高中物理-原子的核式结构模型学案

学案1电子学案2原子的核式结构模型[目标定位]1.知道阴极射线是由电子组成的，知道电子的电荷量和比荷.2.了解汤姆孙发现电子对揭示原子结构的重大意义.3.知道α粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象.4.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容，能说出原子核的数量级．一、电子[问题设计]图1条形磁铁使阴极射线偏转如图1所示，接通真空管(又称阴极射线管)的电源，将条形磁铁的一个磁极靠近射线管，观察阴极射线是否偏转，向什么方向偏转；把另一个磁极靠近射线管，观察射线的偏转情况．你认为射线的偏转是什么原因造成的？你能通过射线偏转的情况来确定射线粒子流携带的是哪种电荷吗？答案运动电荷在磁场中受到洛伦磁力．根据左手定则，结合磁场方向、粒子运动方向，可以判断出射线粒子电荷是正电荷还是负电荷．[要点提炼]1．阴极射线(1)阴极射线：科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管的阴极会发射出一种射线，这种射线叫做阴极射线．(2)英国物理学家汤姆孙使阴极射线在磁场和电场中产生偏转，确定了阴极射线是一种带负电的粒子流．2．阴极射线的特点(1)在真空中沿直线传播；(2)碰到物体可使物体发出荧光．3．微粒比荷(荷质比)的测定(1)比荷：带电粒子的电荷量与质量之比称为比荷，又称荷质比．(2)汤姆孙发现阴极射线中的粒子比荷是氢离子比荷的1 000多倍，而两者电荷量相同．汤姆孙把他发现的这种粒子命名为电子．4．密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子电荷．电子电荷量一般取e＝1.6×10－19_C，电子质量m＝9.1×10－31_kg.e二、α粒子散射实验及原子的核式结构模型[问题设计]阅读课本“α粒子散射实验”及“原子的核式结构模型”，说明：(1)α粒子散射实验装置由几部分组成？实验过程是怎样的？(2)有些α粒子发生了较大角度的偏转，这些偏转是电子造成的吗？答案(1)实验装置：①α粒子源：钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能α粒子，其带两个单位的正电，质量为氢原子质量的4倍．②金箔：特点是金原子的质量大，且易延展成很薄的箔．③可移动探测器：能绕金箔在水平面内转动．④整个实验过程在真空中进行．金箔很薄，α粒子(42He)很容易穿过．实验过程：α粒子源封装在铅盒中，铅盒壁上有一个小孔，α粒子可以从小孔中射出，打到前方的金箔上，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力作用，一些α粒子会改变原来的运动方向．可移动探测器可以绕着金箔做圆周运动，从而探测到α粒子在各个方向上的散射情况．(2)不是．α粒子的质量比电子的质量大得多，α粒子碰到电子就像子弹碰到灰尘一样，不会造成α粒子大角度的偏转．[要点提炼]1．实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子偏转的角度超过了90°，个别的甚至接近180°.2．α粒子散射实验的结果用汤姆孙的“枣糕模型”无法解释．3．卢瑟福的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，叫原子核．它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动．4．原子核的大小：原子核半径的数量级为10－15m，而整个原子半径的数量级是10－10m.因而原子内部十分“空旷”．一、对阴极射线的认识例1阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图2所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为()图2A．平行于纸面向左B．平行于纸面向上C．垂直于纸面向外D．垂直于纸面向里解析由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则，为使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C正确．答案 C二、带电粒子比荷的测定例2为求得电子的比荷，设计实验装置如图3所示．其中两正对极板M 1、M2之间的距离为d，极板长度为L.若M1、M2之间不加任何电场或磁场，可在荧光屏上P点观察到一个亮点．图3在M 1、M 2两极板间加极性如图所示的电压，并逐步调节增大，使荧光屏上的亮点逐渐向荧光屏下方偏移，直到荧光屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为U .保持电压U 不变，对M 1、M 2区域再加一个大小、方向合适的磁场B ，使荧光屏正中心处重现亮点． (1)外加磁场方向如何？(2)请用U 、B 、L 等物理量表示出电子的比荷qm.解析 (1)加上磁场后电子不偏转，电场力等于洛伦兹力，且洛伦兹力方向向上，由左手定则可知磁场方向垂直纸面向外．(2)当在荧光屏上看不到亮点时，电子刚好打在下极板M 2靠近荧光屏端的边缘，则d 2＝Uq 2dm (L v)2，q m ＝d 2v 2UL 2.① 由电场力等于洛伦兹力得Uqd ＝Bq v解得v ＝UBd②将②式代入①式得q m ＝UB 2L2.答案 (1)磁场方向垂直纸面向外 (2)q m ＝UB 2L 2三、α粒子散射实验及原子的核式结构模型例3 如图4所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法中正确的是( )图4A ．在图中的A 、B 两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多 B ．在图中的B 位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C ．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D ．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹解析 α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度散射．所以A 处观察到的粒子数多，B 处观察到的粒子数少，所以选项A 、B 错误．α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项D 错误，C 正确．答案 C例4 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解析 原子的核式结构正是建立在α粒子散射实验结果基础上的，C 、D 的说法没有错，但与题意不符． 答案 A电子原子的,核式结构模型⎩⎪⎨⎪⎧电子的发现⎩⎪⎨⎪⎧阴极射线汤姆孙发现密立根测定电子的电荷量原子核式结构模型⎩⎪⎨⎪⎧α粒子散射实验卢瑟福的核式结构模型原子核的大小和尺寸1．(对阴极射线的认识)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( ) A ．阴极射线在电场中偏向正极板一侧B ．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C ．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D ．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量 答案 AD解析 阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A 正确．由于电子带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，B 错误．不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C 错误．在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测出电子电荷量的是美国物理学家密立根，D 正确． 2．(带电粒子比荷的测定)关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是( ) A ．密立根利用电场力和磁场力平衡的方法，测得了带电体的最小带电荷量B．密立根利用电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量C．密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量D．密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子质量的千分之一答案 B3．(对α粒子散射实验的理解)X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它们入射时的动能相同，其偏转轨道可能是下图中的()答案 D解析α粒子离金核越远其所受斥力越小，轨道弯曲程度就越小，故选项D正确．4．(原子的核式结构模型)关于原子的核式结构模型，下列说法正确的是()A．原子中绝大部分是“空”的，原子核很小B．电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力C．原子的全部电荷和质量都集中在原子核里D．原子核的半径的数量级是10－10m答案AB解析因为原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，而原子核又很小，所以原子内绝大部分区域是“空”的，A正确，C错误；电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑力引提供向心力，B正确；原子核半径的数量级是10－15m，原子半径的数量级是10－10m，D错误．题组一对阴极射线的认识1．关于阴极射线的性质，判断正确的是()A．阴极射线带负电B．阴极射线带正电C．阴极射线的比荷比氢原子比荷大D．阴极射线的比荷比氢原子比荷小答案AC解析通过让阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电，其比荷比氢原子的比荷大得多，故A 、C 正确．2.如图1所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB 时，发现射线径迹下偏，则( )图1A ．导线中的电流由A 流向B B ．导线中的电流由B 流向AC ．如要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变AB 中电流的方向来实现D ．电子的径迹与AB 中电流的方向无关 答案 BC解析 阴极射线带负电，由左手定则判断管内磁场垂直纸面向里；由安培定则判断AB 中电流的方向由B 流向A .电流方向改变，管内磁场方向改变，电子受力方向也改变． 3．阴极射线管中的高电压的作用( ) A ．使管内气体电离 B ．使管内产生阴极射线 C ．使管内障碍物的电势升高 D ．使电子加速 答案 D题组二 比荷的测定4．密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性．如图2所示是密立根油滴实验的原理示意图，设小油滴的质量为m ，调节两极板间的电势差U ，当小油滴悬浮不动时，测出两极板间的距离为d .则可求出小油滴的电荷量q ＝________.图2答案mgdU解析 由平衡条件得mg ＝q U d ，解得q ＝mgdU .题组三 α粒子散射实验及原子的核式结构模型5．在α粒子散射实验中，关于选用金箔的原因下列说法不正确．．．的是( ) A ．金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔B．金核不带电C．金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动D．金核半径大，易形成大角度散射答案 B6．卢瑟福提出原子的核式结构模型的依据是用α粒子轰击金箔，实验中发现α粒子() A．全部穿过或发生很小偏转B．绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回C．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过D．全部发生很大偏转答案 B解析卢瑟福的α粒子散射实验结果是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，故选项A错误．α粒子被散射时只有少数发生了较大角度偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，故选项B正确，C、D错误．7．卢瑟福在解释α粒子散射实验的现象时，不考虑α粒子与电子的碰撞影响，这是因为() A．α粒子与电子之间有相互排斥，但斥力很小，可忽略B．α粒子虽受电子作用，但电子对α粒子的合力为零C．电子体积极小，α粒子不可能碰撞到电子D．电子质量极小，α粒子与电子碰撞时能量损失可忽略答案 D解析α粒子与电子间有库仑引力，电子的质量很小，α粒子与电子相碰，运动方向不会发生明显的改变，所以α粒子和电子的碰撞可以忽略．A、B、C错，D正确．8．卢瑟福对α粒子散射实验的解释是()A．使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子有作用力B．使α粒子产生偏转的力是库仑力C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进D．能发生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子答案BCD解析原子核带正电，与α粒子间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错，B对；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远，因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较大，故C、D对．9．在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的运动轨迹如图3中实线所示．图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域．不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是()图3A．可能在①区域B．可能在②区域C．可能在③区域D．可能在④区域答案 A解析α粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的α粒子产生斥力，故原子核不会在④区域；如原子核在②、③区域，α粒子会向①区域偏转；如原子核在①区域，可能会出现题图所示的轨迹，故应选A.10．关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是()A．原子是一个质量分布均匀的球体B．原子的质量几乎全部集中在原子核内C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内D．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m答案BD。

第十八章原子结构课前自主学习（学案）一、请学生自主复习教材第十八章原子结构P46至P63。

二、结合复习的内容思考如下问题：1、人类对原子结构认识的历史是从电子的发现开始的。

1890年英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现了电子。

在研究原子结构时，他提出了枣糕模型，请说出这种模型的特点。

2、1909年--1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔的实验，即著名的“α粒子散射实验”，该实验的结果是什么？（注意几个关键词）3、请绘制一幅简图，描绘原子核式结构模型的α粒子散射的图景。

4、原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾主要体现在哪两个方面？1913年丹麦的物理学家玻尔提出了原子结构的三个基本假设，建立了玻尔原子模型，请说出玻尔原子模型的三个基本假设的内容。

5、请用玻尔理论解释：为什么原子的发射光谱都是一些分立的亮线？如果大量氢原子处在n=4能级，可辐射出几种频率的光？其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的？三、自主解答几道题目：1、卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（）A．原子的中心有个核，叫原子核B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中C．原子的全部正电荷和几乎全部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2、α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为（）A．α粒子与电子根本无相互作用B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计D．电子很小，α粒子碰撞不到电子3、卢瑟福通过_______________实验，发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型，平面示意图中的四条线表示α粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条α粒子的运动轨迹．4．一个氢原子中的电子从一半径为r a的轨道自发地直接跃迁至另一半径为r b的轨道，已知r a>r b，则在此过程中（）A．原子发出一系列频率的光子B．原子要吸收一系列频率的光子C．原子要吸收某一频率的光子D．原子要辐射某一频率的光子参考答案：1．ACD 2．C 3 ．4．D课堂主体参与（教案）【学习目标】1、知道并理解原子核式结构模型，了解科学家探究原子结构的过程2、知道原子的能级的概念，并能进行一些简单的应用【重点、难点】1、核式结构模型对α粒子散射实验的解释2、玻尔的原子模型【学习内容】一、课前自主学习检查1、原子结构的认识过程是非常曲折的，请回答核式结构和玻尔模型提出的背景分别是：①___________________________________________________________②___________________________________________________________2、如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述对观察到现象的说法中正确的是（）A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些C．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光D．放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少3、氢原子的能级和电子可能轨道半径公式分别是：①氢原子的能级公式E n=________E1（其中E1为基态能量，E1=－13.6eV）②氢原子的电子轨道半径公式: r n= ________r1（其中r1内基态半径，r1=0.53×10－10m）4.氢原子的能级图，如图：(1)能级图中的横线表示_____________________(2)横线左端的数字“1，2，3…”表示__________，右端的数字“一13.6，一3.4，…”表示__________________．(3)相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越_________． (4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：_____________． 5．根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E 的轨道跃迁到能量为E ’的轨道，辐射出波长为γ的光，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，求能量E ’． 参考答案：1．①汤姆孙的“枣糕模型”无法解释α粒子散射实验②卢瑟福的核式结构无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特性 2．AD 3．21n ；n 4．氢原子可能的能量状态——定态；量子数；氢原子的能级；小；h γ=E m －E n5．解析：根据玻尔理论，原子从一种定态(设能量为E)跃迁到另一种定态(设能量为E ’)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 h γ=E －E ’，又光在真空中传播时λcv =，联立得E'=E 一λch二、构建知识框架，剖析典型概念1．人类对原子结构的认识史是从电子的发现开始的。

第十八章原子结构新课标要求1．内容标准（1）了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验.例1 用录像片或计算机模拟，演示α粒子散射实验.（2）通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构.例2 了解光谱分析在科学技术中的应用.2．活动建议观看有关原子结构的科普影片.新课程学习高中物理：原子的核式结构模型教案★新课标要求（一）知识与技能1．了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据.2．知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容.（二）过程与方法1．通过对α粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力.2．通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用.3．了解研究微观现象.（三）情感、态度与价值观1．通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神.2．通过对原子结构的认识的不断深入，使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义.★教学重点1．引导学生小组自主思考讨论在于对 粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构；2．在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法，渗透三个物理学方法：模型方法，黑箱方法和微观粒子的碰撞方法；★教学难点引导学生小组自主思考讨论在于对ɑ粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构★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★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课讲述：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：师生共同得出汤姆生的原子葡萄干布丁模型.点评：用动画展示原子葡萄干布丁模型.（二）进行新课1．α粒子散射实验原理、装置（1）α粒子散射实验原理：汤姆生提出的葡萄干布丁原子模型是否对呢？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.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）α粒子散射实验装置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.α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α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.动画展示α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（3）实验的观察结果必须向学生明确：入射的α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.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.三个问题是：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）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？（2）按照葡萄干布丁模型，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？（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.②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α粒子不偏移→原子内部绝大部分是“空”的.②少数α粒子发生较大偏转→原子内部有“核”存在.③极少数α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α粒子散射实验之间的矛盾，可以将α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α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.半径大小（数量类比级）原子10-10m足球场原子核10-15m~10-14m一枚硬币（三）课堂小结教师活动：让学生概括总结本节的内容.请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容.学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方.点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力.教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架.（四）作业：课本P55第1、3、4题★教学体会本节课在未准备前，本人开始和大部分的老师一样，均认为该课很容易上，也没什么多少内容可教学，作为上公开课不合适；因为传统的教学中，只是告诉学生汤姆生的葡萄干布丁模型，α粒子散射实验，卢瑟福的原子核式结构模型，一节课15分钟就可以讲完了.传统的教学中只是“授人以鱼，并未授人以渔”，学生并不知道卢瑟福的α粒子散射实验为什么要这样做，并没有学会卢瑟福通过推理分析得出原子的核式结构模型的科学方法，可以说，这节课最精华的所在：科学研究方法如模型法、黑箱法、微观粒子碰撞法，学生并没有从中体会到，是舍本求末的教学法.本节课最大的成功之处有：（1）通过动画展示了卢瑟福的α粒子散射实验，突破了传统教学中本实验不够条件做，只能通过图片介绍的不足；使难的知识变得更形象生动，更容易.（2）通过让学生小组讨论三个问题：有关用汤姆生的葡萄干布丁模型能否解释ɑ粒子散射实验现象，一步一步得出卢瑟福的原子核式结构模型，从而利于提高学生的逻辑推理能力，观察能力，有利用培养学生勇于攀登科学高峰，不怕苦、不怕累的科学精神.（3）使学生通过本课的学习，体会并掌握到研究原子内部结构（未知世界）的三种方法：模型法、黑箱法、微观粒子碰撞法，充分体现了新课程中“授人以鱼，不如授人以渔”的基本思想.（4）探索在扩招情况下，进行教学有效性的策略研究，是本节课的试验主题之一，也是我校开展的一个重要课题；本节课在有些学生的能力要求太高的地方，采用小步跑的方法，将难点的梯度设置为几个台阶，如三个问题的回答讨论，就采用这一方法，从而有利于提高学生的学习兴趣和保持学习物理的积极性，使学生不断获得成就感，在小组中体会到自己的重要性和学会在小组学习中进行协作团结.（5）在教学中虽然不能进行真实的实验，但同样处处渗透着新课程理念的科学探究思想；例如：根据原子里面的结构是怎样的？（提出问题）──电子的发现──原子呈电中性──汤姆生因此提出葡萄干布丁模型（猜想与假设）──是否正确？可以解释一些实验现象，有其一定的正确性──但无法解释α粒子散射实验（进一步实验验证）──根据ɑ粒子散射实验现象──在原有葡萄干布丁模型基础上进行修正，卢瑟福提出新的原子的核式结构──建立新的理论（新的猜想与假设）──进一步的实验验证──电子云教学之中要注意的地方和教学中的火花：在学习的回答三个问题中，教师要灵活地处理学生问到的问题，不要回避问题，这些问题有的也许是思想的火花，有的是学生理解中的误区，教师要能及时发现问题，而这些就更要求新课程下的教师要更具有较高的研究水平，要进一步提高教师的备课水平和质量，要能及时引导学生如何去分析问题和进行研究，而不是单一提供现成的答案；例如：（1）学生可能在分析问题同时，α粒子能将电子打出，那么在屏上就能看到的是电子的亮点，这样打在屏上的亮点就不一定是散射后α粒子.教师可以引导学生分析：α粒子打出电子后，根据碰撞的相关知识可知，α粒子的速度几乎不变；又由于电子的质量很小，α粒子的质量较大，当电子碰撞到屏上时，能量较小，体积较小，不易观察到，从屏上观察到的应该是α粒子.附1：学情分析1．学生的认识水平我校从去年扩招后，由原来的6个班扩招到16个班，而广州市的其他学校也在扩招，明显感到学生的整体素质及物理基础在下降，因此根据现有学生的具体情况设计教案、一步步设计难度梯度，进行教学有效性的策略研究成为我校的重点课题.为了使教学更具有代表性，所教教学班为物理选修普通班，学生的逻辑思维能力一般，但对物理有较大的兴趣.2．可能存在的学习困难估计学生利用ɑ粒子散射实验现象进行讨论和通过观察实验现象推理出卢瑟福的原子的结构模型会有一定的困难；对提出的3个问题，前二个问题放手让学生进行小组讨论，对于问题3采用先让学生猜想，师生共同分析实验现象，然后再放手让学生小组讨论出原子的结构.附2：教学主线设计附3：教学媒体设计教师演示实验：介绍ɑ粒子散射实验的实验原理、装置、现象由于中学阶段没有条件进行实验，采用动画模拟的方法.多媒体的应用的设计：由网上下载2个相关的flash小课件，再将其有机地、无缝地插到自制PPT 课件，只使用网上小课件的一小部分对自己有用的部分。

4.3原子的核式结构模型〖教材分析〗首先通过实验说明阴极射线的存在，最后通过实验研究发现了电子。

电子的发现说明原子不是组成物质的最小微粒，对揭示原子结构有重大意义。

在此基础上汤姆孙提出了西瓜模型，a粒子散射实验结构否定了西瓜模型，提出了原子的核式结够模型。

〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道原子核式结够模型，体会物理模型建立的艰辛。

科学思维∶通过a粒子散射实验，知识通过宏观分析研究微观世界的方法。

科学探究：通过观察电子的发现过程实验和a粒子散射实验过程培养学生观察能力，感悟以实验为基础的科学探究方法。

科学态度与责任∶体会研究微观世界的一种科学方法，以及在科学方法论中的重要意义。

学习老科学家们的艰苦奋斗的精神，激发学生学习热情。

〖教学重难点〗教学重点：电子发现的过程、a粒子散射实验和原子核式结构。

教学难点：a粒子散射实验。

〖教学准备〗多媒体课件等。

〖教学过程〗一、新课引入科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。

它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线的本质是什么呢?这种射线称为阴极射线。

历史上对阴极射线本质的认识有两种观点：德国科学赫兹认为原子就是最小的粒子，阴极射线是电磁波；英国科学汤姆孙他认为阴极射线是由运动的带电粒子组成的。

二、新课教学（一）电子的发现1.汤姆孙实验装置①K 产生阴极射线②A 、B 形成一束细细射线③D 1、D 2之间加电场或磁场检测射线的带电性质④荧光屏显示阴极射线到达的位置，可以研究射线的径迹。

问题：阴极射线的本质，通过什么原理来测定呢？ 因为带电粒子会在电场或磁场中偏转。

所以让阴极射线沿垂直场的方向通过电场或磁场，观察它是否偏转。

如果阴极射线发生了偏转，那么阴极射线就是在电场力或洛伦兹力的作用下偏转的，说明阴极射线的本质是带电粒子流。

如果阴极射线没有发生偏转，表示阴极射线不带电，说明阴极射线的本质是电磁波。

2.汤姆孙发现电子汤姆孙发现，如果不加电场和磁场阴极射线就会直接打到p 1。

教学设计（一）引入。

公元前5世纪，希腊哲学家提出物质是由不可分的微粒组成的。

一百多年前，人们从化学实验中知道，物质由分子组成，分子由原子组成。

而在化学反应中原子的种类和数目不变，使人们一直认为原子是组成物质的最小微粒，是不能再分的。

（二）电子的发现和汤姆孙原子模型1、第一个打开原子大门的是汤姆孙，他根据实验提出了原子是可分的。

演示实验：阴极射线在电场与磁场中发生偏转。

根据阴极射线偏转的方向，可以判断出这种射线是一种带负电的粒子流。

汤姆孙利用这种带电粒子在电场和磁场中的偏转程度，通过精确的实验测定了这种阴极射线粒子的电量和质量，发现不同物质发出的阴极射线的电荷与电量的比都有相同的值。

表明这种带电粒子是一切不同元素的原子的共同组成部分。

人们称它为电子。

电子是构成所有物质的普适成分，它的发现说明了原子是可以再分的，因而对原子的组成的了解起着极为重要的作用。

是人类对物质结构认识上的一次飞跃，开创了探索原子内部构造和物质微观结构的新时代。

汤姆孙也由于发现了电子，不仅荣获了1906年诺贝尔物理奖，而且被后人誉为“最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。

2、既然电子是原子的组成部分，而原子又是中性的，说明原子内必定还存在着带正电的组成成分；由电子的质量与原子相比很小又可推测原子的质量绝大部分集中在内带正电的部分。

学生活动：根据这些推测来设计一种原子模型。

根据这些推测科学家们提出了很多种原子模型，其中最有影响的是1903年汤姆孙提出“葡萄干蛋糕模型”。

图片展示：汤姆孙的原子模型。

汤姆孙认为原子是中性的，由质量很小的电子（如葡萄干）镶嵌在集中了原子的几乎全部质量的正电荷（如蛋糕）中构成，电子是不动的。

（三）卢瑟福 粒子散射实验汤姆孙的原子模型不仅能解释原子为什么是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，还能解释阴极射线等现象。

根据这个模型还能估算出原子的大小约10-8厘米，正由于汤姆逊模型能解释当时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家所接受。

人教版选修3《原子的核式结构模型》教案及教学反思本文主要介绍人教版选修3《原子的核式结构模型》的教案及教学反思。

这是一门重要的高中物理课程，在理解和掌握原子核的基本原理方面起到了至关重要的作用。

教学目标通过本课程的学习，学生应该能够：1.掌握原子核的基本结构和核力的作用；2.了解原子核的基本性质，包括质量数、原子序数和同位素概念；3.掌握原子核的衰变过程，并了解主要的衰变方式；4.了解核反应和核能源的基本原理。

教学重难点本课程的重点和难点如下：1.原子核的基本结构和核力的作用；2.质量数、原子序数和同位素的概念；3.核衰变和主要衰变方式；4.核反应和核能源的基本原理。

教学内容第一节：原子核的基本结构和核力的作用教学目标1.理解原子核的基本结构；2.掌握原子核的基本性质；3.了解核力的作用。

1.原子核的基本结构；2.原子核的基本性质。

教学难点核力的作用。

教学方法讲解和实验演示相结合，让学生通过观察和实验来理解原子核的基本结构和核力的作用。

教学过程1.讲解原子核的基本结构和性质；2.实验演示，让学生观察和探究原子核的基本性质；3.讲解核力的作用。

第二节：质量数、原子序数和同位素的概念教学目标1.掌握质量数、原子序数和同位素的概念；2.了解同位素的性质和应用。

教学重点1.质量数、原子序数和同位素的概念；2.同位素的性质和应用。

教学难点同位素的性质和应用。

教学方法讲解和实验演示相结合，让学生通过观察和实验来掌握质量数、原子序数和同位素的概念，并了解同位素的性质和应用。

1.讲解质量数、原子序数和同位素的概念；2.实验演示，让学生通过观察和探究来了解同位素的性质和应用。

第三节：核衰变和主要衰变方式教学目标1.掌握核衰变的基本原理；2.了解主要的核衰变方式。

教学重点1.核衰变的基本原理；2.主要的核衰变方式。

教学难点主要的核衰变方式。

教学方法讲解和实验演示相结合，让学生通过实验来了解核衰变的基本原理，并掌握主要的核衰变方式。

第2节原子的核式结构模型基础巩固1．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是( )A．α粒子的散射实验B．对阴极射线的研究C．天然放射性现象的发现D．质子的发现解析：卢瑟福根据α粒子的散射实验结果，提出了原子的核式结构模型：原子核聚集了原子的全部正电荷和几乎全部质量，电子在核外绕核运转．答案：A2．下列对原子结构的认识中，错误的是( )A．原子中绝大部分是空的，原子核很小B．电子在核外旋转，库仑力提供向心力C．原子的全部正电荷都集中在原子核里D．原子核的直径大约是10－10 m解析：原子由位于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，由此可判定B、C正确．根据α粒子散射实验知原子核半径数量级为10－15 m，而原子半径的数量级为10－10 m，故A正确，D错误．答案：D3．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示．下列说法中正确的是( )A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型答案：B4．以下说法中符合汤姆孙原子模型的是( )A．原子中的正电荷部分均匀分布在原子中B．原子中的正电荷部分集中在很小的体积内C．电子在原子内可以自由运动D．电子在原子内不能做任何运动解析：原子的核式结构是卢瑟福提出的，不是汤姆孙．答案：A5．关于粒子散射实验，下列说法错误的是( )A．该实验在真空环境中进行B．带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动C．荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的D．荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光解析：本题考查α粒子散射实验装置及其作用，只有在正确理解α粒子散射实验基础上，才能判断出A、B、C选项说法正确；对于D项，考虑到有少数的α粒子因为靠近金原子核，受到斥力而改变了运动方向，故D错．答案：D6．(双选)在α粒子散射实验中，某个粒子跟金箔中的电子相撞，则( )A．α粒子的动能几乎没有损失B．α粒子将损失大部分动能C．α粒子不会发生显著的偏转D．α粒子将发生较大角度的偏转解析：电子的质量相对α粒子非常小，相当于子弹撞到尘埃上，所以完全可以忽略．答案：AC7．(双选)如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近的示意图，A、B、C分别位于两个等势面上，则以下说法中正确的是( )A．α粒子在A处的速度比B处的速度小B．α粒子在B处的动能最大，电势能最小C．α粒子在A、C两处的速度大小相等D．α粒子在B处的速度比在C处的速度要小解析：α粒子由A经B运动到C，由于受到库仑力的作用，α粒子先减速后加速，所以A项错误，D正确；为克服斥力对α粒子先做负功后做正功，使动能先减小后增大，电势能先增大后减小，B项错误．A、C处于同一个等势面上，从A到C库仑力不做功，速度大小不变，C项正确．答案：CD8．(2013·福建理综卷)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( )解析：α粒子受到原子核的斥力作用而发生散射，离原子核越近的粒子，受到的斥力越大，散射角度越大，选项C 正确．答案：C能力提升9．α粒子的质量大约是电子质量的7 300倍，如果α粒子以速度v 跟电子发生弹性正碰(假设电子原来是静止的)，则碰撞后α粒子的速度变化了多少？解析：设电子质量为m ，碰后α粒子速度为v 1，电子速度为v 2，由弹性正碰中动量守恒和能量守恒有：12×7 300mv 2＝12×7 300mv 21＋12mv 22 7 300mv ＝7 300m v 1＋mv 2解得：v 1＝7 300m －m 7 300m ＋m v ＝7 2997 301v 因此碰撞后α粒子速度减少了：v －v 1＝27 301v 答案：27 301v。

课改在线f r if b if教学参考第50卷第3期2021年3月探究式教学培养科学推理能力的探讨—以“原子的核式结构”教学为例单天颖(上海市第二中学上海201108)文章编号：l〇〇2-218X(2021)03-0004-03 中图分类号：G632.4 文献标识码：A摘要：针对提升学生科学推理水平的教学目标.通过探究式教学模式培养学生的科学推理能力，研究教学策略及教学设计，开展教学实践。

采用对照研究、量表测量评估的方法，观察实验班和对照班的科学推理能力是否产生显著差异；从 测试结果出发，指出改进教学策略具有一定的成效;提出若延长实践周期，探究式教学对提高学生科学推理水平会有更显著的作用。

关键词：科学推理；探究式教学；科学思维；教学策略一、 弓I言科学推理是物理学科核心素养中科学思维的四个要素之一。

科学推理能力是指个体能够对他人的科学观点在理解的基础上进行评价，能建构自己的科 学观点，并能在实际情境中解决问题的能力。

只有个 体的思维水平有了一定程度的发展，且掌握了一定的 科学知识，科学推理能力的发展才成为可能。

笔者希望通过将探究式教学引人实际课堂，探索 有效的配套教学策略.并研究学生的科学推理水平在这 一系列尝试后，两组学生科学推理水平的变化对照情况。

二、 培养学生科学推理能力的必要性皮亚杰认为，儿童认知水平的发展是一个从低级走向高级、循序建构的过程，是在后天的各类活动中逐渐发展的；直到儿童认知发展到形式运算阶段，儿 童才能开始掌握科学推理能力[1]。

在生理上，青少年脑部发育水平在高中阶段会经历陡增和停滞，脑部发育在这一阶段的特点使得青少年的科学推理能力在此时更容易完成发展。

在学生 心智发展的关键期，高中阶段的教学尤其是物理教学，更应该承担起培养学生科学推理能力的责任。

从考试改革的角度看，新高考对学生科学推理水 平的要求逐渐增高，越来越多的题目通过建构陌生的、贴近实际生活的问题情境，考查学生在不熟悉的问题情境中分析思考和解决问题的能力。