《原子与原子核的结构》教设计

1、.?原子与原子核的构造?教学设计学时：2学时，第1学时完成原子的核式构造模型;第2学时完成原子核的组成和质能方程。 一、教材构造框图 二、教学目的设计 一知识与技能 1.理解卢瑟福a粒子散射实验，核式构造模型的建立，理解从分析实验结果到提出原子的核式构造学说的过程; 2.知道质子和中子的发现过程及原子核的组成;理解原子物理的研究方法是在实验的根底上进展科学分析; 3.理解原子核的表示方法，理解同位素;理解爱因斯坦质能方程的含义，感受它的科学之美。 二过程与方法 通过对原子构造的认识过程的学习，体会物理学解决“黑箱问题的方法，并理解人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的科学探究永无止境; 三情感

2、态度与价值观 通过阅读史料，感受前辈科学家为探究真理而毕生奋斗的科学精神。 三、学习重点 卢瑟福的粒子散射实验的现象及所说明的问题。 四、教学过程设计 第一环节：回忆历史，提出问题 播放1964年我国第一颗原子弹爆炸成功的视频 1945年7月16日，美国在新墨西哥州沙漠中阿拉莫戈多的“三一试验场内30米高的铁塔上，进展了人类有史以来的第一次核试验;1954年建在前苏联的卡卢加州奥布宁斯克城的世界首座核电站;1964年我国第一颗原子弹爆炸成功。说明人类已经开场利用原子的核能。 1893年道尔顿J. Dalton提出了原子学说：一切物质都由极小的微粒原子组成。不同的物质，含有不同的原子，不同原子的

3、大小、质量和性质不同。随后被许多实验所证实，并且对许多现象给予了定量的解释。科学的开展证实了原子的存在。当原子学说逐渐被人们承受以后，人们又面临着新的问题：原子到底有多大?原子是如何构成的?内部构造如何?原子是最小的粒子吗 出示鸡蛋或者鸡蛋的图片 问题1：假设你以前从未吃过鸡蛋，甚至没有见过鸡蛋，如今你想知道这东西里面终究有什么，有什么方法吗? 问题2：假如你不想打碎它，但又想知道这里面有什么，有什么方法吗? 问题3：在陌生的环境中，发现一个不认识的东西。为了理解它，有什么简洁的方法? 黑箱法：指一个系统内部构造不清楚，或根本无法弄清楚时，从外部输入控制信息，使系统内部发生反响后输出信息，再根

4、据其输出信息来研究其功能和特性的一种方法。 问题4：我们用什么方法去探究微观的原子世界? 很自然地引导学生归纳出科学家进展科学探究常用的思维方法：即观察物理现象提出假设构建理想化物理模型实验验证。 第二环节：提出假设，科学验证 一原子的核式构造模型 1电子的发现把人们带入了原子内部的世界 1897年，汤姆逊通过阴极射线管的实验发现了电子，并进一步测出了电子的荷质比：e/m。不久，人们发如今气体电离和过电效应等现象中，都可以从物质中击出电子。电子的质量比最轻的氢原子的质量小的多，因此认为电子是原子的组成部分。 汤姆逊被誉为：“一位最先翻开通向根本粒子物理学大门的伟人。 2提出假设汤姆生原子模型

5、电子带负电，而原子是中性的，可见，原子内还有带正电的物质。由此，科学家提出了许多原子模型，最有影响力的是汤姆生提出的枣糕式模型。 3设计新的探究方案粒子散射实验 19091911年，卢瑟福为了验证他的导师汤姆生的“枣糕式模型，建议他的研究生盖革和马斯顿观察镭发射出的高速粒子穿过薄的金属箔片后的偏转情况。 1.粒子散射实验原理： 汤姆生提出的枣糕式原子模型是否对呢?原子的构造非常严密，用一般的方法是无法探测它的内部构造的，要认识原子的构造，需要用高速粒子对它进展轰击。而粒子具有足够的能量，可以接近原子中心。它还可以使荧光屏物质发光。假如粒子与其他粒子发生互相作用，改变了运动方向，荧光屏就可以显示

6、出它的方向变化。研究高速的粒子穿过原子的散射情况。是研究原子构造的有效手段。 老师指出：研究原子内部构造要用到的方法：黑箱法、微观粒子碰撞方法。 2.粒子散射实验装置 粒子散射实验的装置，主要由放射源、金箔、荧光屏、望远镜和转动圆盘几部分组成。 由于粒子散射实验无法用真实的实验演示给学生看，所以利用动画向学生模拟实验的装置、过程和现象，使学生获得直观的切身体验，留下深化的印象。通过多媒体重点指出，荧光屏和望远镜可以围绕金箔在一个圆周上运动，从而可以观察到穿透金箔后偏转角度不同的粒子。并且要让学生理解，这种观察是非常艰辛细致的工作，所用的时间也是相当长的。实验设计的巧妙之处：1.炮弹奇特，高速粒

7、子;电量是氢离子的2倍，质量是氢离子的四倍，是电子的7000倍，速度是光速的1/10，能量宏大。2.靶子极薄，金的延展性非常好，可以到达微米级的厚度，容易打穿。3.装置巧妙，显微镜和荧光屏可以在一个圆周上运动，统计在各个不同位置一样时间内接收到的粒子数就可以确定粒子穿过金原子后的偏转情况。 3.实验的观察结果 粒子散射实验的数据 散射角 15o 30o 45o 60o 75o 105o 120o 150o 闪烁数 132019 7800 1435 477 211 69 51 33 根据以上实验数据，用科学语言表述实验结果： 学生分组讨论交流得到实验结果：绝大多数沿原来的方向前进，少数发生了较大

8、偏转，极少数发生大角度偏转。 第三环节：分析讨论，得出结论 根据汤姆生原子模型分析： 问题1：粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的? 引导学生讨论交流碰撞前后，质量大的粒子遇到电子，就像飞行的子弹遇到空气中的尘埃，因此不可能出现大角散射。 问题2：粒子在原子附近或穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转? 学生分组讨论交流得到结果对于粒子在原子附近时由于原子呈中性，与粒子之间没有或很小的库仑力的作用，正电荷在原子内部均匀的分布，粒子穿过原子时，由于原子两侧正电荷将对它的斥力有相当大一部分互相抵消，使粒子偏转的力不会很大，所以粒子不可能发生大角度偏转。 问题3：这个实验结果和我们料想的

9、结果有什么不同?汤姆生原子构造模型准确吗? 学生分组讨论交流得到结果：汤姆生原子构造模型无法解释粒子散射实验现象。 问题4：汤姆生原子模型中的正电荷和质量均匀分布在整个原子内料想的结果与实验现象不同，你认为原子中的正电荷和质量应如何分布，才有可能造成粒子的大角度偏转? 学生小组讨论、小组间互相提问解答：实验中发现极少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，说明这些粒子在原子中某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用，可见原子中的正电荷、质量应都集中在一个中心上。 师生互动，学生小组讨论，学生分析推理得到： 1.绝大多数粒子不偏移原子内部绝大部分是“空的。 2.少数粒子发生较大偏转原子

10、内部有“核存在。 3.极少数粒子被弹回说明：作用力很大;质量很大电量集中。 卢瑟福的原子构造模型图片 在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。 根据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的实验数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核的大小。 原子的半径约为10-10米、原子核半径约是10-14米，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。 原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内的原子序数相等。 电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。 卢瑟福的原子核式模型，能解释粒子散射实验，却与经典的电

11、磁理论发生了矛盾。 二原子核的组成 阅读：质子和中子的发现人们认识到原子核的组成 英国物理学家卢瑟福在1919年做核反响实验时发现了质子，经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量一样，它的质量等于一个电子质量的1836倍.进一步研究说明，质子的性质和氢原子核的性质完全一样，所以质子就是氢原子核。 1932年英国物理学家查德威克又发现了中子，通过研究证明中子的质量和质子的质量根本一样，但是不带电.是中性粒子.在对各种原子核进展的实验中，发现质子和电子是组成原子核的两种根本粒子。 中子的发现是世界科学史上又一个里程碑，它使人类从此跨进了原子能时代。因为中子的发现解决了理论物理学家在原子核

12、的质子、电子模型上碰到的难题，人们认识到原子核原来是由质子和中子组成的，而不是由质子和电子组成的。意大利的著名科学家费米后来用中子作核炮弹依次来袭击各种元素的原子核，于是由此发现了核裂变和核的链式反响。查德威克由于发现了中子，被授予1935年的诺贝尔物理奖。 阅读课本48页后答复：什么是同位素? 三质能方程 阅读课本49页： 1质量亏损 科学家研究证明在核反响中原子核的总质量并不相等，例如准确计算说明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反响中才能明显的表现出来。回忆质量、能量的定义、单位。明确质量不是能量、能量也不是质量，质量不能转化能量，

13、能量也不能转化质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度 2爱因斯坦质能方程： E=mc2 相对论指出，物体的能量E和质量m之间存在着亲密的关系，即E=mc2式中，c为真空中的光速。爱因斯坦质能方程说明：物体所具有的能量跟它的质量成正比。由于c2这个数值非常宏大，因此物体的能量是非常可观的。 3核反响中由于质量亏损而释放的能量：E=m c2 物体贮藏着宏大的能量是不容置疑的，但是如何使这样宏大的能量释放出来?从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化E与物体的质量变化m的关系：E=mc2 第四环节：小结交流，测试反响 课本50页“问题与练习1，2，3，4 5.卢瑟福提出原子的核

14、式构造学说的根据是，在用粒子轰击金箔的实验中发现粒子 A.全部穿过或发生很小的偏转; B.绝大多数穿过，只有少数发生很大偏转，甚至极少数被弹回; C.绝大多数发生很大的偏转，甚至被弹回，只有少数穿过; D.全部发生很大的偏转。 6.在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的粒子的运动情况是 A.全部粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进 B.绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回 C.少数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回 D.全部粒子都发生很大偏转 7.原子的核式构造学说，是卢瑟福根据以下哪个实验或现象提出来的 A.光电效应实验 B.氢原子光谱实验 C.粒子散射实验 D.天然放射现象 8.卢瑟福粒子散射实验的结果 A.证明了质子的存在 B.证明了原子核是由质子和中子组成的 C.说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上 D.说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动 9.当粒子被重核散射时，如下图的运动轨迹哪些是不可能存在的 10.质子的质量mp，中子的质量为mn，它们结合成质量为m的氘核，放出的能量应为 A.mp+mn-mC2B.mp+mnc2C.mc2D.m-mpc2 五、完毕语 ?普通高中物理课程标准?指出：“高中物理课程应促进学生自主学习，让学生