校（園）本研修成果

校(園)本研修成果姓名鐘鈞輝年級(jí)高二學(xué)科物理所在工作坊研修主題18．2原子的核式結(jié)構(gòu)模型評(píng)價(jià)定型原來(lái)教學(xué)設(shè)計(jì)課例展示思考后教學(xué)設(shè)計(jì)一、課題引入：誰(shuí)發(fā)現(xiàn)了電子?為什么說(shuō)電子的發(fā)現(xiàn)有重大歷史意義。在我們生活的物質(zhì)世界中，通常情況下物質(zhì)都是電中性的。后來(lái)，人們又發(fā)現(xiàn)了“金屬受到光照后會(huì)逸出電子”于是推測(cè)原子應(yīng)該是由兩種帶不同電荷的物質(zhì)構(gòu)成的。19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，人們又根據(jù)電子、X射線、放射性元素的發(fā)現(xiàn)，提出了種種原子模型。1901年，法國(guó)物理學(xué)家佩蘭設(shè)想原子的中心是帶正電的粒子，外圍是圍繞其運(yùn)動(dòng)的電子。1903年，日本科學(xué)家岡半太郎提出“土行星模型”。1904年，湯姆孫根據(jù)原子呈電中性，提出了原子的“棗糕模型”。二、課題展開(kāi)1．粒子散射實(shí)驗(yàn)原理、裝置（1）粒子散射實(shí)驗(yàn)原理：湯姆生提出的“棗糕模型”是否對(duì)呢？原子的結(jié)構(gòu)非常緊密，用一般的方法是無(wú)法探測(cè)它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，要認(rèn)識(shí)原子的結(jié)構(gòu)，需要用高速粒子對(duì)它進(jìn)行轟擊。而粒子具有足夠的能量，可以接近原子中心。它還可以使熒光屏物質(zhì)發(fā)光。如果粒子與其他粒子發(fā)生相互作用，改變了運(yùn)動(dòng)方向，熒光屏就能夠顯示出它的方向變化。研究高速的粒子穿過(guò)原子的散射情況，是研究原子結(jié)構(gòu)的有效手段。（2）粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置，主要由放射源、金箔、熒光屏、望遠(yuǎn)鏡和轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)幾部分組成。粒子散射實(shí)驗(yàn)在課堂上無(wú)法直接演示，借助多媒體系統(tǒng)，利用動(dòng)畫(huà)向?qū)W生模擬實(shí)驗(yàn)的裝置、過(guò)程和現(xiàn)象，使學(xué)生獲得直觀的切身體驗(yàn)，留下深刻的印象。通過(guò)多媒體重點(diǎn)指出，熒光屏和望遠(yuǎn)鏡能夠圍繞金箔在一個(gè)圓周上運(yùn)動(dòng)，從而可以觀察到穿透金箔后偏轉(zhuǎn)角度不同的粒子。并且要讓學(xué)生了解，這種觀察是非常艱苦細(xì)致的工作，所用的時(shí)間也是相當(dāng)長(zhǎng)的。（3）實(shí)驗(yàn)的觀察結(jié)果必須向?qū)W生明確：入射的粒子分為三部分。絕大多數(shù)粒子沿原來(lái)的方向前進(jìn)或只發(fā)生了很小的偏轉(zhuǎn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。2．原子的核式結(jié)構(gòu)的提出教師小結(jié)：碰撞前后，質(zhì)量大的粒子速度幾乎不變。只可能是電子的速度發(fā)生大的改變，因此不可能出現(xiàn)反彈的現(xiàn)象，即使是非對(duì)心碰撞，也不會(huì)有大角散射。（學(xué)生可能在分析問(wèn)題時(shí)認(rèn)為，粒子能將電子打出，那么在屏上就能看到的是電子的亮點(diǎn)，這樣打在屏上的亮點(diǎn)就不一定是散射后粒子。教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析：粒子打出電子后，根據(jù)碰撞的相關(guān)知識(shí)可知，粒子的速度幾乎不變；又由于電子的質(zhì)量很小，粒子的質(zhì)量較大，當(dāng)電子碰撞到屏上時(shí)，能量較小，體積較小，不易觀察到，從屏上觀察到的應(yīng)該是粒子。）按照棗糕模型，粒子在原子大小范圍內(nèi)都會(huì)受到均勻分布的正電荷和電子的作用，由于原子兩側(cè)正電荷將對(duì)它的斥力有相當(dāng)大一部分互相抵消，使粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大，會(huì)有許多粒子改變自己的運(yùn)動(dòng)軌跡，但不會(huì)出現(xiàn)大角度的散射。所以粒子大角度散射說(shuō)明棗糕模型不符合原子結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。教師小結(jié)：實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)極少數(shù)ɑ粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來(lái)，表明這些ɑ粒子在原子中某個(gè)地方受到了質(zhì)量、電量均比它本身大得多的物體的作用，可見(jiàn)原子中的正電荷、質(zhì)量應(yīng)都集中在一個(gè)中心上。①絕大多數(shù)粒子不偏移→原子內(nèi)部絕大部分是“空”的。②少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)→原子內(nèi)部有“核”存在。③極少數(shù)粒子被彈回表明：作用力很大；質(zhì)量很大；電量集中。3．原子核的電荷與大小關(guān)于原子的大小應(yīng)該讓學(xué)生有個(gè)數(shù)量級(jí)的概念，即原子的半徑在10-10m左右，原子核的大小在10-15～10-14m左右．原子核的半徑只相當(dāng)于原子半徑的萬(wàn)分之一，體積只相當(dāng)于原子體積的萬(wàn)億分之一。為了加深學(xué)生的印象，可舉一些較形象的比喻或按比例畫(huà)些示意圖，同時(shí)通過(guò)表格展示，對(duì)比。 半徑大?。〝?shù)量級(jí)） 類比原子 10-10m 體育場(chǎng)原子核 10-15m~10-14m 水滴4.原子的核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典理論的矛盾盧瑟福提出的核式結(jié)構(gòu)模型，很好的解釋了粒子散射實(shí)驗(yàn)，開(kāi)辟了研究原子結(jié)構(gòu)的新途徑，但它同經(jīng)典理論間存在著抵觸。電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)，它們之間相互吸引。而根據(jù)經(jīng)典電磁理論，帶電粒子做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，要向外發(fā)射電磁波，輻射能量。那么，電子就會(huì)在10-11s的時(shí)間里沿螺旋軌道墜入原子核內(nèi)，原子將不復(fù)存在！此外，電子繞核運(yùn)動(dòng)所輻射的電磁波頻率應(yīng)當(dāng)是連續(xù)分布的，即形成一個(gè)連續(xù)的頻譜，但實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并非如此。盧瑟福的學(xué)生丹麥物理學(xué)家玻爾提出了一個(gè)新的原子結(jié)構(gòu)模型，我們后面將學(xué)習(xí)到。一、課題引入：提出思考：原子是否還可以再分？原子是由什么構(gòu)成的？二、課題展開(kāi)1.老師講述：原子到底由什么構(gòu)成的？我們看看原子復(fù)雜結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程。在公元前五世紀(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。100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)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、物質(zhì)是由原子組成的。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，1897年發(fā)現(xiàn)陰極射線是電子流、X射線使氣體電離、光電效應(yīng)，他們都是從物體中擊出電子來(lái)。我們知道原子層中性，原子中的電子帶負(fù)電，那必然院子里面會(huì)有正電荷，那同學(xué)們想一下原子的具體結(jié)構(gòu)是什么？2.湯姆孫原子模型教師講述：一般我們?cè)谘芯恳粋€(gè)不知道事物的的時(shí)候，我們一般采用什么方法去研究它？模型法。因此湯姆孫在發(fā)現(xiàn)了電子后，并且知道電子帶負(fù)電后，因此推斷出原子中還有帶正電的物質(zhì)．即他提出了棗糕模型。棗糕模型：在湯姆生的原子模型中，原子是一個(gè)球體；正電核均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，而電子都象棗核那樣鑲嵌在原子里面．但是不久后這個(gè)模型被否定了。3．粒子散射實(shí)驗(yàn)原理、裝置

（1）粒子散射實(shí)驗(yàn)原理：原子的結(jié)構(gòu)非常緊密，用一般的方法是無(wú)法探測(cè)它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，要認(rèn)識(shí)原子的結(jié)構(gòu)，需要用高速粒子對(duì)它進(jìn)行轟擊。而粒子具有足夠的能量，可以接近原子中心。它還可以使熒光屏物質(zhì)發(fā)光。如果粒子與其他粒子發(fā)生相互作用，改變了運(yùn)動(dòng)方向，熒光屏就能夠顯示出它的方向變化。研究高速的粒子穿過(guò)原子的散射情況，是研究原子結(jié)構(gòu)的有效手段。教師指出：研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)要用到的方法：黑箱法、微觀粒子碰撞方法。（2）粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置，主要由放射源、金箔、熒光屏、望遠(yuǎn)鏡和轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)幾部分組成。粒子散射實(shí)驗(yàn)在課堂上無(wú)法直接演示，希望借助多媒體系統(tǒng)，利用動(dòng)畫(huà)向?qū)W生模擬實(shí)驗(yàn)的裝置、過(guò)程和現(xiàn)象，使學(xué)生獲得直觀的切身體驗(yàn)，留下深刻的印象。通過(guò)多媒體重點(diǎn)指出，熒光屏和望遠(yuǎn)鏡能夠圍繞金箔在一個(gè)圓周上運(yùn)動(dòng)，從而可以觀察到穿透金箔后偏轉(zhuǎn)角度不同的粒子。并且要讓學(xué)生了解，這種觀察是非常艱苦細(xì)致的工作，所用的時(shí)間也是相當(dāng)長(zhǎng)的。

動(dòng)畫(huà)展示粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置動(dòng)畫(huà)展示實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)顯微鏡觀察到的現(xiàn)象（3）實(shí)驗(yàn)的觀察結(jié)果

必須向?qū)W生明確：入射的粒子分為三部分。大部分沿原來(lái)的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。

提問(wèn)學(xué)生，師生共同用科學(xué)語(yǔ)言表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4．原子的核式結(jié)構(gòu)的提出

（1）投影出三個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生先自己思考，然后以四人小組討論。其中第1、2個(gè)問(wèn)題學(xué)生基本上能討論出，第三個(gè)問(wèn)題，通過(guò)師生共同分析，然后讓學(xué)生小組討論，進(jìn)行邏輯推理得出原子的結(jié)構(gòu)。

三個(gè)問(wèn)題是：用湯姆生的棗糕模型能否解釋ɑ粒子大角度散射？請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)以下三方面去考慮：（1）粒子出現(xiàn)大角度散射有沒(méi)有可能是與電子碰撞后造成的？（2）按照棗糕模型，粒子在原子附近或穿越原子內(nèi)部后有沒(méi)有可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)？（3）你認(rèn)為原子中的正電荷應(yīng)如何分布，才有可能造成ɑ粒子的大角度偏轉(zhuǎn)？為什么？（2）教師小結(jié)：

對(duì)于問(wèn)題1、2：

按照棗糕模型，①碰撞前后，質(zhì)量大的粒子速度幾乎不變。只可能是電子的速度發(fā)生大的改變，因此不可能出現(xiàn)反彈的現(xiàn)象，即使是非對(duì)心碰撞，也不會(huì)有大角散射。②對(duì)于粒子在原子附近時(shí)由于原子呈中性，與ɑ粒子之間沒(méi)有或很小的庫(kù)侖力的作用，正電荷在原子內(nèi)部均勻的分布，粒子穿過(guò)原子時(shí)，由于原子兩側(cè)正電荷將對(duì)它的斥力有相當(dāng)大一部分互相抵消，使粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大，所以粒子大角度散射說(shuō)明棗糕模型不符合原子結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。對(duì)于問(wèn)題3：（3）你認(rèn)為原子中的正電荷應(yīng)如何分布，才有可能造成ɑ粒子的大角度偏轉(zhuǎn)？為什么？先通過(guò)課件師生分析，然后小組討論，推理分析得到盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型。教師起引導(dǎo)和組織作用。

教師小結(jié)：實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)極少數(shù)ɑ粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來(lái)，表明這些ɑ粒子在原子中某個(gè)地方受到了質(zhì)量、電量均比它本身大得多的物體的作用，可見(jiàn)原子中的正電荷、質(zhì)量應(yīng)都集中在一個(gè)中心上。①絕大多數(shù)粒子不偏移→原子內(nèi)部絕大部分是“空”的。②少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)→原子內(nèi)部有“核”存在。③極少數(shù)粒子被彈回表明：作用力很大；質(zhì)量很大；電量集中。5．原子核的電荷與尺度不同元素對(duì)粒散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確定各種元素原子核的電荷Q；原子核所帶的正電荷數(shù)與核外電子數(shù)以及該元素在周期內(nèi)的原子序數(shù)相等；關(guān)于原子的大小應(yīng)該讓學(xué)生有個(gè)數(shù)量級(jí)的概念，即原子的半徑在10-10m左右，原子核的大小在10-15～10-14m

半徑大?。〝?shù)量級(jí)）類比原子10-10m足球場(chǎng)原子核10-15m~10-14m一枚硬幣三、學(xué)習(xí)小結(jié)三、學(xué)習(xí)小結(jié)新修改的教學(xué)設(shè)計(jì)突出了哪些特點(diǎn)1.在新改的教案中，改進(jìn)對(duì)同學(xué)們的提問(wèn)問(wèn)題深度與密切度，并通過(guò)提問(wèn)一步一步的激發(fā)同學(xué)們的思考，讓同學(xué)對(duì)知識(shí)有更加深入的理解。2.新改的教案中多次利用多媒體輔助教學(xué)突破難點(diǎn)，圖文并茂，形象生動(dòng)，再結(jié)合教師設(shè)計(jì)的有關(guān)動(dòng)畫(huà)效果，使抽象知識(shí)具體化、復(fù)雜知識(shí)明了化，改變了傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，擴(kuò)大了信息面，在幫助學(xué)生領(lǐng)略和體驗(yàn)微觀世界，提高想象力，創(chuàng)新能力，使微觀抽象的原子變?yōu)橹庇^，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，