二、原子与原子核的结构教学目标设计

原子与原子核的结构

庄河市第五高级中学 张蕾

一、教学目标

（一）知识与技能

1.

了解卢瑟福α粒子散射实验，和核式结构模型的建立的建立过程

2.

知道质子与中子的发现过程，了解原子核的组成

3.

了解原子核的表示方法，以及同位素

（二）过程与方法

通过对原子结构的认识过程的学习，体会物理学中研究问题的方法，并理解人类对微观世界的认识的不断加深的过程

（三）情感态度与价值观

在学习过程中，感受前辈科学家为探究真理的奋斗精神

二、教学重点

卢瑟福α粒子散射实验的过程及结果分析

三、教学过程

回顾历史

公元前五世纪，希腊哲学家提出物质是由不可分割的微粒（叫原子）组成。

一百多年前，化学反应中原子的种类和数目不变，化学上认为原子是不可再分的、物质是由原子组成的。

到了十九世纪中叶，阴极射线的发现，打开了人们通往新世界的道路。

我们一起沿着前人研究的的足迹，看看我们现在已知的原子的结

构是如何得出来的。

（一）电子的发现

阴极射线是德国物理学家J.普吕克尔在1858年利用低压气体放电管研究气体放电时发现的 .从低压气体放电管阴极发出的电子在电场加速下形成的电子流。

当时还不知道阴极射线是电子流，人们提出很多猜想，关于其本质的认识有两种观点，一种观点认为阴极射线是一种电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电微粒，两种观点的支持者争执不下，谁也说服不了谁，为了找到有利于自己的证据，双方都做了很多实验。

1897年，英国物理学家J.J.汤姆孙根据放电管中的阴极射线在电场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电，并测出其荷质比，这在一定意义上是历史上第一次发现电子，12年后R.A.密立根用油滴实验测出了电子的电荷。

在汤姆孙的实验中，他发现，无论哪种材料作为阴极产生的粒子质量电荷相同，说明它们是原子的组成部分。得出原子可以分割的结论。并发现粒子质量小于氢原子的千分之一。

思考：由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质．那么这两种物质是怎样构成原子的呢？

（二）原子的结构模型

汤姆孙在发现电子之后，假设了一种原子结构模型。在汤姆孙的原子模型中，原子是一个球体；正电核均匀分布在整个球内，而电子都象布丁中的葡萄干那样镶嵌在内。

为了验证枣糕模型的正确性，汤姆孙的学生卢瑟福设计了实验，用粒子轰击原子，将其“打开”，“打开”原子的工具是α粒子，这个实验就是著名的α粒子散射实验

选择α粒子作为“打开”原子的工具的原因有：①易获得：放射性元素放射出的射线就有α粒子。②能量高③易于观察：能够使荧光物质发出荧光，便于观察。

选择金作为靶材的原因：①延展性好：可以做成很薄很薄的薄片，可以达到1m，大约是3000个金原子的厚度，大大减少α粒子的二次碰撞。②金原子质量大：α粒子约是电子质量的7300倍，金原子约是电子质量的3.6105倍，远远大于α粒子的质量，在α粒子撞到金原子时，α粒子运动状态发生明显改变，而金原子几乎不变。

实验器材：

4①放射性元素钋，发生衰变，212

20886Po84Pb2He(粒子）②铅盒，一端开有小孔

③金箔

④带荧光屏的显微镜：检测α粒子的位置

⑤真空装置：避免空气对实验的影响

观看实验过程模拟动画，实验视频

实验现象：

1、绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进。

2、少数α粒子发生了较大的偏转。

3、极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°。

思考并讨论：原子内部究竟是什么样的结构，才有可能造成这样的实验结果呢？

①绝大多数粒子基本不偏转：

表明：原子内部绝大部分是“空”的。

②少数粒子发生较大偏转：

表明：原子内部有“正电荷集中”的区域。

③极少数粒子被弹回：

表明：斥力很大,“正电荷集中”的区域很小。

讨论：试画出原子内正电荷与电子大概是如何分布的?

卢瑟福在实验基础上提出了原子的核式结构模型：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、几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间里绕核旋转。 （三）质子的发现

人们认识原子核的结构是从天然放射性开始的。

1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为放射性．具有发射性的元素称为放射性元素．元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．

卢瑟福发现质子的实验

P



放射源

铝箔

荧光屏

显微镜

放在密闭容器的放射性物质P发射的a粒子被铝箔吸收，不能到达荧光屏，因而从显微镜中看不到荧光闪烁。

当给容器内充以氮气时，能从显微镜中观察的荧光的闪烁。卢瑟福认为，a 粒子与氮气作用产生了新粒子，闪光就是这种新粒子引起的。

这种新粒子带正电荷，其电荷量和一个电子的电荷量相同，它的质量等于一个电子质量的1 836倍。进一步研究表明，这种粒子的性质和氢原子核的性质完全相同，人们把它叫做质子。 卢瑟福发现质子后，发现原子核的比荷并不等于质子的比荷，说明在原子核中仍存在这其他粒子，他预言核内还存在一种中性粒子。

（四）中子的发现

卢瑟福的学生查德威克在老师预言基础上进行实验，得到了很好的突破。

查德威克发现中子的实验

原子核的质量数

原子核的电荷数

AZX元素符号

同位素：具有相同质子数不同中子数（或不同质量数）的元素互称为同位素。 氢的同位素四、课堂小结

1、探索足迹

电子的发现（汤姆孙）——原子的核式结构（卢瑟福）——质子的发现（卢瑟福）——中子的发现（查德威克）

2、原子的结构

原子由带正电的原子核和带负电的核外电子构成

原子核由带正电的质子和不带电的中子构成

五、课堂练习

1、二十世纪初，为了研究物质内部的结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子，如图是（ ）

A.卢瑟福的α粒子散射实验装置

B.卢瑟福发现质子的实验装置

C.汤姆逊发现电子的实验装置

D.查德威克发现中子的实验装置

11123C、14H、26C

1H、1H，碳的同位素6

2、在卢瑟福的a粒子散射实验中,有少数a粒子发生大角度偏转,其原因是（）

A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上

B.正电荷在原子中是均匀分布的

C.原子中存在着带负电的电子

D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中

3、图为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋【Po】放出的A射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时会打出粒子流B，经研究知道（）

A.A为中子，B为质子

B.A为质子，B为中子

C.A为γ射线，B为中子

D.A为中子，B为γ射线