学习必备欢迎下载第十八章原子结构18.1 电子的发现一、教学目标：1、知识与技能（1）了解阴极射线及电子发现的过程；（2）知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导。2、过程与方法：培养学生对问题的分析和解决能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子。3、情感、态度与价值观：理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程，根据事实建立学说，发展学说， 或是决定学说的取舍，发现新的事实， 再建立新的学说。人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的。教学重点：阴极射线的研究。教学难点：汤姆孙发现电子的理论推导。教学方法：实验演示和启发式综合教学法。教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。教学过程：第一节电子的发现（一）引入新课很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。这种认识一直统治了人类思想近两千年。直到19 世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。电子的发现是19 世纪末、 20 世纪初物理学三大发现之一。（二）进行新课1、阴极射线气体分子在高压电场下可以发生电离，使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。问题：是什么原因让空气分子变成带电粒子的？带电粒子从何而来的？史料：科学家在研究气体导电时发现了辉光放电现象。1858 年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的。所以他把这种未知射线称之为阴极射线。对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。（1）电磁波说：代表人物，赫兹。认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。认为这种射线的本质是一种高速粒子流。思考：你能否设计一个实验来进行阴极射线的研究，能通过实验现象来说明这种射线是一种电磁波还是一种高速粒子流。如果出现什么样的现象就可以认为这是一种电磁波，如果出现其他什么样的现象就可以认为这是一种高速粒子流，并能否测定这是一种什么粒子。2、汤姆孙的研究C C1 C2 Y AS 磁场学习必备欢迎下载英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。实验装置如图所示，从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过C1C2后沿直线打在荧光屏A上。（1）当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有负电荷。（2）为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域采取什么措施。在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外。当满足条件：qEBqv0时，则阴极射线不发生偏转。则：BEv0（3）根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角为：20tanmvqEL又因为：)2(tanLDy且BEv0则：LBLDEymq2)2(根据已知量，可求出阴极射线的比荷。思考：利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计算阴极射线的比荷？汤姆孙发现， 用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的。这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。并由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。 若这种粒子的电荷量与氢离子的电荷量机同，则其质量约为氢离子质量的近两千分之一。 汤姆孙后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了汤姆孙的猜测是正确的。汤姆生把新发现的这种粒子称之为电子。电子的电荷量e1.602177331019C 第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。密立根通过实验还发现， 电荷具有量子化的特征。即任何电荷只能是e 的整数倍。 电子的质量m9.1093897 1031kg 课堂例题例题 1：一只阴极射线管，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，发现射线径迹向下偏，则：（）A导线中的电流由A 流向 BB导线中的电流由B 流向 A C若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现D电子束的径迹与AB 中的电流方向无关x L 萤幕D S S O 电场 E A y e m y1 y2 v0 v A B 学习必备欢迎下载例题 2：有一电子（电荷量为e）经电压为U0 的电场加速后，进入两块间距为d，电压为U的平行金属板间，若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：（1）金属板AB的长度（2）电子穿出电场时的动能182 原子的核式结构模型一、教学目标：（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粒子散射实验原理、装置ABU0 v0 + + + + 学习必备欢迎下载（1）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）粒子散射实验装置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。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粒子大角度散射？请同学们根据以下三方面去考虑：（1）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，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，碰撞前后，质量大的粒子速度几乎不变。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。对于粒子在原子附近时由于原子呈中性，与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，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，使粒子偏转的力不会很大，所以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：实验中发现极少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在学习必备欢迎下载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。绝大多数粒子不偏移原子内部绝大部分是“空”的。少数粒子发生较大偏转原子内部有“核”存在。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）（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粒子散射实验之间的矛盾，可以将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 10-1510-14m 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 （数量级）类比原子10-10m 足球场原子核10-15m10-14m 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，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：学习必备欢迎下载（ 1）通过动画展示了卢瑟福的粒子散射实验，突破了传