4.3 原子的核式结构模型（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

本讲义聚焦“原子的核式结构模型”核心知识点，系统梳理电子发现（阴极射线研究、汤姆孙测定比荷、密立根油滴实验测电荷量）、α粒子散射实验（汤姆孙模型局限、实验现象与意义）、卢瑟福核式结构模型（原子核组成、电荷与尺度）的知识脉络，搭建从原子可分到核式结构确立的学习支架。 该资料以科学史为主线，通过“问题探究+知识深化+例题解析”设计，如汤姆孙测定电子比荷的实验推理培养科学思维（模型建构、科学推理），α粒子散射实验现象分析引导科学探究（证据收集、解释论证）。自我诊断题和典型例题助力学生课中理解与课后查漏补缺，同时渗透科学家探究精神，落实科学态度与责任素养。

4.3　原子的核式结构模型 学习 目标 1.知道发现电子的意义，体会电子发现过程中蕴含的科学方法。 2.了解α粒子散射实验原理和实验现象。 3.了解卢瑟福的原子核式结构模型。知道原子和原子核大小的数量级。 4.认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程。 一、电子的发现 1.阴极射线 荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线命名为阴极射线。 2.汤姆孙的探究方法及结论 （1）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，并求出了这种粒子的比荷。 （2）换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍。 （3）结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子大致相同，而质量比氢离子小得多，后来组成阴极射线的粒子被称为电子。 3.汤姆孙的进一步研究 汤姆孙又进一步研究了许多新现象，证明了电子是原子的组成部分。 4.电子的电荷量及电荷量子化 （1）电子电荷量：1910年前后由密立根通过著名的油滴实验得出，电子电荷的现代值为e＝1.602×10－19C。 （2）电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。 （3）电子的质量：me＝9.109 383 56×10－31 kg，质子质量与电子质量的比＝1 836。 二、原子的核式结构模型 1.α粒子散射实验 （1）汤姆孙原子模型 汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中。 （2）α粒子散射实验 ①实验装置：α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。 ②实验现象： a.绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。 b.少数α粒子发生了大角度的偏转。 c.极少数α粒子的偏转角大于90°，甚至有极个别α粒子被反弹回来。 ③实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型。 2.卢瑟福的核式结构模型 1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核。它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。 三、 原子核的电荷与尺度 原子半径数量级为10－10m，原子核 半径数量级为10－15m。由质子和中子组成， 核电荷数等于 A（A.质子数　B．中子数） [自我诊断] 判断下列说法的正误 （1）阴极射线撞击玻璃管壁会发出荧光。（ √ ） （2）电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的。（ × ） （3）物体所带电荷量的最小值为1.6×10－19 C （ √ ） （4）α粒子散射实验中，大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹。（ × ） （5）原子中所有正电荷都集中在原子核内。（ √ ） （6）α粒子与原子核之间的万有引力．可以忽略不计。（ √ ） 一、电子的发现 [问题探究] 　如图所示为汤姆孙的气体放电管。 （1）在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？ （2）在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？ 答案：（1）阴极射线向下偏转，与电场线方向相反，说明阴极射线带负电。 （2）由左手定则可得，在金属板D1、D2之间单独加垂直纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转。 [知识深化] 1.对阴极射线的认识 （1）对阴极射线本质的认识——两种观点 ①电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射。 ②粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流。 （2）阴极射线带电性质的判断方法 ①方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定阴极射线的带电性质。 ②方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据荧光屏上亮点位置的变化和左手定则确定阴极射线的带电性质。 （3）实验结果 根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电。 2.带电粒子比荷的测定 （1）让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，如图所示，使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电（Bqv＝qE），得到粒子的运动速度v＝。 （2）撤去电场，如图所示，保留磁场，让粒子在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝m，根据轨迹偏转惰况，由几何知识求出其半径r。 （3）由以上两式确定粒子的比荷表达式：＝。 3.电子发现的意义 （1）电子发现以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒。 （2）现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分。 （3）电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的。 　关于电子的发现，下列叙述中正确的是（　　） A.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是可以再分的 B.电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 C.电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷 D.电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的 解析：选D　汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子是可以再分的，A错误；原子的核式结构是卢瑟福通过α粒子的散射实验才提出的，B错误；电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，C错误；电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的，D正确。 　真空玻璃管内，阴极K发出的电子经阳极A与阴极K之间的高电压加速后，形成一细束电子流，以平行于金属板的方向进入金属板C、D间的区域，如图所示，若金属板C、D间无电压，电子将打在荧光屏上的O点；若在金属板上施加电压U，则离开金属板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在金属板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到O点。已知金属板的长度l＝5.00 cm，C、D间的距离d＝1.50 cm，金属板区域的中点M到荧光屏中点O的距离为L＝12.50 cm，U＝200 V，B＝6.3×10－4 T，P点到O点的距离y＝3.00 cm。试求电子的比荷。 解析：因电子在正交的电场、磁场中不偏转且做匀速直线运动，所以有Bev＝Ee＝e，所以v＝ 只有偏转电场时，电子离开电场区域时的偏转距离设为y1，电子在电场中做类平抛运动，由几何关系知＝，所以y1＝ 而y1＝at2＝ 联立解得电子的比荷＝＝1.61×1011 C/kg。 答案：1.61×1011 C/kg 求解带电粒子比荷的思路 （1）带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系式。 （2）带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图来确定圆心位置，利用几何知识求其半径。 （3）带电粒子通过方向相互垂直的匀强电场和磁场时，可使其做匀速直线运动，根据qE＝qvB求其速度。　　 二、原子的核式结构模型与原子核的组成 [问题探究] 　如图所示为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粒子散射实验的装置，阅读课本，回答以下问题： （1）什么是α粒子？ （2）实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？ （3）实验现象如何？ （4）少数α粒子发生大角度散射的原因是什么？ 答案：（1）α粒子（He）是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核，质量是电子质量的7 300倍。 （2）①α粒子源：把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能的α粒子。②带荧光屏的显微镜：观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光。实验过程：α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子会改变原来的运动方向，带有显微镜的荧光屏可以沿题图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目。 （3）α粒子散射实验的现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°。 （4）α粒子带正电，α粒子受原子中带正电部分的排斥力发生了大角度散射。 [知识深化] 1.原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的对比 核式结构模型 枣糕模型 原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里 原子是充满了正电荷的球体 电子绕核高速旋转 电子均匀嵌在原子球体内 2.原子内的电荷关系 原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子序数。 3.原子核的组成 原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。 4.原子核的大小 原子的半径数量级为10－10m，原子核半径的数量级为10－15 m，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10－15。 　（多选）关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（　　） A.绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内分布均匀，α粒子受到原子核的排斥力平衡 B.绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子受到原子核的排斥力很小，原子内大部分空间是空的 C.少数α粒子发生大角度偏转，说明这些α粒子受到原子核的排斥力比较大，原子质量和正电荷几乎集中在原子内很小的空间 D.少数α粒子发生大角度偏转，说明这些α粒子受到原子核外电子很大的排斥力 解析：选BC　绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子受到原子核的排斥力很小，原子内大部分空间是空的，A错误，B正确；少数α粒子发生大角度偏转，说明这些α粒子受到原子核的排斥力比较大，原子的质量和正电荷几乎集中在原子内很小的空间，C正确，D错误。 　　（1）原子核很小，原子核外空间很大，因此α粒子穿过原子的过程中，靠近或与原子核正碰的概率很小，所以只有极少数α粒子发生很大的偏转。 （2）分析α粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”，粒子的行为，其中，“大角度偏转”只是少数粒子的行为。　　 　（多选）根据卢瑟福的原子的核式结构理论，下列对原子结构的认识中，正确的是（　　） A.原子中绝大部分是空的，原子核很小 B.电子在核外运动，库仑力提供向心力 C.原子的全部正电荷都集中在原子核里 D.原子核的直径大约为10－10 m 解析：选ABC　卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了汤姆孙的原子模型，提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核半径的数量级为10－15 m，原子半径的数量级为10－10 m，原子半径是原子核半径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷”的，核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引而绕核旋转，所以A、B、C正确，D错误。 1.（多选）关于电子的发现，下列叙述中正确的是（　　） A.电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 B.电子的发现，说明原子具有一定的结构 C.电子是第一种被人类发现的微观粒子 D.电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象 解析：选BCD　发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确。 2.人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是“枣糕模型”和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。下列说法中正确的是（　　） A.α粒子散射实验与“枣糕模型”和核式结构模型的建立无关 B.科学家通过α粒子散射实验否定了“枣糕模型”，建立了核式结构模型 C.科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了“枣糕模型” D.科学家通过α粒子散射实验否定了“枣糕模型”和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型 解析：选B　α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了“枣糕模型”，建立了核式结构模型，选项B正确。 3.（多选）如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置示意图，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是（　　） A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据 B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性 C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转 D.只有少数的α粒子发生大角度偏转 解析：选AD　α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来），该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据，A正确；通过α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，B错误；发生α粒子偏转现象，主要是由于α粒子和原子核发生碰撞的结果，C错误；绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $