4.1 电子的发现 4.2 原子的核式结构模型 课件 -2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦“原子结构”，核心涵盖电子的发现（阴极射线、比荷、元电荷）与原子的核式结构模型（α粒子散射实验、核式结构及原子核性质），通过问题式预习（如“阴极射线产生原理”）衔接电学知识，以“科学思维”问题为支架，引导学生从粒子性质探究过渡到原子模型建构。 其亮点是任务型课堂设计，融合科学探究（如油滴实验中油滴电性判定）与科学思维（如α粒子散射受力及能量转化推理），采用“实验现象→科学推理→模型建构”的学科方法，助力学生深化物理观念，教师可直接利用评价活动与任务总结提升教学效率。

复习任务群一 现代文阅读Ⅰ 把握共性之“新”　打通应考之“脉” 第1课时 反应热 焓变（基础课） 第四章　原子结构 1　电子的发现 2　原子的核式结构模型 1 学习任务目标 1.知道阴极射线及其本质，了解电子及其比荷。(物理观念) 2．知道原子的核式结构模型及原子核的大小与所带的电荷。(物理观念) 3．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。(科学思维) 4．探究阴极射线的本质，理解α粒子散射实验，揭示实验本质，得出结论。(科学探究) 1　电子的发现 2　原子的核式结构模型 2 问题式预习 知识点一　电子的发现 1．阴极射线：科学家在研究____________放电时，发现真空度很高的玻璃管阴极会发射出的一种射线。阴极射线带有_________。 2．比荷：带电粒子的_________与______的比值，它是带电微粒的基本属性之一。 稀薄气体 负电荷 电荷量 质量 1　电子的发现 2　原子的核式结构模型 3 3．阴极射线的粒子：该粒子的电荷与_________的电荷大小基本上是相同的，但比荷是氢离子的________多倍。汤姆孙将这种粒子命名为电子。 4．元电荷：能独立存在的______电荷。电子所带的电荷就是元电荷。元电荷的电荷量e＝________________。 氢离子 1 000 最小 1.6×10-19 C 4 [科学思维] 1．阴极射线的产生原理是什么？ 提示：在真空放电管的两极加高电压，使得在两极间产生强电场，阴极中的电子受到足够大的电场力作用而脱离阴极，成为高速运动的电子流，即阴极射线。 2．玻璃管壁上出现的淡淡的荧光就是阴极射线吗？ 提示：不是。玻璃管壁上的荧光是由玻璃受到阴极射线的撞击而引起的。 知识点二　原子的核式结构模型 1．汤姆孙原子模型：汤姆孙于1904年提出了一种原子模型，他认为原子是由_________构成的一个密度均匀的球体，______“镶嵌”其中，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、______、显微镜和_________。 正电荷 电子 金箔 荧光屏 (2)实验现象 ①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿______的方向前进或只发生很小的偏转。 ②少数α粒子发生了_________偏转。 ③极少数α粒子偏转的角度_____________，有的甚至被“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。 3．核式结构模型：原子中间有一个体积______、带___电荷的核，而电子在核外______运动。 原来 大角度 大于90° 核式结构 很小 正 绕核 4．原子核的大小与所带的电荷 说明：原子直径与原子核直径相差十万倍之多，因此原子内部是十分“空旷”的。 5．模式模型与经典理论的差异 根据经典电磁理论，电子绕核运转，要向外发射_________，要辐射能量。最终原子不复存在，而实际上原子结构是稳定的。 [科学思维] α粒子发生大角度散射的原因是什么？有没有可能是与电子碰撞造成的？ 提示：α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射。碰撞前后，质量大的α粒子遇到电子，就像飞行的子弹遇到空气中的尘埃，因此不可能是与电子碰撞造成的。 电磁波 任务型课堂 任务一　电子的发现及微粒比荷的测定 [探究活动] 电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过“油滴实验”测出的。油滴实验的原理如图所示，两块水平放置的平行金属极板与电源连接，上、下极板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，油滴进入上极板中央小孔 后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到 油滴的运动情况。两金属极板间的距离为d， 忽略空气对油滴的浮力和阻力。 1　电子的发现 2　原子的核式结构模型 10 (1)如何判定油滴的电性？ 提示：调节两金属极板间的电势差，使油滴匀速运动，此时油滴所受电场力与重力平衡，根据金属极板的带电情况，判断油滴的带电情况。 (2)调节两金属极板间的电势差U，当U＝U0时，使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速运动，则该油滴所带电荷量q为多少？ 11 [评价活动] 1．(多选)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构成的 B. 电子的发现，说明原子具有一定的结构 C. 在电子被人类发现前，人们认为原子是构成物质的最小微粒 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 √ √ √ BCD　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，故选项A错误，B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是构成物质的最小微粒，故选项C正确；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带正电的部分，故选项D正确。 2．如图所示，一真空玻璃管中有从左向右的可能是电磁波或某种粒子流形成的射线，若在其下方放一通电直导线AB，射线发生如图所示的偏转，AB中的电流方向由B到A，则该射线的本质为 (　　) A. 电磁波 B. 带正电的高速粒子流 C. 带负电的高速粒子流 D. 不带电的高速中性粒子流 √ C　解析：射线在电流形成的磁场中发生偏转，即可确定该射线是由带电粒子构成的粒子流。根据安培定则可知，玻璃管中的磁场方向垂直于纸面向里，粒子向下偏转，洛伦兹力方向向下，由左手定则可知粒子带负电，选项C正确。 4．在汤姆孙测定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、P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中心出现荧光斑。若在D、G间加方向向下、电场强度为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区域加一垂直于纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)，荧光斑恰好回到荧光屏中心F，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为θ。 (1)说明阴极射线的电性； (2)说明D、G区域内磁场沿什么方向； (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上偏转，因此所受电场力方向向上，又因为匀强电场方向向下，则所受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下的洛伦兹力，则由左手定则得磁场的方向垂直于纸面向里。 1．电子的发现 (1)英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转。 (2)密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。 任务二　α粒子散射实验及原子的核式结构模型 [探究活动] 如图所示为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图。 23 (1)该实验中为什么用金箔作靶子？ 提示：金的延展性好，可以做得很薄，而且金的质子数大，产生的库仑力大，偏转明显。 (2)当把荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，相同时间内观察到哪个位置荧光屏上的闪光次数最多？ 提示：在A处时相同时间内观察到荧光屏上的闪光次数最多。 [评价活动] 1．(多选)关于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. 原子核直径的数量级是10-10 m √ √ AB　解析：因为原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，而原子核又很小，所以原子内绝大部分区域是“空”的，A正确，C错误；电子绕原子核的圆周运动是由原子核与电子间的库仑引力提供向心力的，B正确；原子核直径的数量级是10-15 m，原子直径的数量级是10-10 m，D错误。 2．α粒子散射实验又称金箔实验或卢瑟福α粒子散射实验。通过该实验，我们可以知道 (　　) A. 该实验证实了汤姆孙的“西瓜模型”是正确的 B. 大多数α粒子穿过金箔后，其运动方向受到较大的影响 C. 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 D. 占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围内 √ D　解析：正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子“镶嵌”其中是汤姆孙的观点，卢瑟福设计的α粒子散射实验证明了带正电的那部分物质占原子质量的绝大部分，且集中在很小的空间范围内，从而证明汤姆孙的“西瓜模型”是错误的，故A、C错误，D正确；当α粒子穿过原子时，电子对α粒子的影响很小，影响粒子运动的主要原因是原子核对α粒子有库仑力作用，离核远的α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小，只有当α粒子与原子核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力，而原子核很小，α粒子接近它的概率就很小，所以只有极少数α粒子发生大角度的偏转，而绝大多数α粒子基本沿原来方向前进，故B错误。 3．如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。下列说法正确的是 (　　) A. 在图中的A、B两位置分别进行观察，相同 时间内观察到屏上的闪光次数一样多 B. 在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光 C. 卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似 D. α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后反弹 √ C　解析：α粒子散射实验的现象是绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度散射，极少数α粒子偏转的角度大于90°，所以A处观察到的闪光次数多，B处观察到的闪光次数少，选项A、B错误；卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，选项C正确；α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，选项D错误。 A. α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流 B. 实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内 C. α粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对α粒子的作用引起的 D. α粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对α粒子的斥力引起的 √ D　解析：α粒子是从放射性物质中发射出来的氦核，A错误；若原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内，α粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动的影响不会很大，不会出现大角度偏转的实验结果，B错误；电子对α粒子速度大小和方向的影响可以忽略，C错误；原子核带正电，体积很小，但几乎占原子的全部质量，电子在核外运动，当α粒子进入原子区域后，大部分离原子核很远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不变，只有极少数α粒子在穿过时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角度散射，D正确。 1．α粒子散射实验现象 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，还有极少数粒子的偏转角度甚至大于90°。 2．实验现象分析 (1)在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子不偏转，说明原子内部绝大部分是空的。 (2)有少数α粒子发生大角度偏转，这一定不是与电子作用的结果，而是与原子中质量大的部分作用的结果。 (3)大角度偏转的α粒子数很少，说明原子中质量大的部分体积很小，只有少数α粒子接近这部分时，才发生大角度偏转。 3．实验结论 原子中所有正电荷和几乎全部质量都集中在很小的核上，原子中绝大部分是空的，电子在核外绕核旋转。 任务三　α粒子散射实验中的受力和能量转化问题 1．如图所示，实线表示金原子核电场的等势面，虚线表示α粒子在金原子核电场中散射时的运动轨迹。设α粒子通过a、b、c三点时的速度分别为va、vb、vc，电势能分别为Epa、Epb、Epc，则 (　　) A. vb>va>vc，Epb<Epa<Epc B. vb<vc<va，Epb<Epa<Epc C. vb>va>vc，Epb>Epa>Epc D. vb<va<vc，Epb>Epa>Epc √ 36 D　解析：金原子核和α粒子都带正电，α粒子在接近金原子核的过程中，不断克服库仑斥力做功，它的动能减小，速度减小，电势能增加；α粒子在远离金原子核的过程中，库仑斥力不断对它做正功，它的动能增大，速度增大，电势能减小。因此这三个位置的速度大小关系和电势能大小关系分别为vb<va<vc，Epb>Epa>Epc。故正确答案为D。 2．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是 (　　) A. 绝大多数α粒子经过金箔后，发生了大角度的偏转 B. α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少 C. α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能也增大 D. 对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小 √ D　解析：绝大多数α粒子经过金箔后，方向不发生改变，只有少数粒子发生了大角度的偏转，选项A错误；α粒子在接近原子核的过程中，库仑斥力做负功，则动能减小，电势能增大，选项B错误；α粒子离开原子核的过程中，库仑斥力做正功，则动能增大，电势能减小，选项C错误；对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小，选项D正确。 3．卢瑟福的α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动的点电荷。如图所示，某次实验中，高速运动的α粒子与位于O点的金原子核作用，实线表示α粒子运动的轨迹，M和N为轨迹上的两点，N点比M点离核远，则 (　　) A. α粒子在M点的加速度比在N点的小 B. α粒子在M点的速度比在N点的小 C. α粒子在M点的电势能比在N点的小 D. α粒子从M点运动到N点，库仑力对它做的总功为负功 √ 答案：(1)见解析　(2)4×10-14 m 2．库仑力对α粒子的做功情况 (1)当α粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加。 (2)当α粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减小。 3．α粒子的能量转化 仅有库仑力做功时，能量只在电势能和动能之间相互转化，而总的能量保持不变。 46 本节课掌握了哪些考点？ 本节课还有什么疑问点？ 47 谢 谢！ 48 $