跨学科实践活动02 制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程（活动设计）-2024-2025学年九年级化学跨学科实践活动教学课件+设计（人教版2024）

跨学科实践活动02 制作模型并展示科学家探索物质 组成与结构的历程 活动设计 活动：制作模型并展示科学家探索物质 组成与结构的历程 课时 3 授课年级 九年级 教材分析 本节课的主要教学内容来自于九年级化学人教版上册的第三单元跨学科实践活动2，主题是“制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程”。具体内容涉及到： 1.科学家探索物质组成与结构的方法和过程。 2.如何制作模型来展示这些探索过程。 3.学生通过实践活动，加深对物质组成与结构的理解。 该活动旨在通过制作模型和展示科学家探索物质组成与结构的历程，帮助学生深入理解物质的微观构成和科学家们的探索精神。通过实践活动，学生不仅能够巩固所学的化学知识，还能培养动手能力和创新思维，同时感受科学发展的艰辛与伟大。 教学目标 1.通过制作模型和展示科学家的探索历程； 2.进一步认识物质是由微观粒子构成的； 3.进一步体会用元素和分子、原子观点认识物质组成与结构的思路和方法。 教学重难点 重点： 1.探索物质组成与结构的方法和过程。 2.制作模型来展示科学家探索物质组成与结构的历程。 难点： 1.理解并掌握科学家探索物质组成与结构的高难度理论和实验方法。 2.创新性地设计和制作模型，展示科学家探索过程。 学情分析 教学内容与学生已有知识的联系：学生在之前的学习中已经掌握了物质的基本组成单位——原子、分子和离子的概念，了解了物质的基本性质。本节课将通过实践活动，让学生更深入地理解物质的组成与结构，将已有知识与实践活动相结合，提高学生的实践能力和科学探究能力。 知识整合 一、科学家探索原子结构的历程 为了揭示原子结构的奥秘，人类经历了漫长的探索。 1803年，道尔顿提出：物质由微小的不可再分的原子构成。 1897年，汤姆孙发现原子内有带负电的微粒。 1909年，卢瑟福进行了α粒子(α粒子由2个质子和2个中子构成)轰击金箔实验。结果发现：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，但是有少数粒子却发生了较大角度的偏转，并且有极少数α粒子的偏转角度超过90°，像是被金箔弹了回来。 1919年，卢瑟福用加速了的高能α粒子轰击氮原子，发现一个α粒子留在了一个氮原子中，使氮原子变成了氧原子，同时有微粒从氮原子中被打出。 二、原子的构成 原子中，原子核位于原子中心，原子的质量主要集中在原子核上 ，原子核由质子和中子构成。 电子在原子核外高速无轨运动。所有原子都有原子核和核外电子，不一定有中子（如氢原子无中子）。 1．原子核带正电，原子核带的正电荷数（即核电荷数）与核外电子带的负电荷数（数值上等于核外电子数）相等，电性相反，所以原子不显电性。 2．原子中的等量关系： 核电荷数=质子数=核外电子数 3．卢瑟福α粒子散射实验的解释 一束带正电的α粒子轰击金箔： 大多数α粒子穿透金箔——原子虽小，但原子内空间相对较大，而且电子质量很小 。 一小部分α粒子路径偏转——α粒子受到带正电的原子核的排斥，发生偏转，说明原子内部有一微粒，该微粒的体积很小，带正电，即原子核。 极少数的α粒子反弹——α粒子撞到原子核被反弹，说明原子中心的原子核体积较小，但质量相对较大。 三、分子、原子、离子、元素、物质之间的关系 1．物质的宏观组成和微观构成关系 构成物质的微粒有：分子、原子、离子。 大多数物质由分子构成，少数物质(金属、稀有气体、部分非金属固体)由原子构成，一些物质是由离子构成的。 如：水由水分子构成，铁由铁原子构成，氯化钠由氯离子和钠离子构成。 2．分子、原子、离子、元素与物质之间的区别 （1）物质和元素都是宏观概念，它们只讲种类，不讲个数；而分子、原子和离子等是微观粒子，既讲种类，也讲个数。 （2）元素是具有相同核电荷数（即核内质子数）的一类原子的总称；它与物质之间是组成关系，它是用来描述物质的宏观组成的，用“组成”来描述；例如，水是由氢元素和氧元素组成的（但不能说“水是由二个氢元素和一个氧元素组成的”）。 （3）而分子、原子和离子都是微观粒子；它们与物质之间是构成关系，它们是用来描述物质的微观构成的，习惯上用“构成”来描述；例如，水是由水分子构成的（一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的；但不能说“一个水分子是由氢元素和氧元素组成的”）；铁是由铁原子构成的；氯化钠是由钠离子和氯离子构成的。 （4）对于分子、原子和离子来说，分子是保持物质化学性质的最小粒子，它在化学变化中是可以再分的；原子是化学变化中的最小粒子，它在化学变化中是不可再分的；而离子是指带电的原子或原子团（实际上是一种特殊的原子）。 四、水的电解实验 1．实质：水分子通电状态下分解为氢原子和氧原子，氢原子重新生成氢分子，氧原子重新组合生成氧原子，有新物质生成，是化学变化。 2．实验装置 3．实验过程及现象 ①连接好装置，为增强水的导电性，可在水中加入少量稀硫酸或氢氧化钠溶液。 ②闭合电路后，会看到试管内的电极上出现气泡，过一段时间，与电源正（氧气），负极（氢气）相连的试管产生的气体体积比约为1：2。 ③正极产生的气体用带火星的木条检验，发现木条复燃；负极产生的气体接近火焰时，气体能够燃烧，火焰呈淡蓝色。 4．水的电解实验结论或推论 （1）水由氢、氧两种元素组成。 （2）水（分子）中，氢、氧两种元素的原子个数比为2：1，通电后生成氢气、氧气两种气体的分子个数比为2：1、体积比为2：1。 （3）水通电生成氢气、氧气，正极产生的是氧气，负极产生的是氢气，该反应的文字方程式为水氢气+氧气。符号表达式： （4）化学反应前后，原子种类、个数不变，元素种类不变。 （5）在化学变化中，分子可分，而原子不可分。 （6）化学反应的实质是在化学变化中分子分解成原子，原子重新组合成新的分子（或聚集后直接构成物质）。 （7）分子是保持物质化学性质的最小粒子。 （8）原子是化学变化中的最小粒子。 （9）氧气是由氧元素组成；氢气是由氢元素组成。 （10）水是由水分子构成的；一个水分子是由二个氢原子和一个氧原子构成；一个氢气分子是由二个氢原子构成；一个氧气分子是由二个氧原子构成。 教学过程 任务一 探究构成物质的微观粒子 ［讨论］请同学们根据自己的生活经验列举一些能说明物质由微观粒子构成 的生活实例。 ［学生汇报］走过花圃会闻到花香；湿的衣服经过晾晒会变干；蔗糖放到水 里会逐渐“消失”，而水却有了甜味等····· ［评价］非常好，同学们已经能很熟悉微观粒子给我们的生活带来的变化了。 ［设问］我们知道，以上这些现象之所以能产生都是因为微观粒子三大特性， 其中最困扰我们的就是，微观粒子如分子的质量和体积都是非常小的，那么最开 始的科学家们是怎么发现微观粒子的存在的呢？ ［回顾］我们回顾一下，物理学和化学的学习中，我们都对微观粒子进行了 一定的探索，完成下面表格，比较一下物理和化学探究思路和方法的区别和联系。 ［讲解］联系：物理和化学的研究都用到了实验方法，都是通过直接感知 的现象，推测无法直接感知的事物。 区别：物理探究通过对物质的形态、颜色、位置等发生的变化进行验证， 化学探究通过物质的种类改变做为线索进行探究，即物理和化学研究线索来源 不同。 ［拓展内容］微观粒子基础研究领域的新技术和新方法：2023 年诺贝尔物 理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·卢利尔，以表彰他 们“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”。这些实验为人 类探索原子和分子内的电子世界提供了新工具,可测量电子移动或改变能量的过 程。利用阿秒光脉冲,科学家有望“看清”各种化学反应的过程,从而理解反应的 机理，在此基础上研究如何控制反应过程,进而获得新的产物。 任务二 认识模型在探索物质组成与结构中的作用 ［过渡］实验是科学探究的重要手段，实验方法的不断进步是化学发展的 关键。模型能帮助建立认识宏观物质和微观粒子的桥梁。而化学、物理和生物 学等课程中都有多种模型能体现物质的组成与结构。这些模型有哪些不同的学 科特点。 ［讲解］不同学科中模型根据其学科的研究对象、研究领域的不同具有不同的的特点，能从多方面帮我我们建立更全面的认识。 ［布置任务］根据元素、分子、原子与物质的层次关系，绘制出四者的结构关系图。 ［活动］组织学生分组讨论，并合理分工完成任务 ［参考答案］ ［展示］多媒体展示科学家认识原子结构的历程。 ［活动］对照展示资料，画出不同科学家对原子结构做出的不同猜想建立 的原子结构模型，完成下表。 ［讲解］化学与其他学科的思想、理论的相互渗透，研究方法的综合运用, 为化学科学的发展注入了动力和活力。而原子结构模型的演变历史告诉我们，科学发展是无止境的，人类对原子结构的认识一定会不断深入、更加完整。 任务三 以水为例梳理物质组成与结构的认识思路 ［讲解］水的组成将在第四单元学习，因此本任务将在学完第四单元以后进行。 ［展示］多媒体展示科学家探究水的组成的过程和思路。 作业设计 1．（1）物质是由原子构成的，是由________首先提出来的，________首次发现了电子，提出了原子是可分的观点。  （2）①卢瑟福实验中能佐证“大部分质量集中到了一个很小的结构上”这个“很小的结构”是指________。  ②卢瑟福“α粒子轰击金箔”的实验，可推出的原子结构模型为________(填序号)。 【答案】（1）道尔顿 汤姆孙 （2）原子核 C 2．科学家运用了模型建构的方法探索原子的结构。下列对原子结构模型演变过程的认识，不正确的是 A．道尔顿认为原子是不可再分的实心球，是构成物质的最小粒子 B．汤姆孙等人在原子中发现了电子，推翻了道尔顿实心球模型 C．卢瑟福等人通过粒子散射实验修正了汤姆孙葡萄干布丁模型 D．卢瑟福核式模型是最完善的原子结构模型，不会被替代 【答案】D 【解析】A、道尔顿是探索原子的结构较早的科学家，受当时科学水平的局限性，道尔顿认为原子是“不可再分的实心球体”，是构成物质的最小粒子。A正确； B、由于汤姆孙等人在原子中发现了电子，提出汤姆孙葡萄干布丁模型，所以推翻了道尔顿实心球模型。B正确； C、英国物理学家卢瑟福设计了α粒子散射实验，得出卢瑟福核式模型，修正了汤姆孙关于原子结构的汤姆孙葡萄干布丁模型。C正确； D、卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。但卢瑟福核式模型也不是是最完善的原子结构模型，将会被替代。人类对原子结构的认识永无止境。D不正确。 综上所述：选择D。 3．如图分别为氧分子模型图、某原子构成示意图，下列说法中正确的是 A．只有分子能够直接构成物质 B．质子、中子、电子均匀分散在原子中 C．图1微观模型可表示化学符号是2O D．由图2可以得出原子体积很小，原子核体积更小 【答案】D 【解析】A、不是只有分子能够直接构成物质，原子、离子也可以构成物质，故选项说法错误； B、质子、中子、电子不是均匀分散在原子中，原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的，原子核是由质子和中子构成的，原子核的体积很小，如果把原子比作一个庞大的体育场，而原子核只相当于一只蚂蚁，因此，原子里有很大的空间，电子就在这个空间里作高速的运动，故选项说法错误； C、1个氧分子由2个氧原子构成，其化学符号是O2，故选项说法错误； D、由图2某原子构成示意图，可以得出原子体积很小，原子核体积更小，故选项说法正确。 故选D。 4．同学们为了探究水的组成，用如图所示的装置进行实验。通电后两电极都有气体放出，经检验甲试管里的气体能燃烧，乙试管里的气体能使带火星的木条复燃。若氢原子模型用“”表示，氧原子模型用“”表示，则保持乙试管中气体物质化学性质的最小微粒的模型是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】电解水负极生成氢气，正极生成氧气，所以乙试管中气体是氧气。一个氧分子是由两个氧原子构成的，依据题干信息可知氧原子模型用“ ”表示，则保持乙试管中气体物质化学性质的最小微粒的模型是 。 综上所述；选择B。 5．在“宏观一微观一符号”之间建立联系，是化学特有的思维方式。下图是转化汽车尾气中有害气体的微观示意图。 （1）反应前的图示中含有 种分子； （2）以上变化中的最小粒子是 ； （3）从微观角度看，物质“”是由 （选填“分子”或“原子”）构成的。 【答案】（1）2/两/二 （2）原子 （3）分子 【解析】（1）由图可知反应前共有两种分子，分别为一氧化碳分子和一氧化氮分子； （2）原子是化学变化中的最小粒子，故填：原子； （3）由图可以看出一个该粒子是由两个氮原子构成的，为氮分子，故填：分子。 6．下图是某化学反应的微观模拟图，根据图示回答下列问题。 （1）在丙图中将相关粒子图形补充完整 。 （2）甲图中的物质属于 (填“纯净物”“混合物”)，理由是 。 （3）此变化前后未发生变化的粒子是 (填名称)。 【答案】（1） （2）混合物 甲图中的物质由两种物质组成（或由不同分子构成） （3）氢原子、氮原子 【解析】（1） 根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类、数目不变，在丙图中应补充一个氨分子。故填：。 （2）甲图中的物质属于混合物，理由是甲图中的物质由两种物质组成或由不同分子构成。故填：混合物；甲图中的物质由两种物质组成（或由不同分子构成）。 （3）由微观模拟图可知，此变化前后未发生变化的粒子是氢原子、氮原子。故填：氢原子、氮原子。 教学反思 本实践活动中需要展示大量科学研究历史资料，需要教师提前做好充分的准备，通过对资料的讲解和展示，引导学生总结不同学科进行科学探究的不同方法及模型，认识科学观念的发展离不开科学家的奇思妙想。引导学生学会从多角度，发展的观念认识物质，认识到科学是无止境的。 板书设计 跨学科实践活动 2 制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程 本实践活动流程： 1.探究构成物质的微观粒子 2.认识模型在探索物质组成与结构中的作用 3.以水为例梳理物质组成与结构的认识思路 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$