高二物理 选择性必修三 原子的核式结构模型

1、原子的核式结构模型教学设计【课标要求】了解人类探索原子及其结构的历史。知道原子的核式结构模型【学习目标】（1）知道发现电子的意义，体会电子发现过程中蕴含的科学方法。（2）了解粒子散射实验原理和实验现象。（3）了解卢瑟福的原子核式结构模型。知道原子和原子核大小的数量级。（4）认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程【教材分析】本节内容由电子的发现、原子的核式结构模型、原子核的电荷与尺度三部分组成，重点是电子的发现对人类认识原子结构的重要意义，以及卢瑟福在粒子散射实验基础上提出的原子核式结构模型。本节内容开启了对原子结构发现历史与其科学研究方法的探索。教材通过介绍人类认识原子结构的过程，启发学

2、生认识科学探究的意义。【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。【教学过程】（1）问题引入问题栏目以阴极射线管的演示实验，创设问题情境。这种射线能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线称为阴极射线。通过这一现象引发学生的思考和讨论，阴极射线的本质是什么？关于阴极射线的本质认识有两种观点，一种观点认为它是一种电磁辐射不带电，另一种观点认为它是带电微粒。如果你是科学家，要如何验证

3、你的想法呢（2）电子的发现介绍汤姆孙，给出汤姆孙对射线本质的认识。问：如果你也认为阴极射线是一种带点粒子流，要如何验证呢？请大家设计一下实验。答：学生会利用电磁场的相关知识，设计实验引出汤姆孙的气体放电管，并且加以介绍介绍汤姆孙实验结果：1897 年，J. J. 汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。比荷是氢离子（也就是质子）比荷的近两千倍。J. J. 汤姆孙认为，这可能表示阴极射线粒子电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。后来，他直接测到了阴极射线粒子的电荷量， 尽管测量不很准确，但足以证明这种粒子电荷量的大小与氢离子

4、大致相同，这就表明他当初的猜测是正确的。汤姆孙进一步发现，用不同材料的阴极做实验， 所得比荷的数值都是相同的。这说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。组成阴极射线的粒子被称为电子。这就是电子发现的过程，在这个过程中体现了实验的重要性，而且，换用不同的阴极，都能产生阴极射线，及不同物质都能发射带电粒子，而且，不同物质发射的带电粒子比荷的数值都相同，说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。补充电子电荷量的测量（密立根油滴实验）密立根油滴实验电子电荷的精确测定是在19091913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e1.

5、60217663410-19C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 m9.109383 5610 -31 kg。带电粒子的电荷量与其质量之比，即比荷，是一个重要的物理量。发现电子以后，J. J. 汤姆孙又进一步研究了许多新现象，如光电效应、热离子发射效应和射线等。他发现，不论阴极射线、光电流、热离子流还是射线，它们都包含电子。J. J. 汤姆孙对证实电子的存在有很大贡献，因此公认他是电子的发现者。他因气体导电的研究获得1906 年的诺贝尔物理学奖经历的电子发现的过程，可以

6、让学生谈一下电子发现的意义。电子发现的意义：电子的发现，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也是有结构的。同时电子带负点，原子带正电，为“原子的核式结构模型”买下伏笔。原子带正电，电子带负电，那么原子内部的正电和负电是如何分布的，汤姆孙自己提出了一个模型。（3）原子的核式结构模型汤姆孙原子模型是什么样的？原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。德国物理学家勒纳德 1903 年做了一个实验，使电子束射到金属膜上，发现较高速度的电子很容易穿透原子。这说明原子不是一个实心球体，这个模型可能不正确。之后的粒子散射实验则完全否定了这个模型。引导学生辩证看待问题：虽然汤姆孙模

7、型被否定，但是他的大胆假设，同时这个模型可以解释原子的电中性。那么什么是粒子散射实验介绍卢瑟福，介绍他高超的物理实验技能介绍粒子散射实验装置。介绍实验装置的工作原理，记录粒子数目，是一件很辛苦的事情，科学家在这个过程中所展现出来的科学态度和研究精神，都值得我们学习。利用视频展现粒子散射实验装置工作过程，帮助学生去直观理解。实验结果：实验发现，绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数 粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于900 ，也就是说它们几乎被“撞了回来”。 汤姆孙模型无法解释大角度偏转。问：、电子能否使粒子大角度偏转？、1微米厚的金箔内含3000层原

8、子层，绝大多数粒子穿过金箔仍沿原方向前进说明什么？、少数粒子的大角度偏转甚至反弹是怎么造成的？这些问题，可以引导学生用已经学习过的电场、动量等相关知识去解释，并且提出自己的想法。可以让学生有学习的获得感。卢瑟福原子结构模型（原子的核式结构模型）原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。 利用原子核式结构模型解释大角度偏转。当粒子接近原子时，电子对它的影响仍如前述可以忽略，但是，正电体对它的作用就不同了。因为正电体很小，当a粒子进入原子区域后，大部分离正电体很远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不改变。只有极少数粒子在穿过时距离正电体很近，因此受到很强的库仑斥力，发

9、生大角度散射。这个情况如图所示。卢瑟福还用这个模型进行了计算，结果与实验符合的很好。在物理学中，实验和理论总是相辅相成的。原子核的尺度很小，那原子核到底有多大呢？（4）原子核的电荷与尺度原子核的电荷：由不同元素对粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的电荷Q。又由于原子是电中性的，可以推算出原子内含有的电子数。科学家们注意到，各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数，非常接近它们的原子序数，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数来排列的。现在，我们知道，原子确实是由带电荷Ze 的核与核外Z 个电子组成。原子序数 Z 等于核电荷与电子电荷大小的比值。后来又发现原子核是由质子和中子组成

10、的，原子核的电荷数就是核中的质子数。原子核的尺度：通常用核半径表征核的大小。原子核的半径是无法直接测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。a 粒子散射是估计核半径的最简单的方法。对于一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10-15m，而整个原子半径的数量级是10-10m，两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。可以通过下图的类比，感知原子内部的空旷。（5）课堂小结【习题练习】1、(多选)如图所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是()A放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些C放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多D放在C、D位置时，屏上观察不到闪光答案：AC2、在卢瑟福粒子散射实验中，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粒子经历金箔散射过程的径迹，其中符合实验事实的是()答案：C【作业】一种测定电子比荷的实验装置如图所示。真空玻璃管内，阴极K发出的电子经阳极A与阴极K之间的高电压加速后，形成细细的一束电子流，沿图示方向进入两极板C、D 间的区域。若两极板C、D 间无电压，电子将打在荧光屏上的O 点；若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将