周佳
摘?要:α粒子散射實(shí)驗(yàn)為盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的提出提供了基礎(chǔ).由于本實(shí)驗(yàn)的要求很高,無(wú)法在高中課堂中給學(xué)生演示,通過(guò)自制教具,利用模擬實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程,幫助學(xué)生理解該實(shí)驗(yàn).
關(guān)鍵詞:原子結(jié)構(gòu);模擬實(shí)驗(yàn);教具制作
文章編號(hào):1008-4134(2020)11-0060中圖分類(lèi)號(hào):G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
α粒子散射實(shí)驗(yàn)是1909年盧瑟福指導(dǎo)其學(xué)生蓋革和馬斯登進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中利用α粒子轟擊金箔,發(fā)現(xiàn)少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),該實(shí)驗(yàn)為盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的提出提供了基礎(chǔ).由于本實(shí)驗(yàn)的要求很高,無(wú)法在高中課堂為學(xué)生演示,但如果能利用模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)演示類(lèi)比整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程,有助于學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)的理解.
1?教具的設(shè)計(jì)
利用PVC管材料搭建一個(gè)長(zhǎng)方形框架,周?chē)辖鹕婂兗埬M“金箔”.在框架內(nèi)固定若干銅片,模擬金箔中的“金原子”,銅片分別置于不同的平面,從而類(lèi)比金箔內(nèi)多層原子的模型(如圖1).將能夠連續(xù)發(fā)射子彈的玩具槍視為放射源,塑料子彈當(dāng)作α粒子(如圖2),當(dāng)玩具槍朝模擬金箔射擊時(shí)就可以觀察反彈與穿過(guò)的子彈數(shù)目,整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程、效果與真實(shí)的α粒子散射實(shí)驗(yàn)有很多類(lèi)似的地方(如圖3).
2?教具的制作
2.1?制作材料
1米長(zhǎng)PVC管多根(如圖4)、直徑4cm的1mm厚銅片四片(如圖5)、直徑0.4mm的細(xì)銅線(xiàn)一卷(如圖6)、10cm寬金色電鍍紙一卷(如圖7)、舊蚊帳一塊.
2.2?制作過(guò)程
(1)將PVC管鋸成多段,搭成長(zhǎng)70cm、寬20cm、高50cm的長(zhǎng)方形框架.
(2)將金色電鍍紙包裹在框架四周(如圖8).
(3)在每片銅片上打上三個(gè)細(xì)孔,將細(xì)銅絲穿入,固定在長(zhǎng)方形框架中的不同位置(注意四片銅片不共面,如圖9).
(4)將舊蚊帳固定于框架的另一面,用于擋住穿過(guò)框架的子彈(如圖10).
3?教具的使用
3.1?模擬α粒子散射實(shí)驗(yàn)
將“金箔”側(cè)面面向?qū)W生(學(xué)生無(wú)法觀察到內(nèi)部結(jié)構(gòu)),然后請(qǐng)一位學(xué)生蒙住眼睛(保證射擊時(shí)的隨機(jī)性),用玩具槍向模擬金箔射擊(如圖11).
學(xué)生觀察到大部分子彈穿過(guò)“金箔”,少數(shù)反彈,現(xiàn)象與α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果類(lèi)似.在引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)“金箔”內(nèi)部結(jié)構(gòu)后,將“金箔”正面展示給學(xué)生,讓學(xué)生觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu),驗(yàn)證其猜想.
3.2?估算原子核大小的數(shù)量級(jí)
教師可以在課后讓班級(jí)的每一位學(xué)生都來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),利用概率統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)估算銅片半徑的數(shù)量級(jí),具體公式可表示為
擊中的次數(shù)射擊的次數(shù)=銅片的總面積長(zhǎng)方形框架的面積
其中,射擊的次數(shù)為:班級(jí)人數(shù)×每人射擊的次數(shù),銅片總面積為:銅片數(shù)×πr2.當(dāng)?shù)贸鰯?shù)據(jù)后教師可以讓學(xué)生比較計(jì)算值與實(shí)際值的誤差,并通過(guò)改變射擊的次數(shù)來(lái)分析誤差的變化.
4?總結(jié)
在高中物理教學(xué)中,近代物理學(xué)部分的很多實(shí)驗(yàn)在中學(xué)階段無(wú)法演示,很多教師就通過(guò)講解或觀看視頻的方法進(jìn)行介紹,導(dǎo)致很多學(xué)生對(duì)這些實(shí)驗(yàn)掌握得并不好.教師應(yīng)當(dāng)主動(dòng)設(shè)計(jì)一些類(lèi)比模擬的實(shí)驗(yàn),不僅增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也讓學(xué)生更加直觀了解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想及結(jié)果,起到事半功倍的效果.
參考文獻(xiàn):
[1]余利君,廖遠(yuǎn)錫.美國(guó)教材中α粒子散射模擬實(shí)驗(yàn)的分析與借鑒 [J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2006(12):25-26.
(收稿日期:2020-02-05)