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，通过居里夫人发现天然放射现象的历史情境导入，梳理电子发现揭示原子可分、α粒子散射实验否定枣糕模型、最终建立核式结构模型的脉络，形成完整探究支架。 此资料亮点在于深度融合科学思维与科学探究，通过模拟α粒子散射实验引导学生从现象反推结构，经历“证伪枣糕模型→建构核式模型”的推理过程，结合卢瑟福团队创新精神及华人科学家案例渗透科学态度，丰富的动画、视频资源与分层作业，助力学生建立微观尺度观念，提升教师教学效率。

教学设计：原子的核式结构模型——探索微观世界的“星空” 课题名称： 选择性必修三 第四章 原子结构和波粒二象性 节次： 第3节 原子的核式结构模型（建议2课时） 授课对象： 高中二年级学生 教学目标： 物理观念：知道发现电子的意义，了解原子的核式结构模型，知道原子和原子核大小的数量级，建立微观尺度的物质观念。 科学思维：理解α粒子散射实验的原理和思想方法；体会模型建构（从“枣糕”模型到“核式”模型）和科学推理（从实验现象反推内部结构）的过程，理解“实验-模型-新实验-新模型”的科学方法。 科学探究：经历或模拟α粒子散射实验的探究过程，学习如何从实验证据（散射现象）中得出结论。 科学态度与责任：感悟卢瑟福及其团队严谨求实、敢于突破的创新精神；体会科学探究需要大胆猜想与实验验证相结合。 教材分析： 本节是原子物理的核心内容，承接电子的发现，开启核式结构模型。重点是α粒子散射实验及其分析，以及核式结构模型的建立。难点是如何引导学生理解卢瑟福通过分析少数粒子的大角度散射推断出原子核的存在。教学应体现“实践→认识→再实践→再认识”的科学探究过程。 教学资源： 多媒体课件（含α粒子散射实验动画、电子发现及比荷测定视频、α粒子散射实验模拟程序）、导学案。 第一课时：电子的发现与α粒子散射实验 教学环节 教师活动 学生活动 活动目的 (对应核心素养) 用时 1. 基于情境，提出问题 1.展示居里夫人发现天然放射现象的历史图片或视频片段，引出“原子内部还有结构吗”的问题。 2.提问：原子是如此微小，科学家是如何“看到”它的内部结构的？人类对原子结构的认识经历了怎样的曲折过程？引出本节课的主题。 1. 观察图片或视频，感受科学探索的历程。 2. 思考问题，产生探究原子的内部结构的兴趣。 物理观念：激发对微观世界探索的好奇心。 科学态度与责任：了解人类认识是一个不断深化的过程。 5 min 2. 分析问题，展开探究 ①：电子的发现——原子是可分的 1. 讲述J.J.汤姆孙发现电子的历史背景（对阴极射线本性的研究）。 2. 引导学生分析：如何通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，判断它是带电粒子流？比荷的测定揭示了什么？ 3. 总结电子的发现：原子不是最小微粒，由更小的电子和带正电的部分构成。 1. 聆听历史，理解实验设计。 2. 思考并回答：阴极射线在电场中偏转，说明它带电；用不同材料做阴极，都能产生相同比荷的粒子，说明电子是原子的共有成分。 3. 记录笔记：电子的发现→原子具有结构。 科学探究：了解比荷测定等实验方法，感受实验与推理的力量。 科学思维：基于实验事实（电子存在）进行推理（原子内部有结构）。 10 min 3. 分析问题，展开探究 ②：从“枣糕”到“核式”的探索 1. 提出问题：原子内部正、负电荷如何分布？介绍J.J.汤姆孙的“枣糕模型”。 2. 介绍卢瑟福的创新思路：用高速α粒子轰击原子，通过观察其“反弹”来推测内部结构。这就是α粒子散射实验。 3.【核心实验】展示教科书图4.3-3 α粒子散射实验装置。讲解实验原理：α粒子源→金箔→荧光屏→显微镜，观察不同角度的α粒子数目。 4. 播放实验动画或视频，清晰展示实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，少数发生大角度偏转，极少数甚至被弹回。 1. 了解“枣糕”模型的内容。 2. 思考“为何要用高速粒子轰击”的物理思想。 3. 观察实验装置图，理解各部件作用。 4. 观看实验视频或动画，记录实验现象（用“绝大多数”、“少数”、“极少数”等关键词描述）。 科学思维：理解用“散射”方法研究微观结构的思想（看到现象→推测结构）。 科学探究：学习实验的设计思想和观察方法。 15 min 4. 意义建构，深度理解：现象背后的“为什么” 1. 引导分析：如果原子是“枣糕”模型，会发生什么？ 2. 提供脚手架进行分析： 电子质量太小，无法使α粒子大角度偏转。 正电荷均匀分布时，库仑力互相抵消，无法产生强力弹回。 3. 结论：“枣糕”模型被否定。 4. 引导学生从现象反推新模型：绝大多数α粒子直穿→原子内部大部分是“空”的。少数α粒子大角度偏转→原子内部有一个质量大、电荷量高的“核”。 1. 小组合作，尝试用“枣糕”模型推理，发现无法解释实验现象。 2. 在教师引导下，逐一分析现象背后的原因。 3. 推理归纳：原子内部绝大部分是空的，中心有一个体积很小、质量很大、带正电的“核”。 科学思维 (模型建构与论证)：通过亲手“证伪”一个模型，来“证实”新模型的合理性，培养批判性思维和逻辑推理能力。 13 min 5. 小结巩固，拓展应用 1. 总结本节课核心：电子的发现→原子可分；α粒子散射实验→否定“枣糕”模型。 2. 提问：卢瑟福是如何精确描述这个“核”的？我们下一节课继续。 1.整理笔记，形成初步的知识结构。 2. 思考问题，为下一节课做铺垫。 巩固新知，承上启下。 2 min 第二课时：核式结构模型的建立与原子核的尺度 教学环节 教师活动 学生活动 活动目的 (对应核心素养) 用时 1. 基于情境，提出问题 1. 回顾上一节课的核心结论：原子内部有一个“核”。 2. 提出新问题：这个“核”到底有多大？带多少电？它和电子如何构成稳定的原子？ 1. 回顾旧知。 2. 思考新的疑问，进入学习状态。 激活旧知，引出新的探究问题。 3 min 2. 分析问题，展开探究：核式结构模型的提出与解释 1. 介绍卢瑟福的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的原子核，它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间绕核旋转。 2. 展示原子核与原子大小对比的示意图，直观地让学生感受原子内部的“空旷”。 3. 引导学生用新模型重新“解释”α粒子散射实验的各种现象，巩固理解。 1. 理解并记忆核式结构模型的内容。 2. 观察示意图，感受原子核的“小”和原子的“空”。 3. 自己尝试用新模型解释实验现象，加深理解。 物理观念：建立“原子核式结构”这一重要的物质微观模型。 科学思维：学习用新模型解释旧事实。 12 min 3. 分析问题，展开探究：原子核的电荷与尺度 1. 讲述卢瑟福如何利用散射数据定量计算出原子核的电荷和大小。 2. 给出关键数据：原子核半径数量级约为 ，原子半径数量级约为 。原子核的半径是原子半径的十万分之一。 3. 介绍原子核的电荷数（原子序数）的意义，与元素周期表的内在联系。 1. 了解定量计算的过程。 2. 记忆关键数量级，形成清晰的尺度观念。 3. 理解原子序数的物理意义。 科学思维 (定量分析)：体会从实验数据到定量结论的严谨性。 物理观念：建立更精确的微观尺度观念。 10 min 4. 意义建构，深度理解：核式结构模型的成功与困难 1. 讲述核式结构模型的成功：完美解释α粒子散射实验，揭开了原子内部结构的秘密。 2.【引出矛盾】提问：如果电子绕核旋转，按照经典电磁理论，会发生什么？ 电子做加速运动，会辐射能量，轨道半径不断减小，最终落入原子核（原子不稳定）。辐射的电磁波频率连续变化，原子光谱应为连续谱（与事实不符）。 3. 总结：核式结构模型虽然伟大，但它与经典电磁理论发生了深刻的矛盾，这预示着需要一场新的革命（引出下一节：玻尔的原子模型）。 1.思考并感受核式结构模型的成功。 2.跟随教师思路，发现新模型带来的新问题。 3.认识到人类对原子结构的认识远未结束，科学探索是永无止境的。 科学态度与责任：理解科学发展的辩证性——成功的理论往往也蕴含着需要解决的新矛盾。 科学思维：培养从不同角度审视理论的能力。 10 min 5. 小结巩固，拓展应用 1. 【师生共结】师生一起用思维导图梳理本节知识结构： 电子发现（前提）→ α粒子散射实验（证据）→ 核式结构模型（结论）→ 模型意义与局限。 2. 【分层作业】 基础层：简述原子核式结构模型的内容及α粒子散射实验现象对应的结论。 提升层：完成课后练习题第 5题，计算并对比原子核与原子的大小比例，加深尺度感。 拓展层（德育渗透）：查阅资料，了解华人科学家（如赵忠尧、吴有训）在原子核和粒子物理领域的杰出贡献，写一篇200字的心得体会。 1. 梳理知识，完成思维导图。 2. 记录作业，课后完成。 课堂总结，实现知识结构化。 分层作业满足不同层次学生需求，并拓展学生视野，进行德育渗透。 10 min 板书设计（建议）： §4.3 原子的核式结构模型 一、电子的发现 (汤姆孙) 1.阴极射线 → 电子 (比荷测定) 2.意义：原子可分，有结构 (原子由电子和带正电的部分组成) 二、α粒子散射实验 (卢瑟福) 1.装置：α粒子源→金箔→荧光屏/显微镜 2.现象： （1）绝大多数α粒子：直穿 → 原子内部“空” （2）少数α粒子：大角度偏转 （3）极少数α粒子：被弹回 → 存在质量大、电荷高的“核” 3.结论：否定“枣糕”模型，提出核式结构模型 三、核式结构模型 1.内容：原子核 (很小，正电荷，几乎全部质量) + 核外电子 2.尺度：原子核 ：，原子 ： (原子核半径是原子的十万分之一) 3.成功：解释α粒子散射 4.困难：经典电磁理论无法解释原子稳定性和光谱线状谱 (引出玻尔理论) 四、科学方法 实验事实 → 建立模型 → 解释与预测 → 新的困难 → 新模型 (螺旋上升) 学科网（北京）股份有限公司 $