高中物理-18.2原子的核式结构模型教学设计学情分析教材分析课后反思

教学设计（一）引入。公元前5世纪，希腊哲学家提出物质是由不可分的微粒组成的。一百多年前，人们从化学实验中知道，物质由分子组成，分子由原子组成。而在化学反应中原子的种类和数目不变，使人们一直认为原子是组成物质的最小微粒，是不能再分的。（二）电子的发现和汤姆孙原子模型1、第一个打开原子大门的是汤姆孙，他根据实验提出了原子是可分的。演示实验：阴极射线在电场与磁场中发生偏转。根据阴极射线偏转的方向，可以判断出这种射线是一种带负电的粒子流。汤姆孙利用这种带电粒子在电场和磁场中的偏转程度，通过精确的实验测定了这种阴极射线粒子的电量和质量，发现不同物质发出的阴极射线的电荷与电量的比都有相同的值。表明这种带电粒子是一切不同元素的原子的共同组成部分。人们称它为电子。电子是构成所有物质的普适成分，它的发现说明了原子是可以再分的，因而对原子的组成的了解起着极为重要的作用。是人类对物质结构认识上的一次飞跃，开创了探索原子内部构造和物质微观结构的新时代。汤姆孙也由于发现了电子，不仅荣获了1906年诺贝尔物理奖，而且被后人誉为“最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。2、既然电子是原子的组成部分，而原子又是中性的，说明原子内必定还存在着带正电的组成成分；由电子的质量与原子相比很小又可推测原子的质量绝大部分集中在内带正电的部分。学生活动：根据这些推测来设计一种原子模型。根据这些推测科学家们提出了很多种原子模型，其中最有影响的是1903年汤姆孙提出“葡萄干蛋糕模型”。图片展示：汤姆孙的原子模型。汤姆孙认为原子是中性的，由质量很小的电子（如葡萄干）镶嵌在集中了原子的几乎全部质量的正电荷（如蛋糕）中构成，电子是不动的。（三）卢瑟福a粒子散射实验汤姆孙的原子模型不仅能解释原子为什么是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，还能解释阴极射线等现象。根据这个模型还能估算出原子的大小约10-8厘米，正由于汤姆逊模型能解释当时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家所接受。科学仅仅有猜想是不够的，还需要实验验证。汤姆孙的原子模型提出后，他的学生卢瑟福想用实验的方法来加以论证。由于原子是微小的，无法直接观察它的内部结构，卢瑟福发现研究原子的有效办法是利用高能粒子去碰撞原子，引起某些可能观察到的现象，从分析这些现象的过程中逐步探索认识原子的内部结构和规律。在这样的思想方法的指导下，1909-1911年卢瑟福和他的助手盖革，学生马斯登等做了用a粒子轰击金箔的实验，也就是著名的a粒子散射实验。实验装置图片展示：a粒子散射实验装置图。放射源：钋放在带小孔的铅盒中，能放射a粒子。金箔：厚度极小，可至1微米（虽然很薄但仍有几千层原子）。显微镜：能够围绕金箔在水平面内转动。荧光屏：玻璃片上涂有荧光物质硫化锌，装在显微镜上。a粒子：带正电，电量是电子电量的2倍，质量约是氢原子的4倍，约是电子质量的7000倍。从放射性元素中放射出来的a粒子动能很大，射出速度达107m/s，α粒子打到荧光屏上能产生一个闪烁的亮点，可用显微镜观察。2、实验过程（1）钋放出的a粒子从铅盒小孔射出，形成很细的一束射线，射到荧光屏上产生闪光，通过显微镜观察。（2）放上金箔，观察a粒子穿过金箔打到荧光屏上发出的闪光。（3）转动显微镜和荧光屏，在不同偏转角θ处观察，可看到α粒子的散射现象。3、实验结论动画视频演示：a粒子散射实验的实验现象。（1）绝大多数的a粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进；（2）少数粒子发生了较大的偏转；（3）极少数粒子（约有1/8000）的偏转角q超过90°，甚至有个别粒子（约占总数的1/20000）被反弹回来。4、实验结论讨论学生讨论：实验结果能否用汤姆孙的原子模型解释？动画演示：若汤姆孙的模型正确，a粒子穿过后可能会出现的实验现象。通过简单分析可以发现若汤姆孙的原子模型正确，a粒子穿过原子后应该只会出现小角度散射，不可能出现“极少数粒子被反弹”这样的现象。汤姆生原子模型不能解释a粒子的散射实验结果中的大角度散射现象，因而被否定。（四）原子的核式结构模型1、为了解释a粒子的散射实验结果，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很的核，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高速旋转。2、原子的核式结构模型对a粒子散射实验的解释学生讨论：如何用原子的核式结构模型解释a粒子散射实验中粒子发生的大角度偏转。由于a粒子的质量大约是电子质量的8000倍，所以a粒子在与电子作用时，几乎不会改变方向，只有在a粒子十分接近原子核时，才受到很大的斥力而发生大角度偏转。由于原子核很小，原子内很空旷，a粒子接近原子核的机会非常少，所以有上述实验结果。3、原子核大小的估计a粒子散射的实验的数据，可以估计原子核的半径约为10-14m，不同元素原子核的半径略有不同。原子半径约为10-10m，原子核半径只相当于原子半径的万分之一。如果把原子比作100m半径的大球，原子核就相当于半径1cm的小石子。4、对原子核式结构模型的理解卢瑟福提出的原子模型中，带正电的原子核像太阳，带负电的电子像绕着太阳转的行星。在这个“太阳系”中，支配它们之间的作用力是电磁相互作用力。因而这个模型又被称为“行星模型”。5、原子光谱图片展示：观察各种原子的光谱卢瑟福在原子的核式结构学说中认为：带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，但这仍只是一种猜想，缺少实验的依据，而且无法解释原子发光问题。对此，他的学生玻尔对此又作了深入的研究，提出了新的模型，并用该模型解释了这一问题，有兴趣的同学可以在课外查找资料进一步了解人类对原子结构模型认识的发展。（五）归纳小结、布置作业。效果分析本设计的内容包括三个方面：一是电子的发现揭示了原子是可以再分的，二是卢瑟福a粒子散射实验介绍，三是根据实验结果卢瑟福建立了原子的核式结构模型。本设计的基本思路是：从介绍汤姆孙的阴极射线实验入手，指出阴极射线是由电子组成的，从而打破了“原子不可分割”的旧观念。然后经过对卢瑟福a粒子散射实验结果的分析探讨，否定了汤姆孙建立的“葡萄干蛋糕模型”，自然发展到有必要建立一种新的模型来符合实验结果，从而提出了卢瑟福的核式结构模型，表明了人类对微观世界认识的发展的必然性与科学性。本设计要突出的重点是：卢瑟福a粒子散射实验的结果及卢瑟福的原子核式结构学说的主要论点。方法是：在介绍a粒子散射实验时先充分介绍实验的背景、实验装置、实验过程，使学生对实验先产生较全面的了解，再通过图片、动画演示实验的结果及核式结构模型，使学生对这些微观、抽象的知识具有具象的认识。然后通过学生讨论将两者进行联系，进一步加深对该知识的理解与记忆。本设计要突破的难点是：对卢瑟福a粒子散射实验装置、实验结果的理解。方法是：首先充分利用课件和媒体将实验过程、实验结果清晰地展示给学生。由于该实验设计思想及实验结果具有非常严密的逻辑性，解释该实验结果需要运动学、电磁学的综合知识，因此教学过程中通过三次学生活动逐步引导学生体会理解如何通过分析宏观的实验现象去推测微观世界，三次活动的难度逐步提高，为最后学生准确理解实验结果做好充分的准备铺垫。本节课学生第一次接触到微观世界的研究方法，缺少感性认识和课堂演示实验，可鼓励引导学生充分调动想象力与已学过的知识，综合运用，解决问题。本设计强调以人类对于物质微观结构的不断深化的认识过程为知识主线，在教师的方法引导下，学生通过有目的、层次渐进的自主思维活动逐步感受理解人类研究微观世界的一般研究方法。通过丰富的历史背景介绍激发学生的求知欲望；利用清晰准确的课件帮助学生较好地理解抽象的知识；通过学生根据实验结论的讨论，在否定汤姆孙的原子模型的基础上自然引出卢瑟福的核式结构模型，切实感受到物理学的提出假设、建立物理模型、实验验证等研究方法的运用及科学家尊重实验结论的科学品质。完成本设计的内容约需1课时。教材分析1．这一章，包括原子结构、原子核的组成和原子能等内容。原子是微小的，无法直接观察它的内部结构，实验中研究原子的有效办法是利用高能粒子去碰撞原子，引起某些可能观察到的现象，从分析这些现象的过程中逐步探索认识原子的内部结构和规律。在这一章中重点讲述了人类是在哪些实验基础上认识原子结构和原子核组成的。怎样在实验与理论的相互推动下，使认识不断发展不断深入的。这一章的特点是内容较抽象，缺少实验演示，定性说明多。同学们学习本章时要发挥想象力，要重视概念和理论的实验基础，以及理论的产生过程。要掌握有关的计算问题，学习科学家的思维过程。2．19世纪末以前，人们认为原子是不可再分的。公元前5世纪，希腊哲学家提出物质是由不可分的微粒（原子）组成的。不过没有实验根据。一百多前，人们从化学实验中知道，物质由分子组成，分子由原子组成。因在化学反应中原子的种类和数目不变，使人们认为原子是组成物质的最小微粒，是不能再分的。3．电子的发现。（1）介绍阴极射线：在封闭的玻璃管内有两个电极，抽出管内的空气（压强在10-2mmHg以下）。当两极间加高压时，从阴极发出一种射线叫阴极射线，它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光。在19世纪70年代已有人提出它是带负电的粒子流，但实验证据不足。（2）1897年英国科学家汤姆生利用阴极射线在电场中和磁场中的偏转的实验证明了阴极射线是带负的的粒子流。（3）1897年汤姆生进一步测定了阴极射线粒子的荷质比e/m，发现不同物质组成的阴极发出的射线都有相同的e/m值。表明这种带电粒子是一切不同元素的原子的共同组成部分，称它为电子。汤姆生测得电子的荷质比e/m约是氢离子荷质比的二千倍，又测得二者电量基本相同，由此可知电子的质量约是氢离子质量的二千分之一，电子比原子的质量小得多。电子的发现证明了原子是可分的。后来发现光电效应等都从物质原子中击出了电子。评测练习18.2原子的核式结构模型一、综合题1.关于α粒子散射实验的下列说法中正确的是()A.在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回，接近180°B.使α粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子；当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转C.实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分D.实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷及全部质量2.在α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是()A.α粒子先受到原子核的斥力作用，后受到原子核的引力作用B.α粒子一直受到原子核的斥力作用C.α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用D.α粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小3.在α粒子散射实验中，当在α粒子最接近原子核时，关于描述α粒子的有关物理量符合下列哪些情况()A.动能最小B.势能最小C.α粒子与金原子核组成的系统能量最小D.α粒子所受金原子核的斥力最大4.卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出()A.原子的核式结构模型B.原子核内有中子存在C.电子是原子的组成部分D.原子核是由质子和中子组成的5.如图所示，X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，设入射的动能相同，其偏转轨道可能是图中的()6.根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图中虚线表示原子核所形成的电场的等势面，实线表示一个α粒子的运动轨迹。在α粒子从A运动到B、再运动到C的过程中，下列说法中正确的是()A.动能先增大，后减小B.电势能先减小，后增大C.电场力先做负功，后做正功，总功等于零D.加速度先变小，后变大7.假定质子和中子的质量都是1.67×10-27kg，而原子核半径大约是10-15m，请你估算若将剥离了电子的原子核一个挨一个地叠放在一起，求这种材料密度。8.已知电子质量为9.1×10-31kg，带电荷量为-1.6×10-19C，当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10-10m时，求电子绕核运动的速率、频率、动能和等效的电流。

18.2原子的核式结构模型答案一、综合题1.答案:AC解析:A项是对该实验现象的正确描述，正确；B项中，使α粒子偏转的力是原子核对它的静电排斥力，而不是电子对它的吸引力，故B错；C项是对实验结论之一的正确表述；原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量，因核外还有电子，故D错。故正确选项为A、C。2.答案:B解析:α粒子被金原子核散射的过程一直受到原子核对α粒子的库仑斥力作用，靠近过程库仑斥力做负功，电子动能减少，电势能增加；远离过程库仑斥力做正功，电子动能增加，电势能减少。所以散射过程中电子一直受到库仑斥力作用，电子的速度先减小后增大，即正确选项为B。3.答案:AD解析:α粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小，库仑力做负功，故α粒子动能减少，电势能增加；系统的能量守恒，由库仑定律可知，随着距离的减小，库仑斥力逐渐增大。4.答案:A解析:α粒子散射实验的结果是大部分α粒子沿原来方向运动，少部分发生大角度偏转，极少数偏转超过90°甚至达到180°，说明原子的几乎全部质量与全部正电荷都集中在很小的核上，据此卢瑟福提出了原子的核式结构模型。5.答案:D解析:离金核越远的α粒子受到的斥力越小，偏转角度也就越小，离核较近的粒子方向变化较大，故D正确，A、B、C均错。6.答案:C解析:α粒子从A点经B点到达等势点C的过程中电场力先做负功，后做正功，α粒子的电势能先增加，后减少，回到同一等势线上时，电场力做的总功为零，故C项正确。7.答案:4×1017kg/m3解析:ρ=kg/m3≈4×1017kg/m3。8.答案:2.186×106m/s6.57×1015Hz2.17×10-18J1.07×10-3A解析:电子绕原子核做匀速圆周运动，电子与核之间的库仑力充当电子绕核旋转的向心力。由向心力公式可求出速率，继而再求出频率、动能、周期、等效电流。根据库仑力提供电子绕核旋转的向心力，可知k=mv=e=1.6×10-19×m/s=2.186×106m/s，而v=2πfr0即f=Hz≈6.57×1015HzEk=mv2=·J=2.17×10-18J设电子运动周期为T，则:T=s≈1.5×10-16s电子绕核的等效电流:I=A=1.07×10-3A。课后反思一、成功之处1、学中，充分发挥师生双方在教学中的主动性和创造性性，使物理教学在师生平等对话的过程中进行。激发了学生的学习兴趣，培养了学生自主学习的意识和习惯，为学生创造了良好的自主学习情境。2、在教学中努力体现语文的实践性和综合性，努力改善课堂教学，整体思考知识与潜力、情感与态度、过程与方法的综合，进行了启发式、讨论式教学。3、重视了情感、态度、价值观的正确导向，把培养学生高尚的道德情操和健康的审美情趣，构成正确的价值观和用心的人生态度，当作物理教学的重要资料，并把这些资料贯穿于日常的教学工作中去。[由整理]4、较好的处理了基本素养与创新潜力的关系。在教学中，注重了语言的积累、感悟和运用，注重了基本技能的训练，给学生打下了扎实的语文基础。5、在教学中，遵循了学生的身心发展规律和语文学习规律，适当选取教学策略，促进了学生物理素养的整体提高。二、存在的问题1、在学习物理的过程中，，还需在发展学生的语言潜力、思维潜力、想象潜力和创造潜力上下功夫，使学生尽早掌握科学的思想方法。2、进一步引导学生主动进行探究性学习，在实践中学语文。3、学生的学习方法还需要进一步改善。4、还需进一步扩展学生的阅读面，借以陶冶情操、发展个性、丰富学生的精神世界。5、学生的综合性学习潜力还需进一步提高，能使学生就感兴趣的问题，展开讨论，发表自己的意见。6、加强写作训练，提高作文水平。教学反思范文（二）：新一轮课程改革，使高中物理教学充满了新的活力。这当然是件大好事。同时，也应当看到，由于大家对新课程尚处于探索阶段，到底怎样去进行高中物理教学，众说纷纭，使人有种无所适丛的感觉。许多观点虽然很独到，很新颖，但操作起来，好象又很不好把握。尤其是透过听一些课，隐隐觉得我们此刻的语文教学开始走向新的极端：一味的课堂对话，一味的强调读和感悟。这，是不是必须就是新课程中的语文教学的正确方式呢？像这样教学，能否到达课程标准对语文教学的要求？我认为，像这样去教物理，如果用辨证法来看，是不可能有好的效果的。窃以为，我们千万不能忽视学生学习物理的规律，千万不能忽视教育教学规律，千万不能忽视课程目标的三个维度。如果离开了实事求是，离开了全面地看问题，离开了变化发展地看问题，把什么都来个一刀切，肯定是不行的。教育学，教育心理学需要与时俱进，但绝不可抛弃！尤其要全面地遵循它们所揭示的教育教学规律。因此，新课程中的物理教学，尽力使学生具备以下基本素质是十分重要的：1、习惯好。即具有各种良好的物理学习习惯。习惯是人的第二次生命。物理教学，务必重视良好的物理学习习惯的养成教育。无论是人格上的，学习及方法上的，都要十分重视，努力从多方面去用心引导，从点点滴滴严格要求，严格训练，去培养学生良好的习惯。尤其要指出的是，培养习惯，正面引导固然