原子的构造

原子的构造 8-5 單元名稱 第八章第五節 原子的構造 設計者 funny隊 郭明禎 教材來源 (國定本)國中理化第冊(87年版) 上課時間 45分鐘 學生素質 常態分班 班級人數 27人 上課班級 二年虛班 上課地點 教學實習室 上課時間 87年12月23日 教材分析 本章主要是要向學生介紹拉塞福的原子模型 一、 本章應發展的科學概念： 教 1.電子是帶負電的粒子，帶電量為-1電荷 2.質子是帶正電的粒子，帶電量為+1電荷，質量是電子的1840倍 3.中子是不帶電的粒子，質量近似質子 教 學 4.原子是由帶正之質子、帶負電之電子、不帶電之中子構成。 5.原子中，質子、中子位於原子核內，電子則繞原子核轉， 6.原子中，質子、電子一樣多。 學 目 7.知道原子核與原子大小的比例 8.能修正道耳吞原子說 二、 相關知識 研 標 1.能由所學了解電視之原理 2.知道8-4正電與負電中，與絲絹摩擦過的玻璃棒帶電原因 究 學 學生的先備知識與經驗： 生 (1).學生在學本章之前，雖有機會接觸基本粒子，如電視，或知道 分 一些微小物質，如病毒，但卻未能觀察到更小的原子內部 析 (2).直到本章8-3才學到分子與原子的概念、8-4學習正負電 迷思概念 既然原子中大部分都是空的，而物質是原子的集合；為何所見不 是其間的空隙，卻是一塊物質註 註：譬如一張網子，近看發現其中有許多的空隙，甚至比線還寬，但是如 果遠看，將只見到一片的網子，似無空隙，只見網線的顏色；又如一 群人排隊，近看人與人之間有許多空間，但遠遠的看，只見到一條黑 色的未間斷的線(頭髮)；再如天空中的星星，是一顆顆分開來的，但若 遠遠的看，則成所見之銀河，為星星的顏色。 8-5 時間教學主題 活 動 內 容 備 註 (分) 2 回憶8-3原子1. 將本節標題寫於黑板 與分子 2. 師：8-3已學過原子與分子；但原子內部又是如 何呢？這就是本節所要說明的。 電子的發現 1. 師：請同學唸活動一 11 1.教具：風扇 2. 師：扇葉會轉動，什麼情況下扇葉會轉動？ (附錄一） 3. 師：負極到正極，可見被正極所吸引，8-4中學 2.投影片教學 過什麼東西會被正吸引？ 3.問答方式 4. 師：生活中什麼地方用到電子？請同學唸 4.參考資料 5. 師：各小組參考附錄二，討論2分鐘後報告 1.師：活動二，請一位同學唸 原子核的建1.小組實驗 15 2.同學做實驗，10分鐘後請每組上台寫一種結果 立 (附錄二) 3.利用實驗引出拉塞福實驗 2.參考資料 3.上台報告 1.師：如果入射是正電由何不同？ 原子模型 10 2.師：日常生活中，如果想看桌椅，要如何看呢？ 1.問答方式 若要看螞蟻呢？細胞呢？原子呢？有沒有可以 2.各組做實驗 放大原子成可以看見的？ 並記錄 3.師：塑膠尺摩擦可吸紙片，是因？帄常塑膠尺會3.上台報告 不會吸引？可是，拉塞福實驗不是學過原子中有4.投影片 帶正電的原子核？是否矛盾？ 5.模型 4.師：原子核帶正電，但原子不帶電，就只有電子 (附錄三) 繞在外面，就是各位桌上的模型，請各位把桌上 的模型畫下來 5.師：請各位同學仔細觀察模型，再戳破拿拿看 道耳吞原子 師：8-3我們學過到耳吞的原子說，現在我們又學 說 7 投影片 了拉塞福原子結構，以拉塞福的觀點，原子說還對 不對呢？ 1897年時，湯木生將一只玻璃管兩端插入電極後密封(如圖)，再用抽 氣機將裡面的空氣抽到幾乎真空，兩電極各接＋、－極後，發現了下面之 結果！ 同學知不知道在日常生活中，使用電子例子： 莉莉是國中一年級的學生，她每天最喜歡做的事就是看電視了；她的 哥哥偉偉是國中二年級的學生，他每天最喜愛做的事就是打電腦了。可是 有一天，電視機壞了，沒有辦法看，偉偉想自己修理，便將電視拆開，發 現裡面有一個黑黑的東西，形狀及內部構造如下，你能為偉偉解釋電視的 原理嗎？(參考資料二) ? Vg ? 桌上有甲、乙兩樣品，將沙子如圖透過甲、乙兩樣品灑在底下，記下 沙子的分布情況。把沙子倒掉，改以紅豆、彈珠，重複相同之動作並記錄 其結果。(附錄二) 樣 品 沙 子 紅 豆 彈 珠 保麗龍球 A B 能否由分布情 況知道樣品 幽助以帶正電的粒子入射下面三種未知之粒子，結果發現正電之軌跡 如圖，請問你能告訴幽助這三種粒子各帶何種電性嗎？ + + + 帄時我們用眼睛直接看桌子、椅子；若想看螞蟻時，我們使用放大鏡； 生物課，想看細胞的構造，用顯微鏡。但是，我們想知道原子的構造時， 一般的顯微鏡的放大倍率也不夠耶！還有沒有其它 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 可以了解？想想看 可否使用活動二 1910年，拉塞福將金屬塊打成很薄很薄的金箔，厚度約為一、二層的 原子，再用帶正電荷的粒子入射，正電荷入射情況如下： 在8-4時曾學過：塑膠尺摩擦後會帶電，所以能夠吸引紙片，但在帄 時卻不能吸引小紙片，可見帄常塑膠尺並不帶電，又由拉塞福實驗知--原 子中心有一帶正電的原子核，則原子中除了原子核之外，應該尚有什麼呢？ 又原子結構應如何呢？ 可推出原子模型(1912年 拉塞福)如下 由拉塞福原子模型可知： 正電與負電中，與絲絹摩擦過的玻璃棒帶電是因 在8-2原子與分子中，曾學過--1808年時，道耳吞把古代自然哲學中的原子學說整理後，提出了原子說；而在本節中，我們 又學了拉塞福的原子模型，若以拉塞福的原子觀點來看道耳吞的 原子說，則道耳吞的原子說是否仍然正確呢？ 道 耳 吞 原 子 說 拉 塞 福 之 修 正 1.一切物質都是由原子組成 2.原子是最小的粒子，不可再分割 3.物質發生化學變化，只是原子重新 排列，產生新物質，各原子的質量 及個數並沒有改變 4.道耳吞原子說可以圓滿解釋定比 定律及倍比定律 小蘭在聽完原子結構後，在回家的路上買了一副原子結構的四角拼圖 回家玩，就在她剛把四角拼圖拼完時，柯南突然衝了進來，一不留神，把 小蘭完成的拼圖散在地上了，只見小蘭殺氣騰騰的要柯南重新拼出來，你能幫他嗎？ —原子結構發展史 西元前五世紀，希臘哲學家留希帕斯 ( LeucipPus ) 以及迪莫克利特 ( Democritus ) 所提出的「原子」觀念，起初不為人們所接受。其後科學研究的方向幾經轉變，在前輩科學 家(包括早期的鍊金術士)一代接一代的努力之下，到了十九世紀，大家終於明瞭並且接受「原 子」為世間萬物最基本的組成粒子。一切物質都是原子所組成的! 以水為例，它是由氫原子和氧原子組成的。而以人的身體為例，它主要的成分是碳、氫、 氧、氮等原子(當然還有其他數量較少但十分重要的鉀、磷、鐵……原子) 。以地球為例，為數最多的是鐵原子，整個地心幾乎都是鐵; 其次為氧原子，氧是地殼(不包括地心)最主要的成分，它主要是以氧化矽和氧化鋁的形式存在於岩石中 ; 再次為矽、鋁、鐵……。目前 發現天然存在於地球的原子種類(即元素)約有九十種( 另外有將近二十種人造元素)。至於宇宙呢?含量最多的是氫原子，它佔宇宙中原子總數的百分之九十以上 ; 其次是氨原子; 除了少數例外，其他元素的含量依其重量的增加而遞減。根據光譜分析，今天我們知道，構成 宇宙其他星球的原子，在地球上也都找得到。 世間萬物都由原子組成的。那麼原子呢?它也有更細微的結構嗎?不要忘記當初迪莫克利 特所提出的「原子」，其原始希臘名稱 atomos是指「不可分割」的意思。雖然到了十九世紀， 在道爾頓(J. Dalton )給呂薩克 ( J. L. Gay-Lussac )、亞佛加厥( A. Avogadro) 等人的研究成果驗證之下，原子的觀念已廣為科學界所接受，但當時對原子本身的瞭解，基本上還 停留在古希臘時代的直覺概念－－即「不可見、不會變、永遠存在的基本粒子」。當時的科 學家之所以接受「原子說」，主要是因為它可以很成功地用來解釋當時所觀測的物質的各種 不同化學性質。 直到十九世紀末，二十世紀初，在湯木生 ( J. J. Thomson )、拉塞福 ( E. Rutherford)、波耳(N. Bohr)、查兌克(J. Chadwick ) 等科學家的努力之下，電子、質子 ( proton )、中子(neutron)陸續被確認，人們終於跨出了古希臘式的對原子「不可分割的實心球體」的 直覺式概念; 對原子的結構有了較近代的科學式瞭解。 圖一 陰極 射線管實驗 湯木生是位著名的 物理學家。在西元1897 年，根據他所做陰極射 線管實驗(如圖一，陰極 射線管cathode－ray tube，有點像電視機的映像管; 當然現代的映像管要複雜得多)，證實了帶負電的微小 粒子，也就是電子。它是從物質中(也就是原子)發射出來的，實驗證明電子的重量只有 最輕的氫原子的千分之一還不到，表示原子不再是「不可分割」了，原子內至少還有更 小的電子存在。那麼原子內部的結構如何呢？ 接著在1898年湯木生提出了他認為的原子構造，他說道，「我認為原子內含有為數 甚多的電子……由於原子通常是中性的……這些電子所帶的負電效應，在中性的原子 中，應該是被某種分布在原子中的帶正電的微小粒子所中和……。」湯木生更進一步的 在1904年說明，「我們可以認為原子乃是一群負電子微粒在一個正電均勻分布的球體內 移動……負電子之移動軌跡為一層層的同心圓殼。」湯木生所建議的原子模型有點像有 葡萄干(代表電子)點綴在內的布丁(代表正電球體 )，所以被稱為葡萄干布丁( plum-pudding ) 模型 (如圖二)。 湯木生的原子結構有一項很難讓人接受的模糊觀點，那就是關於他所謂的「正電均 勻分布的球體」，何況在其內部還有一群電子在遊走?湯姆生的構想的確不完全正確，理論與實驗基礎也都不夠，但與「不可分割的實心球體」這樣的古老臆測相比較，已經相 當科學了。最重要的是，他把電子的正確概念引進了原子結構中 ; 這是相當重要的一 項突破。 對於正確原子結構的建立，最人的功臣可能非拉塞福莫屬。拉塞福是出生在紐西蘭 的偉人物理學家，年紀比湯木生稍微輕一些; 他完成了許多至今還為人津津樂道的重要實驗。關於原子結構，當時人們最有興趣的就是探究湯木生所謂的「正電均勻分布的球 體」到底是不是有可能存在?針對這件事，拉塞福教授在二十世紀初進行了一項劃時代 的實驗。他利用一種帶正電的粒子去撞擊一 片很薄的白金片。( 註:白金是一種金屬元 素，學名是鉑，在週期表中之原子序數為 78，有的人手指上戴的戒子就是白金。) 在不同狀況下做了許多實驗後，拉塞福 等人有了驚人的發現，絕大部分的正電粒子 竟然能穿透白金片。就原子的觀點來看，這 片白金可以算是相當厚的一堵牆，而帶正電 的粒子竟然成功的穿透由(白金)原子組成 的厚牆。這不是表示原子不但不是個「實心 球體」，甚至應該是個近乎空心的物體 !否則大批帶正電粒子是不可能穿牆而過的。 原子的內部竟然是近乎空心的! 這真是在原子概念上驚人的大突破。但原子當然不可能是全然空心的，因為除了小小的電子外，原子內必定還有個帶正電荷的東西在裡 頭，否則原子就不可能是中性的了! 在把帶正電粒子的質量、動能以及它所散射的角度等等因素列入仔細的計算後，拉 塞福斷定唯一的可能是原子內含有一個帶正電而體積非常小的中心點。因為中心點很 小，所以絕大部分的正電粒子在打向白金片時根本不察覺其存在而直線通過白金片〃而 只有很小的比例!(八千分之一) 的正電粒子感受到它的存在。隨後( 1912年)拉塞福將 -12-13公分到10公分(即一兆分之一到十兆分之一公分原子內的這個小中心點稱之為「原子核」( nucleus )。 之間) ; 而原子百分之九十九點九以上的重量集中在原子核內。而當時已經知道電子的 拉塞福不但正確地預測出原子內有個小小的原子核，他還估計了原子核的尺寸。根 -13-8半徑大約是2.8XlO公分 ; 原子的半徑大約是10公分 ( 即大約一億分之一公分)。據他的計算，原子核的半徑約在10 因此拉塞福的原子模型告訴我們除了一個帶正電荷的原子核在中心點，在其四周有一些 和原子核差不多大的電子在游走之外，原子基本上是個空空如也的東西。而照比例來 看，如果把原子放大成半徑 一公里的大球，原子核的人小只相當於我們小時候常玩的坡璃彈珠這麼大。 原來原子不但不是個不可分割的實心球體，基本上還是個空心大佬 ! 多麼令人驚訝 ! 而拉塞福所推斷的原子結構很像行星(代表電子)繞著中心點太陽(代表原子核)運行的太陽系，所以又被稱做是「太陽行星」模型( 請參閱圖三 ) 。 圖三 拉塞福原子模型 對於每種原色、螢幕都有紅、綠、藍三種磷質和三種電子束與之對應。 如圖4-10所示，在一個外殼中共有三個影像管，一個電子槍控制的電子是 撞擊紅色磷質〃第二個則是撞擊綠色磷質，而第三個則是對藍色磷質作用。 如圖 4-10所示，彩色螢光粉形成了三色點，在許多的彩色影像管中則使用紅、 綠、藍三色的垂直線。如圖1-1所示的例子。 彩色的分離遵循陰蔽面(shadowmask)的原理，陰蔽面是螢幕背面的一 塊穿孔的薄鋼板，小洞或小孔能前進至磷點或磷質條。足有以適當角度收 斂的電子才能夠撞擊磷質螢幕，產生正確的光色，而其它的電子則為陰蔽 面阻檔。由於上述原因，與單色影像管比較起來，彩色影像管需要有較大 的陽極電壓和更大的束流值。 圖4-11顯示了裝置在彩色影像管頸上的外部組件: 垂直和水平掃描線圈使所有三個電子束發生偏轉〃以形成掃描 光域。 這種磁性軛可以對每種顏色進行分別的調整〃以使電子束收斂 而穿過陰蔽面上所開小孔。 這種磁鐵環可以調整，以使電子束著陸在螢幕上以獲 得更好的彩色純度。對所有三種電子束，可以將此兩個磁鐵環進行中心 點調整。 第一部陰蔽面彩色影像管是由RCA製造的〃它使用了如圖4-12(a)這 樣的三角形電子槍結構。這三個電子槍裝在一個等邊三角形的三個角內， 形成了","形，對於影像管頸內的電子槍中的聚焦電極可允許有最大的直 徑，而且有最佳的槍-管頸的直徑比。但是要對螢幕上所有點處保證三個電 子槍的對準卻是很複雜的工作〃因為沒有一種槍的組合可以保持在同一個 垂直或水平面內， 目前電子槍的設計已變為橫列式(in-line)的系統，所有三支電子槍均在影像管頸直徑上的一個平面內。如圖4-12(b)所示，綠色電子槍一般在中央。盡管這使得電子槍的直徑有一些損失，但對圖像的高精度來說，這 種設計仍可保證很好的聚焦，以小尺寸的點來獲得圖像中之高解析度。利 用橫列的電子槍可以使彩色收斂更為容易，因為一支槍在中央，而另兩支 槍也在同一水平面內。 如圖4-12(C)所示，在聚焦系統中這是一種獨特的設計，在一個電子 槍中有所有電極，但卻有三個陰極。G1杯狀物和一個加速柵極有三個小孔，可以容納三個電子束，所有三種電子束由G1出現，朝向交越點方向。而後電子束穿過一大直徑之愛因素透鏡，以低壓電聚焦所用共同之靜電場，來 將所有三個電子束聚焦。 附 錄 附錄一 風扇(轉輪)的製作 可利用家中的電風扇，或市面上售的風車，也可以自己作！ 厚紙版 鐵絲 竹筷 附錄二 拉塞福模型之教具 1.將保力龍版切成適當之大小 2.在其中心圓孔中，放滿小的保 再在其中心挖一圓孔 力龍球 附錄三 原子模型之製作 建議採用氦原子模型，因為其中有中子 材料： 最小尺寸之保力龍球 2個。 最大之保力龍球 4個。架子。 軟的鐵絲線（可直接以手彎成所需之形狀者）。 1.在兩條鐵絲上各插入一個小保力龍球 2.將此兩鐵絲彎成橢圓形後(電子軌道)，固定於架子上 3.將四個大的保力龍球切開，中間各塞入約2 kg之砝 保力龍球 碼 4.將此四個大的保力龍球中，兩個著綠色(質子)，兩個 2 g砝碼 著黃色(中子) 5.將此四個以膠帶黏成金字塔(原子核) 6.將此原子核模型固定於鐵絲之中央 電子 電子 軌道 中子 質子 自 製 原 子 模 型 HOMEWORK參考 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案