《原子的構(gòu)成》教學(xué)實(shí)錄

【執(zhí)教者簡介】

楊寶權(quán)，任教于江蘇省邗江中學(xué)（集團(tuán)）北區(qū)校維揚(yáng)中學(xué)，中學(xué)高級教師。曾獲揚(yáng)州市命題大賽一等獎、理科實(shí)驗(yàn)說課比賽一等獎等，發(fā)表論文30多篇，其中有多篇發(fā)表于《化學(xué)教育》《化學(xué)教學(xué)》《現(xiàn)代中小學(xué)教育》等專業(yè)核心期刊。本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)獲邗江區(qū)“百千萬工程”中“我的教學(xué)研究”一等獎。

板塊一：課堂引入

【復(fù)習(xí)回顧】請同學(xué)們思考并回答以下問題：

1.用微粒的觀點(diǎn)分析氫氣在氧氣中燃燒的過程。

2.分子和原子的本質(zhì)區(qū)別是什么？

師：原子在化學(xué)變化中不可分，是否意味著原子永遠(yuǎn)不能再分呢？

生：不對，原子還可以再分。

師：根據(jù)已經(jīng)掌握的知識，你想像中的原子內(nèi)部應(yīng)該是什么情況？

生：原子中有質(zhì)子、中子和電子。

師：我們今天的認(rèn)識都源自科學(xué)家孜孜不倦的研究發(fā)現(xiàn)。同學(xué)們已經(jīng)知道原子是個微小的粒子，看不見、摸不著，那么科學(xué)家們又是如何發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的呢？讓我們一起追尋科學(xué)家的探秘之旅吧！

板塊二：原子構(gòu)成探秘

師：英國科學(xué)家道爾頓在總結(jié)了大量實(shí)驗(yàn)材料的基礎(chǔ)上第一次提出了原子學(xué)說。

環(huán)節(jié)1：“實(shí)心球”模型

【歷史再現(xiàn)】（PPT出示）1803年，英國科學(xué)家道爾頓寫了《化學(xué)哲學(xué)的新體系》一書，書中提出了近代原子學(xué)說，其主要觀點(diǎn)：

1.物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的；

2.原子是微小的不可分割的實(shí)心球體；

……

師：以現(xiàn)在你的認(rèn)識分析，道爾頓的這兩個觀點(diǎn)正確嗎？說明理由。

生：不正確。有些物質(zhì)由分子構(gòu)成，而且原子還可以再分。

師：雖然這是一個失敗的理論模型，但道爾頓第一次將原子從一個哲學(xué)概念帶入化學(xué)研究中，明確了今后化學(xué)家們努力的方向，將化學(xué)真正從古老的煉金術(shù)中擺脫出來，道爾頓也因此被后人譽(yù)為“近代化學(xué)之父”“原子之父”。

環(huán)節(jié)2：“葡萄干奶酪”模型

師：大家知道英國科學(xué)家湯姆生的重要發(fā)現(xiàn)是什么？

生：發(fā)現(xiàn)了電子。

【歷史再現(xiàn)】（PPT出示）1897年英國科學(xué)家J. J.湯姆生在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)部有一種帶負(fù)電荷的微粒，其質(zhì)量只有氫原子的2千分之一，湯姆生稱之為“電子”。

師：從原子內(nèi)部有電子發(fā)射出來，面對這一實(shí)驗(yàn)事實(shí)，你對原子構(gòu)成的猜想是什么？

生：原子由帶正電的部分與帶負(fù)電的電子構(gòu)成。

師：說得真好。湯姆生也是這樣認(rèn)為的。但原子里的正電荷在哪里呢？大家請看動畫（多媒體展示湯姆生模型）。

環(huán)節(jié)3：“行星”模型

師：在很長時(shí)間里，湯姆生的模型被廣泛認(rèn)可。可是一次偶然的實(shí)驗(yàn)卻產(chǎn)生了新的認(rèn)識。

【歷史再現(xiàn)】（PPT出示）盧瑟福作為湯姆生的學(xué)生，自然對老師的理論深信不疑。可是，1911年他做了個α粒子散射實(shí)驗(yàn)（即用一束帶正電荷的α粒子轟擊極薄的金箔），實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻使他大惑不解。（多媒體動畫展示實(shí)驗(yàn)及結(jié)果）

師：觀察盧瑟福用α粒子轟擊金箔出現(xiàn)現(xiàn)象（實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖）并分析現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。

【交流與討論】學(xué)生討論、小結(jié)，并相互補(bǔ)充，填寫在表格中。（詳見表1）

師：面對這些現(xiàn)象，盧瑟福陷入了巨大的矛盾：一面是客觀事實(shí)，而另一面是他的老師——物理學(xué)的權(quán)威。反對權(quán)威、反對老師，將不得不面對世人的非議，也可能得不到承認(rèn)。如果是你，你會怎么辦呢？

生：遵從客觀事實(shí)。

師：是的，盧瑟福果敢地向人們介紹了實(shí)驗(yàn)事實(shí)，并由此得出了科學(xué)的結(jié)論。

師：從上述現(xiàn)象與分析中我們可以得出什么結(jié)論？請小組討論后回答。

生：1.原子是由帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷的核外電子構(gòu)成的。

2.兩者所帶的電量相等，電性相反。

3.原子核居于原子中央，體積極小。

4.原子的質(zhì)量主要集中在原子核上，電子質(zhì)量可忽略不計(jì)。

師：在上述研究的基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了新的原子模型。（多媒體展示：“行星”模型）

師：科學(xué)的探索真是無窮盡呀！原子核還可以再分嗎？內(nèi)部還有什么？

【歷史再現(xiàn)】（PPT出示）盧瑟福在科學(xué)界成名后，又繼續(xù)做了用α粒子轟擊氮核的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)原子核里面有質(zhì)子，又預(yù)言：原子核中有不帶電荷的中性粒子存在。1932年，盧瑟福的學(xué)生、英國科學(xué)家查德威克結(jié)合當(dāng)時(shí)許多科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了中性粒子的存在，將其命名為中子。

師：經(jīng)過上述學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)初步掌握了原子的構(gòu)成及構(gòu)成原子的粒子。請同學(xué)作簡單的概述。

生：（概括） 1.原子的構(gòu)成。

2.三種粒子（質(zhì)子、中子、電子）的對比。

師：請根據(jù)表格展示的內(nèi)容，完成下列要求。

1.請每個學(xué)習(xí)小組按序認(rèn)領(lǐng)一個原子，描述原子內(nèi)部的構(gòu)成。

2.思考并回答下列問題：

①原子內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)相等嗎？

②所有原子都是由質(zhì)子、中子、電子構(gòu)成的嗎？

③氫原子與氧原子有何區(qū)別？

（生討論后按要求回答）

師：（強(qiáng)調(diào)）核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)=原子序數(shù)（與中子數(shù)無關(guān)）。

注意：并不是所有原子均由質(zhì)子、中子、電子構(gòu)成。如氫原子原子核內(nèi)無中子。

板塊三： 核外電子的運(yùn)動

師：盧瑟福提出的原子結(jié)構(gòu)模型中原子核的半徑約為原子半徑的十萬分之一，體積只占原子體積的幾千億分之一，其比例關(guān)系猶如體育場和螞蟻。（PPT投影圖片）

師：電子在原子核周圍“巨大”空間內(nèi)作高速運(yùn)動，它們會發(fā)生相互碰撞嗎？

生：不會，因?yàn)殡娮佑懈髯缘倪\(yùn)動軌道。

師：質(zhì)量大而帶正電荷的原子核為什么不會將電子吸引過去呢？

生：因?yàn)殡娮釉诓粩嗟剡\(yùn)動，都具有一定的能量。

師：對此又一科學(xué)家面對上述等問題展開了進(jìn)一步的研究并對當(dāng)時(shí)公認(rèn)的盧瑟福模型發(fā)起了挑戰(zhàn)。

【歷史再現(xiàn)】丹麥科學(xué)家尼爾斯·玻爾在盧瑟福模型的基礎(chǔ)上，描繪出了完整而令人信服的新原子結(jié)構(gòu)學(xué)說——電子在原子核外的分層運(yùn)動（PPT投影圖片）。

師：根據(jù)玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論，我們可以畫出原子的結(jié)構(gòu)示意圖。如氧原子的結(jié)構(gòu)示意圖（見圖2）。根據(jù)原子結(jié)構(gòu)模型說出示意圖中各部分的含義。

（生討論后回答）

師：請同學(xué)們畫出周期表中1～20號元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖。

（生分四個小組，每個小組畫出其中5個）

師：我們一起評判各小組畫得是否完全正確。（師生交流，并介紹正確的畫法）

【多媒體展示】元素周期表中1～20號元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖一覽。（PPT投影圖片）

板塊四：捕捉原子

師：科學(xué)家們對原子的存在、分析和研判，與你掌握的知識一致嗎？

生：一致。

師：這也體現(xiàn)了人們對事物的認(rèn)識逐漸深化的過程，我們后來者往往學(xué)到最新的知識。但即便如此，當(dāng)時(shí)以及多年以后，不少科學(xué)家仍對此持懷疑的態(tài)度，其主要論據(jù)是：能讓我看一看你說的東西嗎？

師：你知道下圖是如何“畫”出來的嗎？（見圖3）

師：（介紹）中科院專家們以超真空掃描隧道儀來觀察，通過用探針撥出石墨中碳原子形成了中國地圖的形狀和兩個漢字——目前最小的地圖和漢字。

【課堂總結(jié)】1.經(jīng)過今天這一節(jié)課的學(xué)習(xí)，你掌握了哪些知識？

2.人們對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識過程很精彩，你從中又得到了哪些啟示？

師：同學(xué)們通過今天這節(jié)課不僅學(xué)習(xí)了原子結(jié)構(gòu)的知識，而且了解了原子構(gòu)成的發(fā)現(xiàn)史。我們共同體會了科學(xué)的研究永遠(yuǎn)是波浪式前進(jìn)、螺旋式上升，體會了科學(xué)家們對研究的熱情和研究的艱辛，體會了科學(xué)的發(fā)現(xiàn)是偶然事件和歷史必然的統(tǒng)一。其實(shí)，眾多科學(xué)家對原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)作出了貢獻(xiàn)，今天課堂上所提及的科學(xué)家，只是眾多研究者中杰出的代表。期望同學(xué)們課余時(shí)間利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步了解原子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的詳細(xì)過程以及科學(xué)家的其他成就。

責(zé)任編輯：趙赟