原子结构的发现教学设计

上海市三林中学物理组原子结构的发现教学目标：一、认知目标：１、使学生认识到原子是可分的；２、知道电子的发现过程；３、知道汤姆逊模型；４、了解α粒子散射实验和原子核式结构；５、了解原子及原子核直径的数量级。二、能力目标：培养学生由现象的分析而归纳出结论的逻辑推理能力。三、情感目标：通过对原子结构的认识过程的学习，使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，从而进行辩证唯物主义教育。教学重点：１、电子的发现；２、α粒子散射实验现象；３、原子的核式结构。教学难点：实验现象的分析和归纳。教学方法：多媒体教学，启发式。教具：高压感应圈、阴极射线管、条形磁铁、投影仪、电脑。教学流程：创设情景演示实验电子点拔汤姆逊引入新课录像剪辑的发现设问原子模型活动实验讲解讨论原子、原子讨论核的大小卢瑟福原子结构教学过程：一、创设情景，引入新课。简要叙述人类探索原子结构的历史来展示情景。［设问１］：物质是由什么组成的？（分子或原子组成）［设问２］：原子的英文是什么？（atom）［设问３］：你们是否知道它的原义？（出自希腊文atomos，意思是不可分割的东西。）约在公元前400年，古希腊哲学家德谟克明确指出，物质是由最小的不可再分的粒子构成。在中国，早在春秋战国时期（公元前467－前221年）就出现了类似观点。墨子提出了“端，体之无厚，而最前者也。”长期以来人们一直认为原子不可分、不可变，直到19世纪后期，这种看法才被动摇。今天我们就一起来研究原子是否可分，原子由哪些部分组成，原子的结构是怎样被揭开的。［板书］原子结构的发现［讲解］十九世纪中叶以后，由于真空技术的进步，对稀薄气体的放电现象的研究有了迅速的发展。1854年制上海市三林中学物理组成了第一支气体放电管，1858年发现，当管内气体的压强降低到1.3pa以下时，在阴极对面的玻璃管壁上就出现了黄绿色的辉光。显然，这种个辉光是由阴极发出的某种射线引起的，人们把这种射线叫做阴极射线。［演示］阴极射线管中的阴极发射出绿色的射线，且在磁场中发生偏转。［提问］阴极射线在磁场中的偏转说明了什么？（阴极射线是带负电荷的粒子流）［讲解］1897年，汤姆逊测定了用不同物质做成的阴极发出的阴极射线粒子的荷质比e/m不变，这一事实说明了什么？［结论］阴极射线粒子是各种宏观物质的共有成分。［讲解］1898年，汤姆逊又和他的学生们继续研究，发现阴极射线粒子的质量约是氢离子的千分之一，阴极射线粒子的电荷和氢离子基本相同。［结论］将阴极射线粒子命名为：电子（electron）［板书］１、电子的发现电子的电量e=1.60219×10-19C电子的质量me=９.10953×10-31kg［设问］既然电子是构成所有物质的共有成分，且质量约是氢离子的千分之一，原子是不可分的说法正确吗？（不正确）［板书］电子是原子的组成成分，电子带负电。［介绍］由于电子的发现，汤姆逊被后人誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。并获得了诺贝尔奖。二、汤姆逊模型的学习［提问］原子是否带电？（呈中性）而电子带负电，这说明了什么？（原子中除了电子外，还应有带正电的电荷，且电量相等）［设问］原子中带正电部分和带负电的电子应是怎样分布的呢？（学生讨论）［讲解］20世纪初，科学家们提出了许多种原子模型。其中最有影响的是汤姆逊提出的“葡萄干”模型。［板书］２、汤姆逊“葡萄干”模型［投影１］汤姆逊原子模型［讲解］他假定：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，而电子则象葡萄干镶嵌在蛋糕里那样镶嵌球中。该模型可解释当时发现的一些现象，然而理论的正确性一定要通过实践加以检验。1909年起，英国物理学家卢瑟福（ErnestRutherford）为了证实汤姆逊模型的正确性，设计了著名的α粒子散射实验。［板书］３、α粒子散射实验［投影２］α粒子散射实验装置示意图［讲解］实验装置、原理和过程放射性元素钋（Po）发出的α射线从铅盒的小孔射出，形成一束很细的射线到金箔上，α粒子穿过金箔后，射到荧光屏上产生一个个闪光点，可用显微镜观察，为了避免空气的影响，整个装置放在真空容器中。［板书］α粒子带正电mα=7300me［模拟实验］α粒子轰击金箔实验［投影３］α粒子散射实验现象［提问］α粒子进入原子中时，电子是否使α粒子产生大角度的偏转或反弹？为什么？（不会，因为电子质量远小于α粒子质量，所以电子对α粒子的影响极小，更不可能出现反弹）［提问］汤姆逊的原子模型，其均匀分布的正电荷能否使α粒子发生大角度偏转？（不可能，因为正电荷均匀分布，当α粒子穿过原子时，它受到的斥力应该大部分抵消掉。）［设问］根据汤姆逊模型，应出现什么样的实验结果呢？上海市三林中学物理组［摸拟预测］预期实验结果［投影４］根据汤姆逊原子模型预言的α粒子偏转。［板书］α粒子散射实验否定了汤姆逊原子模型。［设问］原子结构究竟是什么样的呢？［提问］在两个物体发生碰撞时，一般在什么情况下会出现大角度反弹现象？（运动的小质量物体碰撞大质量的静止物体）［提问］绝大多数α粒子不偏转，极少数α粒子的大角度偏转甚至反弹，说明原子的质量以及全部正电荷是均匀分布还是集中在一个很小的区域？（集中在一个很小的区域）［小结］整个原子内部是非常空虚的，质量和正电荷的集中区域相对整个原子是极小的，在原子中是一个核，叫原子核。［提问］电子在原子中又是怎样的呢？是静止还是运动？（电子受到原子核的吸引力，不可能静止）［提问］电子会做什么样的运动呢？（绕原子核作圆周运动）三、卢瑟福原子模型的学习［板书］４、卢瑟福原子的核式结构［投影５］原子核式内容在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核（nucleus）原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核的周围绕核旋转。［板书］电子（带负电，质量很小，绕原子核旋转）原子原子核（带全部正电荷和几乎质量）［类比］太阳系结构图电子行星原子核太阳四、巩固反馈本节课内容［提问］根据原子核式结构模型，分析α粒子穿过原子时运动情况：⑴电子对α粒子运动的影响：（很小）⑵原子核对α粒子运动的影响：离核较远时：（几乎不偏转）离核较近时：（较大偏转）碰撞原子核：（大角度偏转，甚至反弹）［讲解］从α粒子散射实验的数据可以估计出：［板书］原子核的半径：10-15－10-14m原子的半径：10-10m［提问］估计原子核直径为原子直径的多少分之一？体积相差多少？（万分之一，一万亿倍）［提问］东方明珠电视塔大球的直径约为50米，小球的直径约为10米，若将大球比作原子，则原子核的大小就象（Ｄ）Ａ、电视塔的小球Ｂ、篮球Ｃ、乒乓球Ｄ、黄豆五、情意发展［提问］由α粒子散射实验得出的原子核式结构模型是否完全揭示了原子的真实情况？电子的运动描述是否得到了验证？原子核内部结构又怎样呢？若要进一步了解微观世界的物质结构，请同学们回去预习课本后面的内容。六、布置作业附：板书设计：上海市三林中学物理组§19.1原子结构的发现１、电子的发现电子的电量e=1.60219×10-19C电子的质量me=９.10953×10-31kg电子是原子的组成成分，电子带负电。电子是原子的组成成分，电子带负电。２、汤姆逊“葡萄干”模型３、α粒子散射实验α粒子带正电mα=7300meα粒子散射实验否定了汤姆逊原子模型。４、卢瑟福原子的核式结构电子（带负电，质量很小，绕原子核旋转）原子原子核（带全部正电荷和几乎质量）原子核的半径：10-15－10-14m原子的半径：10-10m