校（园）本研修成果

校(园)本研修成果姓名钟钧辉年级高二学科物理所在工作坊研修主题18．2原子的核式结构模型评价定型原来教学设计课例展示思考后教学设计一、课题引入：谁发现了电子?为什么说电子的发现有重大历史意义。在我们生活的物质世界中，通常情况下物质都是电中性的。后来，人们又发现了“金属受到光照后会逸出电子”于是推测原子应该是由两种带不同电荷的物质构成的。19世纪末至20世纪初，人们又根据电子、X射线、放射性元素的发现，提出了种种原子模型。1901年，法国物理学家佩兰设想原子的中心是带正电的粒子，外围是围绕其运动的电子。1903年，日本科学家冈半太郎提出“土行星模型”。1904年，汤姆孙根据原子呈电中性，提出了原子的“枣糕模型”。二、课题展开1．粒子散射实验原理、装置（1）粒子散射实验原理：汤姆生提出的“枣糕模型”是否对呢？原子的结构非常紧密，用一般的方法是无法探测它的内部结构的，要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击。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。如果粒子与其他粒子发生相互作用，改变了运动方向，荧光屏就能够显示出它的方向变化。研究高速的粒子穿过原子的散射情况，是研究原子结构的有效手段。（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。粒子散射实验在课堂上无法直接演示，借助多媒体系统，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，留下深刻的印象。通过多媒体重点指出，荧光屏和望远镜能够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。并且要让学生了解，这种观察是非常艰苦细致的工作，所用的时间也是相当长的。（3）实验的观察结果必须向学生明确：入射的粒子分为三部分。绝大多数粒子沿原来的方向前进或只发生了很小的偏转，少数发生了较大偏转，极少数发生大角度偏转。2．原子的核式结构的提出教师小结：碰撞前后，质量大的粒子速度几乎不变。只可能是电子的速度发生大的改变，因此不可能出现反弹的现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角散射。（学生可能在分析问题时认为，粒子能将电子打出，那么在屏上就能看到的是电子的亮点，这样打在屏上的亮点就不一定是散射后粒子。教师可以引导学生分析：粒子打出电子后，根据碰撞的相关知识可知，粒子的速度几乎不变；又由于电子的质量很小，粒子的质量较大，当电子碰撞到屏上时，能量较小，体积较小，不易观察到，从屏上观察到的应该是粒子。）按照枣糕模型，粒子在原子大小范围内都会受到均匀分布的正电荷和电子的作用，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，会有许多粒子改变自己的运动轨迹，但不会出现大角度的散射。所以粒子大角度散射说明枣糕模型不符合原子结构的实际情况。教师小结：实验中发现极少数ɑ粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些ɑ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。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→原子内部有“核”存在。③极少数粒子被弹回表明：作用力很大；质量很大；电量集中。3．原子核的电荷与大小关于原子的大小应该让学生有个数量级的概念，即原子的半径在10-10m左右，原子核的大小在10-15～10-14m左右．原子核的半径只相当于原子半径的万分之一，体积只相当于原子体积的万亿分之一。为了加深学生的印象，可举一些较形象的比喻或按比例画些示意图，同时通过表格展示，对比。 半径大小（数量级） 类比原子 10-10m 体育场原子核 10-15m~10-14m 水滴4.原子的核式结构模型与经典理论的矛盾卢瑟福提出的核式结构模型，很好的解释了粒子散射实验，开辟了研究原子结构的新途径，但它同经典理论间存在着抵触。电子绕核做圆周运动，它们之间相互吸引。而根据经典电磁理论，带电粒子做加速运动时，要向外发射电磁波，辐射能量。那么，电子就会在10-11s的时间里沿螺旋轨道坠入原子核内，原子将不复存在！此外，电子绕核运动所辐射的电磁波频率应当是连续分布的，即形成一个连续的频谱，但实验现象并非如此。卢瑟福的学生丹麦物理学家玻尔提出了一个新的原子结构模型，我们后面将学习到。一、课题引入：提出思考：原子是否还可以再分？原子是由什么构成的？二、课题展开1.老师讲述：原子到底由什么构成的？我们看看原子复杂结构的发现过程。在公元前五世纪，希腊哲学家提出物质是由不可分割的微粒（叫原子）组成。100多年前，化学反应中原子的种类和数目不变，化学上倍比定律的发现等证实了物质的原子性结构，认为原子是不可再分的、物质是由原子组成的。19世纪末20世纪初，1897年发现阴极射线是电子流、X射线使气体电离、光电效应，他们都是从物体中击出电子来。我们知道原子层中性，原子中的电子带负电，那必然院子里面会有正电荷，那同学们想一下原子的具体结构是什么？2.汤姆孙原子模型教师讲述：一般我们在研究一个不知道事物的的时候，我们一般采用什么方法去研究它？模型法。因此汤姆孙在发现了电子后，并且知道电子带负电后，因此推断出原子中还有带正电的物质．即他提出了枣糕模型。枣糕模型：在汤姆生的原子模型中，原子是一个球体；正电核均匀分布在整个球内，而电子都象枣核那样镶嵌在原子里面．但是不久后这个模型被否定了。3．粒子散射实验原理、装置

（1）粒子散射实验原理：原子的结构非常紧密，用一般的方法是无法探测它的内部结构的，要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击。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。如果粒子与其他粒子发生相互作用，改变了运动方向，荧光屏就能够显示出它的方向变化。研究高速的粒子穿过原子的散射情况，是研究原子结构的有效手段。教师指出：研究原子内部结构要用到的方法：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。粒子散射实验在课堂上无法直接演示，希望借助多媒体系统，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，留下深刻的印象。通过多媒体重点指出，荧光屏和望远镜能够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。并且要让学生了解，这种观察是非常艰苦细致的工作，所用的时间也是相当长的。

动画展示粒子散射实验装置动画展示实验中，通过显微镜观察到的现象（3）实验的观察结果

必须向学生明确：入射的粒子分为三部分。大部分沿原来的方向前进，少数发生了较大偏转，极少数发生大角度偏转。

提问学生，师生共同用科学语言表述实验结果。4．原子的核式结构的提出

（1）投影出三个问题让学生先自己思考，然后以四人小组讨论。其中第1、2个问题学生基本上能讨论出，第三个问题，通过师生共同分析，然后让学生小组讨论，进行逻辑推理得出原子的结构。

三个问题是：用汤姆生的枣糕模型能否解释ɑ粒子大角度散射？请同学们根据以下三方面去考虑：（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？（2）按照枣糕模型，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？（3）你认为原子中的正电荷应如何分布，才有可能造成ɑ粒子的大角度偏转？为什么？（2）教师小结：

对于问题1、2：

按照枣糕模型，①碰撞前后，质量大的粒子速度几乎不变。只可能是电子的速度发生大的改变，因此不可能出现反弹的现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角散射。②对于粒子在原子附近时由于原子呈中性，与ɑ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，所以粒子大角度散射说明枣糕模型不符合原子结构的实际情况。对于问题3：（3）你认为原子中的正电荷应如何分布，才有可能造成ɑ粒子的大角度偏转？为什么？先通过课件师生分析，然后小组讨论，推理分析得到卢瑟福的原子结构模型。教师起引导和组织作用。

教师小结：实验中发现极少数ɑ粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些ɑ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。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→原子内部有“核”存在。③极少数粒子被弹回表明：作用力很大；质量很大；电量集中。5．原子核的电荷与尺度不同元素对粒散射的实验数据可以确定各种元素原子核的电荷Q；原子核所带的正电荷数与核外电子数以及该元素在周期内的原子序数相等；关于原子的大小应该让学生有个数量级的概念，即原子的半径在10-10m左右，原子核的大小在10-15～10-14m

半径大小（数量级）类比原子10-10m足球场原子核10-15m~10-14m一枚硬币三、学习小结三、学习小结新修改的教学设计突出了哪些特点1.在新改的教案中，改进对同学们的提问问题深度与密切度，并通过提问一步一步的激发同学们的思考，让同学对知识有更加深入的理解。2.新改的教案中多次利用多媒体辅助教学突破难点，图文并茂，形象生动，再结合教师设计的有关动画效果，使抽象知识具体化、复杂知识明了化，改变了传统的学习方式，扩大了信息面，在帮助学生领略和体验微观世界，提高想象力，创新能力，使微观抽象的原子变为直观，极大地激发了学生的学习兴趣，