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

该高中物理教学设计聚焦“原子的核式结构模型”，涵盖电子发现、α粒子散射实验及核式结构内容。课堂导入通过阴极射线实验演示视频创设情境，提出射线本质问题，连接19世纪科学争论，搭建从电磁学知识到原子结构探索的学习支架。 该资料以核心素养为导向，突出科学思维（模型建构与批判修正，如对比汤姆孙枣糕模型缺陷推导核式结构）和科学探究（小组讨论分析α粒子散射实验异常现象，复刻“提出问题—设计实验—分析现象—得出结论”流程）。融入科学史，结合实验视频与模型图降低抽象性，助力学生建立微观结构观念，提升教师教学效率与学生探究能力。

4.3 原子的核式结构模型 一、教学目标 1. 物理观念 知道电子的发现过程及意义，了解电子的电荷量、质量等基本属性。 掌握α粒子散射实验的现象与结论，理解卢瑟福原子核式结构模型的核心内容。 明确原子与原子核的尺度数量级，建立原子的微观结构观念。 2. 科学思维 通过分析阴极射线的本质探究过程，提升实验推理与逻辑论证能力。 结合α粒子散射实验现象，对比汤姆孙“枣糕模型”的缺陷，体会模型建构、批判修正的科学思维方法。 能根据实验证据推导出原子核式结构，形成从现象到本质的科学推理能力。 3. 科学探究 经历“提出问题—设计实验—分析现象—得出结论”的探究流程，复刻电子发现与原子结构探索的核心环节。 通过小组讨论分析α粒子散射实验异常现象，提升合作探究与问题分析能力。 4. 科学态度与责任 感受汤姆孙、密立根、卢瑟福等科学家不畏权威、大胆质疑、严谨求实的科学精神。 认识科学理论是在实验检验中不断修正完善的，树立科学发展的辩证观念。 二、教学重难点 （一）教学重点 电子的发现过程及密立根油滴实验的重要成果。 α粒子散射实验的装置、现象与实验分析。 卢瑟福原子核式结构模型的内容。 （二）教学难点 汤姆孙测定电子比荷的实验原理。 用原子核式结构模型解释α粒子大角度散射现象。 理解原子内部“空旷”的微观特征。 三、教学过程 （一）导入新课（5分钟） 情境引入：播放阴极射线实验演示视频，展示稀薄气体放电时，阴极发出射线使玻璃管壁发光的实验现象。 提出问题：这种能使玻璃发光的阴极射线，本质到底是什么？19世纪的科学家对此争论不休，形成了两种对立观点。 导入课题：带着这个问题，我们一起走进原子结构的探索之旅，学习原子的核式结构模型。 （二）新课讲授（30分钟） 环节一：电子的发现——打开原子结构的大门 阴极射线的本质之争 教师讲解：19世纪对阴极射线本质有两种观点，赫兹认为是电磁辐射（类似X射线），汤姆孙认为是带电微粒。 小组讨论：如何设计实验判断阴极射线是电磁波还是带电粒子？ 学生回答：让阴极射线通过电场或磁场，观察是否偏转，偏转则为带电粒子。 教师总结：电磁波不带电，通过电场、磁场不偏转；带电粒子会在场中受力偏转，这是探究的核心思路。 汤姆孙的阴极射线实验 教师展示实验装置图（真空玻璃管、阴极、阳极、金属板、荧光屏），讲解实验流程：阴极发出的射线穿过金属板，打在荧光屏上。 实验演示1（电场偏转）：施加电场后，射线向下偏转，得出结论——阴极射线带负电。 实验演示2（磁场偏转）：施加垂直纸面向外的磁场，射线偏转；调节磁场使电场力与洛伦兹力平衡，射线回到原位置。 教师推导：利用平衡条件与圆周运动规律，测定阴极射线粒子的比荷（电荷量/质量），发现该粒子比荷远大于氢离子。 拓展：汤姆孙用不同材料阴极实验，比荷相同，证明该粒子是所有物质的共有成分，命名为电子。 密立根油滴实验 教师展示实验装置图，讲解：密立根通过油滴实验精确测量电子电荷量（e=1.6022×10⁻¹⁹C），发现电荷具有量子化特征。 给出电子基本参数：质量m=9.1094×10⁻³¹kg，质子质量是电子的1836倍。 电子发现的意义 教师强调：电子的发现打破“原子不可再分”的观念，揭开人类探索原子结构的序幕。 环节二：原子的核式结构模型——实验修正原子模型 汤姆孙“枣糕模型” 教师展示模型图：原子是球体，正电荷均匀分布，电子镶嵌其中，类似枣糕。 提出疑问：该模型能解释原子的电中性，但能否解释所有实验现象？ α粒子散射实验 实验基础：教师介绍α粒子（氦核，带+2e电荷，质量大、速度快）。 展示实验装置：α粒子放射源、真空装置、金箔、带荧光屏的显微镜。 讲解实验要求：实验在真空中进行，金箔极薄（延展性好、原子序数大，偏转效果明显）。 实验现象： ① 绝大多数α粒子沿原方向前进； ② 少数α粒子发生较大偏转； ③ 极少数α粒子偏转角超90°，甚至接近180°被弹回。 小组讨论：汤姆孙“枣糕模型”能否解释α粒子大角度散射？ 学生分析+教师总结：枣糕模型中正电荷均匀分布，α粒子受力抵消，无法产生大角度偏转，该模型被实验否定。 原子核式结构模型的建立 教师引导推理：大角度偏转说明原子内部有质量极大、体积极小、带正电的核心。 给出模型内容：原子中心有很小的原子核，全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核，电子在核外绕核旋转。 模型解释实验现象： ① 绝大多数α粒子离核远，斥力小→沿原方向前进； ② 少数α粒子离核近，斥力大→大角度偏转； ③ 极少数正对原子核→被弹回。 环节三：原子核的电荷与尺度 原子核的电荷数 教师讲解：原子核电荷数（Z）=质子数=核外电子数=原子序数，原子呈电中性。 原子与原子核的尺度 展示尺度对比图：原子核半径数量级10⁻¹⁵m，原子半径数量级10⁻¹⁰m，两者相差十万倍。 总结：原子内部十分空旷。 （三）课后小结（5分钟） 知识梳理：本节课核心内容为电子的发现→α粒子散射实验→原子核式结构模型→原子尺度。 重点强调：α粒子散射实验是建立核式结构模型的关键，电子的发现开启原子结构研究。 难点突破：核式结构模型完美解释了α粒子大角度散射，是实验推动理论修正的典型案例。 四、板书设计 4.3 原子的核式结构模型 一、电子的发现 汤姆孙：阴极射线→电子，测定比荷 密立根：油滴实验→e=1.6022×10⁻¹⁹C，电荷量子化 意义：原子可再分 二、α粒子散射实验 现象：绝大多数直行；少数大偏；极少数反弹 结论：否定枣糕模型，建立核式结构 三、核式结构模型 原子核：集中全部正电荷、几乎全部质量 电子：核外绕核旋转 尺度：核10⁻¹⁵m，原子10⁻¹⁰m 五、教学反思 本节课通过实验视频、模型图、小组讨论，降低了微观知识的抽象性，但电子比荷的推导过程对部分学生难度较大，后续可简化推导，侧重实验结论与意义。 α粒子散射实验的现象分析是核心，学生对“极少数粒子反弹”的理解需结合类比（炮弹打纸），课堂互动效果较好，能调动学生探究兴趣。 科学史融入较充分，学生能体会科学发展的曲折性，但可增加更多科学家探究细节，强化科学态度的培养。 板书简洁突出重点，与新课讲授节奏匹配，后续可增加课堂练习环节，及时巩固知识点。 学科网（北京）股份有限公司 $