高中物理選修3-5：《原子的核式結(jié)構(gòu)模型》上課

1、.教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) v1、知識(shí)與技能、知識(shí)與技能v（1）了解原子結(jié)構(gòu)模型建立的歷史過程及各種模型建立的依據(jù)；v（2）知道粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，及原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。v2、過程與方法、過程與方法v（1）通過對粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論與交流，培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)象的分析中歸納中得出結(jié)論的邏輯推理能力；v（2）通過核式結(jié)構(gòu)模型的建立，體會(huì)建立模型研究物理問題的方法，理解物理模型的演化及其在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用；v（3）了解研究微觀現(xiàn)象。v3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀、情感、態(tài)度與價(jià)值觀v（1）通過對原子模型演變的歷史的學(xué)習(xí)，感受科學(xué)家們細(xì)致、敏銳的科學(xué)態(tài)度和不畏權(quán)威、尊重事實(shí)、尊重科學(xué)的科學(xué)精

2、神； v（2）通過對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)的不斷深入，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到人類對微觀世界的認(rèn)識(shí)是不斷擴(kuò)大和加深的，領(lǐng)悟和感受科學(xué)研究方法的正確使用對科學(xué)發(fā)展的重要意義。.v教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：v（1）引導(dǎo)學(xué)生自主思考討論在于對粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析從而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式結(jié)構(gòu)；v（2）在教學(xué)中滲透和讓學(xué)生體會(huì)物理學(xué)研究方法，滲透三個(gè)物理學(xué)方法：模型方法，黑箱方法和微觀粒子的碰撞方法。v教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：v引導(dǎo)學(xué)生小組自主思考討論在于對粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析從而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式結(jié)構(gòu)v教學(xué)方法：教學(xué)方法：v教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。v教學(xué)用具：教學(xué)用具：v投影片，多媒體輔助

3、教學(xué)設(shè)備。.原子復(fù)雜結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程原子復(fù)雜結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程18971897年發(fā)現(xiàn)陰極射線是電子流年發(fā)現(xiàn)陰極射線是電子流都從物體中擊出電子來都從物體中擊出電子來原子原子 ( (中性中性) )電子電子( (一一) )正電荷正電荷? ?設(shè)想設(shè)想? ?1 1、公元前五世紀(jì)、公元前五世紀(jì)希臘哲學(xué)家提出物質(zhì)是由不可分割的微粒（叫原子）組成。希臘哲學(xué)家提出物質(zhì)是由不可分割的微粒（叫原子）組成。2 2、100100多年前多年前化學(xué)反應(yīng)中原子的種類和數(shù)目不變，化學(xué)上倍比定律的發(fā)化學(xué)反應(yīng)中原子的種類和數(shù)目不變，化學(xué)上倍比定律的發(fā)現(xiàn)等證實(shí)了物質(zhì)的原子性結(jié)構(gòu)，認(rèn)為原子是不可再分的、物現(xiàn)等證實(shí)了物質(zhì)的原子性結(jié)構(gòu)，認(rèn)為原子

4、是不可再分的、物質(zhì)是由原子組成的。質(zhì)是由原子組成的。3 3、1919世紀(jì)末世紀(jì)末2020世紀(jì)初世紀(jì)初X X射線使氣體電離射線使氣體電離光電效應(yīng)光電效應(yīng)湯姆生原子模型湯姆生原子模型. 19世紀(jì)是電磁學(xué)大發(fā)展的時(shí)期世紀(jì)是電磁學(xué)大發(fā)展的時(shí)期, 到七、八十年到七、八十年代電氣工業(yè)開始有了發(fā)展代電氣工業(yè)開始有了發(fā)展, 發(fā)電機(jī)、變壓器和發(fā)電機(jī)、變壓器和高壓輸電線路逐步在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，然而，高壓輸電線路逐步在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，然而，漏電和放電損耗非常嚴(yán)重，成了亟待解決的問漏電和放電損耗非常嚴(yán)重，成了亟待解決的問題。同時(shí)，電氣照明也吸引了許多科學(xué)家的注題。同時(shí)，電氣照明也吸引了許多科學(xué)家的注意。這些問題都涉及

5、低壓氣體放電現(xiàn)象，于是意。這些問題都涉及低壓氣體放電現(xiàn)象，于是，人們競相研究與低壓氣體發(fā)電現(xiàn)象有關(guān)的問，人們競相研究與低壓氣體發(fā)電現(xiàn)象有關(guān)的問題。題。陰極射線陰極射線是低壓氣體放電過程中出現(xiàn)的一是低壓氣體放電過程中出現(xiàn)的一種奇特現(xiàn)象，對其本性的研究導(dǎo)致了種奇特現(xiàn)象，對其本性的研究導(dǎo)致了英國學(xué)派英國學(xué)派的微粒說的微粒說和和德國學(xué)派的以太論德國學(xué)派的以太論。 電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn).陰極射線是德國物理學(xué)家陰極射線是德國物理學(xué)家J.普呂克爾在普呂克爾在1858年利用年利用低壓氣體放電管研究氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)的低壓氣體放電管研究氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)的 .從低壓氣從低壓氣體放電管陰極發(fā)出的電子在電場加速下形成的電子

6、體放電管陰極發(fā)出的電子在電場加速下形成的電子流。陰極可以是冷的也可以是熱的，電子通過外加流。陰極可以是冷的也可以是熱的，電子通過外加電場的場致發(fā)射、殘存氣體中正離子的轟擊或熱電電場的場致發(fā)射、殘存氣體中正離子的轟擊或熱電子發(fā)射過程從陰極射出。子發(fā)射過程從陰極射出。 陰極射線陰極射線.1897年年J.J.湯姆孫湯姆孫根據(jù)放根據(jù)放電管中的陰極射線在電管中的陰極射線在電磁電磁場場和和磁場磁場作用下的軌跡確作用下的軌跡確定陰極射線中的定陰極射線中的粒子粒子帶帶負(fù)負(fù)電電，并測出其，并測出其荷質(zhì)比荷質(zhì)比，這，這在一定意義上是歷史上第在一定意義上是歷史上第一次發(fā)現(xiàn)電子，一次發(fā)現(xiàn)電子，12年后年后R.A.密立

7、根用密立根用油滴實(shí)驗(yàn)油滴實(shí)驗(yàn)測測出了電子的出了電子的電荷電荷。電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)1856-19401856-1940英國劍橋大學(xué)英國劍橋大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家 .電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)湯姆孫湯姆孫1. 測陰極射線的電荷測陰極射線的電荷 2. 使陰極射線在靜電場中偏轉(zhuǎn)。使陰極射線在靜電場中偏轉(zhuǎn)。 3. 3. 測陰極射線的荷質(zhì)比。從以上兩實(shí)驗(yàn)測陰極射線的荷質(zhì)比。從以上兩實(shí)驗(yàn), , 湯姆生湯姆生已可明確無誤地證明陰極射線是由某種帶負(fù)電的微已可明確無誤地證明陰極射線是由某種帶負(fù)電的微粒組成。這種微粒是什么，湯姆生進(jìn)一步對陰極射粒組成。這種微粒是什么，湯姆生進(jìn)一步對陰極射線的荷質(zhì)比進(jìn)行了大量的測量

8、。最后得到陰極射線線的荷質(zhì)比進(jìn)行了大量的測量。最后得到陰極射線微粒的質(zhì)荷比為微粒的質(zhì)荷比為1010-11-11千克千克庫侖庫侖, , 比氫離子的質(zhì)荷比氫離子的質(zhì)荷比比1010-8-8千克千克庫侖小千倍。庫侖小千倍。.陰極射線應(yīng)用陰極射線應(yīng)用 電子示波器中的示波管、電子示波器中的示波管、電視電視的的顯像管顯像管、電子顯微電子顯微鏡鏡等都是利用陰極射線在電磁場作用下偏轉(zhuǎn)、聚焦等都是利用陰極射線在電磁場作用下偏轉(zhuǎn)、聚焦以及能使被照射的某些物質(zhì)以及能使被照射的某些物質(zhì),如如硫化鋅硫化鋅發(fā)熒光的性質(zhì)發(fā)熒光的性質(zhì)工作的工作的.高速的陰極射線打在某些金屬靶極上能產(chǎn)生高速的陰極射線打在某些金屬靶極上能產(chǎn)生X射

9、線射線，可用于研究，可用于研究物質(zhì)物質(zhì)的的晶體晶體結(jié)構(gòu)。陰極射線還可結(jié)構(gòu)。陰極射線還可直接用于切割、直接用于切割、熔化熔化、焊接焊接等。等。在在19世紀(jì)末年，物理學(xué)有三項(xiàng)重大的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這就是世紀(jì)末年，物理學(xué)有三項(xiàng)重大的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這就是X射線、放射性和電子。電子的發(fā)現(xiàn)具有更偉大的意義，射線、放射性和電子。電子的發(fā)現(xiàn)具有更偉大的意義，因?yàn)檫@一事件使人們認(rèn)識(shí)到自然界還有比原子更小的實(shí)因?yàn)檫@一事件使人們認(rèn)識(shí)到自然界還有比原子更小的實(shí)物。電子的發(fā)現(xiàn)打開了通向原子物理學(xué)的大門物。電子的發(fā)現(xiàn)打開了通向原子物理學(xué)的大門 ,人們開人們開始研究原子的結(jié)構(gòu)始研究原子的結(jié)構(gòu) .電子的發(fā)現(xiàn)之旅陰極射線湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子倫

10、琴發(fā)現(xiàn)X射線n原子可以分割。n無論哪種材料作為陰極產(chǎn)生的粒子質(zhì)量電荷相同，說明它們是原子的組成部分。n粒子質(zhì)量小于氫原子的千分之一。.AK.湯姆孫的原子模型：湯姆孫的原子模型： 原子是一個(gè)球體，正電荷原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布均勻分布在在整個(gè)球體內(nèi)，電子整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌鑲嵌其中。其中。湯姆孫的原子模型湯姆孫的原子模型棗糕模型棗糕模型. 1909190919111911年，英國物年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助理學(xué)家盧瑟福和他的助手們進(jìn)行了手們進(jìn)行了 粒子散射粒子散射實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)盧盧瑟瑟福福著名的著名的 粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn).湯姆孫模型預(yù)言的湯姆孫模型預(yù)言的粒子散射實(shí)驗(yàn)的粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

11、是怎樣的？結(jié)果是怎樣的？.湯姆孫模型預(yù)言的湯姆孫模型預(yù)言的粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是怎樣的？粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是怎樣的？正電荷在原子內(nèi)部均勻分布，正電荷在原子內(nèi)部均勻分布， 粒子穿過原子時(shí)，由于粒子兩側(cè)粒子穿過原子時(shí)，由于粒子兩側(cè)正電荷對它的斥力大部分互相抵消，使正電荷對它的斥力大部分互相抵消，使粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大。粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大。.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：沿原方向前進(jìn)：沿原方向前進(jìn)：發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，：發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，甚至偏角超過甚至偏角超過90900 0.結(jié)果分析：電子能否使電子能否使粒子大角度偏轉(zhuǎn)？粒子大角度偏轉(zhuǎn)？1 1微米厚的金箔內(nèi)含微米厚的金箔內(nèi)含30003000層原子層，層原子層，絕大多數(shù)絕大多

12、數(shù)粒子穿過金箔仍沿原方粒子穿過金箔仍沿原方向前進(jìn)說明什么？向前進(jìn)說明什么？少數(shù)少數(shù)粒子的大角度偏轉(zhuǎn)甚至反彈粒子的大角度偏轉(zhuǎn)甚至反彈是怎么造成的？是怎么造成的？.原子的核式結(jié)構(gòu)的提出原子的核式結(jié)構(gòu)的提出在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做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繞著核旋轉(zhuǎn)帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn). v 根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，原子內(nèi)根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，原子內(nèi)部是十分部是十分“空曠空曠”的，舉一個(gè)簡單的例子：的，舉一個(gè)簡單的例子：體育場原子原子核.原子核

13、的電荷和大小原子核的電荷和大小v根據(jù)盧瑟福的原子核式模型和根據(jù)盧瑟福的原子核式模型和粒子散射的實(shí)驗(yàn)粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以推算出各種元素原子核的電荷數(shù)，數(shù)據(jù)，可以推算出各種元素原子核的電荷數(shù)，還可以估計(jì)出原子核的大小。還可以估計(jì)出原子核的大小。v（1）原子的半徑約為）原子的半徑約為10-10米、原子核半徑約是米、原子核半徑約是10-14米，原子核的體積只占原子的體積的萬億米，原子核的體積只占原子的體積的萬億分之一。分之一。v（2）原子核所帶正電荷數(shù)與核外電子數(shù)以及該）原子核所帶正電荷數(shù)與核外電子數(shù)以及該元素在周期表內(nèi)的原子序數(shù)相等。元素在周期表內(nèi)的原子序數(shù)相等。v（3）電子繞核旋轉(zhuǎn)所需向心力就

14、是核對它的庫）電子繞核旋轉(zhuǎn)所需向心力就是核對它的庫侖力。侖力。 .【反饋練習(xí)】 1、在用、在用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，盧瑟福觀察粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，盧瑟福觀察到的到的粒子的運(yùn)動(dòng)情況是粒子的運(yùn)動(dòng)情況是 A、全部、全部粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)進(jìn) B、絕大多數(shù)、絕大多數(shù)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回 C、少數(shù)、少數(shù)粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回進(jìn)，絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回 D、全部、全部粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)答案：答案：B.2、盧瑟福、盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果A、證明了質(zhì)子的存在