4.3原子的核式结构模型-2021-2022学年高二物理精品课件（2019人教版选择性必修第三册）

第四章 原子结构和波粒二象性 4.3原子的核式结构模型 晓峰物理 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？ 这种射线称为阴极射线（cathode ray）。对这种射线本质的认识有两种观点：一种观点认为，它是一种电磁辐射；另一种观点认为，它是带电微粒。如何用实验判断哪一种观点正确呢？ 情景引入 一、电子的发现 英国物理学家J. J. 汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流 1、汤姆孙实验装置及实验原理 阴极 ⑵阴极射线通过A、B形成一束细细射线。 ⑶D1、D2之间加电场（或磁场）检测射线的带电性质。 荧光屏 ⑴阴极射线的产生机理：管中残存气体分子中的正负电荷在强电场的作用下被“拉开”（即气体分子被电离），正电荷（即正离子）在电场加速下撞击阴极，于是阴极释放更多粒子流，形成了阴极射线。 阳极 缝隙 金属板 一、电子的发现 2、测定粒子的比荷 ⑴应用带电粒子在恒定电场中的偏转求比荷（电偏转） ①两极板C、D间无电场和磁场时，粒子将打在荧光屏上的O点。 ③在两极板间施加一个方向垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，则粒子在荧光屏上产生的光点又回到O点。 ②在极板间施加电压U（上正下负），离开极板区域的粒子将打在荧光屏上的P点 一、电子的发现 2、测定粒子的比荷 ⑵应用带电粒子在恒定磁场中的偏转求比荷（磁偏转） ①两极板C、D间无电场和磁场时，粒子将打在荧光屏上的O点。 ②在两极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则离开极板区域的粒子将打在荧光屏上的P点。 ③再在极板间施加电压U（下正上负）则粒子在荧光屏上产生的光点又回到O点。 一、电子的发现 3、汤姆孙发现电子 ⑴阴极射线的本质是带负电的粒子流。 ⑵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。 ⑶阴极射线粒子电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。 后来组成阴极射线的粒子被称为电子 电子的发现是物理学史上的重要事件。人们由此认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构。 一、电子的发现 4、密立根测电子电量 电子电荷的精确测定是在1909〜1913年间由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。目前公认的电子电荷e的值为： e＝ 1.602 176 634 × 10 -19 C 密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。 从实验测到的比荷及e的数值，可以确定电子的质量。现在人们普遍认为电子的质量为： me＝ 9.109 383 56 × 10 -31 kg 质子质量与电子质量的比值为： 通常情况下，物质是不带电的，因此，原子应该是电中性的。既然电子是带负电的，质量又很小，那么，原子中一定还有带正电的部分，它具有大部分的原子质量。请你设想一下，原子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的？ 汤姆孙——西瓜模型（枣糕模型） 原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。 这个模型能够解释一些实验现象。但德国物理学家勒纳德1903年做了一个实验，使电子束射到金属膜上，发现较高速度的电子很容易穿透原子。这说明原子不是一个实心球体，这个模型可能不正确。之后不久，α粒子散射实验则完全否定了这个模型。。 思考与讨论 二、原子的核式结构模型 α粒子是从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的快速运动的粒子，质量为氢原子质量的4 倍、电子质量的7300倍。 ⑴α粒子 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。 1、 α粒子散射实验 ⑵实验原理和实验装置 ③M显微镜带有光屏S，可以在水平而内转到不同的方向对散射的α粒子进行观察。 ①R是被铅块包围的α粒子源 ②F是金箔：接收α粒子的轰击 当α粒子打到金箔时，发生了α粒子的散射。统计散射到各个方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中电荷的分布情况。 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。 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。