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1、 第九章 原子和原子核 一、原子核式結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn) 學習目標 １、 了解電子的發(fā)現(xiàn)和湯姆生的原子模型。 ２、 掌握α粒子散射實驗的結(jié)果和由此而提出的原子核式結(jié)構(gòu)學說。 ３、 進一步理解物理學常用的研究方法，提高閱讀和表達能力，增強自主學習能力。 重點和難點： 1、重點：通過學習核式結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程，培養(yǎng)科學的思維方法及自主學習的能力 2、難點：α粒子散射實驗和由此而提出的原子核式結(jié)構(gòu)學說 教 具 陰極射線管、感應圈、磁鐵和電源、電腦、多媒體投影儀等 教學過程 1. 在19世紀前，人們

2、一直認為原子是不可再分的，那么科學家們是用什么方法去揭開它們神秘面紗的呢？ 是實驗 2、是誰第一個打開原子的大門呢？ 3、請大家想一下，用你現(xiàn)在所學過的知識，如何判定它還負電還是正電？（學生討論后，請一學生上臺演示，突出學生的主體性） 利用陰極射線在電場中和磁場中的偏轉(zhuǎn)的實驗讓學生判斷陰極射線粒子帶哪種電。（可證明陰極射線是帶負電的粒子流）。 師：如果你就是當時的湯姆生，判斷了這種粒子流的電性后，你將進一步作怎樣的研究？生：這種粒子的電量、質(zhì)量如何？ 不同物質(zhì)組成的陰極射線是否都具有相同的粒子？ （學生討論并互相補充） 師：當年偉大的湯姆生恰好也是這樣想的，他通過精確的實驗測定了

3、這種陰極射線粒子的荷質(zhì)比，及它的電量和質(zhì)量，并發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)做成的陰極射線都有相同的值。表明這種帶電粒子是一切不同元素的原子的共同組成部分。稱它為電子。 師：電子的發(fā)現(xiàn)，證明了什么？ 生：原子是可分的。 師：到此，假如你是當時的一位科學家，針對電子的發(fā)現(xiàn)你會進一步提出什么問題呢？作什么樣的猜測？（學生情緒高漲，討論熱烈，能提出許多問題和各種猜想） （既然電子是原子的組成部分,而原子又是中性的,那么,原子里還存在帶何種電的物質(zhì)?既然電子質(zhì)量很小,那么原子的質(zhì)量絕大部分集中在哪里? 原子內(nèi)有帶負電的電子，但原子是中性的，所以原子內(nèi)必定還有帶正電的部分，并且正電荷的總電量和電子的總電量必定相等

4、。那么它們是怎樣組成原子的呢？） １、 湯姆生原子模型。 師：20世紀初科學家們確實提出了很多種原子模型。其中最有影響的是1903年湯姆生提出了原子模型,它的內(nèi)容是什么呢? （點擊電腦，展示湯姆生模型） 湯姆生的模型提出后,當時得到了一些人的承認,其中最崇拜他這種模型的是他最得意的學生盧瑟福，（點擊電腦，展示盧瑟福簡介）想用實驗的方法來加以論證,經(jīng)過幾年的努力,盧瑟福終于找到了這種實驗方法,并獲得了極大的成功, 這就是著名的α粒子散射實驗。 （二）a粒子的散射實驗。 1、 實驗裝置的名稱和作用。（點擊電腦，展示模擬演示裝置） 放射源 釙放在帶小孔的鉛盒中，能放

5、射a粒子。氦原子核 金箔 厚度極小，可至1微米（補充：金原子的質(zhì)量大且金容易被加工成很薄的箔。金箔雖然很薄，但仍有幾千層原子）。 顯微鏡 能夠圍繞金箔在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。 熒光屏 玻璃片上涂熒光物質(zhì)硫化鋅制成，裝在顯微鏡上。 2、實驗步驟。 釙放出的粒子從鉛盒小孔射出，形成很細的一束射線，射到熒光屏上產(chǎn)生閃光。通過顯微鏡觀察。 放上金箔F，觀察a粒子穿過金箔打到熒光屏上所發(fā)閃光。 轉(zhuǎn)動顯微鏡和熒光屏，在不同偏轉(zhuǎn)角q處觀察，可看到 a粒子的散射現(xiàn)象。師：若湯姆生模型是正確的，實驗的結(jié)果將如何呢？ （讓學生看書后，用自己的語言總結(jié)

6、回答，培養(yǎng)學生的閱讀能力和概括能力） （點擊電腦，演示湯姆生模型解釋） 師：那么實際的情況是怎樣的呢？（點擊電腦，以3維動畫展示a粒子的散射實驗） ２、 實驗結(jié)果。 （1） 絕大多數(shù)的a粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進 （2） 少數(shù)a粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)。 （3） 極少數(shù)a粒子的偏轉(zhuǎn)角q超過90 （4） 有的甚至幾乎達到180，象是被金箔反彈了回來。 盧瑟福對實驗的結(jié)果非常驚訝,他說:”它是這樣的叫人難以相信,正好象你用15英寸的炮彈射擊一張紙片,而炮彈居然反彈回來把你打中一樣....” （點擊電腦，展示a粒子的散射實驗模擬結(jié)果） 師：這種現(xiàn)象能否用湯姆生的原子模型

7、解釋,假如你仍然是當時的一位科學家，面對a粒子的散射實驗的結(jié)果，你又會進一步提出什么問題呢？作什么樣的猜測？ （學生情緒再次高漲，討論熱烈，學生的主體性再次體現(xiàn)） （湯姆生原子模型無法解釋 a粒子散射現(xiàn)象；極少數(shù)a粒子的偏轉(zhuǎn)角超過90，甚至反方向折回，可能受到什么力的作用？能否由此判斷施力物體的質(zhì)量比a粒子的質(zhì)量大還是??？施力物體帶哪種電荷？電量如何？猜測：可能受到強大的庫侖斥力作用。從動量守恒定律和碰撞知識可知，跟a粒子發(fā)生相互作用的物體的質(zhì)量一定比a粒子大得多，應該帶正電，且電量較多。） （三） 原子的核式結(jié)構(gòu)學說 1、內(nèi)容 師：盧瑟福經(jīng)過反復的實驗和仔細的分析，在1911

8、年提出原子的核式結(jié)構(gòu)學說。盧瑟福這種不迷信權(quán)威，追求真理的精神值得我們每一位學習。 那么，原子的核式結(jié)構(gòu)學說的內(nèi)容是什么呢？ （點擊電腦，展示原子的核式結(jié)構(gòu)學說的內(nèi)容） （讓學生齊聲朗讀“原子的核式結(jié)構(gòu)學說”一段：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。） （點擊電腦，展示思考題，及時鞏固新的知識） 2、解釋 請用原子的核式結(jié)構(gòu)學說解釋：a粒子散射實驗中為什么絕大多數(shù)a粒子仍沿原來的方向前進，只有極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)？ 答：在a粒子散射的實驗中，只有在a粒子十分接近原子核時，才受到很大的斥

9、力而發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。因為原子核很小，原子內(nèi)很空廣，a粒子接近原子核的機會非常少，所以有上述實驗結(jié)果。 師：任何一個正確的理論，應經(jīng)得無數(shù)次的實驗的驗證和理論的論證，盧瑟福根據(jù)原子的核式結(jié)構(gòu)學說，應用庫侖定律和牛頓定律，推導出了沿一定偏轉(zhuǎn)角散射的a粒子與偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系式。盧瑟福等做了一系列的實驗。結(jié)果和理論計算完全相符，這說明了原子的核式結(jié)構(gòu)學說的正確，也說明了原子里電荷間的作用遵守庫侖定律。 原子核的電荷和原子核大小的估計。 用不同的金屬箔進行粒子的散射實驗，發(fā)現(xiàn)沿同一偏轉(zhuǎn)角散射的粒子的數(shù)目不同，說明不同金屬的原子核所帶電荷不同。利用實驗數(shù)據(jù)和散射公式可以計算各種元素原子核的電荷

10、。得出結(jié)論：各種元素的原子核的電荷數(shù)等于它的原子序數(shù)。 從a粒子散射的實驗的數(shù)據(jù)，可以估計原子核的半徑約為10-14米，不同元素原子核的半徑略有不同。 3、原子核大小的估計 原子半徑約是10-10米，原子核半徑只相當于原子半徑的萬分之一。如果把原子比作100米半徑的大球，原子核就相當于半徑1厘米的小石子。 三、課堂小結(jié) （點擊電腦，展示小結(jié)內(nèi)容，針對小結(jié)內(nèi)容，再次提出新的問題，請學生討論） 師：盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學說保留了湯姆生原子模型的哪些有用成份，有哪些不同的地方？（主要區(qū)別：空心與實心，有核與無核，電子轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)） 結(jié)束語：盧瑟福在原子的核式結(jié)構(gòu)學說中認為：帶負電的

11、電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)，但這仍只是一種猜想，缺少實驗的依據(jù)，對此，他的學生玻爾對此又作了深入的研究，研究的結(jié)果如何呢？請同學們預習下一節(jié)且聽分解。 四、布置作業(yè) 教學分析 １、本節(jié)課的重點是粒子的a粒子散射實驗和原子的核式結(jié)構(gòu)學說。 ２、湯姆生發(fā)現(xiàn)電子是物理學史上的重要事件。由于電子的發(fā)現(xiàn)，證明了原子也是有結(jié)構(gòu)的人們才開始探索原子結(jié)構(gòu)的理論，設(shè)想建立各種原子結(jié)構(gòu)模型。課本中沒有說明電子是怎樣發(fā)現(xiàn)的。我在課堂中增加陰極射線的演示實驗，觀察陰極射線在電場中和磁場中的偏轉(zhuǎn)，并讓學生參與實驗，以鞏固學生舊有知識，提高學生的興趣，培養(yǎng)科學的思維能力。 ３、盧瑟福通過a粒子散射這個宏

12、觀的實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了原子這個微觀粒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此在教學中應講清實驗結(jié)果，注意說理分析，使學生了解盧瑟福是怎樣發(fā)現(xiàn)原子的核式結(jié)構(gòu)，揭示科學家們的一些思維過程會對學生智力活動起較大的作用，提高學生的邏輯思維能力。 ４、湯姆生原子模型不能解釋粒子散射實驗中觀察到的大角度散射。因與實驗事實有矛盾，湯姆生原子模型就被否定了。教材中介紹這一原子模型的目的是使學生了解在科研工作中，常是根據(jù)已知的科學原理和實驗事實對未笞知的事物或規(guī)律作出設(shè)想或假定。這個假定是否正確，還要通過實驗驗證和理論上的論證，經(jīng)過實踐的檢驗，有的成功，有的失敗。湯姆生原子模型就是經(jīng)過實驗被否定了的。教學中應注意說明這種科研的方法。 ５、學生過去雖已有了一些原子結(jié)構(gòu)的知識，但是這些知識的來龍去脈卻不知道。因此，通過本節(jié)的教學要使學生知道人類對原子結(jié)構(gòu)的認識是怎樣不斷深入的。教學中結(jié)合介紹物理學史和問題的提出，激起學生對新課學習的興趣和愿望，引導學生的思維發(fā)展，緊緊圍繞著“如何發(fā)現(xiàn)”來進行教學，多次熱烈的課堂討論，使整堂課高潮迭起，很好地培養(yǎng)了學生的自主學習能力。 ６、 根據(jù)學生情況，可由教師啟發(fā)講述，也可由學生閱讀自學，教師引導學生做出總結(jié)，以培養(yǎng)學生的閱讀能力和表達能力。