第1节 原子 原子结构（教学课件）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

该初中物理课件聚焦原子结构，涵盖道尔顿原子论、汤姆孙电子发现及枣糕模型、卢瑟福核式结构模型，以及原子核的质子、中子和夸克。课堂导入以中外古代物质可分思想对比设问，搭建从哲学思考到科学探究的学习支架，衔接科学家的实验发现。 其亮点在于以科学史为主线，通过物理学家的实验与模型建构（科学思维），结合α粒子散射实验分析核式模型（科学推理），渗透不迷信权威的科学态度（科学态度与责任）。采用情景引入、探究分析、练习巩固的教学方法，小结系统梳理知识，助力学生建立微观观念，也为教师提供清晰的教学逻辑。

沪科版（五·四学制） 九年级下册 第16章 从原子到星系 第1节 原子 原子结构 01 02 03 04 05 CONTENTS 原子及其大小 原子的内部结构 原子核的内部结构 学习目标 1. 了解道尔顿提出物质是由原子构成；常见物质的构成； 2. 知道原子的大小及观察原子的工具； 3. 学习电子的发现及原子的“枣糕模型”； 4. 掌握卢瑟福提出原子的核式结构模型； 5. 知道质子和中子的发现； 6. 掌握原子、原子核内部的结构；及其质量分布，电性判断； 7. 知道夸克的来历，激发对更小粒子探索的兴趣。 重点难点 教学重点： 1.汤姆孙发现电子，并提出原子的枣糕模型； 2.卢瑟福提出原子的核式结构模型，并发现质子，查德威克发现中子； 3.原子、原子核内部的结构，电性、质量分布、一些等量关系 。 1.物理概念及对应发现的物理学家； 2.原子核内部结构的综合应用。 教学难点： 情景引入 2300 多年前的中国古代哲学家认为，“一尺之棰，日取其半，万世不竭”，提出了物质无限可分的思想。而同时代的古希腊哲学家则认为， 物质存在不可再分的最小微粒，即原子。在希腊语中原子一词即有不可分之意。那么，构成物质的最小微粒真的存在吗？ PART ONE 原子及其大小 19 世纪初，英国科学家道尔顿（J. Dalton， 1766—1844）在研究化学反应时发现，物质是由在化学反应中保持不变的最小单元构成的，或者说，构成物质的最小单元在化学反应中保持不变。道尔顿把这个最小单元称为原子 。 探究新知 解释1：物质是由原子构成的。 解释2：我们知道，化学反应的实质是（分子分解成原子），原子的重新组合。 那么，原子在化学反应中自然是保持不变的。 如图 16-1-2 所示，碳完全燃烧时，与氧气反应生成二氧化碳，但碳原子和氧原子在燃烧前后都没有发生变化。我们所知道的常见物质是由分子、原子构成的，而分子又是由原子构成的。道尔顿通过科学实验将原子变成了一个科学概念，是对物质结构认识的一个飞跃。 图16-1-2 碳和氧气反应生成二氧化碳 解释 以图16-1-2出现的三种物质（碳、氧气、二氧化碳）为代表分析物质的构成。 原子直接构成物质 原子构成分子，分子再构成物质 代表物质是：一般情况下的所有金属都是直接由原子构成；还有碳、硅等。 原子非常小，小到什么程度呢？平均来说，一 个原子的直径约为 10-10m，也就是说，100 000 000 个原子紧密地排列成一行，长度也大约只有 1 cm 。一根头发的直径大约可以排列 60 万个以上的原子。要想看到原子，普通的显微镜是无能为力的，必须使用扫描隧道显微镜或原子力显微镜，图16-1-1是我国物理学家利用扫描隧道显微镜拍摄的单层碳原子照片。 想一想：一 张10 cm 的纸条，每次都将其截成两段，多少次后就到原子的尺度了？（提示：210 ≈ 103 ） 我们在表示各种物理量的时候，为了方便，会使用一些前缀（称为数量级词头）来表示不同的量级，如毫米即千分之一米，纳米即十亿分之一 米，等等。具体可见表16-1-1。 拓展视野 PART TWO 原子的内部结构 原子概念被提出后，人们一开始认为原子是没有内部结构、不可再分的实心小球。1897 年英国物理学家汤姆孙（J. J. Thomson ，1856 — 1940）通过对阴极射线的研究，发现了比原子小得多的带负电的粒子，称为电子，这是人类发现的第一个比原子更小的微观粒子。电子的质量很小，大约只有氢原子质量的二千分之一。 电子的发现—汤姆孙 汤姆孙—揭开了电子世界的大门 电子的发现说明原子并不是构成物质的最小微粒，原子是有结构的，电子是原子的构成部分。由于电子带负电，而原子是电中性（对外不显电性）的，因此原子必定包含带正电的部分。汤姆孙由此提出了原子的结构模型—枣糕模型，即原子中的正电荷均匀分布在整个原子球体内，而电子则嵌在其中，如图16-1-3所示。 这个模型虽然能解释原子的电中性，但并没有得到更多实验的支持。 汤姆孙提出原子的结构模型—枣糕模型 图16-1-3 枣糕模型 英国物理学家卢瑟福（E. Rutherford，1871— 1937）根据 α 粒子散射实验的研究在 1911 年提出 了原子的核式结构模型， 也称行星模型（图 16-1-4）。即原子的质量几乎全部集中在尺度很小的核心区域，称为原子核 ，原子核带正电，半径约为10-15m， 而电子则在核外绕原子核运动。卢瑟福的核式结构模型能很好地解释一些实验现象。 卢瑟福提出原子的核式结构模型 图 16-1-4 原子的核式结构模型示意图 原子的尺度要比原子核大近10万倍，如果把原子比作体育场，那原子核就只有蚂蚁那么大。 PART THREE 原子核内部的结构 原子的核式结构被发现之后，物理学家又开始探索原子核的结构。为此，卢瑟福做了大量用α粒子轰击各种原子核的实验，并于 1919 年发现了一个新的带正电的粒子，称为质子。因为各种不同的原子核都能打出质子，所以可以确认质子是原子核的构成部分。质子实际上就是最简单的原子核—氢原子核。根据对质子质量和电荷的测量，卢瑟福预言原子核中一定还有另一种粒子—中子。1932 年，英国物理学家查德威克（J. Chadwick ，1891—1974）在实验中发现了中子。 质子和中子 中子的发现不仅确立了原子核的结构，也敲开了人类开发利用核能的大门，具有重大的科学意义。实验发现，中子不带电，质量比质子稍大。α 粒子实际上就是氦原子核，由2个质子和2个中子构成。 从 1897 年发现电子开始，经过 30 多年的研究，人们对原子及原子结构有了比较清晰的认识。原子是由集中了绝大部分质量的原子核与核外电子构成的，原子核又是由质子和中子构成的，其中质子的数量与核外电子数相同，以保证原子是电中性的。 原子 原子核 电子 质子 中子 + + - 不带电 集中了原子的绝大部分质量 随着物理学的不断发展，人们对物质结构的认识也在不断深入。1964 年，美国物理学家盖尔曼（M. Gell-Mann, 1929—2019）又提出了夸克模型，认为质子和中子都是由更小的微粒—夸克构成的。电子和夸克是目前已知构成常见物质的最小微粒。图16-1-5是原子及原子核结构的示意图。 图16-1-5 原子及原子核结构示意图 夸克 电子和夸克是否还有结构，是否由更小的微 粒构成，将是未来物理学进一步研究探索的目标。 卢瑟福的核式原子结构模型虽然取得了很大的成功，但也存在严重的缺陷，即无法解释原子的稳定性。在这一模型的基础上，丹麦物理学家玻尔（N. H. D. Bohr ，1885—1962）在 1913 年提出了原子结构的玻 尔模型，不仅解决了原子结构的稳定性问题，也为 20 世纪物理学最伟大的理论之一—量子力学的诞生奠定了基础。 卢瑟福（图 16-1-6），英国著名物理学家，为近代物理学的发展作出了极为重要的贡献。他开创了原子物理学这一新的学科，物理学从此 进入了原子时代。他也是核物理及现代核技术 的开创者。卢瑟福是一位出色的实验物理学家， 有着非凡的物理直觉。在他指导下进行的 α 粒 子散射实验本来是想证明其导师汤姆孙的枣糕 模型，实验结果却否定了枣糕模型。卢瑟福不迷信权威，而是进行了进一步研究，并由此提出了原子的核式结构模型。 科学与人文 1 ．下列选项对原子直径估测，最接近实际的是 ( ) A ．10-19m B ． 10-10 m C ． 102 m D ． 108 m B 课堂练习 2 ．英国物理学家汤姆生研究原子结构时，将所发现的带负电的粒子称为 ( ) A ．质子 B ．电子 C ．中子 D ．原子核 B 3 ．下列微观粒子，构成原子核的是 ( ) A ．电子和中子 B ．质子和中子 C ．电子和质子 D ．分子和质子 B 4 ．在一个原子中，不带电的粒子是 ( ) A ．原子核 B ．电子 C ．中子 D ．质子 C 5 ．核式原子结构是 1911 年由英国物理学家卢瑟福提出的，如图所示的原子模型中，a 是( ) A ．原子核 B ．质子 C ．中子 D ．电子 D 6 ．关于原子和原子核的内部结构，下列说法中不正确的是（ ）。 A ．原子是由原子核和带负电的电子构成的 B ．原子核是由带正电的质子和不带电的中子构成的 C ．原子核包括质子和中子 D ．原子核虽然很小，但是集中了原子的全部质量和所有正电荷 D 7 ．人们对微观世界的物质结构尺度的探索大致如图所示，其中Y 应该是 ( ) A ．原子 B ．中子 C ．电子 D ．中微子 A 课堂小结 1 ．下列粒子中带正电的是 ( ) A ．分子 B ．原子 C ．电子 D ．原子核 D 布置作业 2 ． 自从汤姆孙发现了电子，人们开始研究原子的内部结构，科学家提出了许多原子结构的模型，下图中所示的三种模型中与核式结构模型最为相似的是（ ）。（选填选项前的字母，只有一个选项正确） A ． “实心球”模型 B ． “枣糕”模型 “行星”模型 C． C 3 ．为了揭示微观世界的奥秘，无数科学家进行了不懈的探索。下列说法错误的是 ( ) A ．汤姆孙发现了电子，表明原子不是不可再分的最小微粒 B ．卢瑟福建立了原子核式结构模型，带负电的电子绕带正电的原子核运动 C ．科学家发现原子核由带正电的质子和不带电的中子构成 D ．质子、中子、电子就是构成物质世界的最小微粒，不可再分 D 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING $