原子的核式结构模型教学设计

第一篇：原子的核式结构模型教学设计

二、原子的核式结构模型

教学目标

1、知道α粒子散射实验及其现象，了解卢瑟福原子核式结构模型，以及提出此模型的实验依据

2、认识实验对理论发展的总要作用

3、知道物理模型建立的意义及其局限性，培养学生抽象思维能力和想象力 重点难点

重点：α粒子散射实验和原子核式结构理论 难点：渗透和让学生体会物理学研究方法 设计思想

α粒子散射实验是一个很重要的实验，体现了研究微观世界的一种科学的方法，也是锻炼学生分析问题、解决问题的知识点。对卢瑟福如何分析α粒子散射实验，否定汤姆孙原子模型，提出原子核式结构模型的了解，有利于学生学习人类研究微观世界的科学方法，提高分析解决问题的能力。因此本节的设计强调核式结构模型建立的依据而非结论，重点在于暴露模型建立的思路和研究的方法。对物理学史的教育要贯穿在整个教学过程当中。教学资源 多媒体课件 教学设计 【课堂引入】

讲述：汤姆生发现电子，根据原子呈电中性，提出了原子的枣糕模型。学生活动：师生共同得出汤姆生的原子枣糕模型。点评：用图片或动画展示原子枣糕模型。

【课堂学习】

学习活动一：α粒子散射实验

问题一：为什么用α粒子的散射现象可以研究原子的结构？

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α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α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α粒子穿过原子的散射情况，是研究原子结构的有效手段。

学生：体会α粒子散射实验中用到科学方法；渗透科学精神（勇于攀登科学高峰，不怕苦、不怕累的精神）的教育。

问题二：α粒子散射是怎么做的

α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。

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。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。

问题三：α粒子散射的实验结果是什么？

绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进或只发生很小的偏转，但有些α粒子发生了较大的偏转，大约1/8000oo的α粒子偏转角超过90，个别的甚至接近180，就像被弹回来了一样。

学习活动二：原子的核式结构模型

请同学们根据考虑：

问题一：α粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？

碰撞前后，质量大的α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。

问题二：按照枣糕模型，α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？

对于α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，α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α粒子偏转的力不会很大，所以α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。

问题三： 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。点评：教师进行科学研究方法教育：模型法（实验现象）、→（分析推理）→（构造模型）

（通过汤姆生的原子结构模型到卢瑟福的原子的核式结构模型的建立，既渗透科学探究的因素教学，又进行了模型法的教学，并将卢瑟福的原子的核式结构模型与行星结构相类比，指出大自然的和谐统一的美，渗透哲学教育。通过学生对这三个问题的讨论与交流，顺理成章地否定了枣糕模型，并开始建立新的模型。希望这一部分由学生自己完成，教师总结，总 结时，突出汤姆生原子模型与粒子散射实验之间的矛盾，可以将粒子分别穿过枣糕模型和核式结构模型的不同现象用动画模拟，形成强烈的对比，突破难点）

联想在以前的学习中有哪些进行了模型法的教学，在哪些方面的研究中可以应用模型法来研究。

得到卢瑟福的原子的核式结构模型后再展示立体动画粒子散射模型，使学生有更清晰的直观形象、生动的认识。

【例】 如图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述说法中正确的是()A．相同时间内在A时观察到屏上的 闪光次数最多

B．相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些 C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少 D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光

学习活动三：原子的组成与原子核的大小 原子的中间有一个很小的核，它集中了所有的正电荷和几乎所有的质量，核外的电子绕核做圆周运动。原子的-10-15-14半径在10m左右，原子核的大小在10～10m左右．原子核的半径只有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。相当于一个体育馆里的一个小石子。

学习活动四：原子的核式结构模型与经典理论的矛盾

学生先自学，然后讨论归纳：

矛盾1：绕核运转的电子会辐射电磁波，能量逐渐减小，最终电子落入核中，原子将不复存在。

矛盾2：电子绕核运动辐射的电磁波是连续分布的，但在实验室中观察到的现象并非如此。

教师指出：矛盾的出现预示着新的理论的形成，也只有新的理论可以解决矛盾。科学就是这样螺旋式前进的。

随堂练习：

1、(2013·福建高考)在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()

答案：C

2、在卢瑟福α粒子散射实验中，只有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是()A．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小 的核里 B．正电荷在原子内是均匀分布的 C．原子中存在着带负电的电子

D．原子的质量在原子核内是均匀分布的 答案 A

【板书设计】

第2节 原子的核式结构模型

一、α粒子散射实验

1、实验装置

2、实验结果

二、原子核式结构模型

三、核式结构模型与经典理论的矛盾

第二篇：第一节原子的核式结构 原子核

原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转。这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。

卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，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运动。

卢瑟福出生于新西兰。卢瑟福在英国剑桥大家卡文迪许实验室学习了三年，当时领导实验室的是卓越的物理学家汤姆生。

1896年，贝克勒耳发现了铀盐能发射出穿透力很强的辐射。不久卢瑟福就证明了这种“铀射线”与Ｘ射线不同，他把能够使大量原子电离但易被吸收的粒子叫α粒子后来证实（α粒子就氦核），α粒子带正电，具有较大的功能，它的质量是电子质量的七千多倍。

卢瑟福是天才的实验物理学家，他利用当时的实验条件，对原子的结构进行了实验研究。1909年，卢瑟福交给一位新来的学生、青年物理学家马斯登一项简单的任务，要他数一数穿过各种物质薄片（金、铜、铝等）的α粒子，这些薄片是放在放射源和荧光屏之间的，卢瑟福想看一看马斯登能不能看到什么奇异现象，当时大家都接受汤姆生的原子模型，按照这种模型，α粒子应该很容易地穿过原子球，不应该发生散射现象，但是马斯登注意到，虽然绝大多数的α粒子穿过了薄片，但是仍然可以看到散射现象——有一些粒子好像是跳回来了，实验重复了很多次，卢瑟福经过深入的研究和思考以后，得出了下面的结论：原子是一个很复杂的系统，它有一个带正电的核（原子核），在核周围的一定轨道上转动着带负电的电子。

1918年，卢瑟福接替退休的汤姆生的职位，担任著名的卡文迪许实验室主任，他在那里一直工作到逝世。

有关α粒子散射实验，下列说法中正确的是（）

绝大多数α粒子穿过金箔后不改变方向；

α粒子碰到电子后运动方向几乎不发生改变；

α粒子散射实验，肯定了汤姆生的原子结构模型；

α粒子散射实验，是卢瑟福原子核式结构模型的实验依据。

［作业布置］

第三篇：原子核结构的教案设计

新课标要求

1、知识与技能

(1)知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念。

2、过程与方法

(1)通过观察，思考，讨论，初步学会探究的方法;

(2)通过对知识的理解，培养自学和归纳能力。

3、情感、态度与价值观

(1)树立正确的，严谨的科学研究态度;

(2)树立辨证唯物主义的科学观和世界观。

教学重点：原子核的组成。

教学难点：如何利用磁场区分质子与中子

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备

1、原子核的组成问提：质子：由谁发现的?怎样发现的?中子：发现的原因是什么?由谁发现的?(卢瑟福用粒子轰击氮核，发现质子。查德威克发现中子。发现原因：如果原子核中只有质子，那么原子核的质量与电荷量之比应等于质子的质量与电荷量之比，但实际却是，绝大多数情况是前者的比值大些，卢瑟福猜想核内还有另一种粒子)

小结：

①质子(proton)带正电荷，电荷量与一个电子所带电荷量相等，中子(nucleon)不带电，②数据显示：质子和中子的质量十分接近，统称为核子，组成原子核。

提问：③原子核的电荷数是不是电荷量?④原子荷的质量数是不是质量?

提示：③不是，原子核所带的电荷量总是质子电荷的整数倍，那这个倍数就叫做原子核的电荷数。

④原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，那这个倍数叫做原子核的质量数。

小结：③原子核的电荷数=质子数=核外电子数=原子序数

④原子核的质量数=核子数=质子数+中子数

⑤符号表示原子核，X：元素符号;A：核的质量数;Z：核电荷数

一种铀原子核的质量数是235，问：它的核子数，质子数和中子数分别是多少?(核子数是235，质子数是92，中子数是143)

2、同位素(isotope)

(1)定义：具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。

(2)性质：原子核的质子数决定了核外电子数目，也决定了电子在核外的分布情况，进而决定了这种元素的化学性质，因而同种元素的同位素具有相同的化学性质。

提问：列举一些元素的同位素?

提示：氢有三种同位素：氕(通常所说的氢)，氘(也叫重氢)，氚(也叫超重氢)，符号分别是：。

碳有两种同位素，符号分别是。

第四篇：原子的核式结构模型-教学反思

《原子的核式结构》教学反思

根据学生的心理特点，将学习内容分为二学习个模块：模块一（电子的发现、汤姆生模型）、模块二（α粒子散射实验、卢瑟福的核式结构模型）,充分发挥学生的想象力和主动性,通过巧妙新颖的教学设计，创设一些具有感染力的教学情境，让学生扮演主角，最大限度地调动学生学习的热情，才能激活课堂气氛，培养学生的各种能力，尤其是创新能力。

在本节教学中，应用信息技术进行探究式学习,使堂课气氛始终非常活跃，由于教材教学内容被有效挖掘，教学设计独特、新颖，因此教学效果较为理想。让学生经历“提出问题、猜测与假设、分析论证、交流与合作”的科学探究过程, 让科学思维方法的熏陶,以培养学生的创新思维能力。不仅使学生理解掌握了科学探索常用的思维方法，而且激发了学生的创造热情和欲望，增强了他们的自信心。

物理学作为一门以实验为基础的学科，真正的实验具有客观真实性，对学生起直接的启发引导作用，媒体应用于物理学实验时，要考虑到计算机的辅助功能，突出它在常规教学无法达到理想效果时的特殊功效，模拟微观现象，使之变小为大、变快为慢、变复杂为简单，以帮助学生进行想象进而理解原子的核式结构。能做的实验,千万不能用媒体来代替实验．同时要兼顾到，信息技术应用于物理实验教学时，不能仅仅停留在“仿真实验”，而要充分利用多媒体的特殊性，在实验思想上下功夫，突出实验的设计思想，为学生探究物理提供服务．

成功的教学是一种创造，我深感物理课堂教学是一门博大精深的艺术，是无止境的。作为一名物理教师，要培养学生的创新精神和实践能力，关键问题是要在物理教学中充分挖掘教材，要有创新意识，敢于突破传统教学模式的束缚，创造性地构建新颖的、符合学生身心发展的教学设计，始终把学生当作课堂教学的主体，充分让他们扮演主角，动手动脑。只有这样，才能使我们培养的学生在未来日趋激烈的国际竞争中具有强大的竞争力，永远立于不败之地。

第五篇：卢瑟福α粒子散射实验与原子核式模型的建立

卢瑟福α粒子散射实验与原子核式模型的建立

1907年7月，卢瑟福从蒙特利尔到达曼彻斯特，成为曼彻斯特实验室主任，10月他担任了该城维多利亚大学朗斯沃席（Lanysworthy）物理学教授的职务。他最早的行动之一是理出一个“可能研究”的项目清单，其中之一是“α射线的散射”。这是他与盖革合作的几个课题之一。盖革从1906年

起就一直在曼彻斯特，是卢瑟福的前任舒斯特（Schuster

Arthur，1851～1934）的助手。

1908年6月，盖革独立完成的一篇关于α粒子散射的文章，α粒子的辐射源是从几毫克溴化镭（RaBr2）中射出的一束很确定的α射线，散射体是一块薄金箔或铝箔；用闪

烁计数法来检测α粒子。两种材料都用来作过观察，但是更多的是用金箔，箔片厚度相等。盖革得出结论：“某些α粒

子被偏转到一个相当大的角度„„更充分的研究将使我们

能够从理论的观点探索这一结果。”

1909年初的一天，当卢瑟福步入盖革的房间的时候。房里还有盖革的一位“在科学上充满乐趣和激情”20岁大学本科生的年轻助手，他的名字叫欧内斯特·马斯顿（Marsden Sir Ernest，1889～1970）。马斯顿回忆说：“有一天卢瑟福走进房间，当时我们正在那儿计数α粒子，他转向我说：‘你们用一块金属表面直接反射α粒子，看能否得到什么效果。’我不以为他期望得到什么结果，但这个预感正如其他诸多预感一样，说不定会使我们观察到一些东西„„令我惊奇的是，我确实观察到了期待中的效果„„我清楚地记得一星期以后，当我在通向卢瑟福私人房间的楼梯上遇到他时，向他报告了这个结果。”

1909年5月由盖革和马斯顿提交的一篇论文，粒子辐射源是镭射气形成的氡（Rn222），还是利用闪烁计作为探测器。主要的结论是：“大约有1/8000的入射α粒子被反射”，即散射角超过90o。文章中也含有被散射的α粒子的总数目的初始信息，他们还把这一散射视为散射箔金属的函数。1/8000，对于这样的实验事实，卢瑟福感到十分惊奇。正如他曾经描述过他对这一结果的反应：“这种事情如此地不可能，就好象你用15英寸的炮弹射击一层薄纸，但炮弹却被薄纸弹回来打中自己一样的不可思议。”因为从牛顿力学的计算我们知道，当入射的质量大于靶粒子时，它是只会受到散射角小于90°的向前散射。而根据当时流行的J．J．汤姆逊原子模型，原子质量和电荷被认为是均匀分布在原子球体内，这样分散的分布是无法使得运动得很快、具有很大动量的粒子往回散射的。对于这个结果，他首先考虑到α粒子是受到电磁力的作用。在运用库仑定律计算后，他发现要使速度惊人的α粒子弹回来，必定是其受到原子内的强电场作用，而要达到这个强度，原子内正电荷必须集中在直径为 厘米的球形范围内，且这个小球是很重的，这说明了什么？这说明原子里的大部分是空荡荡的！据此卢瑟福不得不假设原子中的正电荷和质量并非均匀分布而是集中于一点上。

但1910年，J．J．汤姆逊为了进一步展开自己提出的原子模型，又提出了关于高速带电粒子穿透物质薄层时散射角分布的理论（多次散射理论），并被克劳瑟（J．A．Crowther）通过β射线散射的实验所证实。此时的卢瑟福，因受到J．J．汤姆逊的实心带电球原子模型，无法用小角度散射的积累（复合散射）予以解释而感到迷惑不解。此后，卢瑟福反复思考，一个偶然的α粒子为什么会偏转? 为何α粒子的大角散射不能用大量小角的积累(复合散射理论)来解释？在反复计算实验结果后得出一个重要的结论：绝大多数的大角散射应为一次碰撞的结果。从而准确地描述了解决原子有核模型问题的一个关键点——整个的偏转必须是单独的一次完成的结果，因此就必须假定在原子内部有强电场的存在，而原子有核模型可以提供这样的强电场。

卢瑟福在后来的论文开头是这样写的：“众所周知，α、β粒子与物质原子碰撞之后将从其直线运动偏折。对于β粒子，要比α粒子散射得更厉害，因为β粒子的动量和能量小得多。这些快速运动粒子的轨道会穿越原子，并且观测到的偏折是由于原子系统中存在着强电场，这两点似已无疑问。一般都假设，α、β射线在穿过物质薄片时遭到的散射是由于物质原子多次微弱散射的结果。但是盖革和马斯登的α射线散射观测却表明α射线有一部分经单次碰撞必定会遭到大于直角的偏折。例如他们发现，入射α射线的一小部分，大约两千分之一，在穿过约0.00004厘米厚的金箔时发生了平均为90°角的偏折。盖革随后证明，α射线穿过这样厚的金箔，其偏折角最可几值约为0.87°。根据概率论作一简单计算，表明α粒子偏折到90°角的机会是极小的。另外，可以看到，如果把大角度偏折看成是多次小偏折造成的，则α粒子的大角度偏折应按期待的概率规律有一定分布，但实际上并不服从这个概率规律。似乎有理由假设，大角度偏折是由于单个原子的碰撞，因为第二次碰撞能产生大角度的机会在大多数情况下是极为微小的。简单的计算表明，原子一定是处于强大电场的位置中，以致于一次碰撞竟能产生这样大的偏折。”

卢瑟福感到非要做理论物理学家不可，这是因为如果不这样，他就不能解释来自他实验室的实验数据。盖革回忆大致是1910年末或 1911年初：“有一天［卢瑟福］来到我的房间，心清显然非常之好，他告诉我他现在知道这原子是怎么样的了，以及大角散射意味着什么。”1911年3月7日，卢瑟福把他的主要结果以题为《物质对α与β粒子的散射及原子的结构》论文呈交给曼彻斯特文学和哲学学会，具有决定意义的文章出现在《哲学杂志》5月号上。卢瑟福的原子模型引用了散射截面()的概念，其结果可以写为：

(NeQ)

2，其中υ，m，Q分别是α粒子的速度、质量和电荷。Ne是核的()2244msin/2

带电量。卢瑟福散射截面表式包含的信息显然比这些数据多得多。卢瑟福证实了他的理论在定性上符合盖革和马斯顿的大角度散射，与原子序数相关，以及符合盖革有关平均的散射角的结果。盖革记得，“可能就在同一天，我开始检验卢瑟福预言的粒子数和散射角之间的关系”。后来盖革与马斯顿进一步合作，并得到的结果令人满意。

卢瑟福的原子核式模型认为：在原子中心有一个体积很

小的带正电的核，这个核具有原子的大部分质量，电子

沿轨道绕核旋转，像行星绕太阳一样。某元素原子核的正电荷数等于该元素在周期表上的序数，也就是沿轨道

旋转的电子数。因此就整个原子来说，在电荷上是中性的。卢瑟福的原子模型还有以下事实作证：重元素比轻

元素散射的α粒子多得多，这是由于重元素的核电荷和

质量比较大的缘故。

卢瑟福对自己提出的模型颇有信心，但是这一模型

也有在当时看来无法克服的困难。譬如：原子的稳定性

就是一例，电子如果绕核旋转，按麦克斯韦的电磁理论，电子将释放电磁能量，而且可以很容易算出，只需要很短的时间（百分之几秒）电子就将失去全部的动能，因而将迅速被带正电的核吸引到核上去，就像宇宙空间的陨石由于万有引力而落到地球上一样，即“原子坍塌”。但宇宙中的原子并没有坍塌，多少亿年之后的今天，原子仍然存在就是一个的证明（这一困难在几年之后由玻尔解决了）。带电的核由于同性相斥，核内各个组成部分挤得那么紧，相互排斥力很大，那它们又怎么能够结合在一起呢？这个严重的问题，直到近50

年以后才由新的理论来解决。此后，卢瑟福公式有了许多精细的改进：原子中电子对原子核的库仑场的屏蔽，原子中电子自身对散射的贡献，自旋和相对论效应，有限原子核大小的影响，固态效应——以及强相互作用的影响等等引起的修正。