高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)案例選修3-5第十八章原子結(jié)構(gòu)18．2原子的核式結(jié)構(gòu)模型

1、高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)案例選修3-5 第十八章 原子結(jié)構(gòu)182 原子的核式結(jié)構(gòu)模型【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識與技能1了解原子結(jié)構(gòu)模型建立的歷史過程及各種模型建立的依據(jù)；2知道 粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，及原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。（二）過程與方法1通過對粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論與交流，培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)象的分析中歸納中得出結(jié)論的邏輯推理能力；2通過核式結(jié)構(gòu)模型的建立，體會(huì)建立模型研究物理問題的方法，理解物理模型的演化及其在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用；3了解研究微觀現(xiàn)象的方法。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1通過對原子模型演變的歷史的學(xué)習(xí)，感受科學(xué)家們細(xì)致、敏銳的科學(xué)態(tài)度和不畏權(quán)威、尊重事實(shí)、尊重科學(xué)的科學(xué)精神；

2、2通過對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識的不斷深入，使學(xué)生認(rèn)識到人類對微觀世界的認(rèn)識是不斷擴(kuò)大和加深的，領(lǐng)悟和感受科學(xué)研究方法的正確使用對科學(xué)發(fā)展的重要意義。【重點(diǎn)難點(diǎn)】（一）教學(xué)重點(diǎn)1引導(dǎo)學(xué)生小組自主思考討論在于對 粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析從而否定”棗糕模型”，得出原子的核式結(jié)構(gòu)；2在教學(xué)中滲透和讓學(xué)生體會(huì)物理學(xué)研究方法，滲透物理學(xué)研究方法：模型方法，和微觀粒子的碰撞方法。（二）教學(xué)難點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生小組自主思考討論在于對粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析從而否定“棗糕模型”，得出原子的核式結(jié)構(gòu)模型?！窘虒W(xué)方法】教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。【教學(xué)用具】課件，投影儀、多媒體輔助教學(xué)設(shè)備【教學(xué)過程】（一）導(dǎo)入新課講述：湯姆孫發(fā)現(xiàn)

3、電子，根據(jù)原子呈電中性，提出了原子的“棗糕模型”。學(xué)生活動(dòng)：師生共同得出湯姆孫的“棗糕模型”。點(diǎn)評：用動(dòng)畫展示原子“棗糕模型”。（二）新課教學(xué)1 粒子散射實(shí)驗(yàn)原理、裝置（1） 粒子散射實(shí)驗(yàn)原理：湯姆孫提出的“棗糕模型”是否對呢？原子的結(jié)構(gòu)非常緊密，用一般的方法是無法探測它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，要認(rèn)識原子的結(jié)構(gòu)，需要用高速粒子對它進(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 粒子穿過原子的散射情況，是研究原子結(jié)構(gòu)的有效手段。學(xué)生：體會(huì) 粒子散射實(shí)驗(yàn)中用到科學(xué)方法；滲透科學(xué)精神（勇

4、于攀登科學(xué)高峰，不怕苦、不怕累的精神）的教育。教師指出：研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)要用到的方法：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)圓盤幾部分組成。 粒子散射實(shí)驗(yàn)在課堂上無法直接演示，希望借助多媒體系統(tǒng)，利用動(dòng)畫向?qū)W生模擬實(shí)驗(yàn)的裝置、過程和現(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)長的。動(dòng)畫展示 粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置動(dòng)畫展示實(shí)驗(yàn)中，通過顯微鏡觀察到的現(xiàn)象（3）實(shí)驗(yàn)

5、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)。提問學(xué)生，師生共同用科學(xué)語言表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2原子的核式結(jié)構(gòu)的提出（1）投影出三個(gè)問題讓學(xué)生先自己思考，然后以六人小組討論。其中第1、2個(gè)問題學(xué)生基本上能討論出，第三個(gè)問題，通過師生共同分析，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)問題是：用湯姆孫的“棗糕模型”能否解釋 粒子大角度散射？請同學(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)部后有沒有可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)？（3）你認(rèn)為原子

6、中的正電荷應(yīng)如何分布，才有可能造成 粒子的大角度偏轉(zhuǎn)？為什么？學(xué)生小組討論、小組間互相提問，解答。（2）教師小結(jié)：對于問題1、2：按照“棗糕模型”，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，即使是非對心碰撞，也不會(huì)有大角散射。對于 粒子在原子附近時(shí)由于原子呈中性，與粒子之間沒有或很小的庫侖力的作用，正電荷在原子內(nèi)部均勻的分布， 粒子穿過原子時(shí)，由于原子兩側(cè)正電荷將對它的斥力有相當(dāng)大一部分互相抵消，使 粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大，所以 粒子大角度散射說明“棗糕模型”不符合原子結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。師生互動(dòng)，學(xué)生小組討論，學(xué)生分析推理得到盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模

7、型。對于問題3：先通過課件師生分析，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)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些粒子在原子中某個(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，可見原子中的正電荷、質(zhì)量應(yīng)都集中在一個(gè)中心上。絕大多數(shù) 粒子不偏移原子內(nèi)部絕大部分是“空”的。少數(shù) 粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)原子內(nèi)部有“核”存在。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。點(diǎn)評：教師進(jìn)行科學(xué)研究方法教育：模型法（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）（分析推理）（構(gòu)造模型）（通過湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型到盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立，既滲透科學(xué)探究的因素教學(xué)，又

8、進(jìn)行了模型法的教學(xué)，并將盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型與行星結(jié)構(gòu)相類比，指出大自然的和諧統(tǒng)一的美，滲透哲學(xué)教育。通過學(xué)生對這三個(gè)問題的討論與交流，順理成章地否定了“棗糕模型”，并開始建立新的模型。希望這一部分由學(xué)生自己完成，教師總結(jié)，總結(jié)時(shí)，突出湯姆孫原子模型與 粒子散射實(shí)驗(yàn)之間的矛盾，可以將 粒子分別穿過“棗糕模型”和核式結(jié)構(gòu)模型的不同現(xiàn)象用動(dòng)畫模擬，形成強(qiáng)烈的對比，突破難點(diǎn)。聯(lián)想在以前的學(xué)習(xí)中有哪些進(jìn)行了模型法的教學(xué)，在哪些方面的研究中可以應(yīng)用模型法來研究。得到盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型后再展示立體動(dòng)畫 粒子散射模型，使學(xué)生有更清晰的直觀形象、生動(dòng)的認(rèn)識。3原子核的電荷與大小關(guān)于原子的大小應(yīng)該

9、讓學(xué)生有個(gè)數(shù)量級的概念，即原子的半徑在10-10m左右，原子核的大小在10-1510-14m左右原子核的半徑只相當(dāng)于原子半徑的萬分之一，體積只相當(dāng)于原子體積的萬億分之一。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些示意圖，同時(shí)通過表格展示，對比。半 徑 大 小 （數(shù)量級）類 比原子10-10m足球場原子核10-15m10-14m一枚硬幣（三）本節(jié)小結(jié)教師活動(dòng)：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。點(diǎn)評：總

10、結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架。（四）【典型例題】一、粒子散射實(shí)驗(yàn)【例1】盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有()A原子的中心有個(gè)核，叫原子核B原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中C原子的全部正電荷與幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里D帶負(fù)電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn) 【例2】下列關(guān)于盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的敘述正確的是()A全部粒子都穿過金箔未發(fā)生偏轉(zhuǎn)B絕大多數(shù)粒子穿過金箔未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)被彈回C絕大多數(shù)粒子發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)，只有少數(shù)穿過金箔D所有粒子都發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)二、 原子核的電荷與尺度【例3】下列對原子

11、結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，錯(cuò)誤的是()A原子中絕大部分是空的，原子核很小B電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)，向心力為庫侖力C原子的全部正電荷都集中在原子核里D原子核的直徑大約為1010 m【例4】粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和粒子的碰撞影響，是因?yàn)?)A粒子與電子根本無相互作用B粒子受電子作用的合力為零，是因?yàn)殡娮邮蔷鶆蚍植嫉腃粒子和電子碰撞損失能量極少，可忽略不計(jì)D電子很小，粒子碰撞不到電子三、盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型對粒子散射分析【例5】盧瑟福對粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋是()A使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力主要是原子中電子對粒子的作用力B使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力C原子核很小，粒子接近它的機(jī)會(huì)很小，所以絕大多數(shù)的粒子仍沿原來的方向前進(jìn)D能產(chǎn)

12、生大角度偏轉(zhuǎn)的粒子是穿過原子時(shí)離原子核近的粒子（五）布置作業(yè)：【課后練習(xí)】1如圖111為粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下述說法不正確的是()A相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時(shí)少得多C放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光D放在D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少2關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是()A該實(shí)驗(yàn)在真空環(huán)境中進(jìn)行B帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內(nèi)的不同方向上移動(dòng)C熒光屏上的閃光是散射的粒子打在熒光屏上形成的D熒光屏只有正對粒子源發(fā)出的射線方

13、向上才有閃光3盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示了下列哪些情況()A原子內(nèi)存在電子B原子的大小為1010 mC原子的正電荷均勻分布在它的全部體積上D原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里4在粒子的散射實(shí)驗(yàn)中，使少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的作用力是原子核對粒子的()A萬有引力B庫侖力 C磁場力 D核力5粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和粒子的碰撞影響，這是因?yàn)?)A粒子與電子根本無相互作用B粒子受電子作用的合力為零，是因?yàn)殡娮邮蔷鶆蚍植嫉腃粒子和電子碰撞損失能量極少，可忽略不計(jì)D電子很小，粒子碰撞不到電子來源:數(shù)理化網(wǎng)來源:6在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)在粒子最接近原子核時(shí)，關(guān)于描述粒子的有關(guān)物理量情況正確的是(

14、)A動(dòng)能最小 B勢能最小C粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量最小 D粒子所受金原子核的斥力最大7在粒子穿過金箔發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的過程中，下列說法正確的是()A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粒子一直受到原子核的斥力作用C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粒子一直受到庫侖斥力，速度一直減小8關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)模型，下列說法正確的是()A原子中絕大部分是“空”的，原子核很小B電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)的向心力是原子核對它的庫侖力C原子的全部電荷和質(zhì)量都集中在原子核里D原子核的直徑的數(shù)量級是1010 m9.用粒子撞擊金原子核發(fā)生散射，圖112中關(guān)于粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡正確的是()AaBbCcDd10如圖113所示為粒子散射實(shí)驗(yàn)中粒子穿過某一金屬原子核附近時(shí)的示意圖，A、B、C三點(diǎn)分別位于兩個(gè)等勢面上，則以下說法正確的是()A粒子在A處的速度比在B處的速度小B粒子在B處的速度最大C粒子在A、C處的速度大小相等D粒子在B處速度比在C處速度小【設(shè)計(jì)思想】本節(jié)課結(jié)合我校學(xué)生的特點(diǎn)對教材的內(nèi)容進(jìn)行了挖掘和思考，備教材，備學(xué)生，備教法，始終把學(xué)生放在教學(xué)的主體地位，讓學(xué)生參與，讓學(xué)生思考，廣開言路，讓學(xué)生的思維與教師的引導(dǎo)共鳴。整節(jié)課結(jié)合 粒子散射實(shí)驗(yàn)，把模型的建立過程和