高中物理-原子的核式结构模型教案+练习

高中物理-原子的核式结构模型教案+练习

教学目标

1、知道α粒子散射实验及其现象,了解卢瑟福原子核式结构模型,以及提出此模型的实验依据

2、认识实验对理论发展的总要作用

3、知道物理模型建立的意义及其局限性,培养学生抽象思维能力和想象力

重点难点

重点：α粒子散射实验和原子核式结构理论

难点：渗透和让学生体会物理学研究方法

设计思想

α粒子散射实验是一个很重要的实验,体现了研究微观世界的一种科学的方法,也是锻炼学生分析问题、解决问题的知识点。对卢瑟福如何分析α粒子散射实验,否定汤姆孙原子模型,提出原子核式结构模型的了解,有利于学生学习人类研究微观世界的科学方法,提高分析解决问题的能力。因此本节的设计强调核式结构模型建立的依据而非结论,重点在于暴露模型建立的思路和研究的方法。对物理学史的教育要贯穿在整个教学过程当中。

教学资源多媒体课件

教学设计

【课堂引入】

讲述：汤姆生发现电子,根据原子呈电中性,提出了原子的枣糕模型。

学生活动：师生共同得出汤姆生的原子枣糕模型。

点评：用图片或动画展示原子枣糕模型。。

【课堂学习】

学习活动一：α粒子散射实验

问题一：为什么用α粒子的散射现象可以研究原子的结构？

原子的结构非常紧密,用一般的方法是无法探测它的内部结构的,要认识原子的结构,需要用高速粒子对它进行轰击。而α粒子具有足够的能量,可以接近原子中心。它还可以使荧光屏物质发光。如果α粒子与其他粒子发生相互作用,改变了运动方向,荧光屏就能够显示出它的方向变化。研究高速的α粒子穿过原子的散射情况,是研究原子结构的有效手段。

学生：体会α粒子散射实验中用到科学方法；渗透科学精神（勇于攀登科学高峰,不怕苦、不怕累的精神）的教育。

问题二：α粒子散射是怎么做的

α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。

动画展示 粒子散射实验装置动画展示实验中,通过显微镜观察到的现象。

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α粒子。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。

问题三：α粒子散射的实验结果是什么？

绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进或只发

生很小的偏转,但有些α粒子发生了较大的偏转,大约1/8000的

α粒子偏转角超过90o,个别的甚至接近180o,就像被弹回来了

一样。

学习活动二：原子的核式结构模型

请同学们根据考虑：

问题一：α粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？

碰撞前后,质量大的α粒子速度几乎不变。只可能是电子的速度发生大的改变,因此不可能出现反弹的现象,即使是非对心碰撞,也不会有大角散射。

问题二：按照枣糕模型,α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？

对于α粒子在原子附近时由于原子呈中性,与ɑ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,α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α粒子偏转的力不会很大,所以α粒子大角度散射说明枣糕模型不符合原子结构的实际情况。

问题三：你认为原子中的正电荷应如何分布,才有可能造成ɑ粒子的大角度偏转？为什么？

先通过课件师生分析,然后小组讨论,推理分析得到卢瑟福的原子结构模型。教师起引导和组织作用。

教师小结：实验中发现极少数ɑ粒子发生了大角度偏转,甚至反弹回来,表明这些ɑ粒子在原子中某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用,可见原子中的正电荷、质量应都集中在一个中心上。

①绝大多数α粒子不偏移→原子内部绝大部分是“空”的。

②少数α粒子发生较大偏转→原子内部有“核”存在。

③极少数α粒子被弹回表明：作用力很大；质量很大；电量集中。

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）

（通过汤姆生的原子结构模型到卢瑟福的原子的核式结构模型的建立,既渗透科学探究的因素教学,又进行了模型法的教学,并将卢瑟福的原子的核式结构模型与行星结构相类比,指出大自然的和谐统一的美,渗透哲学教育。通过学生对这三个问题的讨论与交流,顺理成章地否定

了枣糕模型,并开始建立新的模型。希望这一部分由学生自己完成,教师总结,总结时,突出汤姆生原子模型与α粒子散射实验之间的矛盾,可以将α粒子分别穿过枣糕模型和核式结构模型的不同现象用动画模拟,形成强烈的对比,突破难点）

联想在以前的学习中有哪些进行了模型法的教学,在哪些方面的研究中可以应用模型法来研究。

得到卢瑟福的原子的核式结构模型后再展示立体动画α粒子散射模型,使学生有更清晰的直观形象、生动的认识。

【例】如图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时,下述说法中正确的是( )

A．相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多

B．相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些

C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少

D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光

学习活动三：原子的组成与原子核的大小

原子的中间有一个很小的核,它集中了所有的正电荷

和几乎所有的质量,核外的电子绕核做圆周运动。原子的

半径在10-10m左右,原子核的大小在10-15～10-14m左右．原

子核的半径只有原子半径的万分之一,体积只相当于原子

体积的万亿分之一。相当于一个体育馆里的一个小石子。

学习活动四：原子的核式结构模型与经典理论的矛盾

学生先自学,然后讨论归纳：

矛盾1：绕核运转的电子会辐射电磁波,能量逐渐减小,最终电子落入核中,原子将不复存在。

矛盾2：电子绕核运动辐射的电磁波是连续分布的,但在实验室中观察到的现象并非如此。

教师指出：矛盾的出现预示着新的理论的形成,也只有新的理论可以解决矛盾。科学就是这样螺旋式前进的。

随堂练习：

1、(·福建高考)在卢瑟福α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α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是( )