4.3 原子的核式结构模型 导学案-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理导学案围绕“原子的核式结构模型”展开，核心知识点包括电子的发现、原子的核式结构模型建构及原子核的电荷与尺度。课堂导入通过道尔顿原子论到阴极射线发现的科学史脉络，衔接从“原子不可再分”到电子发现的认知冲突，搭建“实验现象→科学推理→模型建构”的学习支架。 该资料以科学探究为主线，通过汤姆孙实验、α粒子散射实验的探究活动，培养学生科学探究能力和模型建构思维。典型例题与变式训练结合，强化科学推理，同时融入科学家探索历程，渗透科学态度与责任，适合学生自主学习与教师教学评估。

第3节 原子的核式结构模型 学习目标 1.知道阴极射线及本质，了解电子及其比荷，知道原子的核式结构模型的建构过程及原子核的电荷与尺度。 2.理解原子的核式结构模型的建构过程，能够通过科学推理解决相关的问题。 3.探究阴极射线的本质；通过α粒子散射实验，揭示原子结构的本质，得出结论；体会科学家的探索方法，提高观察与实验的能力。 4.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。 自主预习 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 。 2.汤姆孙的探究方法及结论 (1) 根据阴极射线在 和 中的偏转情况断定 ,它的本质是带 电的粒子流,并求出了这种粒子的比荷。 (2) 换用 的阴极做实验 ,所得比荷的数值都 ,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 ,而质量比氢离子 , 后来组成阴极射线的粒子被称为 。 3.电子的电荷量及电荷量子化 (1) 电子电荷量 : 1910 年前后由 通过著名的 得出,电子电荷量 的公认值为 e = 。 (2) 电荷是量子化的 ,即任何带电体的电荷只能是 。 (3) 电子的质量 :me= 9.10938356×10- 31kg,质子质量与电子质量的比= 。 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 , 弥漫性地均匀分布在整个球体内, 镶嵌在球中。 (2)α粒子散射实验 ①实验装置:α粒子源、 、放大镜和 。 ②实验现象 : a.绝大多数的α粒子穿过金箔后 的方向前进。 b.少数α粒子发生了 的偏转。 c.极少数α粒子的偏转角 ,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 模型。 三、原子核的电荷与尺度 原子核的电荷数等于核外 数等于原子序数 ,原子核大小的数量级为 m , 原子大小数量级为 m ,两者相差十万倍之多 ,可见原子内部十分“空旷”。若原子相当于一个立体的足球场的话,则原子核就像足球场中的一粒米。 【介绍背景】 课堂探究 1808年，英国化学家道尔顿发表了原子论，认为物体是由原子组成，同时断定原子不可再分。 1858年，德国物理学家普吕克尔发现了气体导电时的辉光放电现象。 1876年，德国物理学家戈德斯坦把这种未知射线称为阴极射线。 探究一、电子的发现 1.阴极射线 科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管阴极发射出的一种射线，叫做阴极射线。 2.汤姆孙的研究 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。实验装置如图所示，从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过D1D2后沿直线打在荧光屏P上。 (1)当在平行极板上加如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有负电荷。 (2)为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外。当满足条件_________________时，则阴极射线不发生偏转。 则_______________ 实验结论： 。还可求出这种粒子的比荷。 汤姆孙还发现用不同材料的阴极做实验，比荷数值都_____________。 汤姆孙后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了汤姆孙的猜测是正确的。汤姆生把新发现的这种粒子称之为电子。 密立根通过实验发现，电荷具有量子化的特征。即任何电荷只能是e的整数倍。 电子的电荷量：e＝1.6021766208×10-19C 电子的质量：m＝9.10938356×10-31kg 探究二、原子的核式结构模型 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，电子镶嵌在其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。 2.α粒子散射实验 (1)实验装置：α粒子源、金箔、显微镜和荧光屏。 (2)实验现象： ①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进. ②少数α粒子发生了大角度的偏转。 ③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.α粒子散射实验分析 在实验中，极少数α粒子 。这说明在原子内部带正电的物质 质量 、体积 。实验中，绝大多数α粒子穿过金箔以后， ，这说明原子中的绝大部分 ，原子中带正电部分的体积很 ，但它几乎占有全部的 。 4.原子的核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在原子核的外面运动。 探究三　原子核的电荷与尺度 1． 原子内的电荷关系：各种元素的原子核的电荷数与含有的 相等，非常接近于它们的 。 2.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。 3.原子核的大小：实验确定的原子核半径的数量级为10-15m，而原子半径的数量级为10-10 m。原子内部是十分“空旷”的。 典型例题 【例题1】 如图所示 ,是对光电管产生的光电子进行比荷测定的原理图。两块平行金属板间距为d ,其 N为锌板 ,受紫外光照射后将激发出沿不同方向运动的光电子,开关S闭合, 电流表A有读数 ,若调节变阻器R , 逐渐增大极板间的电压,A表读数逐渐减小,当电压表示数为U时,A表读数恰好为零;断开S ,在MN间加上垂直纸面的匀强磁场,当磁感应强度为B 时,A表读数也恰好为零。求光电子的比荷的表达式。 【变式训练1】 如图是电子射线管的示意图。接通电源后 ,电子射线由阴极沿 x 轴方向射出 ,在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z 轴负方向)偏转,在下列措施中可采用的是 ( ) A. 加一磁场 ,磁场方向沿 z 轴负方向 B. 加一磁场 ,磁场方向沿 y 轴正方向 C. 加一电场 ,电场方向沿 z 轴负方向 D. 加一电场 ,电场方向沿 y 轴正方向 【例题2】 在α粒子散射实验中,不考虑电子和α粒子碰撞的影响,这是因为( ) A.α粒子和电子根本无相互作用 B.电子是均匀分布的, α粒子受电子作用的合力为零 C.α粒子在和电子碰撞过程中动量的改变量极小,可忽略不计 D.电子体积很小 ,α粒子碰撞不到电子 【变式训练2】 通过如图的实验装置,卢瑟福建立了原子核式结构模型。实验时,若将荧光屏和显微镜分别放在位置1、2、3,则能观察到粒子数量最多的是位置 ( ) A.1 B.2 C.3 D.一样多 【例题3】 (多选)关于卢瑟福的原子的核式结构模型,下列说法正确的是 ( ) A.原子中绝大部分是“空”的,原子核很小 B.电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力 C.原子的全部电荷和质量都集中在原子核里 D.原子核的直径的数量级是 10 - 10 m 【变式训练3】 (多选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容 ,下列叙述正确的是 ( ) A. 原子是一个质量分布均匀的球体 B. 原子的质量几乎全部集中在原子核内 C. 原子正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内 D. 原子核半径的数量级是 10 - 15 m 课堂练习 1.在α粒子散射实验中，α粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力作用而发生的，其中有极少数α粒子发生了大角度偏转，甚至被反向弹回。假定一个速度为v的高速α粒子(24He)与金原子核( 79197Au)发生弹性正碰(碰撞前金原子核可认为是静止的)，则( ) A.α粒子在靠近金原子核的过程中电势能逐渐减小 B.α粒子散射实验说明原子核是由质子和中子组成的 C.α粒子散射实验说明带正电的物质均匀分布在原子内部 D.当它们的距离最小时，α粒子与金原子核的动量大小之比为4∶197 2.在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示。图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域。不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是(　　) A.可能在①区域 B.可能在②区域 C.可能在③区域 D.可能在④区域 3.关于原子结构，汤姆孙提出“葡萄干面包模型”，卢瑟福提出“行星模型”，分别如图甲和乙所示.他们都采用了类比推理的方法.下列事实中，主要采用类比推理的是( ) 葡萄干面包模型 行星模型 甲 　乙 A.人们为便于研究物体的运动而建立质点模型 B.伽利略从教堂吊灯的摆动中发现摆的等时性规律 C.库仑根据牛顿的万有引力定律提出库仑定律 D.托马斯·杨通过双缝干涉实验证实光是一种波 4.1911年，卢瑟福依据α粒子散射实验中α粒子发生了________(选填“大”或“小”)角度散射现象，提出了原子的核式结构模型。若用动能为1 MeV的α粒子轰击金箔，α粒子的速度约为__________ m/s。(质子和中子的质量均为1.67×10－27 kg,1 MeV＝1×106 eV) 5.已知金的原子序数为79，α粒子离金原子核的最近距离为10－13 m，则α粒子离金核最近时受到的库仑力多大？α粒子的加速度多大？已知α粒子的电荷量qα＝2e，质量mα＝6.64×10－27 kg，静电力常量k＝9×109 N·m2/C2。  素养专练 1.电子的发现说明( ) A.原子是由原子核和电子组成的 B.物质是带电的且一定带负电 C.原子可进行再分 D.原子核可再分 2.(多选)一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线AB，发现射线径迹向下偏，则( ) A.导线中的电流由A流向B B.导线中的电流由B流向A C.若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现 D.电子束的径迹与AB中的电流方向无关 3.在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的粒子的运动情况是( ) A.全部粒子穿过金属箔后，仍按原来的方向前进 B.绝大多数α粒子穿过金属箔后，仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回 C.少数α粒子穿过金属箔后，仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回 D.全部α粒子都发生很大偏转 4.在卢瑟福的在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是( ) A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B.正电荷在原子中是均匀分布的 C.原子中存在着带负电的电子 D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中 5.(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有( ) A.原子的中心有个核，叫做原子核 B.原子的正负电荷都均匀分布在整个原子中 C.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 D.带负电的电子在核外绕核旋转 参考答案 · 自主预习 一、 1. 阴极射线 2. (1) 电场 磁场 负 (2) 不同材料 相同 (3) 大致相同 小得多 电子 3. (1) 密立根 油滴实验 1.602 × 10 - 19 C (2)e的整数倍 (3)1836 二、(1)球体 正电荷 电子 (2) ①金箔 荧光屏 ②a.仍沿原来 b.大角度 c.大于 90 ° ③核式结构 1. 原子核 正电荷 质量 电子 三、核外电子 10 - 15 10 - 10 · 课堂探究 探究一 1. (2) qvB=qE v=E/B 阴极射线是带负电的粒子流 相同 探究二 3.发生大角度偏转 仍沿原来方向运动 是空的 小 质量 探究三 1.质子数 原子序数 · 例题与变式 【例题1】例题解答 :由题意得 eU = mv2 解得。 答案 : 【变式训练1】答案： B 【例题2】答案： C 【变式训练2】答案： C 【例题3】答案：AB 【变式训练3】答案：BD · 课堂练习 1.D　2.A　3.C　4.大　6.9×106　5.3.64 N 5.48×1026 m/s2 · 素养专练 1.C　2.BC　3.B　4.A　5.ACD 2 学科网（北京）股份有限公司 $