1.1從葡萄干面包模型到原子結構的行星模型教學課時1課時教學目標知識與技能：知道物質可分的哲學思想，了解科學家認識原子結構的不同階段及重要貢獻。過程與方法：1. 認識人類探索原子結構奧秘經歷的歷史階段和過程。2. 了解在原子結構探索中，科學家使用的模型方法和實驗方法，體驗科學家的探索過程。情感態度與價值觀：感悟科學家在探索過程中表現出的科學精神。教學重點和難點重點：盧瑟福原子結構行星模型的提出依據和內容。難點：粒子散射實驗結果及行星模型提出的價值和意義。引入百家爭鳴是指春秋（公元前770公元前476 年）戰國（公元前475公元前221年）時期知識分子中不同學派的涌現及各流派爭芳斗艷的局面。所謂“諸子百家”，其實主要有儒家、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。“百家爭鳴”反映了當時社會激烈和復雜的政治斗爭，主要是新興地主階級和沒落奴隸主之間的階級斗爭。這個時期的文化思想，奠定了整個封建時代文化的基礎，對中國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。” 物質無限可分。我國古代的極限思想。意思是說一尺長的木棍，每天砍掉一半，這樣砍下去，永遠也砍不完。這反映了古人認為物質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”即二十一個命題。到戰國時，一尺大致相當于現在的23厘米左右。思考（1）在數軸上取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的。（數學）（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？（物理）2. 墨子：“非半弗斫，則不動，說在端。”物質被分割是有條件的。物質到了沒有一半的時候，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。注釋選自墨子經下第四十一惠施：“至大無外，謂之大一；至小無內，謂之小一。”這里的“大一”類似宇宙，雖然很大，但還是有限的；“小一”沒有內部結構，類似墨子的“端”。思考物質分割到底有沒有止境？物質無限可分是不可能的，物質無限可分是有條件的。辯證唯物主義認為物質無限可分。（哲學）物質無限可分是普遍的、絕對的，“分”的具體內容和形式上是特殊的、相對的。“分”的具體內容和形式，是具體科學研究的問題，辯證唯物主義的物質無限可分性原理對此只能提供一般方法論的指導。補充早在1953年，毛澤東就明確提出了“物質是無限可分的，基本粒子也是無限可分”的科學論斷。1978年，在夏威夷舉行的第七屆世界粒子物理學討論會上，美國物理學家、諾貝爾獎金獲得者格拉肖把新發現的亞夸克粒子命名為“毛粒子”（Maons），他說：“因為這與中國的毛澤東有聯系。按照他的哲學思想，自然界有無限的層次，在這些層次內一個比一個更小的東西無窮地存在著。因此我想取用他的名字”。結論無論物質有限可分，還是無限可分，都要通過科學事實來證明。過渡墨子的“端”即物質的最小單位，有現代“原子”的含義，意味著他對物質的非連續性的認識。與此同時，希臘哲學家德謨克利特認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家德謨克利特：物質由極小的微粒原子構成的，物質分割只能到原子。德謨克利特是最早宣揚原子學說的學者之一，并被人稱作“令人發笑的哲學家”，馬克思和恩格斯贊美他是古希臘人中“第一個百科全書式的學者”。按照這種學說：各種原子沒有質的區別，只有大小、形狀和位置的差異；原子遵循必然的規律在“虛空”里不斷運動；它們集合時形成物體，分離時物體就消滅；物體“投射”出來的形象（影像）跟感官接觸就引起色、聲等感覺，感覺是認識的基礎。判斷德謨克利特的觀點是否正確。（1）物質是由原子構成的。（2）原子不能再分。問題最早提出原子論的是古希臘哲學家德謨克利特，他認為物質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說無法確立，其原因是什么呢？任何科學結論確立必須由實驗來驗證，古代的原子學說只是憑想像并無實驗根據。這是一個原因，另一個原因是當時人們崇尚上帝，并不相信科學。二、近代原子論1803年，英國物理學家和化學家道爾頓提出原子論。自學成才的近代化學之父，恩格斯說：“化學中的新時代是從原子論開始的。”道爾頓的原子論要點為：（1）化學元素是均由不可再分的微粒構成，這種微粒稱為原子；（2）原子在一切化學變化中均保持不可再分性；（NaNa） 原子是化學變化中的最小微粒，指的是原子核。（3）同一元素的原子在質量和性質上都相同，不同元素的原子質量和性質各不相同；（4）不同元素化合時，這些元素的原子按簡單整數比結合成化合物。Fe0.95O，由于FeO晶體結構存在缺陷，更確切表示為Fe(II)0.85Fe(III)0.1O。補充對現代科學而言，原子論是重要基礎，但早期的原子論與現代的原子論有著本質的差別，它僅僅是哲學上的推測，而不是科學的理論。思考道爾頓的原子學說曾經起了很大的作用，但我們現在知道原子并不是實心、不能再分的小球，而在當時人們認識到這一點是因為1897年英國科學湯姆生從陰極射線的研究中發現了電子，從此，人們認識到原子不是組成物質的最小微粒，原子也有一定的結構。同學們思考一下怎么會從電子想到原子是有結構的呢？物質在通常情況下顯電中性，而物質中既然存在帶負電的電子，那么一定還存在帶正電荷的部分。對原子來說，它所帶的正電荷的電量必然與其電子的負電荷的電量相等。三、葡萄干面包原子模型1. 1897年，湯姆生發現電子。2. 1903年，湯姆生提出葡萄干面包原子模型湯姆生認為原子內正電荷均勻分布在其中，電子只是在振動，原子里是“實”的。雖然湯姆生的原子模型與我們現在知道的大不相同，但畢竟它指出了原子是有結構的，使人們對原子結構認識又進了一步。四、原子結構的行星模型1. 1895年，德國物理學家倫琴發現X射線（電磁波，穿透力較強）2. 1896年，法國物理學家貝可勒爾發現元素的放射性現象問題元素的放射性現象是誰發現的法國的物理學家貝可勒爾在研究熒光礦物的性質時發現的，它在研究熒光礦物的性質時發現，硫酸鉀鈾能夠發射出一種穿透力很強、并可使照相底片感光的不可見射線，這種現象就稱為天然的放射性現象。物質發射出射線的性質叫放射性，具有放射性的元素叫做放射性元素，人們發現原子序數84以后的所在元素都具有天然放射性。問題電子的發現、X射線的發現、元素的放射性現象說明了什么？原子不是不可再分的微粒，原子還可以再分，原子是由結構的。3. 英國物理學家盧瑟福發現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？從實驗裝置圖中看出射線的種類有三種。因為射線在電場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，射線帶負電、射線不帶電。進一步的研究表明：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，帶一個單位的負電荷。射線則是一種高速的光子流，即波長很短的電磁波，具有很大的能量，它不帶電，因而在電場中不發生偏轉。講述為了研究原子的內部結構，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，到底這么樣，還必須用實驗來證明。科學研究的一般過程是：發現問題提出假設實驗驗證得出結論推廣應用。為了證實湯姆生的原子模型，英國科學家盧瑟福和他的合作者做了用粒子轟擊金箔的實驗，這就是著名的粒子散射實驗。討論粒子散射實驗的目的是什么？驗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，實驗結果應該怎樣？由于電子質量很小，粒子碰到它影響不大，即電子不可能使粒子發生大角度散射；又因為正電荷分布均勻，粒子受到原子內部兩側正電荷的斥力大部分抵消，故運動方向不會發生明顯改變。所以帶正電荷的高速粒子應當都能穿過金箔，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（粒子散射實驗）問題什么叫粒子散射現象？絕大多數粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，少數卻發生了較大的偏轉，并有極少數粒子偏轉角超過90，有的甚至被彈回，偏轉角幾乎達到180，這種現象叫粒子散射現象。分析（1）絕大部分粒子都直線穿過金箔：它們運動過程中沒有受到阻礙，原子是中空的。（2）有極少數粒子穿過金箔時發生了偏轉：有帶正電的物質對它們產生庫侖斥力的作用。原子中存在著很小的帶正電荷的核。（3）有個別粒子竟然偏轉了180：它們和某種物質發生了撞擊，而且這種物質占據了很小的空間。原子的全部正電荷及幾乎全部質量都集中在核里，只有電量和質量都較大才會這樣。5. 為了解釋大角度散射的實驗結果，盧瑟福在1911年提出了關于原子結構的全新模型即行星模型。在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉。擴充行星模型：在原子的中心有一個很小的原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在核里，帶負電的電子在核外空間里作高速旋轉。依據粒子散射實驗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，一個原子像一座足球場那樣大的話，那么原子核只有一粒豌豆那么小。盧瑟福的核式結構模型較好的解釋了粒子大角度散射問題。但人們還有疑問：電子帶負電，原子核帶正電，異性電荷相吸，為什么運轉中的電子不會掉到原子核上去呢？玻爾根據科學實驗和物理學的理論指出，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動，原子核外有多個電子時，這些電子的排布遵循一定的規律。我們現在書中的原子結構示意圖表現的就是玻爾的原子模型。擴充波爾模型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動，離核愈遠能量愈高；可能的軌道由電子的角動量必須是 h2的整數倍決定；當電子在這些可能的軌道上運動時原子不發射也不吸收能量，只有當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時原子才發射或吸收能量，而且發射或吸收的輻射是單頻的，輻射的頻率和能量之間關系由 Eh給出。結論光憑猜測而沒有實驗得出的結論是不能確立的。而一個正確結論的推出首先要有豐富的想象力，然后用實驗來證明，而且當發現新的問題時，還要不斷的實驗，不斷的推測，假設，并再用實驗來證明。這實際上是一個實踐、認識、再實踐、再認識的過程。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，說在端。惠施：至大無外，謂之大一；至小無內，謂之小一。毛澤東：基本粒子也是無限可分。