高中物理3 原子的核式结构模型一等奖教学设计及反思

这是一份高中物理3 原子的核式结构模型一等奖教学设计及反思，共8页。教案主要包含了电子的发现，原子核的电荷与尺度，原子的核式结构模型等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
4.3原子的结构核式模型
教学内容分析
教材从“人类认识原子结构”的历程中分三个阶段讲述，更体现了新课标要求下的科学探究的重要性：第一阶段:发现电子，认识到原子内部也有结构。第二阶段:推测原子中电荷的分布，认识到原子的核式结构。第三阶段:经典电磁理论遇到了矛盾，玻尔提出了新的原子理论。
在教学过程中应重点引导学生思考经典电磁理论遇到的矛盾。提高学生的质疑和探究能力。
学情分析
学生通过化学的学习，对于原子结构有一定的认识，但是科学家经历了怎样的过程，原子那么小，要用什么方法去研究，学生还不太了解，因此对于这一部分的学习，应该有一定的好奇心。有些问题可以引导学生思考，有些研究方法，也可以引导学生用之前所学习的物理知识去理解。
教学目标
物理观念：知道阴极射线及本质，了解电子及其比荷，知道原子的核式结构模型及原子核的电荷与尺度。
科学思维：掌握电子的电荷量、原子的核式结构模型，能够通过科学推理解决相关的问题。
科学探究：探究阴极射线的本质，理解α粒子散射实验，揭示实验本质，得出结论，体会科学家的探索方法，提高观察与实验的能力。
科学态度与责任：通过学习体验科学家探索科学的艰辛，坚持实事求是的科学态度，培养积极探索科学的兴趣。
教学重难点
教学重点：了解电子及其比荷，知道原子的核式结构模型及原子核的电荷与尺度。
教学难点：探究阴极射线的本质，理解α粒子散射实验，揭示实验本质，得出结论，体会科学家的探索方法，提高观察与实验的能力。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线的本质是什么呢？
这种射线称为阴极射线（cathde ray）。对这种射线本质的认识有两种观点：一种观点认为，它是一种电磁辐射；另一种观点认为，它是带电微粒。如何用实验判断哪一种观点正确呢？
了解阴极射线，思考阴极射线的本质。
让学生了解前辈的科学家们对科学的探索历程。
新课教学
一、电子的发现
（一）阴极射线的本质
19世纪，对阴极射线本质的认识有两种观点:
一种观点认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射代表人物赫兹 另一种观点认为阴极射线是带电微粒代表人物汤姆孙
提问：如果是你，你将设计怎样的实验，来探究阴极射线的本质是电磁波还是带电粒子流？
让阴极射线沿垂直场的方向通过电场或磁场，观察它是否偏转
如果阴极射线发生了偏转，那么阴极射线就是在电场力或洛伦兹力的作用下偏转的，说明阴极射线的本质是带电粒子流。
如果阴极射线没有发生偏转，表示阴极射线不带电，说明阴极射线的本质是电磁波
阴极射线实验
J.汤姆孙对阴极射线进行了一系列的实验研究。他确认阴极射线是带电的粒子。自1890年起开始研究。
实验装置：真空玻璃管、阴极、阳极和感应圈.
实验现象：感应圈产生的高电压加在两极之间，玻璃管壁上发出荧光。
阴极射线：荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线命名为阴极射线.
阴极射线是带负电的粒子
测定带电粒子的比荷q/m
换用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都相同,是氢离子比荷的近两千倍.证明这种粒子是构成各种物质的共有成分.
电子发现的历程
1.真空玻璃管两极加上高电压→玻璃管壁上
发出荧光→2.物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线.→3.猜想:(1)阴极射线是一种电磁辐射.(2)阴极射线是带电微粒.→4.英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转→测出了粒子的比荷
→发现电子
→发现阴极射线带负电
(四）汤姆孙的伟大发现
阴极射线是带负电的电子流。
1889年4月30日，J.J.汤姆孙正式宣布发现电子;
电子的发现，结束了关于阴极射线本质的争论;
从此，人类意识到，原子并不是组成物质的最小单位，探索原子结构的序幕由此拉开……
由于J.J.汤姆生的杰出贡献，1906年他获得诺贝尔物理学奖。
五有关阴极射线实验总结
物理学家把新发现的这种组成阴极射线的粒子称之为电子
【特别提醒】
(1)注意阴极射线和X射线的区别.阴极射线是电子流，X射线是电磁辐射.
(2)由阴极射线在电场、磁场中的偏转可确定射线由带负电的粒子组成.
想一想：为什么说电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元？
J.J汤姆孙研究发现：
① 许多现象中都发现了同样的带电粒子---电子，
② 它的质量只比最轻原子质量的两千分之一稍多一点。（六）.J.汤姆孙的进一步研究
（1）产生电子的方法
（2）汤姆孙通过进一步的研究证明：电子是原子的组成部分，是比原子更基本的单元。
（七)密立根油滴实验
电子电荷的精确测定是在1909〜1913年间由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。目前公认的电子电荷e的值为：
e＝ 1.602 176 634 × 10 -19 C
密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
从实验测到的比荷及e的数值，可以确定电子的质量。现在人们普遍认为电子的质量为：
me＝ 9.109 383 56 × 10 -31 kg
质子质量与电子质量的比值为:1836
小试牛刀
【例题】(多选)如图所示是J.J.汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是( AC )
A．若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点
B．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转
C．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转
D．若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转

了解密立根油滴实验的原理。
完成例题
掌握测定带电粒子比荷的方法。
通过了解密立根油滴实验的原理。
体验科学家探索科学的艰辛。
二原子的核式结构模型
（一）汤姆孙提出枣糕模型
原子是一个球体，正电荷均匀分布在球体中，电子镶嵌在正电荷之中，就象枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为“枣糕模型（西瓜模型）”。
（二）勒纳德实验
1903年勒纳德实验：使电子束射到金属膜上。
推断：说明原子内部很空，或者说原子不是一个实心球体。
现象：较高速度的电子束很容易穿透原子。
矛盾：与汤姆孙的原子模型（实心）不符。
说明汤姆孙的枣糕模型是有问题的，再后来卢瑟福α粒子散射实验则完全否定了汤姆孙的模型。
（三）α粒子散射实验
⑴α粒子：α粒子是从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的快速运动的粒子，质量为氢原子质量的4 倍、电子质量的7300倍。
⑵实验原理和实验装置
思考与讨论：
1、 α粒子射入金箔时难免与电子碰撞。试估计这种碰撞对α粒子速度影响的大小。
2、按照J. J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。请分析：α粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进。
α粒子的质量大约是电子质量的7300倍，α粒子与电子碰撞时，对α粒子速度影响的很小，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α粒子反弹现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角度散射。
按照J. J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内，由于受库仑斥力的作用，α粒子穿过原子时，受到的各个方向正电荷的斥力基本会相互平衡，因此对α粒子运动的影响不会很大。大部分α粒子会有小角度偏转，但不可能有大角度偏转。
（四）α粒子散射实验现象
①绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。
②少数α粒子（约占8000分之1）发生了大角度偏转。
③极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。
卢瑟福核式结构模型
⑴在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核
⑵原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
⑶带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动
小试牛刀
【例题】如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。下列说法中正确的是( C )
A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多
B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹
【例题】(多选)关于α粒子散射实验的说法正确的是( BD)
A．少数α粒子发生大角度偏转，是因为它碰到了原子中的电子
B．α粒子在靠近原子核时，库仑斥力对它做负功，它的动能转化为电势能
C．α粒子距离原子核最近时，加速度一定等于零，此时系统总能量最大
D．卢瑟福根据α粒子散射实验现象，否定了J.J.汤姆孙的原子模型，提出原子核式结构模型
了解原子核结构模型的发展历程。
完成课堂练习
通过学习卢瑟福的核式结构模型，建立起实事求是的科学态度和严谨的求学精神。
帮助学生巩固基础知识。
三、原子核的电荷与尺度
（一）原子核的电荷、电子数、原子序数
⑴原子是由带电荷＋Ze的核与核外Z个电子组成的。电子数Z等于原子核所带正电荷数。
⑵原子序数Z 等于核电荷与电子电荷大小的比值
Ze是原子核的电荷，单位是库仑；Z是原子序数，也是原子核的电荷数，它表示原子核的电荷是一个电子电荷（绝对值）的多少倍。Z是没有单位的，或者说Z的单位是1。
⑶原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。
（二）原子核的表示方法
原子核的电荷数:电荷数(Z)=质子数=原子序数
原子核的质量数:质量数(A)=核子数=质子数+中子数
原子核的符号
核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数
质量数（A）＝核子数＝质子数＋中子数
原子核的尺度
通常用核半径描述核的大小
原子核的半径是很难测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。α粒子散射可以用来估算核半径。对于一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10-15 m，而整个原子半径的数量级是10-10 m，两者相差十万倍之多。
原子内部是十分“空旷”的
小试牛刀
【例题】(多选)根据卢瑟福的原子核式结构理论，下列对原子结构的认识中，正确的是（ ABC ）
A.原子中绝大部分是空的，原子核很小
B.电子在核外运动，库仑力提供向心力
C.原子的全部正电荷都集中在原子核里
D.原子核的直径大约为10－10 m
【例题】多选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是( BD )
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原子核内
C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内
D．原子半径的数量级是10－10 m，原子核半径的数量级是10－15 m
课堂总结
一、电子的发现
1、电子的比荷
2、电子的电荷量
二、原子的核式结构模型
卢瑟福α粒子散射实验
三、原子核的电荷与尺度
1、由质子和中子组成
学生总结本节课知识点
帮助学生形成知识框架，便于理解记忆。
板书设计
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中基础知识进行检测，二是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
本节教学中始终以实验为基础，通过宏观现象来研究微观结构，为了有助于观察，可以用课件模拟汤姆孙发现电子实验，a粒子散射实验，在教学中突出问题提出的实验基础和研究问题的方法和过程。本节内容属于定性介绍，这些知识可能学生都已经了解过，会有轻视心理，所以教学时精心设计问题。通过学习，使学生了解到人类是怎样在实验与理论的相互推动下不断加深对原子结构的认识的，教学中应该重视唯物辩证主义观点和科学的思想方法的教育。