第九章 原子和原子核 一、原子核式結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)、 了解電子的發(fā)現(xiàn)和湯姆生的原子模型。、 掌握粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和由此而提出的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說。、 進(jìn)一步理解物理學(xué)常用的研究方法，提高閱讀和表達(dá)能力，增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力。重點(diǎn)和難點(diǎn)：1、重點(diǎn)：通過學(xué)習(xí)核式結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程，培養(yǎng)科學(xué)的思維方法及自主學(xué)習(xí)的能力2、難點(diǎn)：粒子散射實(shí)驗(yàn)和由此而提出的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說教 具陰極射線管、感應(yīng)圈、磁鐵和電源、電腦、多媒體投影儀等教學(xué)過程1. 在19世紀(jì)前，人們一直認(rèn)為原子是不可再分的，那么科學(xué)家們是用什么方法去揭開它們神秘面紗的呢？是實(shí)驗(yàn)2、是誰(shuí)第一個(gè)打開原子的大門呢？3、請(qǐng)大家想一下，用你現(xiàn)在所學(xué)過的知識(shí)，如何判定它還負(fù)電還是正電？（學(xué)生討論后，請(qǐng)一學(xué)生上臺(tái)演示，突出學(xué)生的主體性） 利用陰極射線在電場(chǎng)中和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生判斷陰極射線粒子帶哪種電。（可證明陰極射線是帶負(fù)電的粒子流）。師：如果你就是當(dāng)時(shí)的湯姆生，判斷了這種粒子流的電性后，你將進(jìn)一步作怎樣的研究？生：這種粒子的電量、質(zhì)量如何？ 不同物質(zhì)組成的陰極射線是否都具有相同的粒子？ （學(xué)生討論并互相補(bǔ)充）師：當(dāng)年偉大的湯姆生恰好也是這樣想的，他通過精確的實(shí)驗(yàn)測(cè)定了這種陰極射線粒子的荷質(zhì)比，及它的電量和質(zhì)量，并發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)做成的陰極射線都有相同的值。表明這種帶電粒子是一切不同元素的原子的共同組成部分。稱它為電子。師：電子的發(fā)現(xiàn)，證明了什么？生：原子是可分的。師：到此，假如你是當(dāng)時(shí)的一位科學(xué)家，針對(duì)電子的發(fā)現(xiàn)你會(huì)進(jìn)一步提出什么問題呢？作什么樣的猜測(cè)？（學(xué)生情緒高漲，討論熱烈，能提出許多問題和各種猜想）（既然電子是原子的組成部分,而原子又是中性的,那么,原子里還存在帶何種電的物質(zhì)?既然電子質(zhì)量很小,那么原子的質(zhì)量絕大部分集中在哪里? 原子內(nèi)有帶負(fù)電的電子，但原子是中性的，所以原子內(nèi)必定還有帶正電的部分，并且正電荷的總電量和電子的總電量必定相等。那么它們是怎樣組成原子的呢？）、 湯姆生原子模型。師：20世紀(jì)初科學(xué)家們確實(shí)提出了很多種原子模型。其中最有影響的是1903年湯姆生提出了原子模型,它的內(nèi)容是什么呢? （點(diǎn)擊電腦，展示湯姆生模型） 湯姆生的模型提出后,當(dāng)時(shí)得到了一些人的承認(rèn),其中最崇拜他這種模型的是他最得意的學(xué)生盧瑟福，（點(diǎn)擊電腦，展示盧瑟福簡(jiǎn)介）想用實(shí)驗(yàn)的方法來加以論證,經(jīng)過幾年的努力,盧瑟福終于找到了這種實(shí)驗(yàn)方法,并獲得了極大的成功, 這就是著名的粒子散射實(shí)驗(yàn)。（二）a粒子的散射實(shí)驗(yàn)。 1、 實(shí)驗(yàn)裝置的名稱和作用。（點(diǎn)擊電腦，展示模擬演示裝置） 放射源 釙放在帶小孔的鉛盒中，能放射a粒子。氦原子核 金箔 厚度極小，可至1微米（補(bǔ)充：金原子的質(zhì)量大且金容易被加工成很薄的箔。金箔雖然很薄，但仍有幾千層原子）。 顯微鏡 能夠圍繞金箔在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。 熒光屏 玻璃片上涂熒光物質(zhì)硫化鋅制成，裝在顯微鏡上。 2、實(shí)驗(yàn)步驟。 釙放出的粒子從鉛盒小孔射出，形成很細(xì)的一束射線，射到熒光屏上產(chǎn)生閃光。通過顯微鏡觀察。 放上金箔F，觀察a粒子穿過金箔打到熒光屏上所發(fā)閃光。轉(zhuǎn)動(dòng)顯微鏡和熒光屏，在不同偏轉(zhuǎn)角q處觀察，可看到 a粒子的散射現(xiàn)象。師：若湯姆生模型是正確的，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果將如何呢？（讓學(xué)生看書后，用自己的語(yǔ)言總結(jié)回答，培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力和概括能力）（點(diǎn)擊電腦，演示湯姆生模型解釋）師：那么實(shí)際的情況是怎樣的呢？（點(diǎn)擊電腦，以3維動(dòng)畫展示a粒子的散射實(shí)驗(yàn)）、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（1） 絕大多數(shù)的a粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)（2） 少數(shù)a粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)。（3） 極少數(shù)a粒子的偏轉(zhuǎn)角q超過90（4） 有的甚至幾乎達(dá)到180，象是被金箔反彈了回來。 盧瑟福對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果非常驚訝,他說:”它是這樣的叫人難以相信,正好象你用15英寸的炮彈射擊一張紙片,而炮彈居然反彈回來把你打中一樣.” （點(diǎn)擊電腦，展示a粒子的散射實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果）師：這種現(xiàn)象能否用湯姆生的原子模型解釋,假如你仍然是當(dāng)時(shí)的一位科學(xué)家，面對(duì)a粒子的散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，你又會(huì)進(jìn)一步提出什么問題呢？作什么樣的猜測(cè)？（學(xué)生情緒再次高漲，討論熱烈，學(xué)生的主體性再次體現(xiàn)）（湯姆生原子模型無(wú)法解釋 a粒子散射現(xiàn)象；極少數(shù)a粒子的偏轉(zhuǎn)角超過90，甚至反方向折回，可能受到什么力的作用？能否由此判斷施力物體的質(zhì)量比a粒子的質(zhì)量大還是小？施力物體帶哪種電荷？電量如何？猜測(cè)：可能受到強(qiáng)大的庫(kù)侖斥力作用。從動(dòng)量守恒定律和碰撞知識(shí)可知，跟a粒子發(fā)生相互作用的物體的質(zhì)量一定比a粒子大得多，應(yīng)該帶正電，且電量較多。） （三） 原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說 1、內(nèi)容師：盧瑟福經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和仔細(xì)的分析，在1911年提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說。盧瑟福這種不迷信權(quán)威，追求真理的精神值得我們每一位學(xué)習(xí)。那么，原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容是什么呢？ （點(diǎn)擊電腦，展示原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容）（讓學(xué)生齊聲朗讀“原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說”一段：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。） （點(diǎn)擊電腦，展示思考題，及時(shí)鞏固新的知識(shí)）2、解釋 請(qǐng)用原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說解釋：a粒子散射實(shí)驗(yàn)中為什么絕大多數(shù)a粒子仍沿原來的方向前進(jìn)，只有極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)？答：在a粒子散射的實(shí)驗(yàn)中，只有在a粒子十分接近原子核時(shí)，才受到很大的斥力而發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。因?yàn)樵雍撕苄。觾?nèi)很空廣，a粒子接近原子核的機(jī)會(huì)非常少，所以有上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。師：任何一個(gè)正確的理論，應(yīng)經(jīng)得無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證和理論的論證，盧瑟福根據(jù)原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，應(yīng)用庫(kù)侖定律和牛頓定律，推導(dǎo)出了沿一定偏轉(zhuǎn)角散射的a粒子與偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系式。盧瑟福等做了一系列的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果和理論計(jì)算完全相符，這說明了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的正確，也說明了原子里電荷間的作用遵守庫(kù)侖定律。 原子核的電荷和原子核大小的估計(jì)。 用不同的金屬箔進(jìn)行粒子的散射實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)沿同一偏轉(zhuǎn)角散射的粒子的數(shù)目不同，說明不同金屬的原子核所帶電荷不同。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和散射公式可以計(jì)算各種元素原子核的電荷。得出結(jié)論：各種元素的原子核的電荷數(shù)等于它的原子序數(shù)。 從a粒子散射的實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，可以估計(jì)原子核的半徑約為10-14米，不同元素原子核的半徑略有不同。3、原子核大小的估計(jì)原子半徑約是10-10米，原子核半徑只相當(dāng)于原子半徑的萬(wàn)分之一。如果把原子比作100米半徑的大球，原子核就相當(dāng)于半徑1厘米的小石子。三、課堂小結(jié)（點(diǎn)擊電腦，展示小結(jié)內(nèi)容，針對(duì)小結(jié)內(nèi)容，再次提出新的問題，請(qǐng)學(xué)生討論）師：盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說保留了湯姆生原子模型的哪些有用成份，有哪些不同的地方？（主要區(qū)別：空心與實(shí)心，有核與無(wú)核，電子轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)）結(jié)束語(yǔ)：盧瑟福在原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說中認(rèn)為：帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)，但這仍只是一種猜想，缺少實(shí)驗(yàn)的依據(jù)，對(duì)此，他的學(xué)生玻爾對(duì)此又作了深入的研究，研究的結(jié)果如何呢？請(qǐng)同學(xué)們預(yù)習(xí)下一節(jié)且聽分解。四、布置作業(yè) 教學(xué)分析、本節(jié)課的重點(diǎn)是粒子的a粒子散射實(shí)驗(yàn)和原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說。、湯姆生發(fā)現(xiàn)電子是物理學(xué)史上的重要事件。由于電子的發(fā)現(xiàn)，證明了原子也是有結(jié)構(gòu)的人們才開始探索原子結(jié)構(gòu)的理論，設(shè)想建立各種原子結(jié)構(gòu)模型。課本中沒有說明電子是怎樣發(fā)現(xiàn)的。我在課堂中增加陰極射線的演示實(shí)驗(yàn)，觀察陰極射線在電場(chǎng)中和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，并讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，以鞏固學(xué)生舊有知識(shí)，提高學(xué)生的興趣，培養(yǎng)科學(xué)的思維能力。、盧瑟福通過a粒子散射這個(gè)宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了原子這個(gè)微觀粒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此在教學(xué)中應(yīng)講清實(shí)驗(yàn)結(jié)果，注意說理分析，使學(xué)生了解盧瑟福是怎樣發(fā)現(xiàn)原子的核式結(jié)構(gòu)，揭示科學(xué)家們的一些思維過程會(huì)對(duì)學(xué)生智力活動(dòng)起較大的作用，提高學(xué)生的邏輯思維能力。、湯姆生原子模型不能解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)中觀察到的大角度散射。因與實(shí)驗(yàn)事實(shí)有矛盾，湯姆生原子模型就被否定了。教材中介紹這一原子模型的目的是使學(xué)生了解在科研工作中，常是根據(jù)已知的科學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)事實(shí)對(duì)未笞知的事物或規(guī)律作出設(shè)想或假定。這個(gè)假定是否正確，還要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理論上的論證，經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，有的成功，有的失敗。湯姆生原子模型就是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)被否定了的。教學(xué)中應(yīng)注意說明這種科研的方法。、學(xué)生過去雖已有了一些原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)，但是這些知識(shí)的來龍去脈卻不知道。因此，通過本節(jié)的教學(xué)要使學(xué)生知道人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是怎樣不斷深入的。教學(xué)中結(jié)合介紹物理學(xué)史和問題的提出，激起學(xué)生對(duì)新課學(xué)習(xí)的興趣和愿望，引導(dǎo)學(xué)生的思維發(fā)展，緊緊圍繞著“如何發(fā)現(xiàn)”來進(jìn)行教學(xué)，多次熱烈的課堂討論，使整堂課高潮迭起，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。、 根據(jù)學(xué)生情況，可由教師啟發(fā)講述，也可由學(xué)生閱讀自學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生做出總結(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力和表達(dá)能力。