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1、 2 原子的核式结构模型 教学设计葫芦岛市第一高级中学 王海燕 一、教材分析： 这一节是本章的重点，高考的热点，尤其是粒子散射实验及其现象。让学生认识到实验对理论发展的重要作用，知道物理模型建立的意义及其局限性。从汤姆孙的原子结构模型到卢瑟福的原子的核式结构模型的建立，既渗透科学探究的因素教学，又进行了模型法的教学，并将卢瑟福的原子的核式结构模型与行星结构相类比，使学生有更清晰的直观形象、生动的认识，指出大自然的和谐统一的美，渗透哲学教育。通过学生对粒子散射实验现象的讨论与交流，顺理成章地否定了枣糕模型，并建立新的模型。 原子的结构非常紧密，用一般的方法是无法探测它的内部结构的，要认识原子的结
2、构，需要用高速粒子对它进行轰击，用高速的粒子穿过原子的散射情况，是研究原子结构的有效手段。二、教学目标：（一）知识与技能1了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据。2知道粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容。（二）过程与方法1通过对粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力。2通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用。3了解研究微观现象。（三）情感、态度与价值观1通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科
3、学精神。2通过对原子结构的认识的不断深入，使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。 3、让学生参与问题的解决，参与科学研究的良好学习习惯，逐步积蓄探究热情，培养学生勇于探究的精神，探究能力和合作精神。三、教学重点难点： 重点： 1引导学生小组自主思考讨论在于对粒子散射实验的结果分析从而否定汤姆孙的枣糕模型，得出原子的核式结构； 2在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法，渗透三个物理学方法：模型方法，黑箱方法和微观粒子的碰撞方法； 难点：引导学生小组自主思考讨论在于对粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构
4、四、学情分析：根据学生的具体情况设计教案、设计难度梯度，努力保证课堂时效性。学生观察粒子散射实验现象进行讨论和通过观察实验现象推理出卢瑟福的原子的结构模型会有一定的困难，因此对提出的3个问题，前二个问题放手让学生进行小组讨论，对于问题3采用先让学生猜想，师生共同分析实验现象，然后再放手让学生小组讨论出原子的结构。五、教学方法自主预习、合作探究、讨论交流、总结归纳、精讲精练、教师启发、引导为辅。六、课前准备1学生的学习准备：预习并完成导学案的相关内容 2教师的教学准备：多媒体课件制作，导学案，课后作业，分学习小组3教具：多媒体辅助教学设备七、设计思想： 本节课力求体现新课标倡导的“教师主导、学生
5、主体”的思想，从多媒体演示实验开始，逐步推进教学，归纳概括出结论后，教师精讲点拨，深刻理解规律的内容及应用方法。本设计重视学生获取知识的过程及方法，始终把学生放在教学的主体地位，同时也培养了学生实事求是，严谨的科学态度，让学生参与问题的解决，参与科学研究的良好学习习惯，逐步积蓄探究热情，培养学生勇于探究的精神，探究能力和合作精神。教学环节：温故知新、创设情境提出问题猜想假设动画演示实验合作探究总结归纳精讲点拨反思总结布置预习八、课时安排：1课时九、教学过程：（一）创设情景，提出问题：导入新课：这是我们岛城的夜景，美丽的灯光，同学们有没有想过，这里发光的多是通电的气体呢？那么这其中到底有什么奥秘
6、呢，这就需要我们研究原子的结构。问题：谁发现了电子?电子的发现又说明了什么呢？（汤姆孙，电子是原子的组成部分，原子是可以再分的，原子也有其内部的结构。新课教学：既然电子是原子的组成部分，而原子是中性的，因此推测出原子中应该还有带正电的物质，针对这个问题，科学家们提出了许多原子模型。法国物理学家佩兰设想原子的中心是带正电的粒子，外围是围绕其运动的电子。日本科学家冈半太郎提出“土行星模型”。英国物理学家汤姆孙提出了原子的“枣糕模型”。其中最有影响的是汤姆孙的原子模型，他认为：一、汤姆孙的原子模型： 原子是一个球体；正电核均匀分布在整个球内，而电子镶嵌在原子里面，有人形象地把它称为“西瓜模型”或“枣
7、糕模型”。 当时许多科学家接受 了这种模型，因为从经典物理学的角度看，汤姆孙的原子模型很成功，能解释原子是中性的,也能说明电子是怎样分布的。那么汤姆生提出的“枣糕模型”是否正确呢？【设计意图】通过展示图片创设情景，既能激发学生的学习兴趣，又能紧紧抓住学生的注意力，使学生很容易参与到课堂教学中。用电子的发现引出人们对原子内部结构的探索，设计出不同的模型，从而提出问题。（二）猜想与假设：（学生根据已掌握的知识猜测）学生：不正确教师：事实是不是这样的呢？下面我们通过实验来探究探究原子的结构【设计意图】培养学生思维的发散性，指出科学猜想是研究自然科学的一种广泛应用的思想方法，它不是无根据的幻想，是有客
8、观根据的。猜想是否正确，要靠实验检验。（三）实验探究：（动画演示实验，教师引导学生注意观察实验现象） 在19091911年间，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了粒子散射实验，首先让我们来认识一下卢瑟福这位物理学家。卢瑟福的科学成就：1、他关于放射性的研究确立了放射性是发自原子内部的变化，为开辟原子物理学做了开创性的工作。 2、1909年起，卢瑟福根据粒子散射实验现象提出原子核式结构模型，把原子结构的研究引上了正确的轨道，被誉为原子物理学之父。 3、1919年，卢瑟福做了用粒子轰击氮核的实验，从而发现了质子。 4、用粒子或射线轰击原子核来引起核反应实现人工核反应，成为人们研究原子核和应用技术的
9、重要手段。 【设计意图】教师指出粒子散射实验是物理学家卢瑟福及他的助手做的，并对卢瑟福的物理学贡献简单介绍，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。粒子散射实验的装置：（整个实验装置放在抽成真空的容器内 ） （1）放射源:放射性元素钋（Po）,能放射粒子。 （2）金箔:厚度极小,可至1微米(虽然很薄但仍有几千层原子), 粒子很容易穿过。 （3）显微镜:用于观察粒子 （4）荧光屏:装在显微镜上,玻璃片上涂有荧光物质, 粒子打在上面发出闪光。 （5）转动圆盘：带动显微镜转动，观察不同角度粒子的到达情况。 粒子散射实验的过程：（粒子散射实验在课堂上无法直接演示，借助
10、多媒体系统，利用动画模拟实验的过程和现象）问题：为什么用粒子的散射现象可以研究原子的结构？ 原子的结构非常紧密，用一般的方法是无法探测它的内部结构的，要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击。而粒子具有足够的能量，可以接近原子中心。它还可以使荧光屏物质发光。如果粒子与其他粒子发生相互作用，改变了运动方向，荧光屏就能够显示出它的方向变化。用高速粒子轰击原子是研究原子结构的有效手段，即微观粒子碰撞法。（3）实验的现象：1、绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进。2、少数粒子（约占8000分之一）发生了较大的偏转。3、极少数粒子的偏转角度超过90，有的甚至几乎被“撞了回来”。【设计意图】粒子散射
11、实验在课堂上无法直接演示，希望借助多媒体系统，利用动画向学生模拟实验的装置、过程和现象，使学生获得直观的切身体验，留下深刻的印象。学生在实验中获得感知，使学生感到成功的喜悦。对科学充满信心，对探究实验充满信心和渴望。卢瑟福说：“这是我一生中从未有的最难以置信的事，它好比你对一张纸发射炮弹，结果被反弹回来而打到自己身上-”思考：为什么会这样说？汤姆孙的枣糕原子模型能否解释这种现象？讨论交流：用汤姆孙的枣糕模型能否解释粒子大角度散射？请同学们根据以下三方面去考虑：问题1、粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？问题2、按照枣糕模型，粒子在原子附近或穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转？
12、问题3、你认为原子中的正电荷应如何分布，才有可能造成粒子的大角度偏转？为什么？（学生四人一组相互交流、分析、讨论，用最简洁的语言概括出的结论。全班交流，师生共同讨论，形成结论。）实验现象的分析： 问题1、粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？ 碰撞过程中，两者动量的变化量相等。由于粒子的质量是电子质量的7300倍，粒子碰撞电子好比是子弹碰灰尘一般，在碰撞前后，质量大的粒子速度几乎不变，而质量小的电子速度发生大的改变，因此两者正碰时，不可能出现反弹的现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角度的偏转。问题2、按照枣糕模型，粒子在原子附近或穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转？ 按照汤姆孙
13、的原子模型，正电荷在原子内部均匀的分布，粒子穿过原子时，由于原子两侧正电荷将对它的斥力有相当大一部分互相抵消，使粒子偏转的力不会很大。因此粒子大角度散射现象，说明枣糕模型不符合原子结构的实际情况。问题3、你认为原子中的正电荷应如何分布，才有可能造成粒子的大角度偏转？为什么？ 实验中发现少数粒子发生了大角度的偏转，甚至反弹回来，说明这些粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用。总结归纳：绝大多数粒子不偏移原子内部绝大部分是“空”的。少数粒子发生较大偏转极少数粒子的偏转角度超过90，有的甚至几乎被“撞了回来”作用力很大；质量很大；电量集中。【设计意图】学生在教师的指导下，
14、自觉、主动的讨论交流，积极参与问题的解决，逐步积蓄探究热情，培养了学生独立分析问题能力、勇于探究的精神和合作精神，发展了学生的思维能力、创造能力，探究能力。通过讨论、推理、分析得到卢瑟福的原子结构模型。二、原子的核式结构模型： 在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里带负电的电子在核外空间绕着核旋转思考:问题1：在粒子散射实验中，到底是什么作用使粒子发生了偏转？ 原子核与粒子之间的斥力即库仑力使粒子发生偏转。问题2： 粒子运动过程中，会引起哪些能量的变化？ 当粒子靠近原子核时，库仑力做负功，动能减少，电势能增加，动能和电势能之和保持不变。问题3：电子
15、绕核旋转所需向心力？ 原子核对电子的引力即库仑力提供电子绕核旋转的向心力。三、原子核的电荷与尺度：（1）原子的半径的数量级为10-10米、原子核半径的数量级为10-15米。（2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内的原子序数相等。 原子核的电荷数:电荷数(Z)=质子数=原子序数 原子核的质量数:质量数(A)=核子数=质子数+中子数 质子 原子核 中子原子 核外电子【设计意图】关于原子的大小应该让学生有个数量级的概念，即原子的半径在10-10m左右，原子核的大小在10-1510-14m左右，原子核的半径只相当于原子半径的万分之一，并举例，使学生有更清晰的直观形象、生动的认识。典例剖析：例1:如图所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验装置的示意图，荧光屏
