5.1 原子的结构 教学设计

《原子的结构》教学设计
教学目标：
通过了解原子结构模型建构的历史和各种模型建立的依据，进一步理解物理模型在物理研究中的地位和作用；
通过对粒子散射实验现象的分析，完成原子核式结构模型的建构，培养抽象思维能力和想象力；
通过对氢原子光谱的观察，了解氢原子光谱的特点，了解物理中的不连续性，形成现代的物理观念；
会利用波尔原子模型分析和解释氢原子光谱，会计算氢原子跃迁过程吸收或放出光子的能量，体验微观世界中能量观念的应用。
教学重点：
1、电子的发现对于人类认识原子结构的重要意义；
2、粒子散射实验和原子核式结构；
3、氢原子的能级结构和跃迁规律。
教学难点：
原子结构模型建构；
氢原子的能级结构和跃迁规律。
教学方法：
演示、阅读，讨论与交流、讲授。
课时安排：2课时
情境引入：
科学家在研究稀薄气体放电时发现， 当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线的本质是什么呢？
新课教学：
原子核式结构的提出
电子的发现
1897年，J. J.汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。他进一步发现，用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都是相同的。这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。
组成阴极射线的成分是电子；
密立根通过著名的“油滴实验”精确测定了电子的电荷量：。
3、电荷是量子化的。
4、电子的发现的意义：打破了传统的“原子不可分”的观念。
（二）粒子的散射实验
问题1：为什么用粒子的散射现象可以研究原子的结构？
问题2：粒子散射实验是怎样做的？
实验结果：绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数粒子发生了较大的偏转，并且有极少数粒子的偏转超过了90o，有的甚至达到180o。
【讨论与交流】(1)粒子在飞行过程中碰到电子，其运动情况会发生什么变化？
（2）按照J. J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。
请分析：粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进。
分析：第一，电子不可能使粒子发生大角度散射。
粒子的大角度散射现象，说明了J. J.汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况。
少数粒子发生了较大的偏转，甚至反弹，表明粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用。
绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，说明原子中的绝大部分是空的，原子的质量和电荷量都集中在体积很小的核上。
1、1911年，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。
2、原子核：原子中心有一个很小的核，集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量。
带负电的电子在核外空间绕着核旋转。
原子核的尺度：
氢原子光谱
1、原子光谱：某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱。
2、氢原子光谱：由实验得到的氢原子光谱是分立的。
3、每种原子都有自己的特征光谱。
【思考问题】（1）原子的核式结构成功解释了粒子散射实验，却跟经典电磁理论发生了矛盾。如果按照经典的电磁理论进行分析，应该是怎样的情形？
（2）根据经典电磁理论，电子的能量不断地被电磁波带走而减少，会导致什么结果？
原子的能级结构
在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概念的启发下，他在1913 年把微观世界中物理量取分立值的观念应用到原子系统，提出了自己的原子结构假说。
能级：电子绕原子核运动的轨道半径是分立的，原子处于不同的状态，具有不同的能量。这些分立的能量值被称为原子的能级。
跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作跃迁。
假定原子在跃迁前后的能级分别为和，根据能量守恒定律，并结合爱因斯坦光子说，可得到辐射出光子的能量为：
基态：在正常情况下，氢原子处于最低的能级，这个最低能级对应的状态称为基态。
激发态：当电子受到外界激发时，可从外界吸收能量，并从基态跃迁到较高能级上，这些能级对应的状态称为激发态。
例题：根据氢原子的能级示意图，一群氢原子处于的激发态。
在向较低能级跃迁的过程中向外发出的光子有几种？能量多大？
哪些能使逸出功为2.29eV的金属钠发生光电效应？逸出的光电子最大初动能为多大？
课堂小结：
粒子散射实验现象，建立原子核式结构模型；
原子的能级结构。
课后作业：
课后练习第3题
完成练习册