第2节 原子的核式结构模型教学设计高中物理鲁科版2019选择性必修 第三册-鲁科版2019

第2节原子的核式结构模型教学设计高中物理鲁科版2019选择性必修第三册-鲁科版2019授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间教学内容一、教学内容本节课为鲁科版2019选择性必修第三册第4章第2节“原子的核式结构模型”，主要内容包括：汤姆孙的原子枣糕模型及其局限性；α粒子散射实验的现象（绝大多数α粒子穿过金箔，少数发生偏转，极少数大角度偏转甚至被弹回）；卢瑟福根据实验结果提出的原子核式结构模型（原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电、体积很小、几乎集中全部质量）及对散射实验的解释。核心素养目标二、核心素养目标通过学习原子核式结构模型的建立，形成原子由原子核和核外电子组成的物理观念；通过分析α粒子散射实验现象，提升基于证据进行科学推理的能力；体会模型建构的科学方法，培养批判性思维和科学探究精神；认识物理学理论的发展过程，体会科学探究的严谨性与创新性。教学难点与重点三、教学难点与重点1.教学重点：α粒子散射实验的现象（绝大多数α粒子穿过金箔，少数发生偏转，极少数大角度偏转甚至被弹回）是理解原子结构的基础，需重点分析其观察结果；卢瑟福原子核式结构模型的核心内容（原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电、体积很小、几乎集中全部质量）是本节课的核心知识，需明确其要点。2.教学难点：学生对α粒子大角度偏转与原子核结构之间的逻辑推理存在困难，例如难以理解“为什么极少数α粒子被弹回说明原子核带正电且质量大”；对“原子核体积很小但质量几乎全部集中”这一抽象概念理解不透彻，如原子核半径约为原子半径的十万分之一，但质量占比超过99%，学生难以建立直观认知。教学方法与策略四、教学方法与策略1.教学方法：采用讲授法结合实验模拟法，讲解汤姆孙模型局限性及核式结构模型；用讨论法引导学生从α粒子散射实验现象推导模型结论。2.教学活动：设计“模拟实验探究”活动，学生利用小球和模拟金箔装置，观察α粒子轨迹，记录偏转情况并小组讨论原因；开展“模型建构”讨论，对比枣糕模型与核式模型对实验的解释力。3.教学媒体：多媒体展示α粒子散射实验动画及原子核式结构动态模型图，板书书写关键结论（如原子核特点、实验现象与模型的对应关系）。教学过程设计**1.导入新课（5分钟）**

目标：激发学生对原子结构探索的兴趣，建立科学史认知背景。

过程：

（1）提问：“同学们，物质由原子构成，但原子内部是什么样子？科学家是如何一步步揭开原子内部结构的？”

（2）展示道尔顿实心球模型、汤姆孙枣糕模型的历史图片，引导学生思考：“这些模型能解释所有实验现象吗？”

（3）简述原子结构研究的重要性：“原子结构是理解物质性质、化学反应乃至现代科技的基础，今天我们将学习突破性实验——α粒子散射实验如何重塑原子结构认知。”

**2.原子结构模型基础知识讲解（10分钟）**

目标：明确原子结构模型的发展脉络及核心概念。

过程：

（1）讲解汤姆孙枣糕模型：原子带正电的“面包”中嵌带负电的“葡萄干”，强调其均匀分布特点。

（2）展示枣糕模型局限性：无法解释α粒子大角度偏转现象（板书：均匀电荷分布无法产生强电场）。

（3）引入α粒子散射实验：用动画展示α粒子（氦核）轰击金箔的路径，标注“穿过”“偏转”“弹回”三类现象，说明实验结果对传统模型的冲击。

**3.α粒子散射实验案例分析（20分钟）**

目标：通过实验现象分析，推导核式结构模型的核心结论。

过程：

（1）实验现象深度分析：

-绝大多数α粒子穿过金箔：原子内部大部分空间是空的。

-少数α粒子发生偏转：原子中存在带正电的微粒。

-极少数α粒子大角度偏弹回：原子中心存在质量大、体积小、带正电的核心（板书：原子核）。

（2）卢瑟福核式结构模型建构：

-动态演示核式结构模型动画，标注原子核（半径约10⁻¹⁵m）、电子（绕核运动）及原子半径（约10⁻¹⁰m）。

-强调关键数据：原子核质量占原子总质量的99.97%，体积仅占原子体积的万亿分之一。

（3）小组讨论：

-主题：枣糕模型与核式模型对散射实验的解释差异。

-任务：分析“为什么只有极少数α粒子被弹回？”（引导聚焦原子核集中正电荷与质量）。

**4.学生小组讨论（10分钟）**

目标：培养合作推理能力，深化对模型科学性的理解。

过程：

（1）分组：4人一组，每组分配讨论任务卡：

-任务1：若原子核均匀分布，α粒子散射结果会如何？

-任务2：核式模型如何解释“大角度偏转”与“穿透”并存？

（2）小组讨论：结合板书数据（原子核大小、质量占比）推导逻辑链条。

（3）准备展示：每组提炼1个核心结论，用物理语言表述。

**5.课堂展示与点评（15分钟）**

目标：强化科学推理逻辑，提升表达与批判性思维。

过程：

（1）小组代表发言：

-例1：“原子核体积小但质量大，α粒子接近时受库仑斥力强，故大角度偏转。”

-例2：“原子内部空间空旷，故多数α粒子穿过。”

（2）师生互动：

-提问：“若原子核带负电，实验结果会变吗？”（强化电荷性质决定偏转方向）。

-点拨：强调模型建立基于“实验现象→逻辑推理→提出假设”的科学方法。

（3）教师总结：

-核式模型解释力：统一解释三类散射现象，突破枣糕模型局限。

-科学启示：科学理论需经实验检验，模型随认知发展而修正。

**6.课堂小结（5分钟）**

目标：构建知识框架，渗透科学史观。

过程：

（1）知识梳理：板书构建逻辑链——

汤姆孙模型（枣糕）→α散射实验（现象）→卢瑟福模型（核式）→核心特征（核小、密、正）。

（2）价值升华：“原子结构探索史告诉我们，科学突破源于对异常现象的追问，敢于质疑才能推动认知进步。”

（3）课后作业：

-基础：绘制α粒子在核式结构中的运动轨迹示意图，标注偏转角度与距离关系。

-拓展：查阅资料，分析玻尔模型如何解决核式模型的稳定性问题。

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**板书设计**

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第2节原子的核式结构模型

一、原子模型演进

汤姆孙枣糕模型→局限性：无法解释大角度偏转

二、α粒子散射实验

现象：穿过、偏转、弹回

三、卢瑟福核式结构模型

核心特征：

1.原子核：体积小（10⁻¹⁵m）、质量大（99.97%）、带正电

2.电子：绕核运动

解释力：统一解释三类散射现象

四、科学方法：实验→推理→模型→检验

```学生学习效果###一、知识掌握：构建清晰的原子结构认知框架

学生能够准确描述原子结构模型的演进历程，明确汤姆孙枣糕模型的核心观点（原子带正电的“面包”中嵌带负电的“葡萄干”）及其无法解释α粒子大角度偏转的局限性。对于α粒子散射实验，学生能清晰复现三类现象：绝大多数α粒子穿过金箔、少数发生偏转、极少数大角度偏转甚至被弹回，并能结合实验装置说明α粒子（氦核）与金箔原子核的作用过程。在卢瑟福核式结构模型方面，学生能系统阐述原子核的核心特征——体积小（半径约10⁻¹⁵m，原子半径的十万分之一）、质量大（占原子总质量的99.97%）、带正电，以及电子绕核运动的分布规律。通过课堂练习和课后作业反馈，90%以上学生能独立绘制α粒子在核式结构中的运动轨迹示意图，并标注偏转角度与原子核距离的关系，表明学生对核心知识点已形成结构化记忆。

###二、能力发展：提升科学推理与模型建构能力

学生在案例分析环节展现出较强的逻辑推理能力。例如，面对“为什么极少数α粒子会被弹回”的问题，学生能结合原子核“体积小、质量大、带正电”的特点，运用库仑定律和动量守恒原理解释：当α粒子与原子核距离足够近时，受到的强大静电斥力使其运动方向发生显著改变，甚至被弹回。在小组讨论中，学生通过对比枣糕模型与核式模型对散射实验的解释力，能主动提出“若原子核均匀分布，α粒子不可能出现大角度偏转”的质疑，并从电荷分布、质量集中度等角度论证核式模型的科学性，体现了批判性思维的初步形成。课堂展示环节，学生能使用规范的物理语言表述推理过程，如“原子核体积小，但正电荷集中，故对靠近的α粒子产生强电场力”，语言表达的准确性和逻辑性较以往有明显提升。

###三、科学素养：渗透科学方法与科学史观

学生在学习中深刻体会到科学探究的严谨性与创新性。通过了解卢瑟福从实验现象到提出核式模型的过程，学生认识到科学理论并非一成不变，而是基于实验证据不断修正和发展的。例如，学生能举例说明“汤姆孙模型无法解释散射实验→卢瑟福提出核式模型→玻尔模型进一步解决稳定性问题”的科学史脉络，理解模型建构是科学认知的重要工具。在课后拓展任务中，部分学生主动查阅资料，分析核式模型的局限性（如电子绕核运动会辐射能量导致原子不稳定），并尝试联系后续玻尔模型的知识，表现出对科学理论发展的持续探究兴趣。此外，学生通过模拟实验活动，掌握了“观察现象→提出假设→验证推理→得出结论”的科学探究方法，这一能力迁移至后续物理学习中，有助于解决更复杂的物理问题。

###四、实际应用：联系生活与科技发展

学生能够将原子结构知识与现实应用建立联系。例如，通过理解原子核质量集中、体积小的特点，学生能解释为什么α粒子散射实验选用金箔（金原子序数大，原子核质量大，更易观察偏转现象）；结合原子核带正电的特性，学生初步认识到原子结构在核能开发（如核裂变、核聚变）中的基础作用。在课堂讨论中，学生还提出“原子结构模型如何影响材料科学”等问题，表现出对物理知识应用价值的关注，体现了从“学物理”到“用物理”的意识转变。重点题型整理七、重点题型整理1.描述α粒子散射实验的主要现象，并说明这些现象分别揭示了原子结构的哪些特点。答案：现象：绝大多数α粒子穿过金箔；少数α粒子发生较大角度偏转；极少数α粒子被反向弹回。特点：绝大多数穿过表明原子内部大部分空间是空的；少数偏转表明原子中存在带正电的微粒；极少数弹回表明原子中心存在体积小、质量大、带正电的核心（原子核）。2.卢瑟福核式结构模型中，原子核和核外电子的分布特点是什么？这一模型如何解释α粒子大角度偏转？答案：分布特点：原子核位于原子中心，体积很小（半径约10⁻¹⁵m），质量几乎全部集中在原子核（占99.97%），带正电；核外电子绕核运动，分布在原子核外广阔空间（原子半径约10⁻¹⁰m）。解释：当α粒子（带正电）靠近原子核时，受到原子核强大的静电斥力，由于原子核质量大，α粒子运动方向发生显著改变，甚至被弹回。3.对比汤姆孙枣糕模型和卢瑟福核式结构模型，说明枣糕模型无法解释α粒子大角度偏转的原因。答案：枣糕模型认为原子中正电荷均匀分布在原子中，负电子嵌在其中。若正电荷均匀分布，对α粒子的静电斥力较弱且分散，无法使α粒子发生大角度偏转；而核式模型认为正电荷集中在体积很小的原子核中，α粒子接近时受到极强的斥力，可导致大角度偏转或弹回。4.为什么α粒子散射实验中，极少数α粒子的偏转角度可以达到90°甚至更大？答案：因为α粒子与原子核发生“对心碰撞”或接近对心碰撞时，两者距离极小（接近原子核半径），此时原子核对α粒子的静电斥力极大，根据库仑定律，斥力与距离平方成反比，距离越小，斥力越大，使α粒子速度方向发生剧变，导致大角度偏转或弹回。5.若用α粒子轰击其他金属箔（如铝箔），与金箔相比，散射现象可能有哪些不同？原因是什么？答案：不同：铝原子序数小于金，原子核质量较小，相同能量的α粒子被铝箔原子核弹回的概率更低，大角度偏转的α粒子数量可能少于金箔。原因：原子核质量越大，对α粒子的阻碍作用越强，偏转或弹回的概率越大；金原子核质量比铝大，更易使α粒子发生大角度偏转。板书设计①原子模型演进

汤姆孙枣糕模型：原子带正电的“面包”中嵌带负电的“葡萄干”

局限性：无法解释α粒子大角度偏转现象

卢瑟福核式模型：基于α粒子散射实验提出

②α粒子散射实验现象与结论

现象：绝大多数α粒子穿过金箔→原子内部大部分空间是空的

少数α粒子发生偏转→原子中存在带正电的微粒

极少数α粒子被弹回→原子中心存在体积小、质量大、带正电的核心（原子核）

③核式结构模型核心特征与科学方法

原子核：位于原子中心，半径约10⁻¹⁵m，质量占原子总质量99.97%，带正电

核外电子：绕核运动，分布在原子核外广阔空间（原子半径约10⁻¹⁰m）

科学方法：实验观察→逻辑推理→模型建构→实验验证教学评价与反馈1.课堂表现：学生参与讨论积极性高，能准确描述α粒子散射实验的三类现象及对应结论，回答问题时语言表达较规范，但对“原子核体积小、质量大”的定量关系理解不够深入，需加强数据记忆。

2.小组讨论成果展示：各小组能清晰对比枣糕模型与核式模型对散射实验的解释差异，多数组能结合库仑定律分析大角度偏转原因，部分组对“极少数粒子被弹回”的逻辑推导不够严谨，需强化“距离越小、斥力越大”的因果关系。

3.随堂测试：围绕“实验现象→模型特征→科学方法”设计题目，85%学生能正确写出核式模型的核心特点，但20%学生混淆“原子核带正电”与“电子带负电”的作用关系，需通过实例强化电荷性质对偏转方向的影响。

4.课后作业评价：基础题轨迹示意图绘制正确率达90%，拓展题中60%学生能联系核式模型局限性（电子绕核运动稳定性问题），但部分学生查阅资料后未能提炼关键信息，需指导信息筛选能力。

5.教师评价与反馈：整体教学目标达成度高，学生已建立原子结构模型演进的科学史观，但需在后续学习中加强模型建构的逻辑训练，通过类比法（如“太阳系模型”）帮助学生理解抽象概念，深化科学推理能力。反思改进措施（一）教学特色创新

1.实验模拟与科学史融合：通过动态模拟α粒子散射实验，让学生直观理解“极少数粒子被弹回”与原子核的关系，同时穿插卢瑟福的实验历程，增强科学探究的代入感。

2.模型对比强化认知冲突：组织学生分组辩