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从文化视角探讨复习原子物理

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从文化视角探讨复习原子物理

在物理教学中，从文化的视角切入是学生了解科学源流，品味科学成就，掌握科学方法，欣赏和体验科学理论的和谐对称美，有助于提高学习的质量和效率。下面我们以“原子和原子核”这部分内容的复习为基础，谈谈笔者的做法及思考。

1原子物理部分的知识点及高考考纲要求

α粒子散射实验，原子的核式结构(Ⅰ)；氢原子的能级结构。光子的发射和吸收(Ⅱ)；氢原子的电子云(Ⅰ)；原子核的组成。天然放射现象。α射线、β射线、γ射线、衰变。半衰期(Ⅰ)；原子核的人工转变。核反应方程。放射性同位素及其应用(Ⅰ)；放射性污染和防护(Ⅰ)；核能、质量亏损、爱因斯坦的质能方程(Ⅱ)；重核的裂变、链式反应、核反应堆(Ⅰ)；轻核的聚变，可控热核反应(Ⅰ)；人类对物质结构的认识(Ⅰ)。

2对教材的处理

笔者的做法是将“原子和原子核”放在20世纪初到21世纪初这一跨度为100年的背景上审视这部分内容，将其视为一个开放性的系统，在不变更其主体结构的前提下，渗透“科学、技术与社会”的思想，突显这部分内容在方法论上的价值，对“原子和原子核”的复习安排从三个维度展开。

2.1知识维度“原子和原子核”按从大到小，从外向内，采取“剥葱式”的方式展现知识网络，具体线索为：原子结构→原子核结构→基本粒子→核技术和核能的应用。

原子结构的知识脉络：汤姆生枣糕式原子模型→卢瑟福有核模型→玻尔模型(经典理论基础加上量子化的模型)。这一层次以玻尔模型为重点，作为学生认识过程中的台阶，在研究和解释某些现象涉及到原子结构知识时，也以玻尔模型为依据。

贝克勒尔发现天然放射现象，揭示了原子核是可变的、可分的，使传统的自然观受到很大的冲击，这一部分让学生知道原子核的衰变、人工转变、核组成、质子和中子的发现、人工放射性同位素的发现及相关的应用。

原子核能——尤其是通过裂变和聚变这两条有效途径获得核能，是当前解决能源问题中大家关心并积极研究的大事情。我们有必要让学生了解这方面的基础知识和进展情况，何况高考也有这方面的要求。爱因斯坦质能方程的复习中，我们有责任让学生体会其中的科学美。你看E=mc2是如此简洁、完美、真是“秋水文章不染尘”，没有任何渣滓，直达深处，径直揭示出宇宙的奥秘。

2.2方法维度人们对原子和原子核的研究，为我们展示了一条非常清晰的科学研究的途径：实验(事实)——理论假设——实验(提供新的事实)——修正理论(甚至建立新的假设)，人们在不断修正错误中逼近事物的本质，获得真理性的认识。

1895年发现X射线，1896年发现天然放射性现象，1897年发现电子，连续出现的三大发现在科学界和哲学界产生的影响是十分巨大的，给整个物理学界带来了困惑和论争，法国著名物理学家彭加勒、路·乌尔维格、意大利的奥·利希、奥地利的马赫，甚至革命导师列宁也加入了这场讨论，马赫将这称作为“原理的普遍毁灭”(原子的不可分割、不变性被打破了，物质不灭和能量守恒的规律受到新的检验等等)。唯心论者认为“原子非物质化，物质消失了”。我们用今天眼光审视过去，不难发现，物理学在这些发现后达到了一个新的高度。

人们认识原子的历程中方法论的因素非常丰富，科学理论的发展并不是新理论毁灭了旧理论的成果，而是新理论既指出了旧理论的优点也指出它的局限性，从而使我们能把自己的理念提高到更高的理论水平。不仅原子和原子核理论如此，任何物理学的变化，无论看起来有怎样的革命性，都是如此。

2.3情感态度与价值观的维度100年来，人类认识物质结构的历史，可以说是波澜壮阔。我们不妨回忆一下这一串光辉的名字：贝克勒尔、卢瑟福、玻尔、玛丽·居里和皮埃尔·居里夫妇、约里奥·居里和伊利芙·居里夫妇、查德威克、钱三强和何泽慧夫妇、李政道和杨振宁、王淦昌等等。掸去灰尘，打开尘封的历史，我们会发现这闪光名字背后鲜活的科学事件。教学中渗透科学史的知识，有助于培养学生对科学的正确认识，有助于学生创新意识的培养，有助于学生理性怀疑意识的建立和批判精神的形成。

1909年卢瑟福在做α粒子散射实验时发现大约有八千分之一的α粒子发生超过90°的大角度散射。卢瑟福后来提起这件事时曾说：“这是我一生中最不可思议的事件。这就像您对着卷烟纸射出一颗15英寸的炮弹，却被反弹回来的炮弹击中一样地不可思议。”这促使卢瑟福去思考他的老师J·J·汤姆生原子模型的正确与否这一问题。本来，汤姆生为β散射建立个一个多次碰撞的理论，可以解释大角度散射。但当用到α粒子散射时，由于α粒子比电子质量大得太多，故两者多次碰撞几率趋于零。而实验结果却是八

千分之一，这是一个极大的矛盾。

一边是恩师的理论，一边是千真万确的实验结果，卢瑟福陷入了极其矛盾