原子的构成(第一课时)

第三节原子的构成（第一课时）主备人：冯兴洲编制时间：9 月22日【学习目标】知识目标：1、了解原子的构成；2、知道原子不显电性的原因；。

能力目标：1、初步学会分析、比较、归纳等方法去探究客观规律；情感目标：进行世界的物质性、物质的可分性的辩证唯物主义观点教育；【学习重点、难点】：认识原子的构成及核电荷数、质子数和核外电子数的关系［创设情景］先播放1964年10月16日我国成功爆炸第一颗原子弹的资料短片，然后教师简要结合国际形势“印巴核竞争”，指出“核力量”是一个国家国防实力的象征……继而“问题激疑”引入新课。

［问题激疑］为什么“原子弹的爆炸”会产生如此巨大的能量呢？要了解这个问题，我们首先要弄清原子结构的奥秘。

【情景再现】：贰佰多年前，道尔顿提出，当时人们很是认同他的说法；时光飞逝，到了1897年汤姆森通过实验发现了带电的；他认为原子虽小但仍然可分，并提出了“西瓜学说”，西瓜子好比，瓜肉好比；日月如梭，1911年卢瑟福通过实验否定了汤姆森的说法，那么他认为原子是什么样的呢？［引导探究］：用投影出示用“a粒子轰击金箔“的史料图片及文字说明，并提出新问题：你能试着对上述实验现象进行解释吗？1、大多数a粒子能穿过金簿而不改变原来的方向，这说明2、一小部分a粒子改变了原来的运动方向，这说明3、极个别的又被反弹回来，说明［活动探究］通过刚才的学习，我们对原子的结构有了更新的认识，下面请同学们以小组为单位，阅读课本44页，你能从中获取哪些信息呢？［交流讨论］：1：原子是由和两个部分构成。

2：原子核是由和两个部分构成。

3：原子是由、、三种微粒构成的。

4：其中带正电的有；带负电的有；不带电的有。

5：从中我们可以看出，原子虽然由一些带电的微粒构成，但它并不显电性，我的理由是……【交流讨论】：根据原子中各种微粒的带电情况，“质子数、核电荷数、核外电子数”有何数量关系？［课堂小结］:小组交流“学完本节课你应该知道什么？【课堂检测】1、a粒子散射实验说明了：（）A．原子核由质子和中子组成 B．原子内部大部分是空的C．电子是原子的构成部分 D．原子中的正电荷集中在一个很小的范围内2、关于卢瑟福原子的核式结构模型的内容,下述说法正确的是: （）A．原子是一个质量分布均匀的球体B．原子的质量几乎全部集中在很小的核内C．原子的全部正电荷都集中在原子核内D．原子核是由中子和质子组成的3、下表是几种常见的原子结构，你从表中可以得出哪些信息？4、列表比较分子和原子的相似点和不同点。

5A中子数 B电子数 C中子数和电子数之和 D核电荷数6、化学变化中的最小微粒是（），在化学变化中可分的微粒是（）A原子 B分子 C电子 D原子核【教学后记】人类认识原子的历史过程原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹。

一种模型代表了人类对原子结构认识的一个阶段。

人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。

下面介绍的几种原子结构模型简明形象地表示出了人类对原子结构认识逐步深化的演变过程。

1，道尔顿原子模型（1803年）：原子是组成物质的基本的粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。

2，汤姆生原子模型（1904年）：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。

3，卢瑟福原子模型（1911年）：在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。

4，玻尔原子模型（1913年）：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。

5，电子云模型（1927年—— 1935年）：现代物质结构学说。

现在，科学家已能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜拍摄表示原子图像的照片。

随着现代科学技术的发展，人类对原子的认识过程还会不断深化。

电子的发现试人们普遍认识到带负电荷的电子是一切原子的基本组成部分。

在通常情况下原子呈现中性的事实，表明原子中还存在与电子电荷等量的正电荷，人们对原子中正负电荷的分布前后提出了种种设想，建立了各种原子结构模型。

早在1871年，德国的W，韦伯为了结实安培分子电流假说曾经提出正负粒子相对作椭圆运动的行星式模型。

法国佩兰于1901 年进而认为电子绕行频率即辐射光的频率。

英国开尔文1902 年从数学上设想电子在正电球中的运动，德国勒纳德根据阴极射线可穿透金属空隙，认为原子并非实心，主张中性微粒浮游模型，日本长冈半太郎（1865—1950）在1903 年提出土星环模型，但解决不了稳定性问题。

这些都是一些原始假设。

第一个比较有影响的原子模型是J．J．汤姆孙于1904 年提出的“电子浸浮于均匀正电球中”的实心球模型，这是由开尔文的“面包葡萄干”模型发展而来的。

他设想，在半径大约为10-10 米的原子中，正电荷以均匀的密度连续分布于整个球中，电子则在正电荷与电子间的有心力以及电子与电子间的斥力的共同作用下浮游在球内，并在平衡位置附近振动，从而达到某种稳定状态，这时电子在原子内部的分布并非完全任意，而是排列在各个同心圆上。

当时，人们已经掌握了来自原子内部的两套信息：一是门捷列夫所揭示的化学元素的周期律；二是巴耳末所揭示的氢原子谱线的规律性。

汤姆孙原子模型能够解释当时已知有关原子的各种性质，尤其是电子的同心圆排列可以解释门捷列夫的周期律。

该模型尽管具有明显的人为性质，但在一段时间里还是被科学家们所接受。

α粒子散射实验是揭开原子内部结构奥秘的真正开端，根据卢瑟福的说法，这是用“炮弹”打到原子内部去试探。

1907 年，卢瑟福主持曼彻斯特大学实验室，主要研究有关α粒子的本质和特性问题。

1909 年，他的助手盖革和学生马斯登（E．Marsden，1889～1970）观测α粒子透过金属箔的散射分布，发现大多数α粒子散射角度很小，但也有少数偏角很大。

卢瑟福敏锐地认识到大角度α粒子散射现象非常重要。

它远远超出了汤姆孙模型所作的理论预测。

于是，他立即催促重新进行那种哪怕是“愚蠢的实验”。

他们用镭作放射源进行α粒子穿射金属箔的实验，精心测量数量极少的大角度散射粒子，结果发现约有1／8 000 的α粒子偏转角超过90°，甚至有的反弹回来。

后来卢瑟福回忆说：“它是如此难以令人置信，正好像你用15 英寸的枪射击一张薄纸，而子弹居然反弹回来把你打中了一样。

”卢瑟福把散射实验事实与原子模型联系起来。

他设想，要使具有百万电子伏特能量的α粒子产生这样大角度的散射，只能是由于受到极强的电场力作用，即只能是原子的全部正电集中在很小范围内，才能使 a 粒子受到足够大的库仑力；另外，电子的质量大约只是氢原子质量的1／1840，说明原子的绝大部分质量也集中于正电粒子上。

他从哥白尼的学说得到启示，想到原子内部结构仿佛就是缩小了的太阳系。

1911 年2 月他写了《α和β粒子物质散射效应和原子结构》一文，提出了自己的有核原子模型：原子的中心部分是一个半径约10-14 米的核，原子的全部正电荷和绝大部分质量都集中在核上，电子分布在核外半径约为10-10 米的区域内。

并且他从理论上推导出α粒子散射公式。

1912 年7 月，盖革和马斯登进行了一系列α粒子对金属箔的散射实验，计算了10 万次以上的α粒子闪烁，结果完全证实了卢瑟福的预言。

不过，卢瑟福的有核原子模型一开始就遇到困难。

按照经典理论，电子在绕核做加速运动时要向外发射电磁波，最终因丧失能量会落到核上。

按这种观点估算原子的寿命约为10-8 秒。

可实际上原子非常稳定，卢瑟福的原子模型也无法解释线状的原子光谱。

这些困难后来由卢瑟福的学生丹麦物理学家波尔解决，通过玻尔的杰出工作，使得有核原子模型迅速得到科学界的公认。

玻尔1911 年来到曼彻斯特在卢瑟福手下工作。

面对卢瑟福模型所遇到的困难，玻尔意识到经典理论不适用于原子的内部结构，他认为“只有量子假说才是摆脱困境的唯一出路。

”他把卢瑟福的有核原子模型和普朗克的量子论大胆而巧妙地结合起来，把爱因斯坦关于光子能量量子化的概念加以推广，并结合氢原子光谱不连续的事实，于1913 年以《原子和分子的结构》为题，连续发表了三篇论文，抛弃了经典的辐射理论，提出了两条假设：（1）原子只能处在一系列不连续的稳定状态。

处在这些稳定状态的原子不辐射。

（2）原子吸收或发射光子的频率v 必须满足hv＝E2—E1，E2和E1 分别是原子吸收或发射光子前后的两个不连续的能态的能量值。

玻尔用自己的理论对最简单的氢原子结构作了详细的计算，从理论上导出了氢原子光谱的波长公式，所得结果与光谱实验数据相符合。

尤其是里德伯常量的理论值其精确度达2/10 000，这在当时科学界实属罕见。

从而证明了卢瑟福的有核原子模型和玻尔量子化假设的正确性。

玻尔提出的量子化的原子结构理论，初步揭示了光谱线与原子结构的内在联系，使有核原子模型稳定性问题及离散谱线问题迎刃而解，使长期以来无法说明的许多经验公式得到了统一的理论解释；同时也揭示出在微观体系中量子规律的重要作用，推动了量子理论和物质结构理论的发展。

由于这一开拓性的贡献，玻尔理论成为原子结构理论发展史上的一个重要里程碑。

1915 年，德国物理学家索末菲（A．J．W．Sommerfeld，1868～1951）把玻尔理论从两方面加以扩充。

首先他将电子绕核运动的圆形轨道修正为椭圆形轨道；其次，他把相对论引入到玻尔理论之中，成功地解释了光谱线的“精细结构”现象。

但玻尔理论无法解决复杂原子光谱的困难以及理论体系中既保留经典理论又引进量子理论的不协调性，在十几年后建立起来的量子力学中它们才得到了进一步的解决。

随着科学技术的发展，相信人们一定还会对原子极其更小的单位有更深的了解，同时也有着更为先进的理论和思想指导着我们向前探索。