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1、 第九章 原子和原子核 一、原子核式結構的發(fā)現 學習目標 １、 了解電子的發(fā)現和湯姆生的原子模型。 ２、 掌握α粒子散射實驗的結果和由此而提出的原子核式結構學說。 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：通過學習核式結構的發(fā)現過程，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構學說 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、質量如何？ 不同物質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比，及它的電量和質量，并發(fā)現不同物質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，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?既然電子質量很小,那么原子的質量絕大部分集中在哪里? 原子內有帶負電的電子，但原子是中性的，所以原子內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轉動。 熒光屏 玻璃片上涂熒光物質硫化鋅制成，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。 轉動顯微鏡和熒光屏，在不同偏轉角q處觀察，可看到 a粒子的散射現象。師：若湯姆生模型是正確的，實驗的結果將如何呢？ （讓學生看書后，用自己的語言總結

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、 實驗結果。 （1） 絕大多數的a粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進 （2） 少數a粒子發(fā)生了較大的偏轉。 （3） 極少數a粒子的偏轉角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果） 師：這種現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） （湯姆生原子模型無法解釋 a粒子散射現象；極少數a粒子的偏轉角超過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量比a粒子的質量大還是?。渴┝ξ矬w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） 原子的核式結構學說 1、內容 師：盧瑟福經過反復的實驗和仔細的分析，在1911

8、年提出原子的核式結構學說。盧瑟福這種不迷信權威，追求真理的精神值得我們每一位學習。 那么，原子的核式結構學說的內容是什么呢？ （點擊電腦，展示原子的核式結構學說的內容） （讓學生齊聲朗讀“原子的核式結構學說”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。） （點擊電腦，展示思考題，及時鞏固新的知識） 2、解釋 請用原子的核式結構學說解釋：a粒子散射實驗中為什么絕大多數a粒子仍沿原來的方向前進，只有極少數發(fā)生大角度的偏轉？ 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。因為原子核很小，原子內很空廣，a粒子接近原子核的機會非常少，所以有上述實驗結果。 師：任何一個正確的理論，應經得無數次的實驗的驗證和理論的論證，盧瑟福根據原子的核式結構學說，應用庫侖定律和牛頓定律，推導出了沿一定偏轉角散射的a粒子與偏轉角的關系式。盧瑟福等做了一系列的實驗。結果和理論計算完全相符，這說明了原子的核式結構學說的正確，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)現沿同一偏轉角散射的粒子的數目不同，說明不同金屬的原子核所帶電荷不同。利用實驗數據和散射公式可以計算各種元素原子核的電荷

10、。得出結論：各種元素的原子核的電荷數等于它的原子序數。 從a粒子散射的實驗的數據，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 （點擊電腦，展示小結內容，針對小結內容，再次提出新的問題，請學生討論） 師：盧瑟福的原子核式結構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，電子轉與不轉） 結束語：盧瑟福在原子的核式結構學說中認為：帶負電的

11、電子在核外空間里繞著核旋轉，但這仍只是一種猜想，缺少實驗的依據，對此，他的學生玻爾對此又作了深入的研究，研究的結果如何呢？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構學說。 ２、湯姆生發(fā)現電子是物理學史上的重要事件。由于電子的發(fā)現，證明了原子也是有結構的人們才開始探索原子結構的理論，設想建立各種原子結構模型。課本中沒有說明電子是怎樣發(fā)現的。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，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、觀的實驗現象發(fā)現了原子這個微觀粒子的內部結構。因此在教學中應講清實驗結果，注意說理分析，使學生了解盧瑟福是怎樣發(fā)現原子的核式結構，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，經過實踐的檢驗，有的成功，有的失敗。湯姆生原子模型就是經過實驗被否定了的。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構的知識，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構的認識是怎樣不斷深入的。教學中結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”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，以培養(yǎng)學生的閱讀能力和表達能力。