人教版选择性必修第三册高中物理第4章4.3 原子的核式结构模型（教学课件）

第四章原子结构和波粒二象性人教版（2019）选择性必修

第三册第三节

原子的核式结构模型目录学习目标重点难点课堂导入探究新知课堂小结课堂练习布置作业123456701020304物理观念建立原子的核式结构模型、原子核、核外电子、α粒子散射等核心概念，从“枣糕模型”与“核式结构模型”的对比视角，理解原子的核式结构模型的基本内容，认识原子的核式结构模型对建立原子结构理论的重要意义，为后续学习原子核式结构、能级模型奠定基础。科学思维通过分析α粒子散射实验的现象与经典“枣糕模型”的矛盾，经历“发现问题—分析矛盾—构建新模型”的过程，理解卢瑟福原子核式结构模型提出的背景与逻辑，提升模型建构、证据推理与质疑创新的能力，体会从经典物理到原子物理的思维跃迁。科学探究设计并分析α粒子散射实验的原理与现象，基于实验数据与图像（如不同散射角的粒子分布规律），归纳α粒子散射实验的特点，验证核式结构模型的合理性，提升科学论证与数据分析的能力，体会科学探究中“实验现象—理论模型”的双向支撑过程。科学态度与责任了解卢瑟福原子核式结构模型对现代原子物理学的奠基意义，体会科学家面对实验现象与旧理论冲突时的坚持与突破，增强对科学本质的认识；联系现代科技（如粒子散射技术、核物理探测、核能利用、放射性检测），理解原子结构理论对人类社会的深远影响，树立尊重科学、勇于探索的科学态度。学习目标电子的发现01教学内容原子的核式结构模型02原子核的电荷与尺度03教学重点1教学重点2教学难点3α粒子散射实验的现象分析，原子的核式结构模型的主要内容。理解卢瑟福原子核式结构模型对α粒子散射实验的解释。从实验现象到理论模型的推理过程，理解核式结构模型与“枣糕模型”的本质区别。重点难点课堂导入——思考与讨论

科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线的本质是什么呢？01PART01第一部分电子的发现探究新知探究新知——电子的发现19世纪，对阴极射线本质的认识有两种观点一种观点认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射代表人物赫兹另一种观点认为阴极射线是带电微粒代表人物汤姆孙

汤姆孙英国赫兹德国探究新知——电子的发现1.汤姆孙实验装置小孔AB：使由K发出的粒子形成一束细细的射线平行的金属板之间夹有电场阴极K：发出带电粒子通过射线产生的荧光的位置，可以研究射线的径迹探究新知——电子的发现（1）实验目的：判断阴极射线是否带电。如果阴极射线带电，则测出其比荷。（2）判断阴极射线是否是带电粒子流的基本方法是什么？让带电粒子通过电场或磁场，观察它是否偏转。

如果偏转则带电，否则不带电。2.实验过程及思考探究新知——电子的发现（3）测阴极射线比荷的基本思路是怎样的？（4）哪些量可以当做已知量处理？场强E，磁感应强度B，圆周运动的半径r①先加电场使阴极射线偏转②再加磁场，调整电场磁场的强度，使阴极射线不偏转③每个阴极射线微粒受到的库仑力等于洛伦兹力，求出阴极射线的速度④只保留磁场，阴极射线只受洛伦兹力，做匀速圆周运动，再求比荷2.实验过程及思考探究新知——电子的发现2.实验过程及思考（5）施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？怎么判断的？

带负电，因为场强E的方向竖直向上，而射线向下偏，说明电场力F的方向竖直向下，所以射线带负电。探究新知——电子的发现再加磁场抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到P1，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大小、方向合适的磁场。这个磁场的方向是？根据什么判断？垂直于黑板面向外，用左手定则判断。2.实验过程及思考探究新知——电子的发现

汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流。它是构成各种物质的共有成分。qʋB=qE电场：磁场：（比荷）

组成阴极射线的粒子被称为电子。电子是比原子更基本的物质单元，是原子的组成部分。rqEP2p1p3

qvB+_探究新知——电子的发现3.实验结论：

汤姆孙还发现用不同材料的阴极做实验，比荷数值都相同。说明：不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。汤姆孙还由实验测得的阴极射线的比荷是氢离子的比荷近2000倍。后来，汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量，尽管当时测量很不准确，但足以证明这种粒子的电荷量与氢离子大致相同，质量比氢离子小得多。探究新知——电子的发现4.密立根测电子电量密立根+++++++-------UmgqEd静止：mg=qEmgkv匀速：mg=kve=1.602×10-19C

电荷是量子化的，任何带电体的电荷只能是e的整倍元电荷：me=9.109×10-31kg探究新知——电子的发现（1）阴极射线的本质是电子。（2）电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。（3）电子的电荷量与氢离子的电荷量相同。

5.阴极射线的本质我看到的是：1.它在电场中不偏转，因此不带电2.它能穿透薄铝片，粒子是做不到的，但波可以！电磁波说

赫兹我用实验证明了:1.带负电，且电荷量与质子相同2.速度远小于电磁波传播速度3.质量是最轻的原子1/2000左右粒子说汤姆孙✔探究新知——电子的发现正离子的轰击紫外线照射放射性物质阴极射线光电流β射线电子金属受热热离子流发现电子以后，汤姆孙进一步研究又发现了许多新现象：由于J.J.汤姆生的杰出贡献，1906年他获得诺贝尔物理学奖。探究新知——典例分析【例1】汤姆孙测定电子比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示。真空玻璃管内，阴极K发出的电子经加速后，穿过小孔A、C，沿中心轴线OP1以速度v进入两块水平正对放置的极板D1、D2间，射出后到达右端的荧光屏上形成光点。若极板D1、D2间无电压，电子将打在荧光屏上的中心P1点。现在极板间加上竖直方向、电场强度大小为E的匀强电场后，电子向上偏转；再在极板间施加一个方向垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出)，电子在荧光屏上产生的光点又回到了P1点；接着去掉电场，电子向下偏转，射出极板时偏转角为θ。已知极板的长度为L，忽略电子的重力及电子间的相互作用。求：(1)匀强磁场的磁感应强度大小；(2)电子的比荷。探究新知——典例分析

02PART02第二部分原子的核式结构模型探究新知探究新知——原子的核式结构模型1.汤姆孙的原子模型：原子是一个球体，里面充满了均匀分布的带正电的流体，电子镶嵌在正电荷液体中，就象枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为“枣糕模型”。元素周期律阴极射线光谱线

正电荷电子探究新知——原子的核式结构模型

1909年，英国物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的研究时，所用仪器的示意图。探究新知——原子的核式结构模型思考1.α粒子射入金箔时难免与电子碰撞。试估计这种碰撞对α粒子速度影响的大小。思考2.按照J.J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。请分析：α粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进。

α粒子的质量大约是电子质量的7300倍，α粒子与电子碰撞时，对α粒子速度影响的很小，碰撞前后，质量大的α粒子速度几乎不变。只可能是电子的速度发生大的改变，因此不可能出现α粒子反弹现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角度散射。按照J.J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内，由于受库仑斥力的作用，α粒子穿过原子时，受到的各个方向正电荷的斥力基本会相互平衡，因此对α粒子运动的影响不会很大。大部分α粒子会有小角度偏转，但不可能有大角度偏转。探究新知——原子的核式结构模型探究新知——原子的核式结构模型3.实验现象：①绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。③极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。②少数α粒子（约占）发生了大角度偏转，探究新知——原子的核式结构模型4.卢瑟福对a粒子发生大角度偏转的解释①绝大多数粒子基本不偏转：表明：②少数粒子发生较大偏转：表明：③极少数粒子被弹回：表明：原子内部绝大部分是“空”的。原子内部有“正电荷集中”的区域。作用力很大，质量很大的核。探究新知——原子的核式结构模型5.卢瑟福——核式结构模型⑶带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动⑴在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核⑵原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里探究新知——原子的核式结构模型5.卢瑟福——核式结构模型1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，得到了质子，进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认。质子中子核子质子数电荷数探究新知——典例分析【例2】(2024·泰州市高二期末)如图所示的实验装置为用α粒子轰击金箔，研究α粒子散射情况的实验装置。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是A.该实验可在空气中进行B.α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞C.卢瑟福根据该实验现象提出了原子的核式结

构模型D.α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是正确的探究新知——典例分析【解析】α粒子的贯穿本领弱，为了使得实验现象明显，该实验不能够在空气中进行，需要在真空中进行，故A错误；α粒子的质量远远大于电子的质量，可知，α粒子大角度散射不可能是它跟电子发生了碰撞引起的，故B错误；卢瑟福根据该实验现象中极少数α粒子发生了大角度偏转提出了原子的核式结构模型，故C正确；α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是错误的，故D错误。探究新知——典例分析【例3】(2024·北京市丰台区高二期末)关于卢瑟福α粒子散射实验现象及分析，下列说法正确的是A.绝大多数α粒子在实验中几乎不偏转，主要原因是原子内部十分“空旷”B.绝大多数α粒子在实验中几乎不偏转，是因为原子核质量很大C.使α粒子产生大角度偏转的作用力，是电子对α粒子的库仑力D.使α粒子产生大角度偏转的作用力，是原子核对α粒子的万有引力探究新知——典例分析【解析】绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，但卢瑟福α粒子带正电，它们接近时就表现出很大的库仑斥力作用，使α粒子产生大角度偏转的作用力，是原子核对α粒子的库仑斥力。故选A。03PART03第三部分原子核的电荷与尺度探究新知探究新知——原子核的电荷与尺度1.原子核的电荷、电子数、原子序数原子原子核核外电子质子中子

原子核的电荷数:电荷数(Z)=质子数=原子序数原子核的符号:原子核的质量数:质量数(A)=核子数=质子数+中子数

X为元素符号，Z为质子数，A

为质量数。核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数质量数（A）＝核子数＝质子数＋中子数探究新知——原子核的电荷与尺度H的三种同位素：探究新知——原子核的电荷与尺度2.原子核的尺度两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。原子核半径数量级：原子半径数量级：10-l5m10-10m