11從葡萄干面包模型到原子結(jié)構(gòu)的行星模型.doc

1.1從葡萄干面包模型到原子結(jié)構(gòu)的行星模型教學(xué)課時(shí)1課時(shí)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：知道物質(zhì)可分的哲學(xué)思想，了解科學(xué)家認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的不同階段及重要貢獻(xiàn)。過程與方法：1. 認(rèn)識(shí)人類探索原子結(jié)構(gòu)奧秘經(jīng)歷的歷史階段和過程。2. 了解在原子結(jié)構(gòu)探索中，科學(xué)家使用的模型方法和實(shí)驗(yàn)方法，體驗(yàn)科學(xué)家的探索過程。情感態(tài)度與價(jià)值觀：感悟科學(xué)家在探索過程中表現(xiàn)出的科學(xué)精神。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：盧瑟福原子結(jié)構(gòu)行星模型的提出依據(jù)和內(nèi)容。難點(diǎn)：粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果及行星模型提出的價(jià)值和意義。引入百家爭(zhēng)鳴是指春秋（公元前770公元前476 年）戰(zhàn)國(guó)（公元前475公元前221年）時(shí)期知識(shí)分子中不同學(xué)派的涌現(xiàn)及各流派爭(zhēng)芳斗艷的局面。所謂“諸子百家”，其實(shí)主要有儒家、墨家、道家和法家，其次有陰陽家、雜家、名家、縱橫家、兵家、小說家等等?！鞍偌覡?zhēng)鳴”反映了當(dāng)時(shí)社會(huì)激烈和復(fù)雜的政治斗爭(zhēng)，主要是新興地主階級(jí)和沒落奴隸主之間的階級(jí)斗爭(zhēng)。這個(gè)時(shí)期的文化思想，奠定了整個(gè)封建時(shí)代文化的基礎(chǔ)，對(duì)中國(guó)古代文化有著非常深刻的影響。介紹諸子百家九流1. 儒家（孔子、孟子、荀子為代表）2. 道家（楊朱、老子、莊子為代表）3. 墨家（墨子為代表）4. 法家（商鞅、韓非子為代表）5. 農(nóng)家（許行為代表）6. 名家（惠施、公孫龍為代表）7. 陰陽家（鄒衍為代表）8. 雜家（呂不韋為代表）9. 縱橫家（張儀、蘇秦為代表）十家九流再加上 小說家1. 名家：“一尺之棰，日取其半，萬世不竭?！?物質(zhì)無限可分。我國(guó)古代的極限思想。意思是說一尺長(zhǎng)的木棍，每天砍掉一半，這樣砍下去，永遠(yuǎn)也砍不完。這反映了古人認(rèn)為物質(zhì)無限可分的大膽猜想。注釋選自莊子雜篇天下第三十三，其中記載辯者（名家）“二十一事”即二十一個(gè)命題。到戰(zhàn)國(guó)時(shí)，一尺大致相當(dāng)于現(xiàn)在的23厘米左右。思考（1）在數(shù)軸上取0至1，取一半就是，在取一半就是，再取一半就是，一直下去是沒有終點(diǎn)的。（數(shù)學(xué)）（2）出示一只粉筆，把它一折為二，再一折為二，如此下去，有沒有終點(diǎn)？（物理）2. 墨子：“非半弗斫，則不動(dòng)，說在端?！蔽镔|(zhì)被分割是有條件的。物質(zhì)到了沒有一半的時(shí)候，就不能斫開它了。這種情形可名之為“端”。要分就得要那物質(zhì)本身有可分為兩半的條件，如果沒有分為兩半的條件，那就不能分了，所以說，“端”是無法間斷的。注釋選自墨子經(jīng)下第四十一惠施：“至大無外，謂之大一；至小無內(nèi)，謂之小一?！边@里的“大一”類似宇宙，雖然很大，但還是有限的；“小一”沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，類似墨子的“端”。思考物質(zhì)分割到底有沒有止境？物質(zhì)無限可分是不可能的，物質(zhì)無限可分是有條件的。辯證唯物主義認(rèn)為物質(zhì)無限可分。（哲學(xué)）物質(zhì)無限可分是普遍的、絕對(duì)的，“分”的具體內(nèi)容和形式上是特殊的、相對(duì)的。“分”的具體內(nèi)容和形式，是具體科學(xué)研究的問題，辯證唯物主義的物質(zhì)無限可分性原理對(duì)此只能提供一般方法論的指導(dǎo)。補(bǔ)充早在1953年，毛澤東就明確提出了“物質(zhì)是無限可分的，基本粒子也是無限可分”的科學(xué)論斷。1978年，在夏威夷舉行的第七屆世界粒子物理學(xué)討論會(huì)上，美國(guó)物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者格拉肖把新發(fā)現(xiàn)的亞夸克粒子命名為“毛粒子”（Maons），他說：“因?yàn)檫@與中國(guó)的毛澤東有聯(lián)系。按照他的哲學(xué)思想，自然界有無限的層次，在這些層次內(nèi)一個(gè)比一個(gè)更小的東西無窮地存在著。因此我想取用他的名字”。結(jié)論無論物質(zhì)有限可分，還是無限可分，都要通過科學(xué)事實(shí)來證明。過渡墨子的“端”即物質(zhì)的最小單位，有現(xiàn)代“原子”的含義，意味著他對(duì)物質(zhì)的非連續(xù)性的認(rèn)識(shí)。與此同時(shí)，希臘哲學(xué)家德謨克利特認(rèn)為宇宙萬物皆由大量的極微小的、硬的、不可穿透的、不可分割的粒子所組成，他稱這些粒子為原子（希臘文atom即“不可分割”的意思）。一、古典原子論古希臘哲學(xué)家德謨克利特：物質(zhì)由極小的微粒原子構(gòu)成的，物質(zhì)分割只能到原子。德謨克利特是最早宣揚(yáng)原子學(xué)說的學(xué)者之一，并被人稱作“令人發(fā)笑的哲學(xué)家”，馬克思和恩格斯贊美他是古希臘人中“第一個(gè)百科全書式的學(xué)者”。按照這種學(xué)說：各種原子沒有質(zhì)的區(qū)別，只有大小、形狀和位置的差異；原子遵循必然的規(guī)律在“虛空”里不斷運(yùn)動(dòng)；它們集合時(shí)形成物體，分離時(shí)物體就消滅；物體“投射”出來的形象（影像）跟感官接觸就引起色、聲等感覺，感覺是認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)。判斷德謨克利特的觀點(diǎn)是否正確。（1）物質(zhì)是由原子構(gòu)成的。（2）原子不能再分。問題最早提出原子論的是古希臘哲學(xué)家德謨克利特，他認(rèn)為物質(zhì)是由許多微粒組成的，這些微粒叫原子，atom意思是不可分割。但為什么最終古代原子學(xué)說無法確立，其原因是什么呢？任何科學(xué)結(jié)論確立必須由實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，古代的原子學(xué)說只是憑想像并無實(shí)驗(yàn)根據(jù)。這是一個(gè)原因，另一個(gè)原因是當(dāng)時(shí)人們崇尚上帝，并不相信科學(xué)。二、近代原子論1803年，英國(guó)物理學(xué)家和化學(xué)家道爾頓提出原子論。自學(xué)成才的近代化學(xué)之父，恩格斯說：“化學(xué)中的新時(shí)代是從原子論開始的?！钡罓栴D的原子論要點(diǎn)為：（1）化學(xué)元素是均由不可再分的微粒構(gòu)成，這種微粒稱為原子；（2）原子在一切化學(xué)變化中均保持不可再分性；（NaNa） 原子是化學(xué)變化中的最小微粒，指的是原子核。（3）同一元素的原子在質(zhì)量和性質(zhì)上都相同，不同元素的原子質(zhì)量和性質(zhì)各不相同；（4）不同元素化合時(shí)，這些元素的原子按簡(jiǎn)單整數(shù)比結(jié)合成化合物。Fe0.95O，由于FeO晶體結(jié)構(gòu)存在缺陷，更確切表示為Fe(II)0.85Fe(III)0.1O。補(bǔ)充對(duì)現(xiàn)代科學(xué)而言，原子論是重要基礎(chǔ)，但早期的原子論與現(xiàn)代的原子論有著本質(zhì)的差別，它僅僅是哲學(xué)上的推測(cè)，而不是科學(xué)的理論。思考道爾頓的原子學(xué)說曾經(jīng)起了很大的作用，但我們現(xiàn)在知道原子并不是實(shí)心、不能再分的小球，而在當(dāng)時(shí)人們認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)是因?yàn)?897年英國(guó)科學(xué)湯姆生從陰極射線的研究中發(fā)現(xiàn)了電子，從此，人們認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子也有一定的結(jié)構(gòu)。同學(xué)們思考一下怎么會(huì)從電子想到原子是有結(jié)構(gòu)的呢？物質(zhì)在通常情況下顯電中性，而物質(zhì)中既然存在帶負(fù)電的電子，那么一定還存在帶正電荷的部分。對(duì)原子來說，它所帶的正電荷的電量必然與其電子的負(fù)電荷的電量相等。三、葡萄干面包原子模型1. 1897年，湯姆生發(fā)現(xiàn)電子。2. 1903年，湯姆生提出葡萄干面包原子模型湯姆生認(rèn)為原子內(nèi)正電荷均勻分布在其中，電子只是在振動(dòng)，原子里是“實(shí)”的。雖然湯姆生的原子模型與我們現(xiàn)在知道的大不相同，但畢竟它指出了原子是有結(jié)構(gòu)的，使人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)又進(jìn)了一步。四、原子結(jié)構(gòu)的行星模型1. 1895年，德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線（電磁波，穿透力較強(qiáng)）2. 1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)元素的放射性現(xiàn)象問題元素的放射性現(xiàn)象是誰發(fā)現(xiàn)的法國(guó)的物理學(xué)家貝可勒爾在研究熒光礦物的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)的，它在研究熒光礦物的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，硫酸鉀鈾能夠發(fā)射出一種穿透力很強(qiáng)、并可使照相底片感光的不可見射線，這種現(xiàn)象就稱為天然的放射性現(xiàn)象。物質(zhì)發(fā)射出射線的性質(zhì)叫放射性，具有放射性的元素叫做放射性元素，人們發(fā)現(xiàn)原子序數(shù)84以后的所在元素都具有天然放射性。問題電子的發(fā)現(xiàn)、X射線的發(fā)現(xiàn)、元素的放射性現(xiàn)象說明了什么？原子不是不可再分的微粒，原子還可以再分，原子是由結(jié)構(gòu)的。3. 英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福發(fā)現(xiàn)射線和射線問題從放射性元素中放射出來的射線有幾種？射線從哪里來的？它們的帶電情況如何？從實(shí)驗(yàn)裝置圖中看出射線的種類有三種。因?yàn)樯渚€在電場(chǎng)的作用下分成了三束它們分別稱為射線、射線、射線。它們的帶電情況射線帶正電，射線帶負(fù)電、射線不帶電。進(jìn)一步的研究表明：射線是一種高速的粒子流，而粒子就是氦的原子核，它帶2個(gè)單位的正電荷，射線是一種高速的粒子流，粒子就是電子，帶一個(gè)單位的負(fù)電荷。射線則是一種高速的光子流，即波長(zhǎng)很短的電磁波，具有很大的能量，它不帶電，因而在電場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。講述為了研究原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，1903年湯姆生提出了一種原子模型，即葡萄干面包原子模型。然而這僅僅是一種猜測(cè)，到底這么樣，還必須用實(shí)驗(yàn)來證明?？茖W(xué)研究的一般過程是：發(fā)現(xiàn)問題提出假設(shè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出結(jié)論推廣應(yīng)用。為了證實(shí)湯姆生的原子模型，英國(guó)科學(xué)家盧瑟福和他的合作者做了用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，這就是著名的粒子散射實(shí)驗(yàn)。討論粒子散射實(shí)驗(yàn)的目的是什么？驗(yàn)證湯姆生的原子模型。討論如果湯姆生的原子模型成立的話，實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該怎樣？由于電子質(zhì)量很小，粒子碰到它影響不大，即電子不可能使粒子發(fā)生大角度散射；又因?yàn)檎姾煞植季鶆?，粒子受到原子?nèi)部?jī)蓚?cè)正電荷的斥力大部分抵消，故運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯改變。所以帶正電荷的高速粒子應(yīng)當(dāng)都能穿過金箔，就如子彈打在面包上能直接穿過去一樣。4. 1909年，盧瑟福用粒子轟擊金箔（粒子散射實(shí)驗(yàn)）問題什么叫粒子散射現(xiàn)象？絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過90，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180，這種現(xiàn)象叫粒子散射現(xiàn)象。分析（1）絕大部分粒子都直線穿過金箔：它們運(yùn)動(dòng)過程中沒有受到阻礙，原子是中空的。（2）有極少數(shù)粒子穿過金箔時(shí)發(fā)生了偏轉(zhuǎn)：有帶正電的物質(zhì)對(duì)它們產(chǎn)生庫侖斥力的作用。原子中存在著很小的帶正電荷的核。（3）有個(gè)別粒子竟然偏轉(zhuǎn)了180：它們和某種物質(zhì)發(fā)生了撞擊，而且這種物質(zhì)占據(jù)了很小的空間。原子的全部正電荷及幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，只有電量和質(zhì)量都較大才會(huì)這樣。5. 為了解釋大角度散射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，盧瑟福在1911年提出了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的全新模型即行星模型。在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)。擴(kuò)充行星模型：在原子的中心有一個(gè)很小的原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里作高速旋轉(zhuǎn)。依據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算出原子核大小約在10151014m，原子的半徑約為1010m。兩者相比，原子核的半徑是原子半徑的萬分之一。如果說，一個(gè)原子像一座足球場(chǎng)那樣大的話，那么原子核只有一粒豌豆那么小。盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型較好的解釋了粒子大角度散射問題。但人們還有疑問：電子帶負(fù)電，原子核帶正電，異性電荷相吸，為什么運(yùn)轉(zhuǎn)中的電子不會(huì)掉到原子核上去呢？玻爾根據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和物理學(xué)的理論指出，原子核外有固定的軌道，電子只能在這些固定的分層的軌道上運(yùn)動(dòng)，原子核外有多個(gè)電子時(shí)，這些電子的排布遵循一定的規(guī)律。我們現(xiàn)在書中的原子結(jié)構(gòu)示意圖表現(xiàn)的就是玻爾的原子模型。擴(kuò)充波爾模型1913年，玻爾的原子理論給出這樣的原子圖像：電子在一些特定的可能軌道上繞核作圓周運(yùn)動(dòng)，離核愈遠(yuǎn)能量愈高；可能的軌道由電子的角動(dòng)量必須是 h2的整數(shù)倍決定；當(dāng)電子在這些可能的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)原子不發(fā)射也不吸收能量，只有當(dāng)電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)原子才發(fā)射或吸收能量，而且發(fā)射或吸收的輻射是單頻的，輻射的頻率和能量之間關(guān)系由 Eh給出。結(jié)論光憑猜測(cè)而沒有實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是不能確立的。而一個(gè)正確結(jié)論的推出首先要有豐富的想象力，然后用實(shí)驗(yàn)來證明，而且當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的問題時(shí)，還要不斷的實(shí)驗(yàn)，不斷的推測(cè)，假設(shè)，并再用實(shí)驗(yàn)來證明。這實(shí)際上是一個(gè)實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)的過程。板書名家：一尺之棰，日取其半，萬世不竭。墨子：非半弗斫，則不動(dòng)，說在端?；菔褐链鬅o外，謂之大一；至小無內(nèi)，謂之小一。毛澤東：基本粒子也是無限可分。