原子的核式结构模型 教案

二、原子的核式结构模型

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α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 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、(2013·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( )

答案：C

2、在卢瑟福α粒子散射实验中，只有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是( ) A．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里

B．正电荷在原子内是均匀分布的

C．原子中存在着带负电的电子

D．原子的质量在原子核内是均匀分布的