第一篇：原子的核式結構模型教學設計

二、原子的核式結構模型

教學目標

1、知道α粒子散射實驗及其現象，了解盧瑟福原子核式結構模型，以及提出此模型的實驗依據

2、認識實驗對理論發展的總要作用

3、知道物理模型建立的意義及其局限性，培養學生抽象思維能力和想象力 重點難點

重點：α粒子散射實驗和原子核式結構理論 難點：滲透和讓學生體會物理學研究方法 設計思想

α粒子散射實驗是一個很重要的實驗，體現了研究微觀世界的一種科學的方法，也是鍛煉學生分析問題、解決問題的知識點。對盧瑟福如何分析α粒子散射實驗，否定湯姆孫原子模型，提出原子核式結構模型的了解，有利于學生學習人類研究微觀世界的科學方法，提高分析解決問題的能力。因此本節的設計強調核式結構模型建立的依據而非結論，重點在于暴露模型建立的思路和研究的方法。對物理學史的教育要貫穿在整個教學過程當中。教學資源 多媒體課件 教學設計 【課堂引入】

講述：湯姆生發現電子，根據原子呈電中性，提出了原子的棗糕模型。學生活動：師生共同得出湯姆生的原子棗糕模型。點評：用圖片或動畫展示原子棗糕模型。

【課堂學習】

學習活動一：α粒子散射實驗

問題一：為什么用α粒子的散射現象可以研究原子的結構？

原子的結構非常緊密，用一般的方法是無法探測它的內部結構的，要認識原子的結構，需要用高速粒子對它進行轟擊。而α粒子具有足夠的能量，可以接近原子中心。它還可以使熒光屏物質發光。如果α粒子與其他粒子發生相互作用，改變了運動方向，熒光屏就能夠顯示出它的方向變化。研究高速的α粒子穿過原子的散射情況，是研究原子結構的有效手段。

學生：體會α粒子散射實驗中用到科學方法；滲透科學精神（勇于攀登科學高峰，不怕苦、不怕累的精神）的教育。

問題二：α粒子散射是怎么做的

α粒子散射實驗的裝置，主要由放射源、金箔、熒光屏、望遠鏡和轉動圓盤幾部分組成。

動畫展示?粒子散射實驗裝置動畫展示實驗中，通過顯微鏡觀察到的現象。通過多媒體重點指出，熒光屏和望遠鏡能夠圍繞金箔在一個圓周上運動，從而可以觀察 到穿透金箔后偏轉角度不同的?粒子。并且要讓學生了解，這種觀察是非常艱苦細致的工作，所用的時間也是相當長的。

問題三：α粒子散射的實驗結果是什么？

絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進或只發生很小的偏轉，但有些α粒子發生了較大的偏轉，大約1/8000oo的α粒子偏轉角超過90，個別的甚至接近180，就像被彈回來了一樣。

學習活動二：原子的核式結構模型

請同學們根據考慮：

問題一：α粒子出現大角度散射有沒有可能是與電子碰撞后造成的？

碰撞前后，質量大的α粒子速度幾乎不變。只可能是電子的速度發生大的改變，因此不可能出現反彈的現象，即使是非對心碰撞，也不會有大角散射。

問題二：按照棗糕模型，α粒子在原子附近或穿越原子內部后有沒有可能發生大角度偏轉？

對于α粒子在原子附近時由于原子呈中性，與ɑ粒子之間沒有或很小的庫侖力的作用，正電荷在原子內部均勻的分布，α粒子穿過原子時，由于原子兩側正電荷將對它的斥力有相當大一部分互相抵消，使α粒子偏轉的力不會很大，所以α粒子大角度散射說明棗糕模型不符合原子結構的實際情況。

問題三： 你認為原子中的正電荷應如何分布，才有可能造成ɑ粒子的大角度偏轉？為什么？

先通過課件師生分析，然后小組討論，推理分析得到盧瑟福的原子結構模型。教師起引導和組織作用。

教師小結：實驗中發現極少數ɑ粒子發生了大角度偏轉，甚至反彈回來，表明這些ɑ粒子在原子中某個地方受到了質量、電量均比它本身大得多的物體的作用，可見原子中的正電荷、質量應都集中在一個中心上。

①絕大多數?粒子不偏移→原子內部絕大部分是“空”的。②少數?粒子發生較大偏轉→原子內部有“核”存在。

③極少數?粒子被彈回

表明：作用力很大；質量很大；電量集中。點評：教師進行科學研究方法教育：模型法（實驗現象）、→（分析推理）→（構造模型）

（通過湯姆生的原子結構模型到盧瑟福的原子的核式結構模型的建立，既滲透科學探究的因素教學，又進行了模型法的教學，并將盧瑟福的原子的核式結構模型與行星結構相類比，指出大自然的和諧統一的美，滲透哲學教育。通過學生對這三個問題的討論與交流，順理成章地否定了棗糕模型，并開始建立新的模型。希望這一部分由學生自己完成，教師總結，總 結時，突出湯姆生原子模型與?粒子散射實驗之間的矛盾，可以將?粒子分別穿過棗糕模型和核式結構模型的不同現象用動畫模擬，形成強烈的對比，突破難點）

聯想在以前的學習中有哪些進行了模型法的教學，在哪些方面的研究中可以應用模型法來研究。

得到盧瑟福的原子的核式結構模型后再展示立體動畫?粒子散射模型，使學生有更清晰的直觀形象、生動的認識。

【例】 如圖為盧瑟福所做的α粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，下述說法中正確的是()A．相同時間內在A時觀察到屏上的 閃光次數最多

B．相同時間內在B時觀察到屏上的閃光次數比放在A時稍少些 C．放在D位置時屏上仍能觀察到一些閃光，但次數極少 D．放在C、D位置時屏上觀察不到閃光

學習活動三：原子的組成與原子核的大小 原子的中間有一個很小的核，它集中了所有的正電荷和幾乎所有的質量，核外的電子繞核做圓周運動。原子的-10-15-14半徑在10m左右，原子核的大小在10～10m左右．原子核的半徑只有原子半徑的萬分之一，體積只相當于原子體積的萬億分之一。相當于一個體育館里的一個小石子。

學習活動四：原子的核式結構模型與經典理論的矛盾

學生先自學，然后討論歸納：

矛盾1：繞核運轉的電子會輻射電磁波，能量逐漸減小，最終電子落入核中，原子將不復存在。

矛盾2：電子繞核運動輻射的電磁波是連續分布的，但在實驗室中觀察到的現象并非如此。

教師指出：矛盾的出現預示著新的理論的形成，也只有新的理論可以解決矛盾。科學就是這樣螺旋式前進的。

隨堂練習：

1、(2013·福建高考)在盧瑟福α粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是()

答案：C

2、在盧瑟福α粒子散射實驗中，只有少數α粒子發生了大角度偏轉，其原因是()A．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小 的核里 B．正電荷在原子內是均勻分布的 C．原子中存在著帶負電的電子

D．原子的質量在原子核內是均勻分布的 答案 A

【板書設計】

第2節 原子的核式結構模型

一、α粒子散射實驗

1、實驗裝置

2、實驗結果

二、原子核式結構模型

三、核式結構模型與經典理論的矛盾

第二篇：第一節原子的核式結構 原子核

原來的方向前進，但是有少數α粒子發生了較大的偏轉。這說明原子的正電荷和質量一定集中在一個很小的核上。

盧瑟福由α粒子散射實驗提出：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間運動。

盧瑟福出生于新西蘭。盧瑟福在英國劍橋大家卡文迪許實驗室學習了三年，當時領導實驗室的是卓越的物理學家湯姆生。

1896年，貝克勒耳發現了鈾鹽能發射出穿透力很強的輻射。不久盧瑟福就證明了這種“鈾射線”與Ｘ射線不同，他把能夠使大量原子電離但易被吸收的粒子叫α粒子后來證實（α粒子就氦核），α粒子帶正電，具有較大的功能，它的質量是電子質量的七千多倍。

盧瑟福是天才的實驗物理學家，他利用當時的實驗條件，對原子的結構進行了實驗研究。1909年，盧瑟福交給一位新來的學生、青年物理學家馬斯登一項簡單的任務，要他數一數穿過各種物質薄片（金、銅、鋁等）的α粒子，這些薄片是放在放射源和熒光屏之間的，盧瑟福想看一看馬斯登能不能看到什么奇異現象，當時大家都接受湯姆生的原子模型，按照這種模型，α粒子應該很容易地穿過原子球，不應該發生散射現象，但是馬斯登注意到，雖然絕大多數的α粒子穿過了薄片，但是仍然可以看到散射現象——有一些粒子好像是跳回來了，實驗重復了很多次，盧瑟福經過深入的研究和思考以后，得出了下面的結論：原子是一個很復雜的系統，它有一個帶正電的核（原子核），在核周圍的一定軌道上轉動著帶負電的電子。

1918年，盧瑟福接替退休的湯姆生的職位，擔任著名的卡文迪許實驗室主任，他在那里一直工作到逝世。

有關α粒子散射實驗，下列說法中正確的是（）

絕大多數α粒子穿過金箔后不改變方向；

α粒子碰到電子后運動方向幾乎不發生改變；

α粒子散射實驗，肯定了湯姆生的原子結構模型；

α粒子散射實驗，是盧瑟福原子核式結構模型的實驗依據。

［作業布置］

第三篇：原子核結構的教案設計

新課標要求

1、知識與技能

(1)知道原子核的組成，知道核子和同位素的概念。

2、過程與方法

(1)通過觀察，思考，討論，初步學會探究的方法;

(2)通過對知識的理解，培養自學和歸納能力。

3、情感、態度與價值觀

(1)樹立正確的，嚴謹的科學研究態度;

(2)樹立辨證唯物主義的科學觀和世界觀。

教學重點：原子核的組成。

教學難點：如何利用磁場區分質子與中子

教學方法：教師啟發、引導，學生討論、交流。

教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備

1、原子核的組成問提：質子：由誰發現的?怎樣發現的?中子：發現的原因是什么?由誰發現的?(盧瑟福用粒子轟擊氮核，發現質子。查德威克發現中子。發現原因：如果原子核中只有質子，那么原子核的質量與電荷量之比應等于質子的質量與電荷量之比，但實際卻是，絕大多數情況是前者的比值大些，盧瑟福猜想核內還有另一種粒子)

小結：

①質子(proton)帶正電荷，電荷量與一個電子所帶電荷量相等，中子(nucleon)不帶電，②數據顯示：質子和中子的質量十分接近，統稱為核子，組成原子核。

提問：③原子核的電荷數是不是電荷量?④原子荷的質量數是不是質量?

提示：③不是，原子核所帶的電荷量總是質子電荷的整數倍，那這個倍數就叫做原子核的電荷數。

④原子核的質量幾乎等于單個核子質量的整數倍，那這個倍數叫做原子核的質量數。

小結：③原子核的電荷數=質子數=核外電子數=原子序數

④原子核的質量數=核子數=質子數+中子數

⑤符號表示原子核，X：元素符號;A：核的質量數;Z：核電荷數

一種鈾原子核的質量數是235，問：它的核子數，質子數和中子數分別是多少?(核子數是235，質子數是92，中子數是143)

2、同位素(isotope)

(1)定義：具有相同質子數而中子數不同的原子，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素。

(2)性質：原子核的質子數決定了核外電子數目，也決定了電子在核外的分布情況，進而決定了這種元素的化學性質，因而同種元素的同位素具有相同的化學性質。

提問：列舉一些元素的同位素?

提示：氫有三種同位素：氕(通常所說的氫)，氘(也叫重氫)，氚(也叫超重氫)，符號分別是：。

碳有兩種同位素，符號分別是。

第四篇：原子的核式結構模型-教學反思

《原子的核式結構》教學反思

根據學生的心理特點，將學習內容分為二學習個模塊：模塊一（電子的發現、湯姆生模型）、模塊二（α粒子散射實驗、盧瑟福的核式結構模型）,充分發揮學生的想象力和主動性,通過巧妙新穎的教學設計，創設一些具有感染力的教學情境，讓學生扮演主角，最大限度地調動學生學習的熱情，才能激活課堂氣氛，培養學生的各種能力，尤其是創新能力。

在本節教學中，應用信息技術進行探究式學習,使堂課氣氛始終非常活躍，由于教材教學內容被有效挖掘，教學設計獨特、新穎，因此教學效果較為理想。讓學生經歷“提出問題、猜測與假設、分析論證、交流與合作”的科學探究過程, 讓科學思維方法的熏陶,以培養學生的創新思維能力。不僅使學生理解掌握了科學探索常用的思維方法，而且激發了學生的創造熱情和欲望，增強了他們的自信心。

物理學作為一門以實驗為基礎的學科，真正的實驗具有客觀真實性，對學生起直接的啟發引導作用，媒體應用于物理學實驗時，要考慮到計算機的輔助功能，突出它在常規教學無法達到理想效果時的特殊功效，模擬微觀現象，使之變小為大、變快為慢、變復雜為簡單，以幫助學生進行想象進而理解原子的核式結構。能做的實驗,千萬不能用媒體來代替實驗．同時要兼顧到，信息技術應用于物理實驗教學時，不能僅僅停留在“仿真實驗”，而要充分利用多媒體的特殊性，在實驗思想上下功夫，突出實驗的設計思想，為學生探究物理提供服務．

成功的教學是一種創造，我深感物理課堂教學是一門博大精深的藝術，是無止境的。作為一名物理教師，要培養學生的創新精神和實踐能力，關鍵問題是要在物理教學中充分挖掘教材，要有創新意識，敢于突破傳統教學模式的束縛，創造性地構建新穎的、符合學生身心發展的教學設計，始終把學生當作課堂教學的主體，充分讓他們扮演主角，動手動腦。只有這樣，才能使我們培養的學生在未來日趨激烈的國際競爭中具有強大的競爭力，永遠立于不敗之地。

第五篇：盧瑟福α粒子散射實驗與原子核式模型的建立

盧瑟福α粒子散射實驗與原子核式模型的建立

1907年7月，盧瑟福從蒙特利爾到達曼徹斯特，成為曼徹斯特實驗室主任，10月他擔任了該城維多利亞大學朗斯沃席（Lanysworthy）物理學教授的職務。他最早的行動之一是理出一個“可能研究”的項目清單，其中之一是“α射線的散射”。這是他與蓋革合作的幾個課題之一。蓋革從1906年

起就一直在曼徹斯特，是盧瑟福的前任舒斯特（Schuster

Arthur，1851～1934）的助手。

1908年6月，蓋革獨立完成的一篇關于α粒子散射的文章，α粒子的輻射源是從幾毫克溴化鐳（RaBr2）中射出的一束很確定的α射線，散射體是一塊薄金箔或鋁箔；用閃

爍計數法來檢測α粒子。兩種材料都用來作過觀察，但是更多的是用金箔，箔片厚度相等。蓋革得出結論：“某些α粒

子被偏轉到一個相當大的角度??更充分的研究將使我們

能夠從理論的觀點探索這一結果?！?/p>

1909年初的一天，當盧瑟福步入蓋革的房間的時候。房里還有蓋革的一位“在科學上充滿樂趣和激情”20歲大學本科生的年輕助手，他的名字叫歐內斯特·馬斯頓（Marsden Sir Ernest，1889～1970）。馬斯頓回憶說：“有一天盧瑟福走進房間，當時我們正在那兒計數α粒子，他轉向我說：‘你們用一塊金屬表面直接反射α粒子，看能否得到什么效果?！也灰詾樗谕玫绞裁唇Y果，但這個預感正如其他諸多預感一樣，說不定會使我們觀察到一些東西??令我驚奇的是，我確實觀察到了期待中的效果??我清楚地記得一星期以后，當我在通向盧瑟福私人房間的樓梯上遇到他時，向他報告了這個結果。”

1909年5月由蓋革和馬斯頓提交的一篇論文，粒子輻射源是鐳射氣形成的氡（Rn222），還是利用閃爍計作為探測器。主要的結論是：“大約有1/8000的入射α粒子被反射”，即散射角超過90o。文章中也含有被散射的α粒子的總數目的初始信息，他們還把這一散射視為散射箔金屬的函數。1/8000，對于這樣的實驗事實，盧瑟福感到十分驚奇。正如他曾經描述過他對這一結果的反應：“這種事情如此地不可能，就好象你用15英寸的炮彈射擊一層薄紙，但炮彈卻被薄紙彈回來打中自己一樣的不可思議?！币驗閺呐ｎD力學的計算我們知道，當入射的質量大于靶粒子時，它是只會受到散射角小于90°的向前散射。而根據當時流行的J．J．湯姆遜原子模型，原子質量和電荷被認為是均勻分布在原子球體內，這樣分散的分布是無法使得運動得很快、具有很大動量的粒子往回散射的。對于這個結果，他首先考慮到α粒子是受到電磁力的作用。在運用庫侖定律計算后，他發現要使速度驚人的α粒子彈回來，必定是其受到原子內的強電場作用，而要達到這個強度，原子內正電荷必須集中在直徑為 厘米的球形范圍內，且這個小球是很重的，這說明了什么？這說明原子里的大部分是空蕩蕩的！據此盧瑟福不得不假設原子中的正電荷和質量并非均勻分布而是集中于一點上。

但1910年，J．J．湯姆遜為了進一步展開自己提出的原子模型，又提出了關于高速帶電粒子穿透物質薄層時散射角分布的理論（多次散射理論），并被克勞瑟（J．A．Crowther）通過β射線散射的實驗所證實。此時的盧瑟福，因受到J．J．湯姆遜的實心帶電球原子模型，無法用小角度散射的積累（復合散射）予以解釋而感到迷惑不解。此后，盧瑟福反復思考，一個偶然的α粒子為什么會偏轉? 為何α粒子的大角散射不能用大量小角的積累(復合散射理論)來解釋？在反復計算實驗結果后得出一個重要的結論：絕大多數的大角散射應為一次碰撞的結果。從而準確地描述了解決原子有核模型問題的一個關鍵點——整個的偏轉必須是單獨的一次完成的結果，因此就必須假定在原子內部有強電場的存在，而原子有核模型可以提供這樣的強電場。

盧瑟福在后來的論文開頭是這樣寫的：“眾所周知，α、β粒子與物質原子碰撞之后將從其直線運動偏折。對于β粒子，要比α粒子散射得更厲害，因為β粒子的動量和能量小得多。這些快速運動粒子的軌道會穿越原子，并且觀測到的偏折是由于原子系統中存在著強電場，這兩點似已無疑問。一般都假設，α、β射線在穿過物質薄片時遭到的散射是由于物質原子多次微弱散射的結果。但是蓋革和馬斯登的α射線散射觀測卻表明α射線有一部分經單次碰撞必定會遭到大于直角的偏折。例如他們發現，入射α射線的一小部分，大約兩千分之一，在穿過約0.00004厘米厚的金箔時發生了平均為90°角的偏折。蓋革隨后證明，α射線穿過這樣厚的金箔，其偏折角最可幾值約為0.87°。根據概率論作一簡單計算，表明α粒子偏折到90°角的機會是極小的。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，則α粒子的大角度偏折應按期待的概率規律有一定分布，但實際上并不服從這個概率規律。似乎有理由假設，大角度偏折是由于單個原子的碰撞，因為第二次碰撞能產生大角度的機會在大多數情況下是極為微小的。簡單的計算表明，原子一定是處于強大電場的位置中，以致于一次碰撞竟能產生這樣大的偏折?！?/p>

盧瑟福感到非要做理論物理學家不可，這是因為如果不這樣，他就不能解釋來自他實驗室的實驗數據。蓋革回憶大致是1910年末或 1911年初：“有一天［盧瑟福］來到我的房間，心清顯然非常之好，他告訴我他現在知道這原子是怎么樣的了，以及大角散射意味著什么?！?911年3月7日，盧瑟福把他的主要結果以題為《物質對α與β粒子的散射及原子的結構》論文呈交給曼徹斯特文學和哲學學會，具有決定意義的文章出現在《哲學雜志》5月號上。盧瑟福的原子模型引用了散射截面?(?)的概念，其結果可以寫為：

(NeQ)

2，其中υ，m，Q分別是α粒子的速度、質量和電荷。Ne是核的?(?)?2244m?sin?/2

帶電量。盧瑟福散射截面表式包含的信息顯然比這些數據多得多。盧瑟福證實了他的理論在定性上符合蓋革和馬斯頓的大角度散射，與原子序數相關，以及符合蓋革有關平均的散射角的結果。蓋革記得，“可能就在同一天，我開始檢驗盧瑟福預言的粒子數和散射角之間的關系”。后來蓋革與馬斯頓進一步合作，并得到的結果令人滿意。

盧瑟福的原子核式模型認為：在原子中心有一個體積很

小的帶正電的核，這個核具有原子的大部分質量，電子

沿軌道繞核旋轉，像行星繞太陽一樣。某元素原子核的正電荷數等于該元素在周期表上的序數，也就是沿軌道

旋轉的電子數。因此就整個原子來說，在電荷上是中性的。盧瑟福的原子模型還有以下事實作證：重元素比輕

元素散射的α粒子多得多，這是由于重元素的核電荷和

質量比較大的緣故。

盧瑟福對自己提出的模型頗有信心，但是這一模型

也有在當時看來無法克服的困難。譬如：原子的穩定性

就是一例，電子如果繞核旋轉，按麥克斯韋的電磁理論，電子將釋放電磁能量，而且可以很容易算出，只需要很短的時間（百分之幾秒）電子就將失去全部的動能，因而將迅速被帶正電的核吸引到核上去，就像宇宙空間的隕石由于萬有引力而落到地球上一樣，即“原子坍塌”。但宇宙中的原子并沒有坍塌，多少億年之后的今天，原子仍然存在就是一個的證明（這一困難在幾年之后由玻爾解決了）。帶電的核由于同性相斥，核內各個組成部分擠得那么緊，相互排斥力很大，那它們又怎么能夠結合在一起呢？這個嚴重的問題，直到近50

年以后才由新的理論來解決。此后，盧瑟福公式有了許多精細的改進：原子中電子對原子核的庫侖場的屏蔽，原子中電子自身對散射的貢獻，自旋和相對論效應，有限原子核大小的影響，固態效應——以及強相互作用的影響等等引起的修正。