二、 原子的核式结构模型
教学目标
1、知道α粒子散射实验及其现象，了解卢瑟福原子核式结构模型，以及提出此模型的实验依据
2、认识实验对理论发展的总要作用
3、知道物理模型建立的意义及其局限性，培养学生抽象思维能力和想象力
重点难点
重点：α粒子散射实验和原子核式结构理论
难点：渗透和让学生体会物理学研究方法
设计思想
α粒子散射实验是一个很重要的实验，体现了研究微观世界的一种科学的方法，也是锻炼学生分析问题、解决问题的知识点。对卢瑟福如何分析α粒子散射实验，否定汤姆孙原子模型，提出原子核式结构模型的了解，有利于学生学习人类研究微观世界的科学方法，提高分析解决问题的能力。因此本节的设计强调核式结构模型建立的依据而非结论，重点在于暴露模型建立的思路和研究的方法。对物理学史的教育要贯穿在整个教学过程当中。
教学资源 多媒体课件
教学设计
【课堂引入】
讲述：汤姆生发现电子，根据原子呈电中性，提出了原子的枣糕模型。
学生活动：师生共同得出汤姆生的原子枣糕模型。
点评：用图片或动画展示原子枣糕模型。。
【课堂学习】
学习活动一：α粒子散射实验
问题一：为什么用α粒子的散射现象可以研究原子的结构？
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。
问题二：α粒子散射是怎么做的
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。
动画展示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。
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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。
问题三：α粒子散射的实验结果是什么？
绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进或只发生很小的偏转，但有些α粒子发生了较大的偏转，大约1/8000的α粒子偏转角超过90o，个别的甚至接近180o，就像被弹回来了一样。
学习活动二：原子的核式结构模型
请同学们根据考虑：
问题一：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？
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。
问题二：按照枣糕模型，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？
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枣糕模型不符合原子结构的实际情况。
问题三： 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？
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绝大多数粒子不偏移→原子内部绝大部分是“空”的。
②少数粒子发生较大偏转→原子内部有“核”存在。
③极少数粒子被弹回 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）
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（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，顺理成章地否定了枣糕模型，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粒子散射实验之间的矛盾，可以将粒子分别穿过枣糕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粒子散射模型，使学生有更清晰的直观形象、生动的认识。
【例】 如图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述说法中正确的是( )
A．相同时间内在A时观察到屏上的 闪光次数最多
B．相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些
C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光
学习活动三：原子的组成与原子核的大小
原子的中间有一个很小的核，它集中了所有的正电荷和几乎所有的质量，核外的电子绕核做圆周运动。原子的半径在10-10m左右，原子核的大小在10-15～10-14m左右．原子核的半径只有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。相当于一个体育馆里的一个小石子。
学习活动四：原子的核式结构模型与经典理论的矛盾
学生先自学，然后讨论归纳：
矛盾1：绕核运转的电子会辐射电磁波，能量逐渐减小，最终电子落入核中，原子将不复存在。
矛盾2：电子绕核运动辐射的电磁波是连续分布的，但在实验室中观察到的现象并非如此。
教师指出：矛盾的出现预示着新的理论的形成，也只有新的理论可以解决矛盾。科学就是这样螺旋式前进的。
随堂练习：
1、 (2013·福建高考)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( )
答案：C
2、 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
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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
答案 A
【板书设计】
第2节 原子的核式结构模型
一、α粒子散射实验
1、实验装置
2、实验结果
二、原子核式结构模型
三、核式结构模型与经典理论的矛盾
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课堂反馈
1、关于α粒子散射实验，下列说法正确的是 ( )
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
2、关于卢瑟福的α粒子散射实验，下列说法正确的是( )
A．大部分α粒子穿过金属箔没有显著偏转
B．所有α粒子穿过金属箔没有显著偏转
C，只有少数α粒子穿过金属箔时发生偏转，最大偏转角可达180°
D．大部分α粒子穿过金属箔时，发生折射偏向一边
3、卢瑟福α粒子散射实验的结果 ( )
A．证明了质子的存在
B．证明了原子核是由质子和中子组成的
C．说明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上
D．说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动
4、在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，符合下列哪种情况 ( )
A．动能最小 B.电势能最小
C．α粒子和金原子核组成的系统的能量最小 D．加速度最小
5、在α粒子散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的( )
A，万有引力 B．库仑力 C．磁场力 D．核力
6、下列关于原子结构的说法正确的是 ( )
A．电子的发现说明了原子内部还有复杂结构
B．α粒子散射实验揭示了原子的核式结构
C．α粒子散射实验中绝大多数都发生了较大偏转
D．α粒子散射实验中有的α粒子发生较大偏转是α粒子与原子发生碰撞所致
7、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．电子在核外绕核旋转，向心力主要由库仑力提供
C．原子的全部正电荷都集中在原子核里
D．原子核的直径大约为10—10m
8在α粒子的散射实验中，并没有考虑α粒子跟电子碰撞所产生的效果，这是由于 ( )
A．α粒子跟电子相碰时，损失的动量很小，可忽略
B．电子体积实在太小，α粒子完全碰不到它
C．α粒子跟各电子碰撞的效果互相抵消
D．由于电子是均匀分布的，α粒子受电子作用力的合力为零
9、α粒子散射实验是让α粒子射向金箔去碰撞金原子，结果发现：大部分α粒子穿过金箔后不发生偏转，少数α粒子发生偏转，有的偏转角很大，问：
(1)为什么有的α粒子会发生大角度的偏转?
(2)已知金的原子序数为79，当α粒子距金原子中心为1.0×10—13m时受到的库仑力多大?
参考答案：
1．ABC 2．AC 3．C 4．A 5．B 6．AB 7．D 8．A
9．（1）有的α粒子靠近金原子核时，受到核较大的斥力，所以会发生大角度偏转。
（2）3.64N
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课后测评
1．对α粒子散射实验装置的描述，下列说法正确的是( )
A．主要实验器材有：放射源、金箔、荧光屏、显微镜
B．金箔的厚薄对实验无影响
C．如果改用铝箔就不能发生散射现象
D．实验装置放在真空中
2．根据汤姆孙原子模型预测α粒子散射实验结果是( )
A．绝大多数α粒子穿过金箔后都有显著偏转
B．绝大多数α粒子穿过金箔后都有小角度偏转
C．极少数α粒子偏转角很大，有的甚至沿原路返回
D．不可能有α粒子偏转角很大，更不可能沿原路返回
3．下列对原子结构的认识中，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
4．在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
5．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α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．金箔中的金原子间存在很大的空隙，只有极少数碰到金原子
6．关于原子结构理论与α粒子散射实验的关系，下列说法正确的是( )
A．卢瑟福做α粒子散射实验是为了验证汤姆孙的枣糕模型是错误的
B．卢瑟福认识到汤姆孙“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论
C．卢瑟福的α粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正确性
D．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论
7．如图所示，X表示金原子核，α粒子射向金核时被散射，设入射的动能相同，其偏转轨道可能是图中的( )
8．如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一个原子核附近时的示意图，A、B、C三点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处的速率比在B处的速率小
B．α粒子在B处速率最大
C．α粒子在A、C处的速率相同
D．α粒子在B处的速率比在C处的速率小
9．已知金的原子序数为79，α粒子离金原子核的最近距离设为10－13 m，则α粒子离金核最近时受到的库仑斥力是多大？对α粒子产生的加速度是多大？(已知α粒子的电荷量
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qα＝2e，质量mα＝6.64×10－27 kg)
参考答案：
1． AD 2． D 3．ABC 4．C 5．A 6．D 7．D 8．CD
9．解析：α粒子离核最近时受到的库仑斥力为
F＝k＝k
＝9×109× N
≈3.64 N
金核的库仑斥力对α粒子产生的加速度大小为
a＝＝ m/s2≈5.48×1026 m/s2.
答案：3.64 N 5.48×1026 m/s2
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