《原子的核式结构的发现》

《原子的核式结构的发现》教学目标：掌握原子的核式结构，知道原子的核式结构的发现过程教学重点：α粒子散射实验，原子的核式结构教学难点：原子的核式结构的发现过程教学手段：自制计算机多媒体辅助课件，动态模拟实验装置和实验过程教学形式：阅读、提问、观看课件动画、练习巩固等自学方式设计思想：原子物理是研究微观世界现象的，它不像宏观现象那样摸得见看得着，因此实际教学有一定困难。《原子的核式结构的发现》一节又是高中原子物理的开篇。教材从汤姆生实验发现电子到汤氏原子结构模型，卢瑟福发现α粒子散射到卢瑟福原子核式结构学说，阐述人类从实践到认识，再实践再认识的认识规律，由于无法开展实验的研究与分析，一般教学后，学生只记住了几个结论，对这一物理学研究过程印象不深，理解不透。本课采用计算机“模拟”方法，将微观原子的结构模型，微粒的相互作用实验动态展现在学生面前，弥补了一般教学的不足，达到了充分调动学生的求知欲、训练学生抽象思维、逻辑思维能力的目标。本课重点是引导学生沿着人类探索微观世界路径去理解原子核式结构提出的过程和相关的实验基础，并会用核式结构学说去解释α粒子散射现象。教学过程：一、自学提纲：1．物质的组成如何？就你所知，谈谈你的看法。2．电子是谁首先发现的，是如何发现的？电子的发现说明了什么？（附阅读材料：《电子的发现》）3．汤姆生是如何描述原子结构的？解决了哪些问题？展示动画：汤姆生原子结构模型4．α粒子散射实验装置如何？就当时的认识水平，α粒子具有何性质（电性、质量、动能等）？展示动画：采取交互式，显示装置图及对应名称。5．按汤姆生模型，α粒子穿过金箔后应如何偏转？展示动画：α粒子散射实验（三维动画）从不同方位观看。然后从显微镜中观看其俯视图。在解释栏中，点击结论，其结果将会动态显示出来。α粒子散射实验的结果是：绝大多数α粒子穿过金箔后，少数α粒子，极少数：α粒子偏转角超过了，有的甚至几乎达到能否用汤姆生模型解释α粒子散射实验结果，你对这个问题有何看法？6．根据α粒子散射实验结果，卢瑟福提出的原子结构是怎样的？展示动画：观看原子结构动态模型（平面），回答下面问题。7．卢瑟福核式结构是如何解释α粒子散射实验的？8．从α粒子散射实验数据能否估测原子核的大小？大约是多少？（数量级）试与原子大小相比较，进一步理解实验结果。9．从这一探索过程（汤姆生结构卢瑟福结构），你能总结出科学研究的一种常用的思维方法吗？联系以前所学过的内容，谈谈你的看法。附：阅读材料1、电子的发现原子不是不可再分的，而是由更小的微粒组成的，这一认识是从发现电子开始的。十九世纪后期，科学家们在研究稀薄气体的放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线，这种射线能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，叫做阴极射线。英国科学家汤姆生（1856—1940）对阴极射线进行了一系列的实验研究，1897年，他确认阴极射线是带负电的粒子。汤姆生研究了阴极射线在电场和磁场中的偏转，根据测得的数据计算出了这种带电粒子的荷质比e/m。这种测定荷质比的原理，我们在前面已经讲过。汤姆生发现，不同物质做成的阴极发出的射线都有相同的e/m值。这表明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。汤姆生测得的阴极射线粒子的荷质比，大约是当时已知的氢离子的荷质比的二千倍。汤姆生认为，这可能是由于阴极射线粒子的电荷e很大，或者是它的质量m很小。后来汤姆生测量了氢离子和阴极射线粒子的电荷，虽然测量不很准确，但是足以证明阴极射线粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本上是相同的。由此得出结论，阴极射线粒子的质量比氢离子的质量小得多。后来人们逐渐把这种粒子叫做电子。汤姆生对证实电子的存在有很大的功劳，因而公认他是电子的发现者，以后，美国科学家密立根又精确地测定了电子的电量，这样由电子的荷质比和电量就可以算出电子的质量。2、卢瑟福卢瑟福出生于新西兰。卢瑟福在英国剑桥大家卡文迪许实验室学习了三年，当时领导实验室的是卓越的物理学家汤姆生。1896年，贝克勒耳发现了铀盐能发射出穿透力很强的辐射。不久卢瑟福就证明了这种“铀射线”与Ｘ射线不同，他把能够使大量原子电离但易被吸收的粒子叫α粒子后来证实（α粒子就氦核），α粒子带正电，具有较大的功能，它的质量是电子质量的七千多倍。卢瑟福是天才的实验物理学家，他利用当时的实验条件，对原子的结构进行了实验研究。1909年，卢瑟福交给一位新来的学生、青年物理学家马斯登一项简单的任务，要他数一数穿过各种物质薄片（金、铜、铝等）的α粒子，这些薄片是放在放射源和荧光屏之间的，卢瑟福想看一看马斯登能不能看到什么奇异现象，当时大家都接受汤姆生的原子模型，按照这种模型，α粒子应该很容易地穿过原子球，不应该发生散射现象，但是马斯登注意到，虽然绝大多数的α粒子穿过了薄片，但是仍然可以看到散射现象——有一些粒子好像是跳回来了，实验重复了很多次，卢瑟福经过深入的研究和思考以后，得出了下面的结论：原子是一个很复杂的系统，它有一个带正电的核（原子核），在核周围的一定轨道上转动着带负电的电子。1918年，卢瑟福接替退休的汤姆生的职位，担任著名的卡文迪许实验室主任，他在那里一直工作到逝世。二、效果检测：1．有关α粒子散射实验，下列说法中正确的是（）A．绝大多数α粒子穿过金箔后不改变方向；B．α粒子碰到电子后运动方向几乎不发生改变；C．α粒子散射实验，肯定了汤姆生的原子结构模型；D．α粒子散射实验，是卢瑟福原子核式结构模型的实验依据。2．图中的圆点代表α粒子散射实验中的原子核，带箭头的曲线代表α粒子的径迹，其中不可能发生的是：（）(A)(B)(C)(D)3．下列对原子的结构的认识中正确的是（）A．原子中绝大部分是空的，原子核很小；B．电子在核外旋转，库仑力提供向心力；C．原子的全部正电荷和全部质量都集中在原子核里；D．原子核的直径大约为10-10m4．假设把原子核放大到一个乒乓球大小（半径约为2cm），那么相应的原子的半径大约在什么范围内？