xué)生并沒有從中體會到，是舍本求末的教學(xué)法。 本節(jié)課最大的成功之處有： （1）通過動畫展示了盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)，突破了傳統(tǒng)教學(xué)中本實(shí)驗(yàn)不夠條件做，只能通過圖片介紹的不足；使難的知識變得更形象生動，更容易。 （2）通過讓學(xué)生小組討論三個問題：有關(guān)用湯姆生的葡萄干布丁模型能否解釋ɑ粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，一步一步得出盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，從而利于提高學(xué)生的邏輯推理能力，觀察能力，有利用培養(yǎng)學(xué)生勇于攀登科學(xué)高峰，不怕苦、不怕累的科學(xué)精神。 （3）使學(xué)生通過本課的學(xué)習(xí)，體會并掌握到研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)（未知世界）的三種方法：模型法、黑箱法、微觀粒子碰撞法，充分體現(xiàn)了新課程中“授人以魚，不如授人以漁”的基本思想。 （4）探索在擴(kuò)招情況下，進(jìn)行教學(xué)有效性的策略研究，是本節(jié)課的試驗(yàn)主題之一，也是我校開展的一個重要課題；本節(jié)課在有些學(xué)生的能力要求太高的地方，采用小步跑的方法，將難點(diǎn)的梯度設(shè)置為幾個臺階，如三個問題的回答討論，就采用這一方法，從而有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和保持學(xué)習(xí)物理的積極性，使學(xué)生不斷獲得成就感，在小組中體會到自己的重要性和學(xué)會在小組學(xué)習(xí)中進(jìn)行協(xié)作團(tuán)結(jié)。 （5）在教學(xué)中雖然不能進(jìn)行真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，但同樣處處滲透著新課程理念的科學(xué)探究思想； 例如：根據(jù)原子里面的結(jié)構(gòu)是怎樣的？（提出問題）──電子的發(fā)現(xiàn)──原子呈電中性──湯姆生因此提出葡萄干布丁模型（猜想與假設(shè)）──是否正確？可以解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，有其一定的正確性──但無法解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)（進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）──根據(jù)ɑ粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象──在原有葡萄干布丁模型基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，盧瑟福提出新的原子的核式結(jié)構(gòu)──建立新的理論（新的猜想與假設(shè)）──進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證──電子云 教學(xué)之中要注意的地方和教學(xué)中的火花： 在學(xué)習(xí)的回答三個問題中，教師要靈活地處理學(xué)生問到的問題，不要回避問題，這些問題有的也許是思想的火花，有的是學(xué)生理解中的誤區(qū)，教師要能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，而這些就更要求新課程下的教師要更具有較高的研究水平，要進(jìn)一步提高教師的備課水平和質(zhì)量，要能及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生如何去分析問題和進(jìn)行研究，而不是單一提供現(xiàn)成的答案； 例如：（1）學(xué)生可能在分析問題同時(shí)，粒子能將電子打出，那么在屏上就能看到的是電子的亮點(diǎn)，這樣打在屏上的亮點(diǎn)就不一定是散射后粒子。教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析：粒子打出電子后，根據(jù)碰撞的相關(guān)知識可知，粒子的速度幾乎不變；又由于電子的質(zhì)量很小，粒子的質(zhì)量較大，當(dāng)電子碰撞到屏上時(shí)，能量較小，體積較小，不易觀察到，從屏上觀察到的應(yīng)該是粒子。 附1：學(xué)情分析 1．學(xué)生的認(rèn)識水平 我校從去年擴(kuò)招后，由原來的6個班擴(kuò)招到16個班，而廣州市的其他學(xué)校也在擴(kuò)招，明顯感到學(xué)生的整體素質(zhì)及物理基礎(chǔ)在下降，因此根據(jù)現(xiàn)有學(xué)生的具體情況設(shè)計(jì)教案、一步步設(shè)計(jì)難度梯度，進(jìn)行教學(xué)有效性的策略研究成為我校的重點(diǎn)課題。 為了使教學(xué)更具有代表性，所教教學(xué)班為物理選修普通班，學(xué)生的邏輯思維能力一般，但對物理有較大的興趣。 2．可能存在的學(xué)習(xí)困難 估計(jì)學(xué)生利用ɑ粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行討論和通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推理出盧瑟福的原子的結(jié)構(gòu)模型會有一定的困難；對提出的3個問題，前二個問題放手讓學(xué)生進(jìn)行小組討論，對于問題3采用先讓學(xué)生猜想，師生共同分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后再放手讓學(xué)生小組討論出原子的結(jié)構(gòu)。 附2：教學(xué)主線設(shè)計(jì) 附3：教學(xué)媒體設(shè)計(jì) 教師演示實(shí)驗(yàn)： 介紹ɑ粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、裝置、現(xiàn)象由于中學(xué)階段沒有條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用動畫模擬的方法。 多媒體的應(yīng)用的設(shè)計(jì)： 由網(wǎng)上下載2個相關(guān)的flash小課件，再將其有機(jī)地、無縫地插到自制PPT課件，只使用網(wǎng)上小課件的一小部分對自己有用的部分