原子的核式结构模型 教学设计--高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册.docx

原子的核式结构模型教学设计 一、教材分析本节内容由电子的发现、原子的核式结构模型、原子核的电荷与尺度三部分组成，重点是电子的发现对人类认识原子结构的重要意义，以及卢瑟福在粒子散射实验基础上提出的原子核式结构模型。本节内容开启了对原子结构发现历史与其科学研究方法的探索。教材通过介绍人类认识原子结构的过程，启发学生认识科学探究的意义。二、教学目标（1）知道发现电子的意义，体会电子发现过程中蕴含的科学方法。（2）了解粒子散射实验原理和实验现象。（3）了解卢瑟福的原子核式结构模型，知道原子和原子核大小的数量级。（4）认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程。三、教学重点引导学生自主思考，由粒子散射实验的结果否定“枣糕模型”，得出原子的核式结构模型。在教学中渗透物理学研究方法：模型方法，微观粒子碰撞方法。四、教学资源多媒体教学设备、PPT多媒体课件、FLASH工具。五、教学过程1回顾历史，引入新课通过播放1964年我国第一颗原子弹爆炸成功的视频，介绍人类现在已经开始利用原子的核能。早在1897年，汤姆生就发现了电子，使人类第一次敲开原子世界的大门，今天我们就循着前人的足迹研究原子内部结构的发现过程。2电子的发现教师介绍汤姆孙，给出汤姆孙对射线本质的认识。问：如果你也认为阴极射线是一种带点粒子流，要如何验证呢？请大家设计一下实验。答：学生会利用电磁场的相关知识设计实验。引出汤姆孙的气体放电管，并且加以介绍。教师介绍汤姆孙实验结果：1897 年，J. J. 汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。比荷是氢离子（也就是质子）比荷的近两千倍。J. J. 汤姆孙认为，这可能表示阴极射线粒子电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。后来，他直接测到了阴极射线粒子的电荷量， 尽管测量不很准确，但足以证明这种粒子电荷量的大小与氢离子大致相同，这就表明他当初的猜测是正确的。汤姆孙进一步发现，用不同材料的阴极做实验， 所得比荷的数值都是相同的。这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。组成阴极射线的粒子被称为电子。电子发现的过程体现了科学实验的重要性。补充电子电荷量的测量。（密立根油滴实验）教师介绍密立根油滴实验：电子电荷的精确测定是在19091913年间由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。目前公认的电子电荷e的值为e1.602176634×10-19C。密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。从实验测到的比荷e的数值，可以确定电子的质量。现在人们普遍认为电子的质量为m9.109383 56×10 -31 kg。带电粒子的电荷量与其质量之比，即比荷，是一个重要的物理量。发现电子以后，J. J. 汤姆孙又进一步研究了许多新现象，如光电效应、热离子发射效应和射线等。他发现，不论阴极射线、光电流、热离子流还是射线，它们都包含电子。J. J. 汤姆孙对证实电子的存在有很大贡献，因此公认他是电子的发现者。他因气体导电的研究获得1906 年的诺贝尔物理学奖经历的电子发现的过程，让学生谈一下电子发现的意义。教师总结：电子的发现，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也是有结构的。同时电子带负点，原子带正电，为“原子的核式结构模型”买下伏笔。原子带正电，电子带负电，那么原子内部的正电和负电是如何分布的，汤姆孙提出了原子的枣糕模型，图片展示枣糕模型，汤姆生的枣糕模型虽然能够解释一些物理现象，但无法解释卢瑟福粒子散射实验。3粒子散射实验原理、装置、实验现象粒子散射实验的装置，主要由放射源、金箔、荧光屏、望远镜和转动圆盘几部分组成。粒子散射实验在课堂上无法直接演示，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。通过多媒体重点指出，荧光屏和望远镜能够围绕金箔在一个圆周上运动，从而可以观察到穿透金箔后偏转角度不同的粒子。动画展示实验，通过显微镜观察到的现象，并且要让学生了解，这种观察是非常艰苦细致的工作，所用的时间也是相当长的。学生分组讨论交流得到实验结果：绝大多数沿原来的方向前进，少数发生了较大偏转，极少数发生大角度偏转。教师提问：根据汤姆生原子模型分析，粒子轰击金箔后应出现什么情况？粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？按照汤姆生原子模型，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？学生分组讨论交流得到结果：碰撞前后，质量大的粒子遇到电子，就像飞行的子弹遇到空气中的尘埃，因此不可能出现大角散射。对于粒子在原子附近时由于原子呈中性，与粒子之间没有或很小的库仑力的作用，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，所以粒子不可能发生大角度偏转。教师再次提问：这个实验结果和我们预想的结果有什么不同？汤姆生原子结构模型准确吗？学生分组讨论交流得到结果：汤姆生原子结构模型无法解释粒子散射实验现象。教师再次提问：你认为原子中的正电荷和质量应如何分布，才有可能造成粒子的大角度偏转？学生小组讨论、小组间互相提问。教师总结：绝大多数粒子基本不偏转表明：原子内部绝大部分是“空”的。少数粒子发生较大偏转表明：原子内部有“正电荷集中”的区域。极少数粒子被弹回表明：作用力很大，质量很大的核。师生互动，学生小组讨论，学生分析推理得到卢瑟福的原子结构模型，得到卢瑟福的原子的核式结构模型后再展示立体动画粒子散射模型，使学生有更清晰的直观形象、生动的认识。4原子核式结构模型在原子中心有一个很小的核，叫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。原子的大小的教学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10-1510-14左右原子核的半径只相当于原子半径的万分之一，体积只相当于原子体积的亿分之一。为了加深学生的印象，可举一些较形象的比喻或按比例画些示意图，同时通过表格展示，对比。半径大小（数量级）类比原子10-10m左右硬币原子核10-1510-14左右足球场5课堂小结课堂练习： 1、在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的粒子的运动情况是（ ）A、全部粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进B、绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回C、少数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回D、全部粒子都发生很大偏转答案：B2、在卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹，其中符合实验事实的是()答案：C【作业】一种测定电子比荷的实验装置如图所示。真空玻璃管内，阴极K发出的电子经阳极A与阴极K之间的高电压加速后，形成细细的一束电子流，沿图示方向进入两极板C、D 间的区域。若两极板C、D 间无电压，电子将打在荧光屏上的O 点；若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B 的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O。已知极板的长度l5.00 cm，C、D间的距离d1.50 cm，极板区的中点M 到荧光屏中点O的距离为L12.50 cm，U 200 V，B 6 . 3×10 4 T， P点到 O 点的距离 y3.0 cm。试求电子的比荷。学科网（北京）股份有限公司