3　氢原子光谱优秀公开课教案

高二物理

2017.5.9 18.2

原子的核式结构

教学目标：

知识目标：

1了解原子学说的发展历史。

2认识粒子散射实验的重大意义，

3了解原子的核式结构模型

能力目标：

培养学生通过现象认识本质的分析、推理能力

情感目标：

培养学生锲而不舍，严谨务实的科学态度。

教学重点：

粒子散射实验，卢瑟福的原子核式结构

引入新课: 1897年，汤姆生发现电子之后，人们意识到原子不再是不可分的，而是由更小的微粒组成的。电子带负电，而原子是电中性的，可见原子内部还有带正电的物质，这些带正电的物质和电子是如何构成原子的呢？

（1）汤姆生原子模型

（2）汤姆生原子模型的特点：原子是质量均匀分布的球体，正电荷均匀分布在整个球体内，带负电的电子对称地镶嵌在其中.

二、粒子的散射实验

1.

粒子的散射实验：1909－1911年，卢瑟福（英国）

（1）装置介绍：

图1

放射源：放射性元素镭置于铅盒内，只开一个小孔，使粒子只沿一个确定方向高速出来，粒子具有足够的能量，可以接近原子中心，还可以使荧光物质发光。

金箔：在放射源和荧光屏之间放入金箔，根据荧光屏上出现亮点的位置可以知道粒子穿过原子后的偏转情况。

显微镜：在荧光屏的后面，起放大作用，更容易观察

图2

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2017.5.9 显微镜和荧光屏可以在以金箔为中心的一个圆周上运动，统计在各个不同位置相同时间内接收到的光子数就可以确定粒子穿过金原子后的偏转情况。

整个装置置于一抽成真空的容器中，是为了减小空气分子对粒子的阻碍作用。

（2）操作步骤：

（3）实验现象：

①.绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进；

．．．． ②少数粒子穿过金箔后发生了较大的偏转；

．．． ③极少数达到180°，象被金箔弹了回来。

粒子偏转超过了90°，有的甚至几乎．．．．．．．．．． 极少数的粒子能够观察到的机率是1/8000，即有8000个粒子轰击金箔，才可能有一个粒子发生大角度偏转，在这个实验中卢瑟福和他的学生共记录下十万次以上的闪光照片，才发现了少数的粒子发生大角度偏转。这一方面向我们展示了科学家们的锲而不舍、严谨务实的科学态度，同时也告诉我们，在任何成功的背后都付出巨大的艰辛。

（4）结果分析：

1.电子能否使粒子发生大角度的散射？

2.汤姆生原子模型能否使粒子发生大角度的散射？

3.1 μm厚的金箔仍包含3300多个原子层，绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进说明了什么？

4.极少数粒子的偏转角超过了90°，有的几乎达到180°，其原因是什么？

回答:①电子质量很小，对粒子的影响很小。（就象飞行的子弹碰到尘埃，运动的方向不会发生明显的变化）

②正电荷在核内均匀分布，粒子穿过时，受到的大部分的力互相抵消，因而使粒子偏转的力不会很大。所以粒子穿过金箔后的偏转最大不超过零点几度。

卢瑟福感到十分惊奇，根据汤姆生模型，原子质量均匀分布在原子内，而这样分散的质量是无法使运动得很快，具有很大动能的粒子往回散射的，就和“一枚15英寸的炮弹打在一张纸上又被反射回来”一样不可置信。除非原子几乎全部质量和正电荷都集中在原子中央的一个很小的核上。意想不到的结果使卢瑟福有了新的发现，由此，卢瑟福提出了他的原子核式结构模型。

三、卢瑟福的核式结构模型：

（1）卢瑟福核式结构模型

在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，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里绕着核旋转. （2）核式结构模型对粒子散射实验的解释：

图3

粒子穿过原子时，对粒子的影响很小，影响粒子运动的主要是原子核，原子核很小，大多数粒子离核较远，受到库仑力小，运动方向改变小，极少数粒子与核十分接近，受到很大的库仑力，发生大角度偏转。

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2017.5.9 （3）对原子核大小的估计：

运用力学中碰撞知识分析指出，当粒子与原子核对心正碰时，粒子与原子核接近的最小距离近似认为是原子核的半径.（10-15

m），指出原子和原子核半径和体积之间的数量级关系. 如果把原子比作直径100m的大球，原子核只相当于大球中间的一粒米粒！

原子核虽小，却集中了原子几乎全部的质量。因此原子核的密度非常大，如果1立方厘米的体积中完全充满原子核，那么它的质量将有107吨！（107吨，若用载重10吨的汽车来运，需要106辆！）

(4)原子核的电荷

由不同元素对粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的电荷Q，由于原子是电中性，可以推算出原子内含有的电子数

[总结]：我们这节课主要学习了从汤姆生的原子模型到卢瑟福提出的核式结构学说，人们对于原子结构的认识。粒子散射起了决定性作用。同学们自己总结一下该实验的过程及意义。

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