第4章 第3节 原子的核式结构模型（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

本讲义聚焦“原子的核式结构模型”核心知识点，系统梳理电子的发现（含阴极射线本质、汤姆孙比荷测定、密立根油滴实验）及原子结构模型演变（从汤姆孙“枣糕模型”到卢瑟福核式结构模型，基于α粒子散射实验证据），构建“实验现象-模型建构-理论完善”的学习支架。 该资料以实验探究为特色，通过汤姆孙测比荷典例、α粒子散射实验分析，培养科学思维中的科学推理与模型建构能力。融入科学家探索历程，渗透科学态度与责任。课中典例助教师突破难点，课后练习题帮助学生巩固物理观念，实现查漏补缺。

第3节　原子的核式结构模型(强基课——逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 1.了解人类探索原子及其结构的历史。 2.知道原子的核式结构模型。 1.知道阴极射线及其本质,了解电子及其比荷,知道原子的核式结构模型及原子核的电荷与尺度。 2.掌握电子的电荷量、原子的核式结构模型,能够通过科学推理解决相关的问题。 3.通过学习体验科学家探索科学的艰辛,坚持实事求是的科学态度,培养积极探索科学的兴趣。 逐点清(一)　电子的发现 [多维度理解] 1.阴极射线:在研究稀薄气体放电时,由阴极发出的,能使玻璃管壁发出荧光的射线。 2.J.J.汤姆孙的探究方法 (1)让阴极射线分别通过电场和磁场,根据偏转情况,证明它的本质是带负电的粒子流并求出了其比荷。 (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)J.J.汤姆孙研究的新现象:如光电效应、热离子发射效应和β射线等。发现不论阴极射线、β射线、光电流还是热离子流,它们都包含电子。 3.密立根“油滴实验” (1)测得电子电荷量e的值为e=1.602 176 634×10-19 C。 (2)任何带电体的电荷都是量子化的,只能是e的整数倍。 (3)结论: 4.测定带电粒子比荷的两种方法 方法一:用电场、磁场测定比荷 (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,保留磁场,如图所示,让粒子在匀强磁场中运动,由洛伦兹力提供向心力,即Bqv=m,根据轨迹偏转情况,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:=。 方法二:用电场测定比荷 　　如图所示,若带电粒子以速度v0垂直电场线方向射入匀强电场,则粒子在匀强电场中偏转的位移y=at2=,测出在电场中的偏转量y,则粒子比荷为=。 [典例]　在再现J.J.汤姆孙测阴极射线比荷的实验中,采用了如图所示的阴极射线管,从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后,水平射入长度为L的D、G平行板间,接着在荧光屏F中心出现光斑。若在D、G间加上方向向上、场强为E的匀强电场,阴极射线将向下偏转;如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出),光斑恰好回到荧光屏中心;接着再去掉电场,阴极射线向上偏转,偏转角为θ。试解决下列问题: (1)阴极射线的电性是什么; (2)图中磁场沿什么方向; (3)根据L、E、B和θ,求出阴极射线的比荷。 [解析]　(1)由于阴极射线在电场中向下偏转,因此阴极射线受电场力方向向下,又由于匀强电场方向向上,则电场力的方向与电场方向相反,所以阴极射线带负电。 (2)由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力而与电场力平衡,由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外。 (3)设此射线所带电荷量为q、质量为m,当射线在D、G间做匀速直线运动时,有qE=qvB;当射线在D、G间的磁场中偏转时,如图所示,有qvB=,同时又有L=rsin θ,解得=。 [答案]　(1)负电　(2)垂直纸面向外　(3) [全方位练明] 1.英国物理学家J.J.汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现 (　　) A.阴极射线在电场中偏向正极板一侧 B.阴极射线在磁场中受力方向跟正电荷受力方向相同 C.不同材料所产生的阴极射线的比荷不同 D.J.J.汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量 解析:选A　阴极射线在电场中偏向正极板一侧,因此阴极射线应该带负电荷,A正确;阴极射线在磁场中受力方向跟负电荷受力方向相同,B错误;不同材料所产生的阴极射线的比荷相同,C错误;J.J.汤姆孙并没有直接测到阴极射线粒子的电荷量,D错误。 2.为了测定带电粒子的比荷,让带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间,已知匀强电场的场强为E,在通过长为L的两金属板后,测得偏离入射方向的距离为d。如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场,磁场方向垂直粒子的入射方向,磁感应强度为B,则粒子恰好不偏离原来方向,求。 解析:设带电粒子的初速度为v0,则仅加电场时有加速度a=,则d=·a·, 加复合场时有Bqv0=Eq, 联立以上三式得=。 答案: 逐点清(二)　原子的核式结构模型 [多维度理解] 1.J.J.汤姆孙的原子模型 J.J.汤姆孙于1898年提出一种模型,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,电子镶嵌其中,有人形象地把J.J.汤姆孙的原子模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。 2.α粒子散射实验 (1)α粒子:从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子,质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍。 (2)实验装置如图所示,整个装置处于真空中,其中:α粒子源R是被铅块包围的,它发射的α粒子经过一条细通道,形成一束射线,打在金箔F上。显微镜M带有荧光屏S,可以在水平面内转到不同的方向对散射的α粒子进行观察。被散射的α粒子打在荧光屏上会有微弱的闪光产生。通过显微镜观察闪光就可以记录在某一时间内向某一方向散射的α粒子数。 (3)实验结果: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°,也就是说,它们几乎被“撞了回来”。 (4)实验意义:卢瑟福通过α粒子散射实验,否定了J.J.汤姆孙的原子模型,建立了原子的核式结构模型。 3.原子的核式结构模型 1911年由卢瑟福提出,在原子中心有一个很小的核,叫原子核,它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量,电子在核外空间运动。 4.原子核的电荷与尺度 (1)原子核的电荷数非常接近它们的原子序数。 (2)原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数就是核中的质子数。 (3)原子核的半径的数量级为10-15 m,而原子半径的数量级是10-10 m,可见原子内部是十分“空旷”的。 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上。 (√) (2)卢瑟福做α粒子散射实验时发现,绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,只有少数α粒子发生大角度偏转。 (√) (3)J.J.汤姆孙首先发现了电子,并测定了电子电荷量。 (×) (4)卢瑟福提出了原子“核式结构”模型,并解释了α粒子发生大角度偏转的原因。 (√) 2.(2025·四川绵阳高二期末)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.原子的质量几乎全部集中在原子核内 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粒子的库仑斥力 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 解析:选A　卢瑟福α粒子散射实验说明原子的全部正电荷和几乎全部的质量集中在原子核内,α粒子带正电,它们接近时就表现出很大的库仑斥力,使α粒子产生大角度偏转,A正确。 3.(2025·广西钦州高二期末)如图所示,在α粒子散射实验中,图中实线表示α粒子的运动轨迹,假定金原子核位置固定,a、b、c为某条轨迹上的三个点,其中a、c两点距金原子核的距离相等,下列说法正确的是 (　　) A.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了能量量子化理论 B.大多数α粒子几乎沿原方向返回 C.从a经过b运动到c的过程中,α粒子的电势能先增大后减小 D.α粒子经过a、b两点时动能相等 解析:选C　卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究,提出了原子的核式结构模型,普朗克根据黑体辐射的规律第一次提出了能量量子化理论,故A错误;根据α粒子散射现象可知,大多数α粒子击中金箔后几乎沿原方向前进,故B错误;根据静电力做功特点可知α粒子从a经过b运动到c的过程中静电力先做负功后做正功,所以α粒子的电势能先增大后减小,故C正确;由于α粒子从a运动到b的过程中静电力做负功,则α粒子的动能减小,故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $