高中物理《原子的核式结构模型》导学案人教版选修3

《原子的核式结构模型》导学案
学习目标
（1）知道卢瑟福α粒子散射实验。

（2）知道原子的核式结构模型。

（3）理解卢瑟福的原子核式结构学说对α粒子散射实验的解释。

重点：卢瑟福α粒子散射实验的结果及卢瑟福的原子核式结构学说的主要论点。

难点：对卢瑟福α粒子散射实验装置、实验结果的理解。

方法：通过分析卢瑟福α粒子散射实验的结果，感受物理学的研究方法——提出假设、建立物理模型、实验验证等方法。

知识回顾：
1、阴极射线是什么？
2、电子是谁发现的？它的电量和质量分别为多少？
引入新课：
电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有结构。

通常情况下，物质是不带电的，因此，原子应该是电中性的。

既然电子是带负电的，质量又很小，那么原子中一定还有带正电的部分，它具有大部分的原子质量。

那么原子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的？
学生活动：根据这些推测来设计一种原子模型（学生讨论发言）
一、汤姆孙的原子模型
1、自主学习（3分钟）
带着猜想，阅读第一自然段，完成刚才的问题。

2、汤姆孙的“西瓜模型”：
二、α粒子散射实验
科学仅仅有猜想是不够的，还需要实验验证。

汤姆孙的原子模型提出后，他的学生卢瑟福想用实验的方法来加以论证。

由于原子是微小的，无法直接观察它的内部结构，卢瑟福发现研究原子的有效办法是利用高能粒子去碰撞原子，引起某些可能观察到的现象，从分析这些现象的过程中逐步探索认识原子的内部结构和规律。

在这样的思想方法的指导下
1909-1911年卢瑟福和他的助手盖革，学生马斯登等做了用α粒子轰击金箔的实验，也就是著名的α粒子散射实验。

1、自主学习（阅读α粒子散射实验，完成下列问题）（5分钟）
1）什么是α粒子？为何选用α粒子来做实验？（学生回答，教师点评）
α粒子：带正电，电量是电子电量的2倍，质量约是氢原子的4倍，约是电子质量的7300倍。

从放射性元素中放射出来的α粒子动能很大，射出速度达107m/s，α粒子打到荧光屏上能产生一个闪烁的亮点，可用显微镜观察，所以用α粒子的散射现象研究原子的结构。

2）实验装置中用到哪些器材？有何作用？（教师介绍）
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。

器材展示：
放射源：钋放在带小孔的铅盒中，能放射α粒子。

金箔：被轰击的对象，厚度极小，可至1微米（虽然很薄但仍有几千层原子）。

显微镜：能够围绕金箔在水平面内转到不同的方向，对散射的α粒子进行观察。

荧光屏：玻璃片上涂有荧光物质硫化锌，装在显微镜上，可以记录在某一时间内某一方向散射的α粒子数。

3）描述实验过程（教师介绍）
实验过程
（1）钋放出的α粒子从铅盒小孔射出，形成很细的一束射线，打到金箔上。

（2）α粒子穿过金箔打到荧光屏上有微弱的闪光产生。

（3）转动显微镜在水平面内的不同方向，对散射的α粒子进行观察。

4）观察到的实验现象如何？
动画视频演示α粒子散射实验的实验现象，学生总结看到的现象，教师加以点评。

（1）绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进；
（2）少数粒子发生了较大的偏转；
（3）极少数粒子（约有1/8000）的偏转角θ超过90°，甚至有个别粒子（约占总数的1/20000）被反弹回来。

5）实验现象分析：
（1）按照汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。

请分析：α粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进？（2）α粒子大多数沿原来的方向前进的原因是什么？发生大角度散射现象的原因是什么？
学生讨论，教师多媒体演示比较两种实验现象，再加以归纳总结。

6）实验结论是什么？（在实验现象分析的基础上学生讨论总结，教师加以点评）
原子的核式结构模型：（多媒体展示其模型）
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里绕着核高速旋转。

这就是卢瑟福在1911年提出的原子的核式结构学说。

思考：
1、在α粒子散射实验中，为什么不用铁板、纸张、铅箔，而是用“金箔”呢？实验中利用了金箔的哪些特性？
金的延展性好，核电荷量大，核质量大
α粒子散射实验的装置必须置于真空中吗？
点评：教师进行科学研究方法教育：模型法
实验现象→分析推理→构造模型
针对训练：
1．提出原子核式结构模型的科学家是（）
A．汤姆生
B．玻尔
C．卢瑟福
D．查德威克
2．在用α粒子轰击金箔的α粒子散射实验现象中，以下说法正确的是（）
A．α粒子全部穿过或发生很小的偏转
B．α粒子绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，甚至极少数发生大角度偏转甚至被弹回
C．绝大多数发生很大的偏转，甚至被弹回，只有少数穿过
D．全部发生很大的偏转
下面来看一下对α粒子散射实验的应用
三、原子核的电荷与尺度
自主学习（阅读“原子核的电荷与尺度”，完成下表）（5分钟）
1、原子是由与组成，Z是也
是，它表示。

Z是没有单位的，或者说Z的单位是1。

2、原子核是由和组成
3、电荷数= = =
4、原子核大小的估计
α粒子散射的实验的数据，可以估计原子核的半径约为m，不同元素原子核的半径略有不同。

原子半径约为m，原子核半径只相当于原子半径的十万分之一。

学生订正答案
针对训练：
3．关于卢瑟福原子核式结构理论，以下说法中正确的是（）
A．原子的中心有一个很小的核，核内只是由带正电的质子组成
B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
D．原子核的电荷数就是核内的中子数
4、氢原子的核外电子绕核做半径为r的匀速圆周运动，则核外电子的角速度ω=
电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流I=
（已知电子的质量为m,静电力常量用k表示）
四、课堂小结（学生总结，教师点评）。