4.3 原子的核式结构模型（教学课件）物理人教版选择性必修第三册

第四章 原子结构和波粒二象性 人教版（2019）选择性必修 第三册 第三节 原子的核式结构模型 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 建立原子的核式结构模型、原子核、核外电子、α粒子散射等核心概念，从“枣糕模型”与“核式结构模型”的对比视角，理解原子的核式结构模型的基本内容，认识原子的核式结构模型对建立原子结构理论的重要意义，为后续学习原子核式结构、能级模型奠定基础。 科学思维 通过分析α粒子散射实验的现象与经典“枣糕模型”的矛盾，经历“发现问题—分析矛盾—构建新模型”的过程，理解卢瑟福原子核式结构模型提出的背景与逻辑，提升模型建构、证据推理与质疑创新的能力，体会从经典物理到原子物理的思维跃迁。 科学探究 设计并分析α粒子散射实验的原理与现象，基于实验数据与图像（如不同散射角的粒子分布规律），归纳α粒子散射实验的特点，验证核式结构模型的合理性，提升科学论证与数据分析的能力，体会科学探究中“实验现象—理论模型”的双向支撑过程。 科学态度与责任 了解卢瑟福原子核式结构模型对现代原子物理学的奠基意义，体会科学家面对实验现象与旧理论冲突时的坚持与突破，增强对科学本质的认识；联系现代科技（如粒子散射技术、核物理探测、核能利用、放射性检测），理解原子结构理论对人类社会的深远影响，树立尊重科学、勇于探索的科学态度。 学习目标 电子的发现 01 教学内容 原子的核式结构模型 02 原子核的电荷与尺度 03 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 α粒子散射实验的现象分析，原子的核式结构模型的主要内容。 理解卢瑟福原子核式结构模型对α粒子散射实验的解释。 从实验现象到理论模型的推理过程，理解核式结构模型与“枣糕模型”的本质区别。 重点难点 课堂导入——思考与讨论 科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线的本质是什么呢？ 01 PART 01 第一部分 电子的发现 探究新知 7 探究新知——电子的发现 19世纪，对阴极射线本质的认识有两种观点 一种观点认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射代表人物赫兹 另一种观点认为阴极射线是带电微粒代表人物汤姆孙  汤姆孙 英国 赫兹 德国 探究新知——电子的发现 1.汤姆孙实验装置 小孔AB：使由K发出的粒子形成一束细细的射线 平行的金属板之间夹有电场 阴极K：发出带电粒子 通过射线产生的荧光的位置，可以研究射线的径迹 探究新知——电子的发现 （1）实验目的： 判断阴极射线是否带电。 如果阴极射线带电，则测出其比荷。 （2）判断阴极射线是否是带电粒子流的基本方法是什么？ 让带电粒子通过电场或磁场，观察它是否偏转。 如果偏转则带电，否则不带电。 2.实验过程及思考 探究新知——电子的发现 （3）测阴极射线比荷的基本思路是怎样的？ （4）哪些量可以当做已知量处理？ 场强E，磁感应强度B，圆周运动的半径r ①先加电场使阴极射线偏转 ②再加磁场，调整电场磁场的强度，使阴极射线不偏转 ③每个阴极射线微粒受到的库仑力等于洛伦兹力，求出阴极射线的速度 ④只保留磁场，阴极射线只受洛伦兹力，做匀速圆周运动，再求比荷 2.实验过程及思考 探究新知——电子的发现 2.实验过程及思考 （5）施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？怎么判断的？ 带负电，因为场强E的方向竖直向上，而射线向下偏，说明电场力F的方向竖直向下，所以射线带负电。 探究新知——电子的发现 再加磁场抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到P1，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大小、方向合适的磁场。 这个磁场的方向是？根据什么判断？ 垂直于黑板面向外，用左手定则判断。 2.实验过程及思考 探究新知——电子的发现 汤姆孙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。它是构成各种物质的共有成分。 qʋB = qE 电场： 磁场： （比荷） 组成阴极射线的粒子被称为电子。电子是比原子更基本的物质单元，是原子的组成部分。 r qE P2 p1 p3    qvB + _ 探究新知——电子的发现 3.实验结论： 汤姆孙还发现用不同材料的阴极做实验，比荷数值都相同。 说明：不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。 汤姆孙还由实验测得的阴极射线的比荷是氢离子的比荷近2000倍。后来，汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量，尽管当时测量很不准确，但足以证明这种粒子的电荷量与氢离子大致相同，质量比氢离子小得多。 探究新知——电子的发现 4.密立根测电子电量 密立根 + + + + + + + - - - - - - - U mg qE d 静止：mg=qE mg kv 匀速：mg=kv e=1.602×10-19C 电荷是量子化的，任何带电体的电荷只能是e的整倍 元电荷： me=9.109×10-31kg 探究新知——电子的发现 （1）阴极射线的本质是电子。 （2）电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。 （3）电子的电荷量与氢离子的电荷量相同。 5.阴极射线的本质 我看到的是： 1.它在电场中不偏转，因此不带电 2.它能穿透薄铝片，粒子是做不到的，但波可以！ 电磁波说 赫兹 我用实验证明了: 1.带负电，且电荷量与质子相同 2.速度远小于电磁波传播速度 3.质量是最轻的原子 1/2000 左右 粒子说 汤姆孙 ✔ 探究新知——电子的发现 正离子的轰击 紫外线照射 放射性物质 阴极射线 光电流 β射线 电子 金属受热 热离子流 发现电子以后，汤姆孙进一步研究又发现了许多新现象： 由于J.J.汤姆生的杰出贡献，1906年他获得诺贝尔物理学奖。 探究新知——典例分析 【例1】汤姆孙测定电子比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示。真空玻璃管内，阴极K发出的电子经加速后，穿过小孔A、C，沿中心轴线OP1以速度v进入两块水平正对放置的极板D1、D2间，射出后到达右端的荧光屏上形成光点。若极板D1、D2间无电压，电子将打在荧光屏上的中心P1点。现在极板间加上竖直方向、电场强度大小为E的匀强电场后，电子向上偏转；再在极板间施加一个方向垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出)，电子在荧光屏上产生的光点又回到了P1点；接着去掉电场，电子向下偏转，射出极板时偏转角为θ。已知极板的长度为L，忽略电子的重力及电子间的相互作用。求： (1)匀强磁场的磁感应强度大小； (2)电子的比荷。 探究新知——典例分析 【解析】（1）电子以速度v进入叠加场，当电子在静电力和洛伦兹力共同作用下做匀速直线运动时，电子将打在P1点，则电子受力平衡eE=evB 解得匀强磁场的磁感应强度大小为B= （2）撤去电场后，电子仅在磁场中偏转，如图所示  由洛伦兹力提供向心力得evB= 由几何关系知L=rsin θ， 可得=sin θ。 02 PART 02 第二部分 原子的核式结构模型 探究新知 21 探究新知——原子的核式结构模型 1.汤姆孙的原子模型： 原子是一个球体，里面充满了均匀分布的带正电的流体，电子镶嵌在正电荷液体中，就象枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为“枣糕模型”。 元素周期律 阴极射线 光谱线   正电荷 电子 探究新知——原子的核式结构模型 2.粒子散射实验 实验装置： 放射源：放射性元素钋（Po）放出粒子，粒子是氦核，带2e正电荷，质量是氢原子的4倍，具有较大的动能。 金箔：作为靶子，厚度1μm，重叠了3000层左右的金原子。 荧光屏：粒子打在上面发出闪光。 显微镜：通过显微镜观察闪光，且可360°转动观察不同角度粒子的到达情况。 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粒子散射实验的研究时，所用仪器的示意图。 探究新知——原子的核式结构模型 思考1. α粒子射入金箔时难免与电子碰撞。试估计这种碰撞对α粒子速度影响的大小。 思考2.按照J. J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。请分析：α粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进。 α粒子的质量大约是电子质量的7300倍，α粒子与电子碰撞时，对α粒子速度影响的很小，碰撞前后，质量大的α粒子速度几乎不变。只可能是电子的速度发生大的改变，因此不可能出现α粒子反弹现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角度散射。 按照J. J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内，由于受库仑斥力的作用，α粒子穿过原子时，受到的各个方向正电荷的斥力基本会相互平衡，因此对α粒子运动的影响不会很大。大部分α粒子会有小角度偏转，但不可能有大角度偏转。 探究新知——原子的核式结构模型 探究新知——原子的核式结构模型 3.实验现象： ①绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。 ③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”。 ②少数α粒子（约占 ）发生了大角度偏转， 探究新知——原子的核式结构模型 4.卢瑟福对a粒子发生大角度偏转的解释 ①绝大多数粒子基本不偏转： 表明： ②少数粒子发生较大偏转： 表明： ③极少数粒子被弹回： 表明： 原子内部绝大部分是“空”的。 原子内部有“正电荷集中”的区域。 作用力很大，质量很大的核。 探究新知——原子的核式结构模型 5.卢瑟福——核式结构模型 ⑶带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动 ⑴在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核 ⑵原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 探究新知——原子的核式结构模型 5.卢瑟福——核式结构模型 1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，得到了质子，进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认。 质子 中子 核子 质子数 电荷数 探究新知——典例分析 【例2】(2024·泰州市高二期末)如图所示的实验装置为用α粒子轰击金箔，研究α粒子散射情况的实验装置。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是 A.该实验可在空气中进行 B.α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C.卢瑟福根据该实验现象提出了原子的核式结 构模型 D.α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是正确的 探究新知——典例分析 【解析】α粒子的贯穿本领弱，为了使得实验现象明显，该实验不能够在空气中进行，需要在真空中进行，故A错误； α粒子的质量远远大于电子的质量，可知，α粒子大角度散射不可能是它跟电子发生了碰撞引起的，故B错误； 卢瑟福根据该实验现象中极少数α粒子发生了大角度偏转提出了原子的核式结构模型，故C正确； α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是错误的，故D错误。 探究新知——典例分析 【例3】(2024·北京市丰台区高二期末)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.绝大多数α粒子在实验中几乎不偏转，主要原因是原子内部十分“空旷” 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 探究新知——典例分析 【解析】绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，但卢瑟福α粒子带正电，它们接近时就表现出很大的库仑斥力作用，使α粒子产生大角度偏转的作用力，是原子核对α粒子的库仑斥力。故选A。 03 PART 03 第三部分 原子核的电荷与尺度 探究新知 34 探究新知——原子核的电荷与尺度 1.原子核的电荷、电子数、原子序数 原子 原子核 核外电子 质子 中子 原子核的电荷数:电荷数(Z)=质子数=原子序数 原子核的符号: 原子核的质量数:质量数(A)=核子数=质子数+中子数 X为元素符号，Z为质子数，A 为质量数。 核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数 质量数（A）＝核子数＝质子数＋中子数 探究新知——原子核的电荷与尺度 H的三种同位素： 探究新知——原子核的电荷与尺度 2.原子核的尺度 两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。 原子核半径数量级： 原子半径数量级： 10-l5m 10-10m 体育场 原 子 原子核 探究新知——典例分析 【例4】下列对原子及原子核的认识，正确的是 A.原子由原子核和核外电子组成 B.原子核带有原子的全部正电荷和全部原子的质量 C.原子核半径的数量级为10-10 m D.中性原子核外电子带的负电荷之和小于原子核所带的正电荷 探究新知——典例分析 【解析】原子由原子核和核外电子组成，故A正确； 原子核的质量与电子的质量之和就是原子的质量，故B错误； 原子半径的数量级是10-10 m，原子核是原子内很小的核，半径数量级为10-15 m，C错误； 中性原子核外电子带的负电荷之和与原子核所带的正电荷相等，D错误。 课堂小结 卢瑟福——核式结构模型 原子的结构模型 原子的核式结构模型 电子的发现 原子核所带正电荷数=核外电子数 =该元素在周期表内的原子序数 原子核的 电荷和尺度 汤姆孙——枣糕模型（西瓜模型） 密立根油滴实验：测得电荷量e=1.602×10-19C 原子核半径数量级10-l5m；原子半径数量级10-10m 电子的比荷 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 $