《原子的构成》教学实录

【执教者简介】

杨宝权，任教于江苏省邗江中学（集团）北区校维扬中学，中学高级教师。曾获扬州市命题大赛一等奖、理科实验说课比赛一等奖等，发表论文30多篇，其中有多篇发表于《化学教育》《化学教学》《现代中小学教育》等专业核心期刊。本节教学设计获邗江区“百千万工程”中“我的教学研究”一等奖。

板块一：课堂引入

【复习回顾】请同学们思考并回答以下问题：

1.用微粒的观点分析氢气在氧气中燃烧的过程。

2.分子和原子的本质区别是什么？

师：原子在化学变化中不可分，是否意味着原子永远不能再分呢？

生：不对，原子还可以再分。

师：根据已经掌握的知识，你想像中的原子内部应该是什么情况？

生：原子中有质子、中子和电子。

师：我们今天的认识都源自科学家孜孜不倦的研究发现。同学们已经知道原子是个微小的粒子，看不见、摸不着，那么科学家们又是如何发现其内部结构的呢？让我们一起追寻科学家的探秘之旅吧！

板块二：原子构成探秘

师：英国科学家道尔顿在总结了大量实验材料的基础上第一次提出了原子学说。

环节1：“实心球”模型

【历史再现】（PPT出示）1803年，英国科学家道尔顿写了《化学哲学的新体系》一书，书中提出了近代原子学说，其主要观点：

1.物质都是由原子构成的；

2.原子是微小的不可分割的实心球体；

……

师：以现在你的认识分析，道尔顿的这两个观点正确吗？说明理由。

生：不正确。有些物质由分子构成，而且原子还可以再分。

师：虽然这是一个失败的理论模型，但道尔顿第一次将原子从一个哲学概念带入化学研究中，明确了今后化学家们努力的方向，将化学真正从古老的炼金术中摆脱出来，道尔顿也因此被后人誉为“近代化学之父”“原子之父”。

环节2：“葡萄干奶酪”模型

师：大家知道英国科学家汤姆生的重要发现是什么？

生：发现了电子。

【历史再现】（PPT出示）1897年英国科学家J. J.汤姆生在研究阴极射线时发现了原子内部有一种带负电荷的微粒，其质量只有氢原子的2千分之一，汤姆生称之为“电子”。

师：从原子内部有电子发射出来，面对这一实验事实，你对原子构成的猜想是什么？

生：原子由带正电的部分与带负电的电子构成。

师：说得真好。汤姆生也是这样认为的。但原子里的正电荷在哪里呢？大家请看动画（多媒体展示汤姆生模型）。

环节3：“行星”模型

师：在很长时间里，汤姆生的模型被广泛认可。可是一次偶然的实验却产生了新的认识。

【历史再现】（PPT出示）卢瑟福作为汤姆生的学生，自然对老师的理论深信不疑。可是，1911年他做了个α粒子散射实验（即用一束带正电荷的α粒子轰击极薄的金箔），实验结果却使他大惑不解。（多媒体动画展示实验及结果）

师：观察卢瑟福用α粒子轰击金箔出现现象（实验结果示意图）并分析现象出现的原因。

【交流与讨论】学生讨论、小结，并相互补充，填写在表格中。（详见表1）

师：面对这些现象，卢瑟福陷入了巨大的矛盾：一面是客观事实，而另一面是他的老师——物理学的权威。反对权威、反对老师，将不得不面对世人的非议，也可能得不到承认。如果是你，你会怎么办呢？

生：遵从客观事实。

师：是的，卢瑟福果敢地向人们介绍了实验事实，并由此得出了科学的结论。

师：从上述现象与分析中我们可以得出什么结论？请小组讨论后回答。

生：1.原子是由带正电荷的原子核和带负电荷的核外电子构成的。

2.两者所带的电量相等，电性相反。

3.原子核居于原子中央，体积极小。

4.原子的质量主要集中在原子核上，电子质量可忽略不计。

师：在上述研究的基础上，卢瑟福提出了新的原子模型。（多媒体展示：“行星”模型）

师：科学的探索真是无穷尽呀！原子核还可以再分吗？内部还有什么？

【历史再现】（PPT出示）卢瑟福在科学界成名后，又继续做了用α粒子轰击氮核的实验，发现原子核里面有质子，又预言：原子核中有不带电荷的中性粒子存在。1932年，卢瑟福的学生、英国科学家查德威克结合当时许多科学家的实验，证实了中性粒子的存在，将其命名为中子。

师：经过上述学习，我们已经初步掌握了原子的构成及构成原子的粒子。请同学作简单的概述。

生：（概括） 1.原子的構成。

2.三种粒子（质子、中子、电子）的对比。

师：请根据表格展示的内容，完成下列要求。

1.请每个学习小组按序认领一个原子，描述原子内部的构成。

2.思考并回答下列问题：

①原子内质子数与中子数相等吗？

②所有原子都是由质子、中子、电子构成的吗？

③氢原子与氧原子有何区别？

（生讨论后按要求回答）

师：（强调）核电荷数=质子数=核外电子数=原子序数（与中子数无关）。

注意：并不是所有原子均由质子、中子、电子构成。如氢原子原子核内无中子。

板块三： 核外电子的运动

师：卢瑟福提出的原子结构模型中原子核的半径约为原子半径的十万分之一，体积只占原子体积的几千亿分之一，其比例关系犹如体育场和蚂蚁。（PPT投影图片）

师：电子在原子核周围“巨大”空间内作高速运动，它们会发生相互碰撞吗？

生：不会，因为电子有各自的运动轨道。

师：质量大而带正电荷的原子核为什么不会将电子吸引过去呢？

生：因为电子在不断地运动，都具有一定的能量。

师：对此又一科学家面对上述等问题展开了进一步的研究并对当时公认的卢瑟福模型发起了挑战。

【历史再现】丹麦科学家尼尔斯·玻尔在卢瑟福模型的基础上，描绘出了完整而令人信服的新原子结构学说——电子在原子核外的分层运动（PPT投影图片）。

师：根据玻尔的原子结构理论，我们可以画出原子的结构示意图。如氧原子的结构示意图（见图2）。根据原子结构模型说出示意图中各部分的含义。

（生讨论后回答）

师：请同学们画出周期表中1～20号元素的原子结构示意图。

（生分四个小组，每个小组画出其中5个）

师：我们一起评判各小组画得是否完全正确。（师生交流，并介绍正确的画法）

【多媒体展示】元素周期表中1～20号元素的原子结构示意图一览。（PPT投影图片）

板块四：捕捉原子

师：科学家们对原子的存在、分析和研判，与你掌握的知识一致吗？

生：一致。

师：这也体现了人们对事物的认识逐渐深化的过程，我们后来者往往学到最新的知识。但即便如此，当时以及多年以后，不少科学家仍对此持怀疑的态度，其主要论据是：能让我看一看你说的东西吗？

师：你知道下图是如何“画”出来的吗？（见图3）

师：（介绍）中科院专家们以超真空扫描隧道仪来观察，通过用探针拨出石墨中碳原子形成了中国地图的形状和两个汉字——目前最小的地图和汉字。

【课堂总结】1.经过今天这一节课的学习，你掌握了哪些知识？

2.人们对原子结构的认识过程很精彩，你从中又得到了哪些启示？

师：同学们通过今天这节课不仅学习了原子結构的知识，而且了解了原子构成的发现史。我们共同体会了科学的研究永远是波浪式前进、螺旋式上升，体会了科学家们对研究的热情和研究的艰辛，体会了科学的发现是偶然事件和历史必然的统一。其实，众多科学家对原子结构的发现作出了贡献，今天课堂上所提及的科学家，只是众多研究者中杰出的代表。期望同学们课余时间利用网络进一步了解原子结构发现的详细过程以及科学家的其他成就。

责任编辑：赵赟