原子结构之谜教学建议

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1、高中物理选修3-5第三章原子结构之谜一、教科书的编写意图1．贯穿原子结构发现的历史和科学研究的方法本章重点讲述原子的核式结构模型和玻尔的原子结构理论。与现行的高中课本相比，这一章在编写上有一些变化。主要是，现行的高中课本是将原子结构和原子核的知识作为一章来讲述的，而现在把原子结构的内容单独作为一章，是为了突出人类是怎样逐步深入地认识原子结构的。学生在初中物理和化学课中已经学过原子的核式结构，但并不了解这些知识是怎样获得的。使学生了解人类探索原子结构的历史过程，了解人类认识微观世界的方法和途径，将有利于培养学生的探索兴趣，发展他们的思维能力。在科学研究中，科学家们通

2、过对实验事实的分析，提出模型或假说，这些模型或假说又在实验中经受检验，正确的被肯定，经不起检验的被否定，在新的基础上再提出新的学说。科学研究就是这样不断发展的。人类对原子结构的认识，生动地体现了科学发展的这种过程。电子的发现，使汤姆孙提出了早期的原子模型。粒子的散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，为原子核式模型的建立奠定了基础。但是卢瑟福根据经典理论提出的核式结构模型，又跟原子的稳定性和发射光谱的性质有矛盾。玻尔把量子概念引入原子系统，提出了几条假设，解决了卢瑟福模型的困难，把原子理论向前推进了一大步。建立在半经典理论基础上的玻尔原子模型，虽然能成功地解释结构最简单

3、的氢原子，但是在解释结构复杂一些的多电子原子时，跟实验事实又产生了不一致。这表明玻尔理论也是不完善的。科学家们在分析玻尔理论成功和失败的原因之后，又在彻底的量子理论的基础上建立了新的原子理论。本章教材就是循着这个历史线索来讲述人类对原子结构的认识的。让学生了解人类是怎样一步步认识微观世界的，可以使他们具体体会到人类对客观世界的认识是螺旋上升和不断深入的，是一个辩证发展的过程。2．展示电子的发现对于人类认识原子结构的重大意义电子的发现，对人类认识原子结构有重大意义。它使人们改变了认为原子是组成物质的最小微粒的看法，认识到原子是由更小的微粒构成的。发现电子是人类认识原

4、子结构的第一个层次。因此，虽然学生对电子已经比较熟悉，但是作为人类认识原子结构的开端，本章还是从电子的发现讲起。电子比荷和电荷量的测定，对认识电子的性质起重要作用。汤姆孙对电子电荷量的测定结果虽然不很准确，但是数量级是对的，由此他可以确定电子的质量比氢原子小得多。考虑到学生对阴极射线的知识了解得比较少，因此在叙述汤姆孙研究电子的方法之前予以介绍。学生在前面的模块中已经熟悉带电粒子在电磁场中运动的规律，因此课本没有在此平铺直叙，而是用两个“思考与讨论’’引导学生。一个“思考与讨论”是引导学生思考汤姆孙可能用什么方法判断组成阴极射线的粒子的电性，另一个“思考与讨论"则

5、是让学生根据提示，自己推导出电子比荷的表达式，从而对汤姆孙研究电子的方法有更深刻的认识。3．突出在微观领域的研究中，粒子散射实验方法的重要性。在我们日常所处的宏观世界中，可以直接用眼睛观察物体的结构，但在原子尺度的微观世界里，已经不能靠眼睛直接获取信息了。最常用的获取微观世界信息的方法是用中性的(如中子)或者带电的(如粒子)粒子轰击所要研究的物质，使入射粒子与物体中的微粒相互碰单位：金太阳教育　姓名：刘占想　E_mail：lzx4149999@163.com撞，即在第十六章第4节介绍的粒子散射方法。这种方法在原子物理、原子核物理和粒子物理的研究中被广泛应用。粒子散

6、射实验在原子结构和原子核结构的研究中有非常重要的作用。从第十六章第4节的“科学足迹中子的发现”和第十九章“原子核”可以知道，质子和中子的发现都与粒子散射实验有关。而在原子的核式结构的建立中，a粒子散射实验更是起到决定性的作用。电子发现以后，汤姆孙提出的原子模型能够解释一些实验事实，但是对于新的a粒子散射的实验事实的分析，使卢瑟福否定了汤姆孙的原子模型，得出存在原子核的结论。a粒子散射实验使人们对原子结构的认识又深入了一步。4．渗透改革创新和继承的关系现在的教育比较注重培养学生的创新能力。在创新中，对旧有的理论持有正确的态度是很重要的。认真研究一下古往今来的发明创造

7、，不难发现，旧的理论之所以能够存在，说明它有一定的合理性，我们再创新的时候，应该有选择地继承旧有理论中合理的部分，而不应该盲目地完全摈弃。科学认识发展的历史，就是一部创新的历史。对原子结构的认识过程，比较典型地说明了继承和创新的关系。比如，卢瑟福提出的原子的核式结构模型可以很好地解释粒子散射实验．但是无法解释原子的稳定性和原子的分立光谱，玻尔在发展卢瑟福的模型时，就保留了它的合理内容，即有原子核存在，而摈弃了其他不合理的内容。所以，“科学足迹情同父子的科学家…卢瑟福和玻尔"中说玻尔的原子理论和卢瑟福的核式结构模型之间“有一种父辈与子辈间的继承和发展的关系”。同样，

8、玻尔的原子