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2019-2020年新課標(biāo)人教版3-5選修三18.2《原子的核式結(jié)構(gòu)模型》WORD教案2 教學(xué)目標(biāo)： 知識(shí)目標(biāo)： 1了解原子學(xué)說的發(fā)展歷史。 2認(rèn)識(shí)粒子散射實(shí)驗(yàn)的重大意義， 3了解原子的核式結(jié)構(gòu)模型 能力目標(biāo)： 培養(yǎng)學(xué)生通過現(xiàn)象認(rèn)識(shí)本質(zhì)的分析、推理能力 情感目標(biāo)： 培養(yǎng)學(xué)生鍥而不舍，嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度。 教學(xué)重點(diǎn)： 粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu) 引入新課: 1897年，湯姆生發(fā)現(xiàn)電子之后，人們意識(shí)到原子不再是不可分的，而是由更小的微粒組成的。電子帶負(fù)電，而原子是電中性的，可見原子內(nèi)部還有帶正電的物質(zhì)，這些帶正電的物質(zhì)和電子是如何構(gòu)成原子的呢？ 一、湯姆生的原子模型： （1）湯姆生原子模型 圖1 （2）湯姆生原子模型的特點(diǎn)：原子是質(zhì)量均勻分布的球體，正電荷均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，帶負(fù)電的電子對(duì)稱地鑲嵌在其中. 二、粒子的散射實(shí)驗(yàn) 1. 粒子的散射實(shí)驗(yàn)：1909－1911年，盧瑟福（英國(guó)） （1）裝置介紹： 圖2 放射源：放射性元素鐳置于鉛盒內(nèi)，只開一個(gè)小孔，使粒子只沿一個(gè)確定方向高速出來，粒子具有足夠的能量，可以接近原子中心，還可以使熒光物質(zhì)發(fā)光。 金箔：在放射源和熒光屏之間放入金箔，根據(jù)熒光屏上出現(xiàn)亮點(diǎn)的位置可以知道粒子穿過原子后的偏轉(zhuǎn)情況。 顯微鏡：在熒光屏的后面，起放大作用，更容易觀察 顯微鏡和熒光屏可以在以金箔為中心的一個(gè)圓周上運(yùn)動(dòng)，統(tǒng)計(jì)在各個(gè)不同位置相同時(shí)間內(nèi)接收到的光子數(shù)就可以確定粒子穿過金原子后的偏轉(zhuǎn)情況。 整個(gè)裝置置于一抽成真空的容器中，是為了減小空氣分子對(duì)粒子的阻礙作用。 （2）操作步驟： （3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： ①.絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原方向前進(jìn)； ②少數(shù)粒子穿過金箔后發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)； ③極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)超過了90，有的甚至幾乎達(dá)到180，象被金箔彈了回來。 極少數(shù)的粒子能夠觀察到的機(jī)率是1/8000，即有8000個(gè)粒子轟擊金箔，才可能有一個(gè)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中盧瑟福和他的學(xué)生共記錄下十萬次以上的閃光照片，才發(fā)現(xiàn)了少數(shù)的粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。這一方面向我們展示了科學(xué)家們的鍥而不舍、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度，同時(shí)也告訴我們，在任何成功的背后都付出巨大的艱辛。 （4）結(jié)果分析： 1.電子能否使粒子發(fā)生大角度的散射？ 2.湯姆生原子模型能否使粒子發(fā)生大角度的散射？ 3.1 μm厚的金箔仍包含3300多個(gè)原子層，絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原方向前進(jìn)說明了什么？ 4.極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了90，有的幾乎達(dá)到180，其原因是什么？ 回答:①電子質(zhì)量很小，對(duì)粒子的影響很小。（就象飛行的子彈碰到塵埃，運(yùn)動(dòng)的方向不會(huì)發(fā)生明顯的變化） ②正電荷在核內(nèi)均勻分布，粒子穿過時(shí)，受到的大部分的力互相抵消，因而使粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大。所以粒子穿過金箔后的偏轉(zhuǎn)最大不超過零點(diǎn)幾度。 盧瑟福感到十分驚奇，根據(jù)湯姆生模型，原子質(zhì)量均勻分布在原子內(nèi)，而這樣分散的質(zhì)量是無法使運(yùn)動(dòng)得很快，具有很大動(dòng)能的粒子往回散射的，就和“一枚15英寸的炮彈打在一張紙上又被反射回來”一樣不可置信。除非原子幾乎全部質(zhì)量和正電荷都集中在原子中央的一個(gè)很小的核上。意想不到的結(jié)果使盧瑟福有了新的發(fā)現(xiàn)，由此，盧瑟福提出了他的原子核式結(jié)構(gòu)模型。 三、盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型： （1）盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型 在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn). （2）核式結(jié)構(gòu)模型對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋： 圖3 粒子穿過原子時(shí)，對(duì)粒子的影響很小，影響粒子運(yùn)動(dòng)的主要是原子核，原子核很小，大多數(shù)粒子離核較遠(yuǎn)，受到庫(kù)侖力小，運(yùn)動(dòng)方向改變小，極少數(shù)粒子與核十分接近，受到很大的庫(kù)侖力，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。 （3）對(duì)原子核大小的估計(jì)： 運(yùn)用力學(xué)中碰撞知識(shí)分析指出，當(dāng)粒子與原子核對(duì)心正碰時(shí)，粒子與原子核接近的最小距離近似認(rèn)為是原子核的半徑.（10-15 m），指出原子和原子核半徑和體積之間的數(shù)量級(jí)關(guān)系. 如果把原子比作直徑100m的大球，原子核只相當(dāng)于大球中間的一粒米粒！ 原子核雖小，卻集中了原子幾乎全部的質(zhì)量。因此原子核的密度非常大，如果1立方厘米的體積中完全充滿原子核，那么它的質(zhì)量將有107噸?。?07噸，若用載重10噸的汽車來運(yùn)，需要106輛?。? (4)原子核的電荷 由不同元素對(duì)粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確定各種元素原子核的電荷Q，由于原子是電中性，可以推算出原子內(nèi)含有的電子數(shù) [總結(jié)]：我們這節(jié)課主要學(xué)習(xí)了從湯姆生的原子模型到盧瑟福提出的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，人們對(duì)于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。粒子散射起了決定性作用。同學(xué)們自己總結(jié)一下該實(shí)驗(yàn)的過程及意義。 引入課題 演示 湯姆生棗糕式模型 α粒子散射實(shí)驗(yàn) 結(jié)束 練習(xí) 原子核的大小和密度 演示 學(xué)生討論：核式結(jié)構(gòu)解釋散射實(shí)驗(yàn) 演示 盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型 學(xué)生討論：實(shí)際實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明的問題 散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)際現(xiàn)象 學(xué)生討論：按棗糕結(jié)構(gòu)的散射現(xiàn)象 介紹科學(xué)家的無畏精神 介紹實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想 演示 介紹實(shí)驗(yàn)裝置 開始 基礎(chǔ)訓(xùn)練: 1．提出原子核式結(jié)構(gòu)模型的科學(xué)家是 （ C ） A．湯姆生 B．玻爾 C．盧瑟福 D．查德威克 2．在用粒子轟擊金箔的粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，以下說法正確的是（ B ） A．粒子全部穿過或發(fā)生很小的偏轉(zhuǎn) B．粒子絕大多數(shù)穿過，只有少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)甚至被彈回 C．絕大多數(shù)發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回，只有少數(shù)穿過 D．全部發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn) 3．粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說明 （ C ） A．原子核是由質(zhì)子和中子組成的 B．原子中的正電荷均勻分布在整個(gè)原子范圍內(nèi) C．原子中的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在很小的區(qū)域范圍內(nèi) D．原子中的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng) 4．如圖所示為在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，一束粒子在穿越金箔內(nèi)一個(gè)金原子的軌跡示意圖，正確的是（ D ） 能力提升: 5．在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，如果只考慮粒子與金原子核的相互作用．則一個(gè)粒子在穿越金原子的過程中，以下說法正確的是(D ) A．粒子的動(dòng)能逐漸減小 B．粒子的勢(shì)能逐漸增大 C．粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量逐漸減小 D．粒子的加速度大小先增大后減小 7．關(guān)于盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論，以下說法中正確的是 （ C ） A．原子的中心有一個(gè)很小的核，核內(nèi)只是由帶正電的質(zhì)子組成 B．原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中 C．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里 D．原子核的電荷數(shù)就是核內(nèi)的中子數(shù) 8.粒子散射實(shí)驗(yàn)用的是金箔、鉑箔等重金屬箔，為什么不用輕金屬箔？ 延展性好 容易制的更薄 核電荷數(shù)多 同等條件下斥力大 質(zhì)量數(shù)大 相對(duì)較容易觀察到散射回頭的現(xiàn)象 鏈接高考: 1.(xx江蘇省高考題)下列實(shí)驗(yàn)中，深入地揭示了光的粒子性一面的有　　　AB　　　　?。? 2 . (南京市xx屆高三第二次調(diào)研測(cè)試)下列說法中正確的是( D ) A. 紫外線照射到金屬鋅板表面時(shí)能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)，則當(dāng)增大紫外線的照射強(qiáng)度時(shí)，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能也隨之增大 B. 盧瑟福在研究原子結(jié)構(gòu)中引入了量子化的觀點(diǎn) C. 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)揭示了光的粒子性，康普頓效應(yīng)揭示了光的波動(dòng)性 D. 在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，狹縫變窄，光子動(dòng)量的不確定量變大 生平簡(jiǎn)介 歐內(nèi)斯特盧瑟福(Ernest Rutherford, 1871—1937)英國(guó)物理學(xué)家，1908年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的獲得者。 　　1871年8月30日生于新西蘭納爾遜的一個(gè)手工業(yè)工人家庭。并在新西蘭長(zhǎng)大。他進(jìn)入新西蘭的坎特伯雷學(xué)院學(xué)習(xí)。23歲時(shí)獲得了三個(gè)學(xué)位（文學(xué)學(xué)士、文學(xué)碩士、理學(xué)學(xué)士）。1895年在新西蘭大學(xué)畢業(yè)后，獲得英國(guó)劍橋大學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金進(jìn)入卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，成為湯姆孫的研究生。1898年，在湯姆孫的推薦下，擔(dān)任加拿大麥吉爾大學(xué)的物理教授。他在那兒呆了9年。于1907年返回英國(guó)出任曼徹斯特大學(xué)的物理系主任。1919年接替退休的湯姆孫，擔(dān)任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任。1925年當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)主席。1931年受封為納爾遜男爵，1937年10月19日因病在劍橋逝世，與牛頓和法拉第并排安葬，享年66歲。 當(dāng)人們?cè)u(píng)論盧瑟福的成就時(shí)，總要提到他“桃李滿天下”。在盧瑟福的悉心培養(yǎng)下，他的學(xué)生和助手有多人獲得了諾貝爾獎(jiǎng)金： 　　1921年，盧瑟福的助手索迪獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)； 　　1922年，盧瑟福的學(xué)生阿斯頓獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)； 　　1922年，盧瑟福的學(xué)生玻爾獲諾貝爾物理獎(jiǎng)； 　　1927年，盧瑟福的助手威爾遜獲諾貝爾物理獎(jiǎng)； 　　1935年，盧瑟福的學(xué)生查德威克獲諾貝爾物理獎(jiǎng)； 　　1948年，盧瑟福的助手布萊克特獲諾貝爾物理獎(jiǎng)； 　　1951年，盧瑟福的學(xué)生科克拉夫特和瓦耳頓，共同獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)； 　　1978年，盧瑟福的學(xué)生卡皮茨獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。 　　有人說，如果世界上設(shè)立培養(yǎng)人才的諾貝爾獎(jiǎng)金的話，那么盧瑟福是第一號(hào)候選人。 二、科學(xué)成就 　　盧瑟福是二十世紀(jì)最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家之一，在放射性和原子結(jié)構(gòu)等方面，都做出了重大的貢獻(xiàn)。 　　1、他關(guān)于放射性的研究確立了放射性是發(fā)自原子內(nèi)部的變化。放射性能使一種原子改變成另一種原子，而這是一般物理和化學(xué)變化所達(dá)不到的；這一發(fā)現(xiàn)打破了元素不會(huì)變化的傳統(tǒng)觀念，使人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)入到原子內(nèi)部這一新的層次，為開辟一個(gè)新的科學(xué)領(lǐng)域——原子物理學(xué)，做了開創(chuàng)性的工作。 　　2. 1912年，盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出原子核式結(jié)構(gòu)模型。 　　3、質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) 1919年，盧瑟福做了用α粒子轟擊氮核的實(shí)驗(yàn)。他從氮核中打出的一種粒子，并測(cè)定了它的電荷與質(zhì)量，它的電荷量為一個(gè)單位，質(zhì)量也為一個(gè)單位，盧瑟福將之命名為質(zhì)子。 　　4、他通過α粒子為物質(zhì)所散射的研究，無可辯駁的論證了原子的核模型，因而一舉把原子結(jié)構(gòu)的研究引上了正確的軌道，于是他被譽(yù)為原子物理學(xué)之父。由于電子軌道也就是原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的矛盾，才導(dǎo)致玻爾提出背離經(jīng)典物理學(xué)的革命性的量子假設(shè)，成為量子力學(xué)的先驅(qū)。 　　5、人工核反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)是盧瑟福的另一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。自從元素的放射性衰變被確證以后，人們一直試圖用各種手段，如用電弧放電，來實(shí)現(xiàn)元素的人工衰變，而只有盧瑟福找到了實(shí)現(xiàn)這種衰變的正確途徑。這種用粒子或γ射線轟擊原子核來引起核反應(yīng)的方法，很快就成為人們研究原子核和應(yīng)用核技術(shù)的重要手段。在盧瑟福的晚年，他已能在實(shí)驗(yàn)室中用人工加速的粒子來引起核反應(yīng)。