二、原子与原子核的结构教案和学案内容

《原子和原子核的结构》教学设计

一、

教材分析

《原子和原子核的结构》属于选修1-2第三章第二节。本节安排在原子核具有放射性之后，电子的发现，说明原子可以再分。在此基础上，汤姆生建立了较有影响的原子“枣糕模型”。卢瑟福用发现的a粒子散射实验结果否定了汤姆孙的原子模型，提出了原子的核式结构模型，a粒子散射实验和原子的核式结构模型是本节课的重点。

二、教学目标

（一）知识与技能

1．了解卢瑟福a粒子散射实验，核式结构模型的建立，了解从分析实验结果到提出原子的核式结构学说的过程；

2．知道质子和中子的发现过程及原子核的组成；了解原子物理的研究方法是在实验的基础上进行科学分析；

3．了解原子核的表示方法，了解同位素；了解爱因斯坦质能方程的含义，感受它的科学之美。

（二）过程与方法

通过对原子结构的认识过程的学习，体会物理学解决“黑箱问题”的方法，并理解人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的科学探究永无止境；

（三）情感态度与价值观

通过阅读史料，感受前辈科学家为探究真理而毕生奋斗的科学精神。

三、教学重难点

教学重点：卢瑟福的α粒子散射实验的现象及所说明的问题。

教学难点：卢瑟福的α粒子散射实验的现象及所说明的问题。

四、教学过程设计

（一）引入新课

讲述：1.古希腊和古代中国思想家认为世界万物由原子组成。

2.格列佛游记中的一则故事。

提出问题：原子究竟是怎样的结构？

展示：《原子和原子核的结构》课题用动画展示原子葡萄干布丁模型。

（二）课前自主学习学案

展示：一、原子的核式结构模型

1、α粒子散射实验现象 (1) ________α粒子穿过金箔后，基本沿原方向前进。 (2) ____α粒子发生大角度偏转，偏转角甚至大于90°。 (3)_____α粒子的偏转角甚至接近180°。 2、卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆生的原子模型，建立了________模型。 二、原子核的组成

1、原子核的电荷数与核外_______相等。 2、原子核由_______和_______组成。核 电荷数等于________数。 3、原子直径数量级__________。 原子核直径数量级__________。 三、

质能方程

1、如果某种粒子与原子发生相互作用，导致核的组成或核的状态发生了变化，这样的过程称为_______。 2、爱因斯坦的质能方程：________。 3、原子核的质量比组成它的所有质子和中子的质量之和要略小一点，这个现象叫做原子核的___________。

学生活动：根据预习情况填空

（三）进行新课

核心要点一：原子的核式结构模型

1.原子的枣糕模型

讲述：汤姆生发现电子，根据原子呈电中性，提出了原子的葡萄干布丁模型。

学生活动：猜想枣糕模型什么样？提出自己的模型。

展示：原子葡萄干布丁模型。

提出问题：汤姆生提出的葡萄干布丁原子模型是否对呢？

2．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。

学生：体会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。

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。

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

学生活动：猜测实验结果

（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。

师生活动：提问学生，师生共同用科学语言表述实验结果。

2．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。

提出问题：用汤姆生的葡萄干布丁模型能否解释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按照葡萄干布丁模型，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？

学生活动：学生小组讨论、小组间互相提问，解答。

（2）教师小结：

对于问题1、2：

按照葡萄干布丁模型，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葡萄干布丁模型不符合原子结构的实际情况。

师生互动，学生小组讨论，学生分析推理得到卢瑟福的原子结构模型。

对于问题3：

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，顺理成章地否定了葡萄干布丁模型，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粒子分别穿过葡萄干布丁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。

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。

展示：百米直径的操场和草叶上的小水珠

核心要点二：原子核的组成

阅读：质子和中子的发现──人们认识到原子核的组成

①国物理学家卢瑟福在1919年做核反应实验时发现了质子，经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的

1836倍．进一步研究表明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核。

②1932年英国物理学家查德威克又发现了中子，通过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电．是中性粒子．在对各种原子核进行的实验中，发现质子和电子是组成原子核的两种基本粒子。

中子的发现是世界科学史上又一个里程碑，它使人类从此跨进了原子能时代。因为中子的发现解决了理论物理学家在原子核的质子、电子模型上碰到的难题，人们认识到原子核原来是由质子和中子组成的，而不是由质子和电子组成的。意大利的著名科学家费米后来用中子作核炮弹依次来袭击各种元素的原子核，于是由此发现了核裂变和核的链式反应。查德威克由于发现了中子，被授予1935年的诺贝尔物理奖。

展示：1.卢瑟福发现质子的实验装置图。

2.查德威克发现中子。

学生活动：阅读课本48页后回答：什么是同位素？

核心要点三：质能方程

学生活动：阅读课本49页：

师生共同总结：

（1）

核反应

某种粒子和原子核发生相互作用，导致核的组成或者核的状态发生了变化，这个过程叫做核反应。

（2）质量亏损

科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等，例如精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显的表现出来。（回顾质量、能量的定义、单位。明确质量不是能量、能量也不是质量，质量不能转化能量，能量也不能转化质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度）

（3）爱因斯坦质能方程： E＝mc2

相对论指出，物体的能量（E）和质量（m）之间存在着密切的关系，即E＝mc2式中，c为真空中的光速。爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比。由于c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的。

（4）核反应中由于质量亏损而释放的能量：△E=△m c2

物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的，但是如何使这样巨大的能量释放出来？从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化△E与物体的质量变化△m的关系：△E=Δmc2

（四）全课总结：学生总结，课件展示图片

（五）课堂互动讲练

1.(多选）下列叙述中，不符合物理学史的有（

）

A.爱因斯坦建立了质能方程

B.麦克斯韦用实验证明了电磁波的存在

C.卢瑟福提出了原子的核式结构学说

D.居里夫妇发现了天然放射性现象

2. （多选）卢瑟福的原子核式结构理论的主要内容有（ ）

A.原子的中心有一个核叫做原子核； B.原子的正电荷均匀的分布在原子中； C.原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在原子核里； D.带负电的电子在核外绕着核旋转。

（六）布置作业：熟记本节的知识点

五、结束语

《普通高中物理课程标准》指出：“高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。”为了更好地实现物理学科教学的新理念，适应《普通高中物理课程标准》和新课程的需要，帮助学生从被动的学习者转变为主动的学习者，所以在探究物理规律的过程中培养获取和处理信息的基本科学方法和思维模式，在参与解决问题、决策、小组讨论、学习评价的过程中，将所学的科学知识应用到新的问题中去，在学习过程中逐步形成科学探究能力