高中物理第2章原子結(jié)構(gòu)2.2原子的核式結(jié)構(gòu)模型教案魯科版選修

1、第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型課標要求知識與技能1.了解原子結(jié)構(gòu)模型建立的歷史過程及各種模型建立的依據(jù)2.知道粒子散射實驗的實驗方法和實驗現(xiàn)象，及原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容過程與方法1.通過對粒子散射實驗結(jié)果的討論與交流，培養(yǎng)學(xué)生在對現(xiàn)象的分析歸納中得出結(jié)論的邏輯推理能力2.通過核式結(jié)構(gòu)模型的建立，體會建立模型研究物理問題的方法，理解物理模型的演化及其在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用情感態(tài)度與價值觀通過對原子結(jié)構(gòu)的認識的不斷深入，使學(xué)生認識到人類對微觀世界的認識是不斷擴大和加深的，領(lǐng)悟和感受科學(xué)研究方法的正確使用對科學(xué)發(fā)展的重要意義.課標解讀1知道粒子散射實驗的原理、實驗裝置及實驗結(jié)果2從粒子散射實驗的結(jié)果

2、分析到盧瑟福建立原子的核式結(jié)構(gòu)模型過程，體會科學(xué)實驗與思維相結(jié)合的物理研究方法3知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型，并能成功解釋粒子的散射實驗現(xiàn)象教學(xué)地位從湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型到盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立，既滲透科學(xué)探究的因素教學(xué)，又進行了模型法的教學(xué)，并將盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型與行星結(jié)構(gòu)相類比，指出大自然的和諧統(tǒng)一的美，滲透哲學(xué)教育通過學(xué)生對粒子散射實驗現(xiàn)象的討論與交流，順理成章地否定了葡萄干面包模型，并開始建方新的模型希望這一部分由學(xué)生自己完成，教師總結(jié)，總結(jié)時，突出湯姆孫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葡萄干面包模型和核式結(jié)構(gòu)模型的不同現(xiàn)象用動畫模擬，形成強烈的對比，突

3、破難點得到盧琴福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型后再展示立體動畫粒子散射模型，使學(xué)生有更清晰的直觀形象、生動的認識粒子散射實驗是教學(xué)的重點，高考的熱點.新課導(dǎo)入建議問題導(dǎo)入盧瑟福用粒子轟擊金箔時，發(fā)現(xiàn)少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，這是用湯姆孫的原子模型解釋不通的你能解釋這種現(xiàn)象嗎？本節(jié)課請同學(xué)們和老師一起解決此問題教學(xué)流程設(shè)計eq x(aal(課前預(yù)習(xí)安排：,1.看教材,2.填寫【課前自主導(dǎo)學(xué)】同學(xué)之間可進行討論)eq x(步驟1：導(dǎo)入新課，本節(jié)教學(xué)地位分析)eq x(步驟2：老師提問，檢查預(yù)習(xí)效果可多提問幾個學(xué)生)eq x(步驟3：師生互動完成“探究1”除例1外可再變換命題角度，補充一個例題以拓展學(xué)生思路)

4、eq x(步驟7：指導(dǎo)學(xué)生完成【當堂雙基達標】，驗證學(xué)習(xí)情況)eq x(步驟6：完成“探究3”重在講解粒子散射實驗中的功能問題)eq x(步驟5：師生互動完成“探究2”方式同完成探究1相同)eq x(步驟4：讓學(xué)生完成【遷移應(yīng)用】，檢查完成情況并點評)步驟8：先由學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)的主要知識，教師點評，安排學(xué)生課下完成【課后知能檢測】課標解讀重點難點1.知道粒子散射實驗的原理和實驗結(jié)果2.知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型.1.粒子散射實驗(重點)2.盧瑟福提出的原子的核式結(jié)構(gòu)模型(重點)3.盧瑟福對實驗結(jié)果的解釋(難點)粒子散射實驗1.基本知識(1)實驗?zāi)康牧Ｗ油ㄟ^金箔時，用這些已知的粒子與金屬內(nèi)的原子相

5、互作用，根據(jù)粒子的偏轉(zhuǎn)情況來獲得原子內(nèi)部的信息(2)實驗方法用由放射源發(fā)射的粒子束轟擊金箔，利用熒光屏接收，探測通過金箔后的粒子偏轉(zhuǎn)情況(3)實驗結(jié)果絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，但是有少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90，有的甚至被原路彈回，粒子被反射回來的概率竟然有1/8_000.2思考判斷(1)粒子散射實驗主要實驗器材有：放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡()(2)金箔的厚薄對實驗無影響()(3)實驗裝置放在真空中()3探究交流盧瑟福為何選用粒子去轟擊金箔？【提示】因為當時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了射線和射線，并且，組成射線的粒子是具有很大動能的帶電粒子，適合做轟擊金屬的“炮彈”

6、另外，金具有較大的密度和很好的延展性，能夠做成很薄的箔片盧瑟福的原子模型及原子大小1.基本知識(1)核式結(jié)構(gòu)模型原子的內(nèi)部有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，帶負電的電子繞核運動原子的核式結(jié)構(gòu)模型又被稱為行星模型(2)原子的大小原子直徑數(shù)量級：1010 m.原子核直徑數(shù)量級：1015_m.2思考判斷(1)原子內(nèi)部正電荷是均勻分布的()(2)原子的質(zhì)量是均勻分布的()(3)原子的幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)()3探究交流盧瑟福的原子模型是如何解釋粒子散射實驗結(jié)果的？【提示】粒子穿過原子時，如果離核較遠，受到的庫侖斥力就很小，運動方向也改變很小只有當粒子十分接

7、近核時，才受到很大的庫侖斥力，發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)由于核很小，粒子十分接近的機會很小，所以絕大多數(shù)粒子基本上仍沿原方向前進，只有極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn).粒子散射實驗的理解【問題導(dǎo)思】1粒子出現(xiàn)大角度散射有沒有可能是與電子碰撞后造成的 ?2按照葡萄干面包模型，粒子在原子附近或穿越原子內(nèi)部后有沒有可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)？3你認為原子中的正電荷應(yīng)如何分布，才有可能造成粒子的大角度偏轉(zhuǎn)？為什么？1實驗背景粒子散射實驗是盧瑟福和他的合作者做的一個著名的物理實驗，實驗的目的是想證實湯姆孫原子模型的正確性，實驗結(jié)果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據(jù)在此基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型2實驗裝置如圖221所示，由放

8、射源、金箔、熒光屏等組成圖2213實驗分析(1)由于電子質(zhì)量遠小于粒子質(zhì)量，所以電子不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)(2)使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的只能是原子中帶正電的部分按照湯姆孫原子模型，正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的，粒子穿過原子時，它受到的兩側(cè)斥力大部分抵消，因而也不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不能使粒子反向彈回，這與粒子的散射實驗相矛盾(3)實驗現(xiàn)象表明原子絕大部分是空的，原子的幾乎全部質(zhì)量和所有正電荷都集中在原子中心的一個很小的核上，否則，粒子大角度散射是不可能的4實驗意義 (1)否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型(2)提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，明確了原子核大小的數(shù)量級1整個實驗裝置及實驗過程必須在真空中

9、進行2粒子是氦核，穿透能力很弱，因此金箔必須很薄，粒子才能穿過(2013昌江高二檢測)如圖222所示為盧瑟福和他的同事們做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A、B、C、D四個位置時，觀察到的現(xiàn)象，下述說法中正確的是()粒子散射實驗裝置圖222A放在A位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B放在B位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置稍少些C放在C、D位置時，屏上觀察不到閃光D放在D位置時，屏上仍能觀察一些閃光，但次數(shù)極少【審題指導(dǎo)】解此題的關(guān)鍵是正確掌握粒子散射實驗的現(xiàn)象，以便確定觀察位置【解析】在盧瑟福粒子散射實驗中，粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)粒子仍沿原來的

10、方向前進，故A正確，少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90，極個別粒子被反射回來，故B、C錯，D對【答案】AD1英國物理學(xué)家盧瑟福用粒子轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)了粒子的散射現(xiàn)象如圖所示，O表示金原子核的位置，則能正確表示該實驗中經(jīng)過金原子核附近的粒子的運動軌跡的是()【解析】粒子散射的原因是原子核對其有庫侖斥力的作用，離核越近，斥力越大，偏轉(zhuǎn)越明顯當正好擊中原子核時，由于粒子質(zhì)量較小而反彈所以B、D選項正確【答案】BD兩種模型對粒子散射實驗的 不同解釋【問題導(dǎo)思】1兩種原子結(jié)構(gòu)模型中正電荷及質(zhì)量分布有什么區(qū)別？2湯姆孫原子結(jié)構(gòu)模型能解釋粒子的大角度偏轉(zhuǎn)嗎？3盧瑟福的核子結(jié)構(gòu)模型如何解釋粒子的散

11、射現(xiàn)象？湯姆孫的葡萄干面包模型盧瑟福的原子核式模型分布情況正電荷和質(zhì)量均勻分布，負電荷鑲嵌在其中正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子中心的一個極小核內(nèi)，電子質(zhì)量很小，分布在很大空間內(nèi)受力情況粒子在原子內(nèi)部時，受到的庫侖斥力相互抵消，幾乎為零少數(shù)靠近原子核的粒子受到的庫侖力大，而大多數(shù)離核較遠的粒子受到的庫侖力較小偏轉(zhuǎn)情況不會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不會彈回絕大多數(shù)粒子運動方向不變，少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90，有的甚至被彈回分析結(jié)論不符合粒子散射現(xiàn)象符合粒子散射現(xiàn)象在粒子散射實驗中，根據(jù)粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時能達到的最小距離可以估算原子核的大小現(xiàn)有一個粒子以2.0107 m/s的

12、速度去轟擊金箔，若金原子的核電荷數(shù)為79.求粒子與金原子核間的最近距離(已知帶電粒子在點電荷電場中的電勢能表達式為Epkeq f(q1q2,r)，r為距點電荷的距離粒子質(zhì)量為6.641027 kg)【審題指導(dǎo)】(1)明確粒子的運動為沿粒子與原子核連線的直線運動(2)當動能減為零時，電勢能最大，離原子核最近(3)原子核的大小應(yīng)該比最近距離小一些【解析】當粒子靠近原子核運動時，粒子的動能轉(zhuǎn)化為電勢能，達到最近距離時，動能全部轉(zhuǎn)化為電勢能，設(shè)粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達到的最小距離為d，則eq f(1,2)mv2keq f(q1q2,d).deq f(2kq1q2,mv2)eq f(29.010

13、92791.610192,6.6410272.01072) m2.71014 m.【答案】2.71014 m2盧瑟福在粒子散射實驗中，測出當粒子(eq oal(4,2)He)與金核(eq oal(197, 79)Au)發(fā)生對心碰撞時，粒子接近金核的最小距離約為2.01014 m，試估算金核的密度(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)【解析】本題要建立一個模型，粒子接近金核的最小距離認為是金核的半徑金核(eq oal(197, 79)Au)中有197個核子，每個核子的質(zhì)量約為1.671027 kg，把金核看做一個球體，其半徑約為r2.01014 m，則金核的體積為：Veq f(4,3)r3eq f(4,3)3

14、.14(2.01014)3 m33.31041 m3，金核的質(zhì)量為：m197m01971.671027 kg3.31025 kg，金核的密度為：eq f(m,V)1.01016 kg/m3【答案】1.01016 kg/m3綜合解題方略粒子散射實驗中的功能關(guān)系(2013龍巖檢測)圖223如圖223所示，根據(jù)粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線，實線表示一個粒子的運動軌跡在粒子從a運動到b，再運動到c的過程中，下列說法中正確的是()A動能先增大，后減小 B電勢能先減小，后增大 C電場力先做負功，后做正功，總功等于零D加速度先變小，后變大【審題指導(dǎo)】粒子

15、在庫侖力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通過電場力做功使粒子的動能和電勢能之間相互轉(zhuǎn)化電場力做功情況分析是解決本題的關(guān)鍵【規(guī)范解答】根據(jù)盧瑟福提出的核式結(jié)構(gòu)模型，原子核集中了原子的全部正電荷，即原子核外的電場分布與正點電荷電場類似粒子從a運動到b，電場力做負功，動能減小，電勢能增大；從b運動到c，電場力做正功，動能增大，電勢能減??；a、c在同一條等勢線上，則電場力做的總功等于零，A、B錯誤，C正確；a、b、c三點的場強關(guān)系EaEcEb，故粒子的加速度先變大，后變小，D錯誤【答案】C粒子散射實驗中的功能問題粒子接近原子核時，電場力做負功，粒子的動能減小，電勢能增加；反之，粒子離開原子核時，電場力做正功，粒子的

16、動能增加，電勢能減小粒子接近原子核的過程是一個加速度變大的減速過程，所以解決相關(guān)的問題優(yōu)先考慮功能規(guī)律【備課資源】(教師用書獨具)核物理之父盧瑟福盧瑟福被公認為是20世紀最偉大的實驗物理學(xué)家，在放射性和原子結(jié)構(gòu)等方面，都作出了重大的貢獻他還是最先研究核物理的人除了理論上非常重要以外，他的發(fā)現(xiàn)還在很大范圍內(nèi)有重要的應(yīng)用，如核電站、放射標志物以及運用放射性測定年代等他對世界的影響極其深遠，并且其影響還將持久保持下去他被稱為近代原子核物理學(xué)之父盧瑟福一生還有很多逸聞趣事1有個外號叫“鱷魚” 盧瑟福從小家境貧寒，通過自己的刻苦努力，這個窮孩子完成了他的學(xué)業(yè)這段艱苦求學(xué)的經(jīng)歷培養(yǎng)了盧瑟福一種認準了目標就

17、百折不回、勇往直前的精神后來他的學(xué)生為他起了一個外號鱷魚，并把鱷魚徽章裝飾在他的實驗室門口因為鱷魚從不回頭，它張開吞食一切的大口，不斷前進. 2搖身一變成為“化學(xué)家”1908年，盧瑟福獲得該年度的諾貝爾化學(xué)獎，他對自己不是獲得物理學(xué)獎感到有些意外，他風(fēng)趣地說：“我竟搖身一變，成為一位化學(xué)家了！”“這是我一生中絕妙的一次玩笑！”3杰出的學(xué)科帶頭人 盧瑟福還是一位杰出的學(xué)科帶頭人，被譽為“從來沒有樹立過一個敵人，也從來沒有失去一位朋友”的人在他的助手和學(xué)生中，先后榮獲諾貝爾獎的竟多達12人.1922年度諾貝爾物理學(xué)獎的獲得者玻爾曾深情地稱盧瑟福是“我的第二個父親”科學(xué)界中，至今還傳頌著許多盧瑟福精

18、心培養(yǎng)學(xué)生的小故事4是我制造了波浪盧瑟福屬于那種“性格極為外露”的人，他總是給那些見過他的人留下深刻的印象他個子很高，聲音洪亮，精力充沛，信心十足，并且極不謙虛當他的同事評論他有不可思議的能力并總是處在科學(xué)研究的“浪尖”上時，他迅速回答道：“說得很對，為什么不這樣？不管怎么說，是我制造了波浪，難道不是嗎？”幾乎所有的科學(xué)家都同意這一評價5最后一個土豆1895年，在農(nóng)場挖土豆的盧瑟福收到了英國劍橋大學(xué)發(fā)來的通知書，通知他已被錄取為倫敦國際博覽會的獎學(xué)金學(xué)生盧瑟福接到通知書后扔掉挖土豆的鋤頭，喊道：“這是我挖的最后一個土豆啦！”1(2013泉州檢測)盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的根據(jù)是粒子轟擊金箔

19、的實驗，在實驗中他發(fā)現(xiàn)粒子()A全部穿過或發(fā)生很小的偏轉(zhuǎn)B全部發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn)，甚至有的被反彈回C絕大多數(shù)不發(fā)生或只發(fā)生很小的偏轉(zhuǎn)，有極少數(shù)發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn)，個別甚至被反彈回D絕大多數(shù)發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn)，甚至被反彈回，只有少數(shù)穿過【解析】根據(jù)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，原子有一個很小的核，集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，核外巨大空間為電子的運動空間因此飛過來的粒子與原子核正碰而被反彈回的幾率非常小，并且與原子核比較近，受庫侖力作用發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)的機會也不多，故絕大多數(shù)粒子離核較遠，受庫侖力很小，基本上沿直線運動選項C正確【答案】C2粒子散射實驗結(jié)果表明()A原子中絕大部分是空的B原子中全部正電荷都集中在原子核上C原子內(nèi)有中子 D原子的質(zhì)量幾乎全部都集中在原子核上【解析】在粒子散射實驗中，絕大多數(shù)粒子穿過金箔時其運動方向基本不變，只有少數(shù)粒子發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)，這說明原子的全部正電荷和幾乎所有的質(zhì)量都集中在一個很小的核上，這個核就叫原子核原子核很小，只有少數(shù)粒子在穿過金箔時接近原子核，受到較大庫侖力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)；而絕大多數(shù)粒子在穿過金箔時，離原子核很遠，所受庫侖斥力很小，故它們的運動方向基本不變所以本題正確選項為【