7.1 原子结构 原子核的组成 课件 -2022-2023学年高二下学期（中职）物理高教版（2021）通用类

第一节 原子结构 原子核的组成 物理（通用类） 主题七 核能及其应用 同学们，大家好！今天我们一起来学习《物理》“主题七 核能及其应用”的“第一节 原子结构 原子核的组成”。 1 这个三叶形图标表示什么意思呢？ 【情境与问题】 我们在工厂、矿区、工地等地方工作或参观时，有可能看到带有如图所示三叶形图标的仪器。 我们看到该图标时，应该采取什么应对措施呢？ 2 主要内容 原子的核式结构模型 天然放射现象 1 2 本节我们要学习的主要内容。 3 01 PART 01 原子的核式结构模型 一、原子的核式结构模型 在 19 世纪以前，人们一直认为原子是组成物质的最小单元，是不可再分的。1897 年，英国物理学家汤姆孙（右图）通过对阴极射线的研究发现了电子，后来人们还发现在X射线使气体电离以及光电效应等现象中，都有电子从物质的原子中飞出。 5 一、原子的核式结构模型 由于原子整体是电中性的，所以可知原子内部除了电子，还有带正电的物质。这些带正电的物质和电子是怎样构成原子的，就成了当时物理学家们最关心的问题之一。 汤姆孙通过进一步的实验发现，电子带负电，质量比最小的氢原子质量小 1 000 倍以上，这就表明电子是原子的组成部分。 6 一、原子的核式结构模型 1898—1907 年，汤姆孙综合他的实验结果，提出了原子的枣糕结构模型假说并多次完善。他设想原子中的正电荷是均匀地分布在整个原子球体中，而电子却像枣糕里的枣镶嵌在原子中，如右图所示。 使用该假说虽然能解释原子为何呈现电中性等现象，但不久还是被新的实验事实否定了。 7 一、原子的核式结构模型 1909—1911年，英国物理学家卢瑟福（右图）做了用 α 粒子轰击金箔的实验，如下视频所示。 8 一、原子的核式结构模型 α 粒子散射实验的结果使卢瑟福感到很惊奇，因为按照汤姆孙原子模型假说，电子的质量很小，比 α 粒子的质量小得多，α 粒子碰到金原子内的电子，运动方向不会发生明显的改变，所以，汤姆孙原子模型假说是不正确的。 实验发现，绝大多数α粒子穿过金箔片后仍沿原来的方向前进，只有少数（约8 000分之一）α 粒子发生大角度的偏转，极少数 α 粒子的偏转角度几乎达到 180°。这个实验被称作 α 粒子散射实验。 电子的质量很小，比α粒子的质量小得多，α粒子碰到金原子内的电子，就像飞行的子弹碰到尘埃一样，运动方向不会发生明显的改变； 正电荷在原子内又是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到两侧正电荷的斥力大部分相互抵消，因而不可能发生大角度的偏转。 9 【思考与讨论】 与同学讨论，由绝大多数 α 粒子穿过金箔片后仍沿原来的方向前进这一现象，能推测出原子内部的结构可能是怎样的？ 由只有少数（约 8 000 分之一）α 粒子发生大角度的偏转这一现象，能推测出原子内部可能有怎样的结构？ 一、原子的核式结构模型 由极少数 α 粒子的偏转角度几乎达到 180°这一现象，能推测出原子内部可能有怎样的结构？ 10 一、原子的核式结构模型 实验发现，卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析研究，并受太阳系行星运行规律的启发，提出了原子的核式结构模型假说： 1. 在原子的中心有一个很小的核，称为原子核。原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内。 2. 带负电的电子在核外空间绕着原子核旋转。 3. 原子核所带的正电荷数等于核外的电子数，整个原子是电中性的。 11 一、原子的核式结构模型 根据卢瑟福原子模型的假说，可以很好地解释 α 粒子散射的现象，如下视频所示。 （视频） 大多数α粒子穿过原子时，离原子核的距离都相当远，原子核对它们的作用力很小，因此，它们仍然是沿直线前进的。 少数α粒子在穿过原子时，离原子核的距离较近，原子核对它们的排斥力较大，因此使它们发生偏转。 偏转角度大的α粒子极少，那是因为原子核非常小，α粒子非常接近原子核的概率很小。 12 一、原子的核式结构模型 如果把原子放大成一座能容纳万人的体育馆，那么原子核只相当于一个乒乓球。 根据 α 粒子散射实验，可估算出原子核的半径为 10－15～10－14 m，而原子的半径约为 10－10 m，所以，原子核的半径只相当于原子半径的万分之一，原子核的体积只相当于原子体积的万亿分之一。 13 一、原子的核式结构模型 1919 年，卢瑟福做了用镭放射出的 α 粒子轰击氮原子核的实验，他发现某些 α 粒子钻进了氮原子核，并把氮核内的一个粒子驱逐出来，使氮核变成一个新的原子核。 （视频） 14 一、原子的核式结构模型 为了了解这个从氮原子核里被驱逐出来的新粒子的性质，卢瑟福就在这个实验装置里加进电场和磁场，并根据它在电场和磁场中的偏转，测出了它的质量和电荷，从而确定了这个新粒子就是氢原子核，他把它称为质子。 以后，人们用同样