原子结构模型的演变教案

原子结构模型的演变

知识目标：

⒈ 了解原子结构模型的发展历史，从而加深对现代原子结构模型的理解。 ⒉ 把握现代原子结构模型，理解宏观物体与微观粒子的区别和联系。

技能目标：

⒈ 多创设情景让学生自主学习，使学生在讨论和争辩中体验科学研究发展的全过程，了解科学家探索原子结构的艰难。

⒉ 通过汤姆生原子结构模型、卢瑟福原子结构模型等的学习，体验科学实验、科学思维对创造性工作的重要作用。

⒊ 利用多媒体手段给学生提供丰富多样的素材，帮助学生理解抽象的概念，并且培养学生运用信息技术的能力和意识。

情感目标：

从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法，并培养学生对科学探索的热爱。

教学过程：

【展示图片】

【引言】无论是“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”的庐山香炉峰瀑布，还是“攀荷弄其 珠，荡漾不成圆”的一滴小小的露珠，它们都是由什么组成的？

【答】都是由水分子组成的。

【问】水分子是由什么组成的？

【答】由氢原子和氧原子组成的。

【问】原子又是由什么构成的？

【答】是由原子核和核外电子构成的，绝大多数的原子核内有质子和中子。

【讲述】当我们从图片中宏观的水回答到微观的质子、中子和电子时才用了几十秒钟的思考 时间。在座的同学有人知道科学家们对原子结构的认识用了多少时间呢？

【答】2500年

【过渡】这是一段艰难而漫长的历史。那么，在早期科学家们眼中的“原子”是什么样的？对于这个称不能称、尺不能量的“原子”，科学家们又是用什么样的方法去了解它的内部结构的呢？今天就让我们抹去脑子里已有的原子知识，回到2500年前开始我们探索原子结构的旅程。

【讲述】公元前5世纪，古希腊哲学家德谟克利特在他的笔记本上写下了这么一段话。 By convention colour, by convention sweet， by convention cold,: but in reality atoms and space. 感觉上，存在的是缤纷的色彩、浓郁的芳香、刺骨的寒冷，但实际上，存在的是原子和空间。

从这段话中知道，德谟克利特认为世间万物都是由原子构成的。（原子atom：indivisible 不可分割）。当有人问及为什么世界上诸多事物彼此不一样呢？原子论回答说：这是因为组成他们的原子在大小、性质、数量上不一样。比如说有人问水为什么能流动？因此水的原子平滑呈圆形；为什么被火烧到会有刺痛的感觉？因为火的原子是多刺的。

【过渡】这样的原子论在古希腊只是哲学家们的猜想，没有事实根据。

【讲述】时间推移到1803年，英国化学家道尔顿在综合研究了质量守恒定律、定组成定律、当量定律等通过化学实验得出的定律后，提出定量的化学原子论。主要观点如下： ①物质由原子组成，原子不能被创造，也不能被毁灭；

②在化学反应中，原子不可再分割，仅仅是重新排列，保持本性不变。

【道尔顿原子模型】原子是坚实的、不可再分的实心球。

【过渡】这种原子模型在当时条件下看来十分的正确，但在今天的我们看来还有很多的不足，受当时条件的限制。好在19世纪末，由于电的发现，科学家可以研究物质在通电条件下的性质，阴极射线就是当时最著名的实验。

【阴极射线实验】把气体充到一个密封的玻璃管中，抽气让管中的气体变的非常的稀薄，再在两端通上高压电，这时就会有一束粒子从电极阴极通过气体到达阳极，这样的射线就被我们叫做阴极射线。

【讲述】那这些射线究竟是什么东西呢？英国科学家汤姆生做了一系列的实验。他发现在磁场和电场的作用下，阴极射线会发生偏转。通过不同的磁场和电场的作用下的偏转，他发现这些射线带负电。他又通过实验测得射线的电荷与质量之比很大。根据他的实验结果，我们能得出什么结论呢？

【思考】在教师引导下，学生依次思考下列问题：

1、这些带负电的射线是哪来的？

2、为什么不管用什么电极材料，什么气体所得到的射线都一样？

3、其电荷与质量之比很大又说明了什么？

【结论】

1、阴极射线是由极小的带负电的电子组成。

2、电子应来自管中的气体原子内部或者电极原子内部。

3、电子是构成所有原子的一种基本微粒。

4、由于电荷与质量之比很大说明电子质量很小。

【讲述】电子带负电，原子带电吗？那你就要解决另一个问题了，原子中的正电荷去哪了？汤姆生就提出了葡萄干面包模型。

【汤姆生原子模型】

正电荷均匀地分布在原子之中，而电子就象葡萄干面包中的葡萄干一样散布在原子的正电荷之中——葡萄干面包模型。

【过渡】葡萄干面包模型很好地解释了电子管的现象，但随之而来的放射现象又对它提出了挑战。其中对于原子结构贡献最大的就是卢瑟福的α粒子散射实验。

【α粒子散射实验】为了能够间接地“看到”原子内部的结构情况，卢瑟福采用了高速飞行的α粒子（α粒子是氦离子，带2个单位正电荷）去轰击金箔。根据α粒子飞行路径的改变，便可算出靶原子的构造概况。整个实验的安排大致如图所示。作为“炮弹”使用的α粒子由放射源提供，而金箔则作为被轰击的靶。四周放了涂有ZnS的屏幕，若α粒子击中屏幕就回发出荧光，而显微镜则用来观察这样的闪光。

【媒体展现】α粒子散射实验

【思考】根据汤姆生模型预言的α粒子散射实验的结果是怎样的？

[点拨思路]α粒子穿过汤姆生原子模型有两种可能：①与电子相碰 ②受到静电斥力.

【问】根据汤姆生模型的计算，α粒子穿过金箔后偏离原来方向的角度是很小的，因为电子的质量不到α粒子的1/7400，α粒子碰到它，就像飞行着的子弹碰到一粒尘埃一样，运动方向不会发生明显的改变。又因为正电荷是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到原子内部两侧正电荷的斥力大部分相互抵消，α粒子偏转的力就不会很大。

【过渡】但卢瑟福和他的助手做了无数次实验，得到的现象却是“当用一束平行的a粒子轰击金箔，绝大多数α粒子穿过金箔后仍按原来的方向前进，少数α粒子却发生了较大的偏转，并有极少数α粒子偏转超过90度，有的甚至被弹回。”这个实验现象可是着实让卢瑟福大吃一惊。用当时的一种流行说法就是你对着一张纸射出一颗重磅炮弹，却被反射回来的炮弹击中自己一样地不可思议。如果说用汤姆生原子模型去解释的话，α粒子会发生偏转，但绝对

不会弹回。那这就对葡萄干面包模型提出了挑战。根据α粒子散射实验你觉得原子结构模型是不是葡萄干面包那样？正电荷均匀地分布在原子之中吗？如果不是，那又会是什么样呢？

【思考】在教师引导下，学生依次思考下列问题：

（1）为什么粒子会弹回？

（2）为什么绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，只有极少数的粒子被金箔弹回？

（3）为什么粒子被金箔弹回，而金箔中的正电荷却没被弹出？

【讨论】学生分组讨论：根据粒子散射的实验现象，学生提出自己的原子结构模型。并由代表发言。

【追问】原子核带正电，电子带负电，原子核要把电子吸到核上，为什么又没有吸上去呢？

【讲述】就象太阳和行星一样，电子在绕着核做高速的运动。

【结论】根据a粒子散射实验，卢瑟福的主要观点是：

(1)每一个原子都有一个体积很小的核，叫原子核。原子全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上；

(2)电子在原子核的周围运转，就象行星环绕太阳运转一样。

【讲述】卢瑟福在做了大量的实验和理论计算和深思熟虑后，他才大胆地提出了有核原子模型，推翻了他的老师汤姆生的原子模型。

【卢瑟福原子模型】

原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围运转，就象行星环绕太阳运转一样。

【思考】 根据实验事实卢瑟福原子模型否定了汤姆生原子模型，那么两者有没有相同之处和不同之处呢？

【答】相同点：①原子都由带负电的电子和带正电的物质组成，且正负电荷相等.

②电子质量很小，原子的质量几乎全部集中在带正电的物质上.

不同点：①有核和无核.②电子转与不转（绕核）.

【讲述】因此卢瑟福是肯定了汤氏原子模型的正确方面，否定了不切实际的部分后提出自己的学说的.这是在肯定的基础上的否定，使认识向前发展.

【过渡】但是，这个看来完美的模型却有着自身难以克服的严重困难。根据经典的电磁场理论，在核外做运动的电子会不断辐射出能量，它本身的能量会越来越小，会逐渐地离核越来越近，最终落在核上。有人经过计算发现，行星模型连存在一秒钟都不可能。原子模型需要更好的解释。这次轮到谁呢？他的弟子玻尔出场。

【讲述】玻尔把化学、放射性和光谱学方面的实验事实与原子结构模型联系在一起，在研究氢原子光谱产生的原因中发展了原子结构理论。1913年，玻尔提出了新的原子结构模型：

【玻尔原子模型】原子核外，电子在一系列稳定的轨道运动。每个轨道都具有一个确定的能量值；电子在这些稳定的轨道上运动时，既不吸收能量，也不放出能量，处于一种稳定状态。

【过渡】 玻尔的原子结构模型理论也不是十分完美，在解释氢以外的多电子原子的光谱线时，就只能做出近似的估计，无法定量计算。随着科学的不断发展，我们知道电子除了有粒子性之外，还有波动性。也就是说电子既是粒子也是波。电子具有波粒二象性，它在核外的运动速度可以与光速相比，很难同时准确地测定它的速度和位置，只能用统计的方法来描述，因而引入了“电子云”的概念。

【媒体展现】电子云

【讲述】电子云是一种形象化的比喻，电子在原子核外空间的某区域内出现，好象带负电荷的云笼罩在原子核的周围，人们形象地称它为“电子云”。 氢原子电子云，用小黑点表示氢原子外一个电子在核外某空间单位体积内出现机会的多少，离核近处，黑点密度大，电子

出现机会多，离核远处，电子出现机会少。

【回顾】原子结构模型的发展史

【问】人们一般都认为：物质是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是由电子、质子、中子组成的。电子、质子、中子就是原子内部最小的粒子吗？

【讲述】20世纪60年代，美国物理学家提出了中子、质子是由更小的粒子——夸克(quark)组成的。夸克和电子就是最小的粒子了吗？我们的科学旅程还将继续。

【思考】原子结构模型的演变历史给我们的启迪？

【答】①化学认识发展的形式与科学认识发展的形式一样是继承、积累、突破和革命。

②实验方法是科学研究的一种重要方法，实验手段的不断进步是化学发展的一个 关键。

③科学研究、科学发现是无止境的。

【反馈练习】

1、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、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动

2、原子的核式结构学说，是卢瑟福根据以下哪个实验或现象提出来的（

A、光电效应实验

B、氢原子光谱实验

C、α粒子散射实验

D、天然放射现象

3、当α粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的（

【回家作业】 模块作业本 第三单元 第1课时

） ）