《原子的構成》教學實錄

【執教者簡介】

楊寶權，任教于江蘇省邗江中學（集團）北區校維揚中學，中學高級教師。曾獲揚州市命題大賽一等獎、理科實驗說課比賽一等獎等，發表論文30多篇，其中有多篇發表于《化學教育》《化學教學》《現代中小學教育》等專業核心期刊。本節教學設計獲邗江區“百千萬工程”中“我的教學研究”一等獎。

板塊一：課堂引入

【復習回顧】請同學們思考并回答以下問題：

1.用微粒的觀點分析氫氣在氧氣中燃燒的過程。

2.分子和原子的本質區別是什么？

師：原子在化學變化中不可分，是否意味著原子永遠不能再分呢？

生：不對，原子還可以再分。

師：根據已經掌握的知識，你想像中的原子內部應該是什么情況？

生：原子中有質子、中子和電子。

師：我們今天的認識都源自科學家孜孜不倦的研究發現。同學們已經知道原子是個微小的粒子，看不見、摸不著，那么科學家們又是如何發現其內部結構的呢？讓我們一起追尋科學家的探秘之旅吧！

板塊二：原子構成探秘

師：英國科學家道爾頓在總結了大量實驗材料的基礎上第一次提出了原子學說。

環節1：“實心球”模型

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

1.物質都是由原子構成的；

2.原子是微小的不可分割的實心球體；

……

師：以現在你的認識分析，道爾頓的這兩個觀點正確嗎？說明理由。

生：不正確。有些物質由分子構成，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概念帶入化學研究中，明確了今后化學家們努力的方向，將化學真正從古老的煉金術中擺脫出來，道爾頓也因此被后人譽為“近代化學之父”“原子之父”。

環節2：“葡萄干奶酪”模型

師：大家知道英國科學家湯姆生的重要發現是什么？

生：發現了電子。

【歷史再現】（PPT出示）1897年英國科學家J. J.湯姆生在研究陰極射線時發現了原子內部有一種帶負電荷的微粒，其質量只有氫原子的2千分之一，湯姆生稱之為“電子”。

師：從原子內部有電子發射出來，面對這一實驗事實，你對原子構成的猜想是什么？

生：原子由帶正電的部分與帶負電的電子構成。

師：說得真好。湯姆生也是這樣認為的。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）。

環節3：“行星”模型

師：在很長時間里，湯姆生的模型被廣泛認可。可是一次偶然的實驗卻產生了新的認識。

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

師：觀察盧瑟福用α粒子轟擊金箔出現現象（實驗結果示意圖）并分析現象出現的原因。

【交流與討論】學生討論、小結，并相互補充，填寫在表格中。（詳見表1）

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

生：遵從客觀事實。

師：是的，盧瑟福果敢地向人們介紹了實驗事實，并由此得出了科學的結論。

師：從上述現象與分析中我們可以得出什么結論？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電荷的核外電子構成的。

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.原子的質量主要集中在原子核上，電子質量可忽略不計。

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

師：科學的探索真是無窮盡呀！原子核還可以再分嗎？內部還有什么？

【歷史再現】（PPT出示）盧瑟福在科學界成名后，又繼續做了用α粒子轟擊氮核的實驗，發現原子核里面有質子，又預言：原子核中有不帶電荷的中性粒子存在。1932年，盧瑟福的學生、英國科學家查德威克結合當時許多科學家的實驗，證實了中性粒子的存在，將其命名為中子。

師：經過上述學習，我們已經初步掌握了原子的構成及構成原子的粒子。請同學作簡單的概述。

生：（概括） 1.原子的構成。

2.三種粒子（質子、中子、電子）的對比。

師：請根據表格展示的內容，完成下列要求。

1.請每個學習小組按序認領一個原子，描述原子內部的構成。

2.思考并回答下列問題：

①原子內質子數與中子數相等嗎？

②所有原子都是由質子、中子、電子構成的嗎？

③氫原子與氧原子有何區別？

（生討論后按要求回答）

師：（強調）核電荷數=質子數=核外電子數=原子序數（與中子數無關）。

注意：并不是所有原子均由質子、中子、電子構成。如氫原子原子核內無中子。

板塊三： 核外電子的運動

師：盧瑟福提出的原子結構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”空間內作高速運動，它們會發生相互碰撞嗎？

生：不會，因為電子有各自的運動軌道。

師：質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：因為電子在不斷地運動，都具有一定的能量。

師：對此又一科學家面對上述等問題展開了進一步的研究并對當時公認的盧瑟福模型發起了挑戰。

【歷史再現】丹麥科學家尼爾斯·玻爾在盧瑟福模型的基礎上，描繪出了完整而令人信服的新原子結構學說——電子在原子核外的分層運動（PPT投影圖片）。

師：根據玻爾的原子結構理論，我們可以畫出原子的結構示意圖。如氧原子的結構示意圖（見圖2）。根據原子結構模型說出示意圖中各部分的含義。

（生討論后回答）

師：請同學們畫出周期表中1～20號元素的原子結構示意圖。

（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號元素的原子結構示意圖一覽。（PPT投影圖片）

板塊四：捕捉原子

師：科學家們對原子的存在、分析和研判，與你掌握的知識一致嗎？

生：一致。

師：這也體現了人們對事物的認識逐漸深化的過程，我們后來者往往學到最新的知識。但即便如此，當時以及多年以后，不少科學家仍對此持懷疑的態度，其主要論據是：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】1.經過今天這一節課的學習，你掌握了哪些知識？

2.人們對原子結構的認識過程很精彩，你從中又得到了哪些啟示？

師：同學們通過今天這節課不僅學習了原子結構的知識，而且了解了原子構成的發現史。我們共同體會了科學的研究永遠是波浪式前進、螺旋式上升，體會了科學家們對研究的熱情和研究的艱辛，體會了科學的發現是偶然事件和歷史必然的統一。其實，眾多科學家對原子結構的發現作出了貢獻，今天課堂上所提及的科學家，只是眾多研究者中杰出的代表。期望同學們課余時間利用網絡進一步了解原子結構發現的詳細過程以及科學家的其他成就。

責任編輯：趙赟