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

该高中物理课件聚焦“原子的核式结构模型”，系统梳理电子的发现（阴极射线本质、汤姆孙比荷测定、密立根油滴实验）及原子的核式结构模型（汤姆孙“枣糕模型”、α粒子散射实验、卢瑟福核式模型），通过历史探索脉络衔接电学知识，以实验现象和科学推理为支架构建知识体系。 其亮点在于以“逐点清”夯实物理观念，通过汤姆孙测比荷、α粒子散射等实验典例培养科学思维，结合“全方位练明”和课时检测深化科学探究。学生能直观理解原子结构建立过程，提升解决问题能力，教师可依托系统资源高效实施分层教学。

原子的核式结构模型(强基课——逐点理清物理观念) 第 3 节 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 逐点清(二)　原子的核式结构模型 01 02 CONTENTS 目录 课时跟踪检测 03 逐点清(一)　电子的发现 1.阴极射线：在研究稀薄气体放电时，由______发出的，能使玻璃管壁发出______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_______情况，证明它的本质是_________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______的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍。 多维度理解 阴极 荧光 偏转 带负电 比荷 (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______。 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________的，只能是e的________。 (3)结论： 电子 量子化 整数倍 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； [答案]　负电　 [解析]　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)图中磁场沿什么方向； [答案]　垂直纸面向外 [解析]　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)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷。 [答案]　 [解析]　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=。 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 全方位练明 √ 解析：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。 答案： 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=。 逐点清(二)　原子的核式结构模型 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_____体，_______弥漫性地均匀分布在整个球体内，______镶嵌其中，有人形象地把J.J.汤姆孙的原子模型称为“______模型”或“______模型”。 多维度理解 球 正电荷 电子 西瓜 枣糕 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：___________α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有_______α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至_____90°，也就是说，它们几乎被“__________”。 (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__________模型。 绝大多数 少数 大于 撞了回来 核式结构 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________，它集中了全部的_______和几乎全部的_______，_______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__________。 (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_____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。 原子核 正电荷 质量 电子 原子序数 质子 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。 ( ) 全方位练明 √ √ × √ 2.(2025·北京朝阳高二期末)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：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·江苏苏州高二期末)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：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。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1.关于电子的发现，下列说法正确的是 (　　) 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，说明原子核具有一定的结构 C.在电子被人类发现前，人们认为原子核是组成物质的最小微粒 D.电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分 解析：发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A、B错误；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C错误；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到，原子中应该还有其他带正电的部分，D正确。 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 2.如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线(电子束)将 (　　) A.向纸内偏转　　　　　　 B.向纸外偏转 C.向下偏转 D.向上偏转 √ 解析：由右手螺旋定则可知，阴极射线管所在处磁场垂直纸面向外。电子从负极射出，由左手定则可判定阴极射线(电子束)向上偏转，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 3.α粒子散射实验被评为世界十大经典物理实验之一，此实验开创了原子结构研究的先河，为建立现代原子核理论打下了基础，关于α粒子散射实验，下列说法正确的是 (　　) A.J.J.汤姆孙根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构 B.该实验需要在真空环境下才能完成 C.该实验表明α粒子大角度偏转可能是与电子直接碰撞造成的 D.在其他条件相同情况下，只改变金箔的厚度，对实验结果没有影响 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构，故A错误；α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成，避免α粒子和空气中的原子碰撞影响实验结果，故B正确；α粒子发生大角度偏转是与原子核之间的距离较近造成的，同种电荷之间相互排斥，故C错误；在相同的条件下，改变金箔的厚度对实验结果有影响，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 4.关于原子结构，下列说法正确的是 (　　) A.原子中的原子核很小，核外很“空旷” B.原子核半径的数量级是10-10 m C.原子的全部电荷都集中在原子核里 D.原子的全部质量都集中在原子核里 √ 解析：原子中的原子核很小，核外很“空旷”，A正确；原子核半径的数量级是10-15 m，原子半径的数量级是10-10 m，B错误；原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，核外电子带负电且具有一定质量，C、D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 5.(2025·北京朝阳高二期末)卢瑟福的α粒子散射实 验装置如图所示，开有小孔的铅盒里面包裹着少 量的放射性元素钋，由于铅能够很好地吸收α粒子 使得α粒子只能从小孔射出，形成很细的一束射线 射到厚度为几微米的金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是 (　　) A.绝大多数α粒子不能穿过金箔 B.极多数α粒子发生了大角度偏转 C.该实验为J.J.汤姆孙“枣糕模型”奠定了基础 D.该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子中心 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：根据卢瑟福的α粒子散射实验的现象可知，绝大多数α粒子能穿过金箔，少数α粒子方向发生了改变，极少数α粒子发生了大角度偏转，故A、B错误；该实验否定了J.J.汤姆孙“枣糕模型”，为原子的核式结构理论奠定了基础，故C错误；该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子中心，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 6.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 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：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，故B正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 7.如图所示是J.J.汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是 (　　) A.若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应向下偏转 B.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转 C.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转 D.若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：阴极射线是电子流，电子在电场中所受电场力与电场方向相反，C正确，B错误；若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力，要发生偏转，D错误；若在D1、D2之间不加电场和磁场，由于电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，A错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 √ 8.如图为卢瑟福的α粒子散射实验，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为 (　　) A.轨迹a B.轨迹b C.轨迹c D.轨迹d 解析：卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，因离原子核越近，受到的库仑斥力越强，则偏转程度越强，所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为a，故选A。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 9.(2025·北京海淀区高二质检)α粒子散射实验 装置如图所示，在一个小铅盒里放有少量的放射 性元素作为放射源，它发出的α粒子从铅盒的小孔 射出，形成很细的一束射线打到金箔上，图中虚线表示被散射的α粒子的径迹。关于该实验，下列说法正确的是 (　　) A.实验现象可用J.J.汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释 B.依据实验结果可以推测原子核是可以再分的 C.α粒子发生偏转是由于它跟金箔中的电子发生了“碰撞” D.统计散射到各个方向的α粒子所占比例，可以推知原子中正电荷的大致分布情况 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：实验现象可用卢瑟福的原子的核式结构理论来解释，不能通过J.J.汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释，故A错误；依据实验结果不可以推测原子核是可以再分的，故B错误；α粒子发生偏转是由于它受到了金箔中的金原子核的库仑斥力作用，故C错误；统计散射到各个方向的α粒子所占比例，可以推知原子中正电荷的大致分布情况，即原子的中间存在一个原子核，原子的正电荷和几乎的全部质量都集中在原子核上，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 10.(10分)电子所带电荷量的精确数值最早是由 美国物理学家密立根通过油滴实验测得的。他测定 了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等 于某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量就是 电子所带的电荷量。油滴实验的原理如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电，从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中，小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡。已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/C，油滴半径是1.64×10-6 m，油的密度是0.851 g/cm3，求油滴所带的电荷量，这个电荷量是电子电荷量的多少倍?(取π=3.14，g=9.8 m/s2，e=1.6×10-19 C) 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 答案：8.02×10-19 C　5倍 解析：小油滴质量为m=ρV=ρ·πr3 由题意得mg=Eq，联立解得q= = C ≈8.02×10-19 C； 小油滴所带电荷量q是电子电荷量e的倍数为 n==≈5倍。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 11.(14分)英国科学家J.J.汤姆孙以及 他所带领的一批学者对原子结构的 研究奠定了近代物理学的基石，其 中他对阴极射线粒子比荷测定的实 验最为著名，实验装置如图甲所示。某学校的学生在实验室重做该实验，装置如图乙所示，在玻璃管内的阴极K发射的射线被加速后，沿直线到达荧光屏上。在上下正对的平行金属极板上加上电压，在板间形成电场强度为E的匀强电场，射线向上偏转；再给玻璃管前后的励磁线圈加上适当的电压，在线圈之间形成磁感应强度为B的匀强磁场，使射线沿直线运动，不发生偏转。之后再去掉平行板间的电压，射线向下偏转，打在屏上A点，在玻璃管侧面观察到射线轨迹如图丙所示。(不计射线的重力，匀强电场、匀强磁场范围限定在刻度“1”和“7”所在的竖直直线之间，且射线由刻度“1”所在位置进入该区域)。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (1)求该射线进入场区时的初速度v；(3分) 答案： 解析：射线被加速后在电场力和洛伦兹力的共同作用下做匀速直线运动，根据平衡条件得qE=qvB，解得射线被加速后的速度为v=。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (2)已知图丙中正方形方格边长为d，求该射线粒子的比荷；(6分) 答案： 解析：去掉金属板间电压后，粒子不再受到电场力，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，经过A点，设轨迹圆心为O，半径为r，如图所示，则有(4d)2=r2-(r-2d)2，解得r=5d， 因为洛伦兹力提供向心力，则r=， 联立解得=。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (3)求带电粒子在磁场中运动到A点的时间?(5分) 答案： 解析：设粒子轨迹对应的圆心角为θ，根据几何关系可得 sin θ==0.8，解得θ=53°， 带电粒子在磁场中运动到A点的时间为 t=×=。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $