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原子和原子核公開課教案

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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(xué)習(xí)目標(biāo) 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(shí)驗(yàn)的結(jié)果和由此而提出的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說。 3、 進(jìn)一步理解物理學(xué)常用的研究方法,提高閱讀和表達(dá)能力,增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力。 重點(diǎn)和難點(diǎn): 1、重點(diǎn):通過學(xué)習(xí)核式結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程,培養(yǎng)科學(xué)的思維方法及自主學(xué)習(xí)的能力 2、難點(diǎn):α粒子散射實(shí)驗(yàn)和由此而提出的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說 教 具 陰極射線管、感應(yīng)圈、磁鐵和電源、電腦、多媒體投影儀等 教學(xué)過程 1. 在19世紀(jì)前,人們

2、一直認(rèn)為原子是不可再分的,那么科學(xué)家們是用什么方法去揭開它們神秘面紗的呢? 是實(shí)驗(yàn) 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(xué)過的知識,如何判定它還負(fù)電還是正電?(學(xué)生討論后,請一學(xué)生上臺演示,突出學(xué)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(shí)驗(yàn)讓學(xué)生判斷陰極射線粒子帶哪種電。(可證明陰極射線是帶負(fù)電的粒子流)。 師:如果你就是當(dāng)時(shí)的湯姆生,判斷了這種粒子流的電性后,你將進(jìn)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(xué)生討論并互相補(bǔ)充) 師:當(dāng)年偉大的湯姆生恰好也是這樣想的,他通過精確的實(shí)驗(yàn)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(dāng)時(shí)的一位科學(xué)家,針對電子的發(fā)現(xiàn)你會進(jìn)一步提出什么問題呢?作什么樣的猜測?(學(xué)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(fù)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(jì)初科學(xué)家們確實(shí)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(diǎn)擊電腦,展示湯姆生模型) 湯姆生的模型提出后,當(dāng)時(shí)得到了一些人的承認(rèn),其中最崇拜他這種模型的是他最得意的學(xué)生盧瑟福,(點(diǎn)擊電腦,展示盧瑟福簡介)想用實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法,并獲得了極大的成功, 這就是著名的α粒子散射實(shí)驗(yàn)。 (二)a粒子的散射實(shí)驗(yàn)。 1、 實(shí)驗(yàn)裝置的名稱和作用。(點(diǎn)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(bǔ)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(shí)驗(yàn)步驟。 釙放出的粒子從鉛盒小孔射出,形成很細(xì)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(shí)驗(yàn)的結(jié)果將如何呢? (讓學(xué)生看書后,用自己的語言總結(jié)

6、回答,培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力和概括能力) (點(diǎn)擊電腦,演示湯姆生模型解釋) 師:那么實(shí)際的情況是怎樣的呢?(點(diǎn)擊電腦,以3維動畫展示a粒子的散射實(shí)驗(yàn)) 2、 實(shí)驗(yàn)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(jìn) (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(dá)到180,象是被金箔反彈了回來。 盧瑟福對實(shí)驗(yàn)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(diǎn)擊電腦,展示a粒子的散射實(shí)驗(yàn)?zāi)M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(dāng)時(shí)的一位科學(xué)家,面對a粒子的散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,你又會進(jìn)一步提出什么問題呢?作什么樣的猜測? (學(xué)生情緒再次高漲,討論熱烈,學(xué)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(qiáng)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(yīng)該帶正電,且電量較多。) (三) 原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說 1、內(nèi)容 師:盧瑟福經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和仔細(xì)的分析,在1911

8、年提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)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(xué)習(xí)。 那么,原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容是什么呢? (點(diǎn)擊電腦,展示原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容) (讓學(xué)生齊聲朗讀“原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)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(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。) (點(diǎn)擊電腦,展示思考題,及時(shí)鞏固新的知識) 2、解釋 請用原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說解釋:a粒子散射實(shí)驗(yàn)中為什么絕大多數(shù)a粒子仍沿原來的方向前進(jìn),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(shí)驗(yàn)中,只有在a粒子十分接近原子核時(shí),才受到很大的斥

9、力而發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。因?yàn)樵雍撕苄?,原子?nèi)很空廣,a粒子接近原子核的機(jī)會非常少,所以有上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 師:任何一個正確的理論,應(yīng)經(jīng)得無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證和理論的論證,盧瑟福根據(jù)原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說,應(yīng)用庫侖定律和牛頓定律,推導(dǎo)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(shí)驗(yàn)。結(jié)果和理論計(jì)算完全相符,這說明了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)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(jì)。 用不同的金屬箔進(jìn)行粒子的散射實(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和散射公式可以計(jì)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(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù),可以估計(jì)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(jì) 原子半徑約是10-10米,原子核半徑只相當(dāng)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(dāng)于半徑1厘米的小石子。 三、課堂小結(jié) (點(diǎn)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(xué)生討論) 師:盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)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(shí)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(xué)說中認(rèn)為:帶負(fù)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(shí)驗(yàn)的依據(jù),對此,他的學(xué)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(xué)們預(yù)習(xí)下一節(jié)且聽分解。 四、布置作業(yè) 教學(xué)分析 1、本節(jié)課的重點(diǎn)是粒子的a粒子散射實(shí)驗(yàn)和原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說。 2、湯姆生發(fā)現(xiàn)電子是物理學(xué)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(shí)驗(yàn),觀察陰極射線在電場中和磁場中的偏轉(zhuǎn),并讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn),以鞏固學(xué)生舊有知識,提高學(xué)生的興趣,培養(yǎng)科學(xué)的思維能力。 3、盧瑟福通過a粒子散射這個宏

12、觀的實(shí)驗(yàn)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(xué)中應(yīng)講清實(shí)驗(yàn)結(jié)果,注意說理分析,使學(xué)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(xué)家們的一些思維過程會對學(xué)生智力活動起較大的作用,提高學(xué)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(shí)驗(yàn)中觀察到的大角度散射。因與實(shí)驗(yàn)事實(shí)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(xué)生了解在科研工作中,常是根據(jù)已知的科學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)事實(shí)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理論上的論證,經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn),有的成功,有的失敗。湯姆生原子模型就是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)被否定了的。教學(xué)中應(yīng)注意說明這種科研的方法。 5、學(xué)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(xué)要使學(xué)生知道人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識是怎樣不斷深入的。教學(xué)中結(jié)合介紹物理學(xué)史和問題的提出,激起學(xué)生對新課學(xué)習(xí)的興趣和愿望,引導(dǎo)學(xué)生的思維發(fā)展,緊緊圍繞著“如何發(fā)現(xiàn)”來進(jìn)行教學(xué),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(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。 6、 根據(jù)學(xué)生情況,可由教師啟發(fā)講述,也可由學(xué)生閱讀自學(xué),教師引導(dǎo)學(xué)生做出總結(jié),以培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力和表達(dá)能力。

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