原子的构成

原子的构成【导学目标】1.了解原子是由质子、中子和电子构成的；初步了解相对原子质量的概念，并会查相对原子质量表。

2.通过阅读分析、比较归纳的方法来学习有关知识，培养学生观察能力、分析综合能力和抽象思维能力。

3.通过对原子结构及粒子间关系的学习，进行世界是物质的、物质是运动的等辨证唯物主义观点教育【导学难点】原子和相对原子质量概念的形成【导学重点】原子的构成【导学方法】以创设情境活动为核心的活动元教学【复习导入】同学们，在第三单元的学习中我们知道了分子、原子都是同同学们，在第三单元的学习中我们知道了分子、原子都是构成物质的微观粒子。

在理解了分子和原子概念的基础上，你能说出化学变化的实质是什么吗？（过渡启发）在化学反应里分子可以为原子，原子在化学反应里不能再分。

用其他方法能不能再分呢？创设情景：（图片展示）这是原子弹爆炸时的蘑菇云的图片。

1964年10月16日下午3时，在我国西部地区新疆罗布泊上空，一个的巨大火球和蘑菇云升上了戈壁荒漠，中国第一颗原子弹爆炸成功了，为什么原子弹有那么大的威力呢？ 导入新课：这节课我们就学习原子的构成介绍原子结构认识的发展简史：（1） 汤姆生的西瓜子模型（2） 卢瑟福的行星模型引导得出：【导研】为什么原子不显电性？（原子核和核外电子所带的电量相等，但电性相反，所以不显电性。

）得到规律：核电荷数=核外电子数投影展示、评判讨论(介绍)1897年，在英国科学家汤姆生发现电子以后，人们开始揭示了原子内部的秘密。

(得到：核电荷数=核内质子数由于中子不带电，一个质子带个单位的正电荷，一个电子带1个单位的负电荷，又由于整个原子不显电性，所以得到：核外电子数=核内质子数（指导阅读）表4-2，你能发现什么规律？(指导阅读)P70页第一段，想像一下原子和原子核的大小，并谈一谈自己的感受。

[介绍]我们可以看到原子分为原子核和核外电子(教师引导)原子核很小，科学家经过研究证明原子核还可再分，引导学生动手用大括号的形式将原子的结构表示出来。

引导学生动手用大括号的形式将原子的结构表示出来。

知识巩固1．观察表4-2，以碳原子为例说明构成原子的粒子有几种？2.它们是怎样构成原子的?指导学生阅读教材P68的表4-2；引导学生根据表格内容比较和讨论。

阅读讨论、归纳小结：质子数=核外电子数核电荷数=质子数计算：1个钠原子的质量过渡(思考)原子那么小，有没有质量呢？原子虽然很小，但也有一定的质量。

通过现代科学仪器可精确地测出原子的实际质量。

这样小的数字，无论书写、读数、记忆和使用都极不方便。

正像以吨为单位来表示一粒小麦的质量一样不方便。

所以国际上采用原子的相对质量——相对原子质量来表示。

（阅读)课文相对原子质量概念内容及旁白课文附录国际相对原子质量表。

查出氮、氯、钠、铁四种原子的相对原子质量。

某原子的相对原子质量=一种碳原子的质量×1/12单位：一，符号：1，但不写出〔思考与讨论〕通过这段课文的阅读，你能初步弄清相对原子质量与原子结构之间的关系吗？〔巩固提问〕相对原子质量就是原子的实际质量？对吗？为什么？学生读表4-2，思考：相对原子质量数值和质子数、中子数的关系？学生小结：导评：原子的结构与相对原子质量作业：补充习题附：一、电子的发现电子的发现和阴极射线的实验研究联系在一起的，而阴极射线的发现和研究又是以真空管放电现象开始的．早在1858年，德国物理学家普吕克在利用放电管研究气体放电时发现了阴极射线．普吕克利用真空泵，发现随着玻璃管内空气稀薄到一定程度时，管内放电逐渐消失，这时在阴极对面的玻璃管壁上出现了绿色荧光．当改变管外所加的磁场时，荧光的位置也会发生变化，可见，这种荧光是从阴极所发出的射线撞击玻璃管壁所产生的。

阴极射线究竟是什么呢?在19世纪后30年中，许多物理学家投入了研究．当时英国物理学家克鲁克斯等人已经根据阴极射线在磁场中偏转的事实，提出阴极射线是带负电的微粒，根据偏转算出阴极射线粒子的荷质比(e／m)，要比氢离子的荷质比大1000倍之多．当时，赫兹和他的学生勒纳德，在阴极射线管中加了一个垂直于阴极射线的电场，企图观察它在电场中的偏转，为此他们认为阴极射线不带电．实际上当时是由于真空度还不高，建立不起静电场．J．J．汤姆生设计了新的阴极射线管(图1)，在电场作用下由阴极C发出的阴极射线，通过Α和B聚焦，从另一对电极D和E间的电场中穿过．右侧管壁上贴有供侧量偏转用的标尺．他重复了赫兹的电场偏转实验，开始也没有看见任何偏转．但他分析了不发生偏转的原因可能是电场建立不起来。

于是，他利用当时最先进的真空技术获得高真空，终于使阴极射线在电场中发生了稳定的电偏转，从偏转方向也明确表明阴极射线是带负电的粒子．他还在管外加上了一个与电场和射线速度都垂直的磁场(此磁场由管外线圈产生)，当电场力eE与磁场的洛仑兹力evB相等时，可以使射线不发生偏转而打到管壁中央。

经过推算可知，阴极射线粒子的荷质比e／m≈1011C／kg．通过进一步的实验，汤姆生发现用不同的物质材料或改变管内气体种类，测得射线粒子的荷质比e/m保持不变．可见这种粒子是各种材料中的普适成分。

1898年，汤姆生又和他的学生们继续做直接测量带电粒子电量的研究．其中之一就是用威尔逊云室，测得了电子电荷是1．1x10-19C，并证明了电子的质量约是氢离子的千分之一．于是，汤姆生最终解开了阴极射线之谜．这以后不少科学家较精确地测量了电子的电荷值,其中有代表性的是美国科学家密立根，在1906年第一次测得电子电荷量e=l．34X10-19C，1913年最后测得e=1.59x10-19C．在当时条件下，这是一个高精度的测量值．近代精确的电子电荷量e=1.60217733(49)x10-19C(括号中的值是测量误差)．二、原子结构的模型20世纪初汤姆生提出了原子的枣糕式模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，而电子却象枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里面．其缺陷是只能说明了原子中有电子的存在和电子带负电,不能正确表示原子的结构.葡萄干蛋糕模型1909－1911年，英国物理学家卢瑟福做了α粒子散射实验，否定了汤姆生模型，提出了原子的核式结构模型．汤姆逊（Joseph John Thomson，1856-1940）（右图）继续进行更有系统的研究，尝试来描绘原子结构。

汤姆逊以为原子含有一个均匀的阳电球，若干阴性电子在这个球体内运行。

他按照迈耶尔（Alfred Mayer）关于浮置磁体平衡的研究证明，如果电子的数目不超过某一限度，则这些运行的电子所成的一个环必能稳定。

如果电子的数目超过这一限度，则将列成两环，如此类捱以至多环。

这样，电子的增多就造成了结构上呈周期的相似性，而门得列耶夫周期表中物理性质和化学性质的重复再现，或许也可得着解释了。

汤姆逊提出的这个模型，电子分布在球体中很有点像葡萄干点缀在一块蛋糕里，很多人把汤姆逊的原子模型称为“葡萄干蛋糕模型”。

它不仅能解释原子为什么是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，而且还能解释阴极射线现象和金属在紫外线的照射下能发出电子的现象。

而且根据这个模型还能估算出原子的大小约10-8厘米，这是件了不起的事情，正由于汤姆逊模型能解释当时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家所接受。

太阳系模型——有核原子模型英国物理学家欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford，1871～1937）1895年来到英国卡文迪许实验室，跟随汤姆逊学习，成为汤姆逊第一位来自海外的研究生。

卢瑟福好学勤奋，在汤姆逊的指导下，卢瑟福在做他的第一个实验——放射性吸收实验时发现了α射线。

卢瑟福设计的巧妙的实验，他把铀、镭等放射性元素放在一个铅制的容器里，在铅容器上只留一个小孔。

由于铅能挡住放射线，所以只有一小部分射线从小孔中射出来，成一束很窄的放射线。

卢瑟福在放射线束附近放了一块很强的磁铁，结果发现有一种射线不受磁铁的影响，保持直线行进。

第二种射线受磁铁的影响，偏向一边，但偏转得不厉害。

第三种射线偏转得很厉害。

卢瑟福在放射线的前进方向放不同厚度的材料，观察射线被吸收的情况。

第一种射线不受磁场的影响，说明它是不带电的，而且有很强的穿透力，一般的材料如纸、木片之类的东西都挡不住射线的前进，只有比较厚的铅板才可以把它完全挡住，称为γ射线。

第二种射线会受到磁场的影响而偏向一边，从磁场的方向可判断出这种射线是带正电的，这种射线的穿透力很弱，只要用一张纸就可以完全挡住它。

这就是卢瑟福发现的α射线。

第三种射线由偏转方向断定是带负电的，性质同快速运动的电子一样，称为β射线。

卢瑟福对他自己发现的α射线特别感兴趣。

他经过深入细致的研究后指出，α射线是带正电的粒子流，这些粒子是氦原子的离子，即少掉两个电子的氦原子。

“计数管”是来自德国的学生汉斯·盖革（Hans Geiger，1882-1945)）发明的，可用来测量肉眼看不见的带电微粒。

当带电微粒穿过计数管时，计数管就发出一个电讯号，将这个电讯号连到报警器上，仪器就会发出“咔嚓”一响，指示灯也会亮一下。

看不见摸不着的射线就可以用非常简单的仪器记录测量了。

人们把这个仪器称为盖革计数管。

藉助于盖革计数管，卢瑟福所领导的曼彻斯特实验室对α粒子性质的研究得到了迅速的发展。

1910年马斯登（E.Marsden，1889-1970）来到曼彻斯特大学，卢瑟福让他用α粒子去轰击金箔，做练习实验，利用荧光屏记录那些穿过金箔的α粒子。

按照汤姆逊的葡萄干蛋糕模型，质量微小的电子分布在均匀的带正电的物质中，而α粒子是失去两个电子的氮原子，它的质量要比电子大几千倍。

当这样一颗重型炮弹轰击原子时，小小的电子是抵挡不住的。

而金原子中的正物质均匀分布在整个原子体积中，也不可能抵挡住α粒子的轰击。

也就是说，α粒子将很容易地穿过金箔，即使受到一点阻挡的话，也仅仅是α粒子穿过金箔后稍微改变一下前进的方向而已。

这类实验，卢瑟福和盖革已经做过多次，他们的观测结果和汤姆逊的葡萄干蛋糕模型符合得很好。

α粒子受金原子的影响稍微改变了方向，它的散射角度极小。

马斯登（左图）和盖革又重复着这个已经做过多次的实验，奇迹出现了!他们不仅观察到了散射的α粒子，而且观察到了被金箔反射回来的α粒子。

在卢瑟福晚年的一次演讲中曾描述过当时的情景，他说：“我记得两三天后，盖革非常激动地来到我这里，说：‘我们得到了一些反射回来的α粒子......’，这是我一生中最不可思议的事件。

这就像你对着卷烟纸射出一颗15英寸的炮弹，却被反射回来的炮弹击中一样地不可思议。

经过思考之后，我认识到这种反向散射只能是单次碰撞的结果。

经过计算我看到，如果不考虑原子质量绝大部分都集中在一个很小的核中，那是不可能得到这个数量级的。

”卢瑟福所说的“经过思考以后”，不是思考一天、二天，而是思考了整整一、二年的时间。