【教学设计】《从葡萄干面包模型到原子结构的行星模型》(化学沪科高一上)

《从葡萄干面包院子模型到原子结构的行星模型》教学设计◆教材分析这是学生进入高中第一堂化学课。

在初中，学生已经学习了相关的原子知识，知道原子、原子核、中子、质子、电子、电中性等概念，现在深入学习原子的相关知识。

本节课，学生要知道原子结构发现历程，了解元素放射性，掌握原子结构行星模型和原子论。

◆教学目标【知识与技能】1.加深对原子组成的认识；2.掌握原子结构的行星模型和原子论，了解电子云模型。

【过程与方法】1.了解科学家门探索的过程；2.学习科学家研究时使用的模型法和实验方法。

【情感态度与价值观】1.了解有关原子的科学发展史，培养对化学的学习兴趣；2.养成积极思考、讨论、对比的学习习惯。

◆教学重难点【教学重点】原子论、原子结构行星模型【教学难点】理解原子结构行星模型，接受电子云模型◆教学过程【教师】同学们初中已经学习过原子的部分知识，请同学们来说说关于原子，你知道多少？【学生】原子是物质发生化学变化中最小的基本单位，原子由原子核和核外电子构成，原子体积很小，原子核体积更小，原子核带正电，电子带负电，原子呈电中性。

【教师总结、提问】恩，提的都很好。

那么我们现在都知道物质可以分割到原子，原子又可分割为带正电的原子核和带负电的电子，原子呈电中性。

这就说明物质不是无限可分的。

那我们现在来看看古人认识物质和原子的一个发展过程。

请同学们看书上第3页的内容。

【学生阅读教材】【教师讲解】古人开始不知道物质是由原子构成的时候，他们对物质的组成认识上也有错误对吧。

比如惠施的看法是物质无限可分，这就是错误的。

墨子认为物质必须要有可分的端才是可分割的，这虽然表述上有不同，但可以看出他已经认识到物质并不是无限可分，分到一定的程度也就是他说的没有端的时候就不能再分割了。

还有德谟克利特提出了物质由原子构成，原子不可再分，虽然有错误，但是他能提出原子的概念这已经很了不起了。

这是认识事物的一个过程，过程不可能会很简单。

现在你们重点看下道尔顿的原子学说。

看的过程中把他的原子学说和我们刚刚提到的原子知识比较一下，看看他哪些说法是错误，哪些是对的，哪些你们有疑问。

同学们可以互相讨论一下。

待会儿我请同学们来回答这些问题。

【学生阅读教材、讨论】【放映】多媒体放映道尔顿原子论。

【教师提问】讨论之后，同学们得出什么结论？【学生回答、补充】元素由原子组成，但是原子是可以再分成原子核和核外电子的，第一条错。

第二条是正确的。

后面两条不知道是对的还是错的。

……【教师引导】我们现在来逐条分析。

大家初中学过元素知识，知道元素是同一类原子的总称，元素由原子组成，但是原子可以再分，所以第一条错误。

由此也可以看出第三条是错误的，同一种元素有多种原子，比如碳元素有12C、13C、14C对吧，这些原子在性质上相同，但是他们质量是完全不同的，因为他们质量数不同。

不同种元素的原子肯定质量和性质上都会有差异。

【板书】现代原子论：①元素是同一类原子的总称，由原子组成，但原子是可再分的。

（空一行写②）③同一元素的原子在性质上相同，质量不同，不同元素的原子在质量和性质上都不同。

【教师引导】再看第二条，我们刚刚说到原子是物质发生化学变化的最小单位，就比如说我们做游戏的时候分组，现在要把你们重新分组，那么一个一个的人就是最小的单位对吧，这个时候人是作为一个不可再分的单元存在的，你不能把一条腿给这个组，一只胳膊给那个组，对吧。

同样的，在一切化学变化中原子会保持它的不可再分性，所以第二条是正确的。

【板书】（①③中间）②原子在一切化学变化中均保持其不可再分性。

【教师引导】第四条我们举几个例子来看看，分子在初中已经学过了，比如H2O中氢元素和氧元素结合，氢原子和氧原子的比是2：1，CO2中碳元素和氧元素结合，碳原子和氧原子的比是1：2，其他的分子中我们也能看出原子的比都是很简单的整数比，不会有很复杂的比例出现。

所以第四条也是正确的。

【板书】④不同元素化合时，这些元素的原子按简单整数比结合成化合物。

【教师讲解】道尔顿学说的片面性：原子并非组成物质的最后质点，不可再分，只不过在化学反应条件下是不可再分的；同一元素的原子在质量和性质上不一定相同；不同元素化合时，原子按简答整数比化合，不准确。

合理性：提出了原子的定义和组成定律。

【教师引导】从比较我们可以看出，道尔顿原子学说有错误的地方，也有正确的地方，在今天看来并不是那么完美，但是在当时他那个年代看来，这已经是相对来说很正确的想法，给近代的化学发展奠定了很好的基础，为后面的科学家发现原子提供了思路。

道尔顿之后，过了近一个世纪，科技发展进步让人们发现了电子。

从这时候知道，原子是由带正电部分和带负电的电子组成，而且正电荷和电子的负电荷电量相等。

因为存在两个电荷相反的部分，可以断定原子是有一定结构的，需要进一步分析的是正负电荷在原子中的分布情况。

这时候，英国的科学家汤姆逊就提出，原子的结构像大家所熟悉的葡萄干面包一样，正电荷均匀的分布在整个原子的球形体内，然后电子像葡萄干镶嵌在面包当中一样均匀地镶在正电荷里面。

大家看，那时候科学家虽然还不知道原子到底是怎么样的，但是他们会用熟悉的物质的形状去想象很微小的原子的模型，这就是科学家们在研究时常用到的一种方法——模型法。

二、从X-射线到元素放射性的发现【教师讲述】下面我们继续看原子结构的认识历程。

刚刚讲到汤姆逊提出了葡萄干面包原子模型，但是因为人们对原子结构的探索很快就进入了新的阶段，所以他的想法还没有被大多数人理解就被新的想法给取代了。

德国的物理学家伦琴在1895年发现了一种看不见的射线——X射线。

当看不见的射线被发现之后，法国物理学家贝克勒尔就提出问题了“哪里还会有看不见的射线呢？”也就是除了伦琴发现的X射线，别的地方还有没有看不见的射线呢？根据问题，他进行了相关的实验。

平时照相时底片感光是太阳光，光让科学家联想到了射线，他首先猜测在荧光里可能有看不见的射线，所以他选用了铀盐，这种铀盐经太阳照射会发出荧光，而且做实验也确实出现了照相底片感光的现象。

但是偶然的坏天气却让他惊奇的发现，没有阳光照射的铀盐也能使照相底片感光。

没有荧光，却使底片感光，这是不是很让人惊讶的一个现象啊？由此可以推测铀盐本身发出了一种看不见的射线。

后来贝克勒尔进一步研究了纯铀，发现纯铀的射线比铀盐射线强好几倍。

通过做实验之后，元素的放射性被发现了。

这时候英国物理学家也发出了声音，他问“这放出来的射线是什么呢？”既然看不见的射线存在，那么看不见的射线又是什么呢？他也是通过做实验来解决问题，他发现铀产生了两种射线，一种是α射线，一种是β射线，这个实验用到了大量物理知识，在这里就不做解释了。

再后来计算α粒子的电荷、质量比值，他断定α粒子是氦原子失去电子后的正离子He2+，之后别的科学家发现β射线是电子流，而且还发现了另外一种射线——γ射线，这是一种波长很短的电磁波。

由此我们看到科学家们研究物质时都会做实验，实验现在已经成为科学研究的重要方法。

三、原子结构行星模型【教师引导】科学家们发现了元素的放射性，还测定了射线的种类性质，在当时具有很重要的意义。

大家知道，原子很小，它的直径在零点几个纳米左右，我们根本就看不到原子，觉察不到它的存在。

要观察那么小的物质几乎是不可能的。

那么当时的科学家是怎么研究原子的呢？我们讲到卢瑟福发现了铀产生的α射线是氦离子，也就是释放出了一个带正电粒子，而且这个粒子是有速度的，像枪膛里射出来的子弹一样。

那么是不是可以用这个粒子去轰击其他的物质啊？大家认为呢？【学生接话】可以……【教师引导】当意识到了可以用α粒子去轰击其他物质的时候，卢瑟福他们就做了这样一个实验，下面我们来看看卢瑟福他们做的实验的视频。

注意看视频左上角的圈和显微镜荧光屏移动的位置，圈是模拟荧光屏，显示了荧光屏在各个位置时所检测到的现象。

大家看视频的时候要特别观察左边那个位置时荧光屏的现象。

（放视频）待会儿我请同学上来把每个位置上荧光屏里的现象画出来。

【板书】将实验装置的大致位置画下来。

（如图）【教师讲话】现在谁上来帮我画荧光屏现象（扫视一周，有个男同学举手），好，你上来画一下。

把点的多少大致画下来就可以了。

【学生画图】（点的大致情况）……【教师提问】都画对了吧？（学生接话“对的”）画的很好啊。

现在我们来看看黑板上这些荧光屏上的现象，这些亮点代表α粒子打到荧光屏上，那么1位置上有那么多亮点，说明了什么？【学生回答】说明打α粒子直线到达了荧光屏……【教师引导】也就是说大部分α粒子穿过了金箔【教师追问】那2、3、5、6上的现象和4荧光屏的现象说明了什么？【教师】（学生们个别说话）站起来说吧~【学生回答】说明很少量的α粒子发生了偏转，更少量的发生了180°偏转。

【教师引导】很好，我们通过视频实验也得出了卢瑟福同样的现象。

如果按照前人提出的葡萄干面包原子模型，那么金箔就相当于一面由面包垒起来的面包墙，高速α粒子相当于子弹，子弹打在面包墙上会有什么结果？【学生接话】全部穿过，直线运动……【教师引导】这样我们可以判断出葡萄干面包原子模型是错误的。

大家翻到第7页，第5行我们可以看到卢瑟福根据这些现象提出了原子结构行星模型。

他认为原子核相当于太当于太阳，电子相当于行星，电子绕原子核运动相当于行星绕太阳运转。

现在把这整个太阳系看作是一个原子，用α轰击金箔相当于拿许多的小行星打向太阳系。

那么一束小行星也就是α粒子打向原子核会有什么结果呢？【学生回答】（学生坐着回答，教师点名正在回答的学生站起来回答）大部分α粒子能穿过原子，少部分打到原子核上，会因为原子核带电而反弹。

……【教师追问】（指着图）那α粒子在靠近原子核运动的时候，α粒子会受到原子核的一个力，所以……【学生回答】α粒子会发生偏转【教师评价及讲解】对的，很好。

我们用太阳系的行星图完全能够解释α轰击金箔的实验现象，也就是说原子结构行星模型是有一定正确性的对吧。

但是也不是完全正确。

虽然，卢瑟福的行星模型能成功地解释一些现象，但它立即遭到全世界大多数科学家反对。

因为根据经典物理理论，任何作加速运动的电荷都要辐射电磁波，这必然引起两种后果：①不断辐射能量，电子将沿螺旋线渐渐趋近原子核，最后落到核中而湮没；②电子不停的，连续的辐射电磁波，电磁波的波长会发生连续的变化，因此，所有的原子都应发射连续光谱。

【教师】讲解波尔原子模型尼尔斯·波尔因原子结构和原子辐射的研究，获得了1922年的诺贝尔物理学奖。

他把卢瑟福的有核原子模型和普朗克的量子论结合起来，提出了著名的“波尔理论”——原子的定态假设和频率法则。

他的电子波动模型就是对电子粒子模型的补充。

他认为电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。

【教师】讲解电子云模型在奥地利科学家薛定谔所建立的波动方程的基础上，迅速发展起一门新的学科：量子力学。