第九章原子和原子核
一、原子核式结构的发现
学习目标
１、了解电子的发现和汤姆生的原子模型。
２、掌握α粒子散射实验的结果和由此而提出的原子核式结构学说。
３、进一步理解物理学常用的研究方法，提高阅读和表达能力，增强自主学习能力。 重点和难点：
1、重点：通过学习核式结构的发现过程，培养科学的思维方法及自主学习的能力
2、难点：α粒子散射实验和由此而提出的原子核式结构学说
教具
阴极射线管、感应圈、磁铁和电源、电脑、多媒体投影仪等
教学过程
1.在19世纪前，人们一直认为原子是不可再分的，那么科学家们是用什么方法去揭开它们神秘面纱的呢？
是实验
2、是谁第一个打开原子的大门呢？
3、请大家想一下，用你现在所学过的知识，如何判定它还负电还是正电？（学生讨论后，请一学生上台演示，突出学生的主体性） 利用阴极射线在电场中和磁场中的偏转的实验让学生判断阴极射线粒子带哪种电。（可证明阴极射线是带负电的粒子流）。
师：如果你就是当时的汤姆生，判断了这种粒子流的电性后，你将进一步作怎样的研究？生：这种粒子的电量、质量如何？
不同物质组成的阴极射线是否都具有相同的粒子？ （学生讨论并互相补充）
师：当年伟大的汤姆生恰好也是这样想的，他通过精确的实验测定了这种阴极射线粒子的荷质比，及它的电量和质量，并发现不同物质做成的阴极射线都有相同的值。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。称它为电子。
师：电子的发现，证明了什么？
生：原子是可分的。
师：到此，假如你是当时的一位科学家，针对电子的发现你会进一步提出什么问题呢？作什么样的猜测？（学生情绪高涨，讨论热烈，能提出许多问题和各种猜想） （既然电子是原子的组成部分,而原子又是中性的,那么,原子里还存在带何种电的物质?既然电子质量很小,那么原子的质量绝大部分集中在哪里? 原子内有带负电的电子，但原子是中性的，所以原子内必定还有带正电的部分，并且正电荷的总电量和电子的总电量必定相等。那么它们是怎样组成原子的呢？）
１、汤姆生原子模型。
师：20世纪初科学家们确实提出了很多种原子模型。其中最有影响的是1903年汤姆生提出了原子模型,它的内容是什么呢? （点击电脑，展示汤姆生模型）
汤姆生的模型提出后,当时得到了一些人的承认,其中最崇拜他这种模型的是他最得意的学生卢瑟福，（点击电脑，展示卢瑟福简介）想用实验的方法来加以论证,经过几年的努力,卢瑟福终于找到了这种实验方法,并获得了极大的成功, 这就是著名的α粒子散射实验。
（二）粒子的散射实验。
1、实验装置的名称和作用。（点击电脑，展示模拟演示装置）放射源钋放在带小孔的铅盒中，能放射粒子。氦原子核
金箔厚度极小，可至1微米（补充：金原子的质量大且金容易被加工成很薄的箔。金箔虽然很薄，但仍有几千层原子）。
显微镜能够围绕金箔在水平面内转动。
荧光屏玻璃片上涂荧光物质硫化锌制成，装在显微镜上。
2、实验步骤。
钋放出的粒子从铅盒小孔射出，形成很细的一束射线，射到荧光屏上产生闪光。通过显微镜观察。
放上金箔F，观察粒子穿过金箔打到荧光屏上所发闪光。
转动显微镜和荧光屏，在不同偏转角处观察，可看到 粒子的散射现象。师：若汤姆生模型是正确的，实验的结果将如何呢？
（让学生看书后，用自己的语言总结回答，培养学生的阅读能力和概括能力） （点击电脑，演示汤姆生模型解释）
师：那么实际的情况是怎样的呢？（点击电脑，以3维动画展示粒子的散射实验） ２、实验结果。
（1） 绝大多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进
（2） 少数粒子发生了较大的偏转。
（3） 极少数粒子的偏转角超过90°
（4） 有的甚至几乎达到180°，象是被金箔反弹了回来。
卢瑟福对实验的结果非常惊讶,他说:”它是这样的叫人难以相信,正好象你用15英寸的炮弹射击一张纸片,而炮弹居然反弹回来把你打中一样....”
（点击电脑，展示粒子的散射实验模拟结果）
师：这种现象能否用汤姆生的原子模型解释,假如你仍然是当时的一位科学家，面对粒子的散射实验的结果，你又会进一步提出什么问题呢？作什么样的猜测？ （学生情绪再次高涨，讨论热烈，学生的主体性再次体现）
（汤姆生原子模型无法解释 粒子散射现象；极少数粒子的偏转角超过90°，甚至反方向折回，可能受到什么力的作用？能否由此判断施力物体的质量比粒子的质量大还是小？施力物体带哪种电荷？电量如何？猜测：可能受到强大的库仑斥力作用。从动量守恒定律和碰撞知识可知，跟粒子发生相互作用的物体的质量一定比粒子大得多，应该带正电，且电量较多。）
（三）原子的核式结构学说
1、内容
师：卢瑟福经过反复的实验和仔细的分析，在1911年提出原子的核式结构学说。卢瑟福这种不迷信权威，追求真理的精神值得我们每一位学习。
那么，原子的核式结构学说的内容是什么呢？
（点击电脑，展示原子的核式结构学说的内容）
（让学生齐声朗读“原子的核式结构学说”一段：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，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。）
（点击电脑，展示思考题，及时巩固新的知识）
2、解释
请用原子的核式结构学说解释：粒子散射实验中为什么绝大多数粒子仍沿原来的方向前进，只有极少数发生大角度的偏转？
答：在粒子散射的实验中，只有在粒子十分接近原子核时，才受到很大的斥力而发生大角度偏转。因为原子核很小，原子内很空广，粒子接近原子核的机会非常少，所以有上述实验结果。
师：任何一个正确的理论，应经得无数次的实验的验证和理论的论证，卢瑟福根据原子的核式结构学说，应用库仑定律和牛顿定律，推导出了沿一定偏转角散射的粒子与偏转角的关系式。卢瑟福等做了一系列的实验。结果和理论计算完全相符，这说明了原子的核式结构学说的正确，也说明了原子里电荷间的作用遵守库仑定律。原子核的电荷和原子核大小的估计。
用不同的金属箔进行粒子的散射实验，发现沿同一偏转角散射的粒子的数目不同，说明不同金属的原子核所带电荷不同。利用实验数据和散射公式可以计算各种元素原子核的电荷。得出结论：各种元素的原子核的电荷数等于它的原子序数。
从粒子散射的实验的数据，可以估计原子核的半径约为10-14米，不同元素原子核的半径略有不同。
3、原子核大小的估计
原子半径约是10-10米，原子核半径只相当于原子半径的万分之一。如果把原子比作100米半径的大球，原子核就相当于半径1厘米的小石子。
三、课堂小结
（点击电脑，展示小结内容，针对小结内容，再次提出新的问题，请学生讨论） 师：卢瑟福的原子核式结构学说保留了汤姆生原子模型的哪些有用成份，有哪些不同的地方？（主要区别：空心与实心，有核与无核，电子转与不转）
结束语：卢瑟福在原子的核式结构学说中认为：带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，但这仍只是一种猜想，缺少实验的依据，对此，他的学生玻尔对此又作了深入的研究，研究的结果如何呢？请同学们预习下一节且听分解。
四、布置作业
教学分析
１、本节课的重点是粒子的粒子散射实验和原子的核式结构学说。
２、汤姆生发现电子是物理学史上的重要事件。由于电子的发现，证明了原子也是有结构的人们才开始探索原子结构的理论，设想建立各种原子结构模型。课本中没有说明电子是怎样发现的。我在课堂中增加阴极射线的演示实验，观察阴极射线在电场中和磁场中的偏转，并让学生参与实验，以巩固学生旧有知识，提高学生的兴趣，培养科学的思维能力。
３、卢瑟福通过粒子散射这个宏观的实验现象发现了原子这个微观粒子的内部结构。因此在教学中应讲清实验结果，注意说理分析，使学生了解卢瑟福是怎样发现原子的核式结构，揭示科学家们的一些思维过程会对学生智力活动起较大的作用，提高学生的逻辑思维能力。
４、汤姆生原子模型不能解释粒子散射实验中观察到的大角度散射。因与实验事实有矛盾，汤姆生原子模型就被否定了。教材中介绍这一原子模型的目的是使学生了解在科研工作中，常是根据已知的科学原理和实验事实对未笞知的事物或规律作出设想或假定。这个假定是否正确，还要通过实验验证和理论上的论证，经过实践的检验，有的成功，有的失败。汤姆生原子模型就是经过实验被否定了的。教学中应注意说明这种科研的方法。
５、学生过去虽已有了一些原子结构的知识，但是这些知识的来龙去脉却不知道。因此，通过本节的教学要使学生知道人类对原子结构的认识是怎样不断深入的。教学中结合介绍物理学史和问题的提出，激起学生对新课学习的兴趣和愿望，引导学生的思维发展，紧紧围绕着“如何发现”来进行教学，多次热烈的课堂讨论，使整堂课高潮迭起，很好地培养了学生的自主学习能力。
６、根据学生情况，可由教师启发讲述，也可由学生阅读自学，教师引导学生做出
总结，以培养学生的阅读能力和表达能力。
