4.3 原子的核式结构模型 课件-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦“原子的核式结构模型”，涵盖电子的发现、α粒子散射实验及卢瑟福核式结构模型等核心知识，通过汤姆孙气体放电管、α粒子散射实验装置等情境导入，以基础落实、微思考问题为支架，衔接从阴极射线研究到核式结构模型建立的知识脉络。 其亮点在于以科学思维（模型建构、科学推理）和物理观念为核心，通过情境探究（如阴极射线在电磁场中偏转分析、α粒子散射实验现象解释）和例题（比荷测量、散射能量转化计算），结合“枣糕模型”与核式结构模型对比，帮助学生深化对原子结构的认知，教师可利用分层练习提升教学效率。

第四章 3.原子的核式结构模型 学习目标 1.知道阴极射线是由电子组成的,电子是原子的组成部分,知道电子的电荷量。(物理观念) 2.了解J.J.汤姆孙发现电子的研究方法及蕴含的科学思想,领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。(科学思维) 3.知道α粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象。(物理观念) 4.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容,能说出原子核半径的数量级。(物理观念) 基础落实·必备知识全过关 基础转化·夯实基础提能力 学以致用·随堂检测全达标 目录索引 重难探究·能力素养全提升 基础落实·必备知识全过关 一、电子的发现 1.阴极射线 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,这种射线称为　　　 　。  2. J.J.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)用　　　　　　　的阴极做实验,所得比荷的数值都是　　　　的,是氢离子比荷的近两千倍。　 阴极射线 电场 磁场 负 不同材料 相同 (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　　　　。  等于元电荷的电荷量  大致相同 小得多 电子 3.电子的电荷量及电荷量子化 (1)电子电荷量:在1909~1913年间由　　　　　通过著名的　　　　　得出,目前公认的电子电荷e的值为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=9.109 383 56×10-31 kg,质子质量与电子质量的比值为 密立根 油滴实验 e的整数倍 1 836 【要点提示】 电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒,原子本身也有结构。 1.602 176 634×10-19 C 二、原子的核式结构模型 1.α粒子散射实验 (1) J.J.汤姆孙原子模型 J.J.汤姆孙于1898年提出了一种原子模型,他认为原子是一个　　　　, 　　　　　　弥漫性地均匀分布在整个球体内,　　　　镶嵌其中。  (2)α粒子散射实验 ①实验装置:α粒子源、　　　　、显微镜和　　　　　　。  ②实验现象 a.绝大多数α粒子穿过金箔后　　　　　　的方向前进。  b.少数α粒子发生了　　　　　　偏转。    能够解释一些实验现象,但有些现象也解释不了 球体 正电荷 电子 金箔 荧光屏 仍沿原来 大角度　 c.极少数α粒子偏转的角度　　　　　　,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J.J.汤姆孙的原子模型,建立了　　　　　　　　模型。 2.卢瑟福的核式结构模型 1911年,卢瑟福提出了自己的原子结构模型。原子中带正电部分的体积很小,但几乎占有全部　　 　,　 　　在正电体的外面运动。  大于90° 核式结构 质量 电子 三、原子核的电荷与尺度 电子数 质子 中子 质子 10-10 10-15 微思考·情境探究 情境1J.J.汤姆孙的气体放电管的示意图如图所示。 (1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时,发现阴极射线向下偏转,说明它带什么性质的电荷? (2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场,可以让阴极射线向上偏转? 提示 (1)阴极射线向下偏转,与电场线方向相反,说明阴极射线带负电。 (2)由左手定则可知,在金属板D1、D2之间单独加垂直于纸面向外的磁场,可以让阴极射线向上偏转。 情境2卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图如图所示。 (1)该实验中为什么用金箔作靶子? (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,哪个位置相同时间内观察到屏上的闪光次数最多? 提示 (1)金的延展性好,可以做得很薄;金的原子序数大,产生的库仑斥力大,偏转明显;原子核质量大,与α粒子“碰撞”过程几乎不动。 (2)在A处相同时间内观察到屏上的闪光次数最多。 情境3用α粒子轰击金箔,绝大多数粒子直接穿过,少数发生大角度偏转,个别甚至被反弹回来。该实验推翻了J.J.汤姆孙的原子结构模型。 (1)该实验名称是什么? (2)实验否定了哪种原子模型? 提示 (1)α粒子散射实验。 (2)J.J.汤姆孙的“枣糕模型”。 基础转化·夯实基础提能力 基础转化点1 电子的发现 AI解读通过比荷测定、带电性质分析,理解电子是原子的组成部分,打破“原子不可再分”的旧观念,形成科学发展史认知。 1.(多选)英国物理学家J.J.汤姆孙通过气体放电管对阴极射线进行实验研究,下列说法正确的是(　　) A.阴极射线在电场中偏向正极板一侧 B.阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同 C.不同材料所产生的阴极射线的比荷不同 D.J.J.汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量 AD 解析 阴极射线实质上就是高速电子流,所以在电场中偏向正极板一侧,A正确;由于电子带负电,所以其受力情况与正电荷不同,B错误;不同材料所产生的阴极射线都是电子流,所以它们的比荷是相同的,C错误;在J.J.汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量,最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根,D正确。 2.(多选)下列说法正确的是(　　) A.J.J.汤姆孙精确地测出了电子的电荷量 B.电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的 C.J.J.汤姆孙油滴实验更重要的发现是电荷量是量子化的,即任何带电体的电荷量只能是e的整数倍 D.通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e的值,就可以确定电子的质量 BD 解析 密立根油滴实验测出了电子的电荷量,故A错误,B正确;密立根通过油滴实验确定电荷量是量子化的,即任何电荷量只能是e的整数倍,故C错误;根据电子的比荷和电子电荷量e的值,可以确定电子的质量,故D正确。 基础转化点2 由α粒子散射实验现象分析原子内部结构 AI解读由绝大多数α粒子直射、少数大角度偏转,推理原子内部十分空旷、质量高度集中,是本节核心逻辑能力,常见于实验分析类情境。 3.在α粒子散射实验中,下列实验现象可能正确的是(　　) B 解析 当α粒子进入原子区域后,距离带正电的原子核远的α粒子受到的库仑斥力小,运动方向改变小。只有极少数α粒子在穿过时距离原子核很近,受到很强的库仑斥力,发生大角度偏转,故A错误,B正确;由库仑定律和原子核式结构模型可知,电子的质量只有α粒子的,它对α粒子速度的大小和方向的影响完全可以忽略,α粒子偏转主要是带正电的原子核造成的,故C、D错误。 4.用α粒子轰击金箔的实验装置如图所示,可用于研究α粒子散射情况。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J.J.汤姆孙的“枣糕模型”是正确的 C 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J.J.汤姆孙的“枣糕模型”是错误的,故D错误。 基础转化点3 “枣糕模型”和核式结构模型 AI解读能说出两种模型的核心区别,理解实验如何推动模型修正,体会物理模型在科学发展中的作用。 5.人们在研究原子结构时提出过许多模型,其中比较有名的是“枣糕模型”和核式结构模型,它们的模型示意图如图所示。下列说法正确的是(　　) A.α粒子散射实验与“枣糕模型”和核式结构模型的建立无关 B.科学家通过α粒子散射实验否定了“枣糕模型”,建立了核式结构模型 C.科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型,建立了“枣糕模型” D.科学家通过α粒子散射实验否定了“枣糕模型”和核式结构模型 B 解析 α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关,通过该实验,否定了“枣糕模型”,建立了核式结构模型。故选B。 6.(多选)对原子的认识,正确的是(　 　) A.原子由原子核和核外电子组成 B.原子核的质量就是原子的质量 C.原子核的电荷数就是核中的质子数 D.通过α粒子散射实验估算出的原子核半径的数量级为10-15 m ACD　 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和是原子的质量,故B错误;原子核的电荷数就是核中的质子数,故C正确;原子核半径的数量级是10-15 m,故D正确。 重难探究·能力素养全提升 命题角度一 带电粒子的比荷常见的三种测量方法 1.利用磁偏转测比荷:由qvB=m,只需知道磁感应强度B、带电粒子的速度v和偏转半径R即可。 2.利用电偏转测比荷:偏移量y=at2=,得,所以在偏转电场电压U、d、L已知时,只需测量v和y即可。 3.利用加速电场测比荷:由动能定理qU=mv2得,在加速电场电压U已知时,只需测出v即可。 例题1在再现J.J.汤姆孙观察阴极射线在电场和磁场中运动的实验中,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、B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间加上方向向上、电场强度为E的匀强电场,阴极射线将向下偏转①;如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面、磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画),荧光斑恰好回到荧光屏中心②,接着再去掉电场,阴极射线向上偏转③,偏转角为θ,试解决下列问题: (1)说明阴极射线的电性; (2)说明图中磁场沿什么方向; (3)根据L、E、B和θ,求出阴极射线粒子的比荷。 答案 (1)负电　(2)垂直纸面向外　(3) 解析 (1)由于阴极射线在电场中向下偏转,因此阴极射线受电场力方向向下,又由于匀强电场方向向上,则阴极射线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上的洛伦兹力,由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外。 (3)设此射线粒子电荷量为q,质量为m,当射线在D、G间做匀速直线运动时,有qE=Bqv。当射线在D、G间的磁场中偏转如图所示,有Bqv= 又有L=r·sin θ 解得。 【教你析题】 读取题干 获取信息 ① 阴极射线受到向下的电场力 ② 阴极射线做匀速直线运动 ③ 阴极射线受到向上的磁场力 【教你破题】 命题角度二 α粒子散射实验现象及解释 1.关于α粒子散射实验的相关问题 (1)α粒子的实质:α粒子He)是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子,实质是失去两个电子的氦原子核,带有两个单位的正电荷,质量约为氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍。 (2)实验装置 2.α粒子散射实验解析 (1)当α粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,α粒子就像穿过“一片空地”一样,无遮无挡,运动方向改变很小,因为原子核很小,所以绝大多数α粒子不发生偏转。 (2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时,才受到很大的库仑力作用,偏转角才很大,而这种机会很少。 (3)如果α粒子正对着原子核射来,偏转角几乎达到180°,这种机会极少。 3.原子的核式结构模型与原子的“枣糕模型”的比较 核式结构模型 “枣糕模型” 原子内部是非常空旷的,正电荷集中在很小的空间范围 原子是充满了正电荷的球体 电子绕核高速旋转 电子均匀嵌在原子球体内 例题2(多选)α粒子散射实验是1909年盖革和马斯顿在卢瑟福指导下于英国曼彻斯特大学做的一个著名物理实验。α粒子轰击金箔的轨迹如图所示。下列说法正确的是(　　) A.使α粒子发生明显偏转的力是原子核对α粒子的库仑引力F B.大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来方向前进 C.实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷及全部质量 D.实验表明原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分 BD 解析 在α粒子的散射实验中,大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来方向前进,使α粒子发生明显偏转的力是原子核对α粒子的库仑斥力,故A错误,B正确;实验表明原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分,原子中心的核带有原子的全部正电荷及几乎全部质量(不是全部质量,核外电子也有质量),故C错误,D正确。 例题3在α粒子散射实验中,根据α粒子与原子核发生对心碰撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小,现有一个α粒子以2.0×107 m/s的速度去轰击金箔,金原子的核电荷数为79。已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Ep=k,静电力常量k=9×109 N·m2/C2,α粒子质量为6.64×10-27 kg。求α粒子与金原子核间的最小距离(结果保留两位有效数字)。 答案 2.7×10-14 m 解析 当α粒子靠近原子核运动时,由于金原子核质量远远大于α粒子质量,可以认为金原子核不受碰撞的影响,α粒子的动能转化为电势能,达到最小距离时,α粒子的动能全部转化为电势能。 设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d,则有mv2=k,又q1=79e,q2=2e 解得d==2.7×10-14 m。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 1.(阴极射线实验)(多选)如图所示,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时,发现射线径迹下偏,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.如要使电子束的径迹向上偏,可以通过改变AB中电流的方向来实现 D.电子的径迹与AB中电流的方向无关 BC 4 解析 阴极射线带负电,由左手定则判断管内磁场垂直于纸面向里;由安培定则判断AB中电流的方向由B流向A,故A错误,B正确。AB中电流的方向改变,管内磁场方向改变,电子受力方向也改变,故C正确,D错误。 1 2 3 2.(α粒子散射实验)如图为α粒子散射的实验装置示意图。将显微镜先后置于图中的A点和B点,在这两点观察的时间相同,下列说法正确的是(　　) A.在B点一定观察不到闪光 B.在A、B两点观察到的闪光次数接近 C.在B点能观察到闪光,主要因为α粒子 通过金箔时与电子发生碰撞 D.在A点观察到的闪光次数远多于在B点观察到的,说明金原子内部非常空旷 D 4 1 2 3 4 解析 α粒子散射的实验中,α粒子穿过金箔后,绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进,少数α粒子发生大角度的偏转,极少数α粒子偏转角度大于90°,极个别α粒子反弹回来,所以在B点能观察到闪光,但次数远小于A点的,也表明金原子内部非常空旷,A、B错误,D正确;在B点能观察到闪光,并不是因为α粒子通过金箔时与电子发生碰撞,而是与原子核之间库仑斥力作用的结果,C错误。 1 2 3 C 3.(α粒子散射实验现象的分析)根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。α粒子散射图如图所示。图中实线表示α粒子的运动轨迹,则关于α粒子散射实验,下列说法正确的是(　　) A.图中发生大角度偏转的α粒子的电势能先减小 后增大 B.图中的α粒子反弹是因为α粒子与原子核发生 了碰撞 C.绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明带正电的原子核占据原子的空间很小 D.根据α粒子散射实验可以估算原子的大小 4 1 2 3 4 解析 题图中发生大角度偏转的α粒子所受的库仑力先做负功后做正功,电势能先增大后减小,故A错误;α粒子反弹是因为受原子核的库仑斥力作用,并未发生碰撞,故B错误;绝大多数α粒子沿原方向前进,说明带正电的原子核占据的空间很小,C正确;当α粒子最靠近原子核时,可以估算原子核的大小,无法估算原子的大小,D错误。 1 2 3 A 4.(原子结构)在卢瑟福α粒子散射实验中,少数α粒子发生大角度偏转的原因是(　　) A.原子的正电荷和绝大部分质量都集中在一个很小的核上 B.正电荷在原子中均匀分布 C.原子中存在着带负电的电子 D.原子核中有中子存在 4 1 2 3 4 解析 在卢瑟福α粒子散射实验中,少数α粒子发生大角度偏转的原因是原子的正电荷和绝大部分质量都集中在一个很小的核上,A正确;正电荷集中在原子核中,B错误;原子中存在着带负电的电子,质量太小不会影响α粒子的运动,C错误;少数α粒子发生大角度偏转,只能得知存在原子核,而不能得知有中子存在,D错误。 =　　　。  $