4.3 原子的核式结构模型 课件 -2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

4.3 原子的核式结构模型 目录 电子的发现 原子的核式结构模型 原子核的电荷与尺度 1. 电子的发现 汤姆孙发现电子(1897，研究阴极射线) 电子的荷质比测量： 加垂直方向的磁场，使电子偏回到S点。 去掉磁电场E，电子将做圆运动，通过偏转可测出圆半径 阴极射线的荷质比是氢离子的千倍以上！ 电子电量和质量(1910) 实验发现：电量量子化 证明电子存在的普遍性 J.J.汤姆逊用不同材料做阴极，并用不同的气体做实验，结果荷质比具有同一数量级，证明各种条件下得到的都是同样的带负电的粒子流，与电极材料无关，与气体成分也无关。 1897年发表论文《论阴极射线》，“阴极射线的载荷子比起电解的氢离子，m/e小的多。原因可能是m小或e大或兼有之” 他从勒纳德实验结果知道，阴极射线在空气中的穿行距离可达1厘米，而空气分子的平均自由程仅有10-5厘米，因此阴极射线的质量一定比空气分子小的多。 2. 原子的核式结构模型 枣糕模型 思考，汤姆孙提出的枣糕模型，有哪些特点 汤姆孙模型 电子镶嵌在原子内部 卢瑟福的α粒子散射实验 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 请大家看图说明 如果原子满足汤姆孙模型 那么会观察到什么实验现象？ 卢瑟福的行星模型---核式结构 1909年，卢瑟福和盖革、马斯顿，用氦核轰击厚度为10-6米的金箔(α散射实验)。起初盖革什么现象也没看到，卢瑟福告诉他要仔细观察：“要多看细看，实验要重复几十次、几百次、几千次，才能发现偶然的现象。”结果，实验测得散射角大于900的比例约为1/8000。根据汤姆逊模型，α粒子的大角偏折是多次小偏折积累造成的。其概率约为1/103500。实验结果和模型明显不符。 卢瑟福说:“犹如一发15寸的炮弹去轰一张薄纸，而炮弹却掉过头来击中你自己一样。” 为了解决这一矛盾，卢瑟福放弃比汤姆逊模型，利用长冈半太郎的土星模型进行计算，结果与实验值基本相符。于是1911年发表了《物质的α粒子和β粒子的散射和原子结构》的论文，提出原子的有核模型。在论文中他写到：“经过思考，我认为反向散射必定是单次碰撞的结果，而当我作出计算时看到，除非采取一个原子的大部分质量集中在一个微小的核内的系统，是无法得到数量级的任何结果的，这就使我后来提出原子具有很小而质量很大的核心的想法。” 卢瑟福散射的假设 2、金原子静止不动 3、 粒子单次散射 4、金原子单原子散射 5、核外电子作用可忽略 1、只发生库仑相互作用 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 卢瑟福模型的实验验证 通过对α粒子的散射实验结果的分析和计算，卢瑟福得出结论：“一切原子都有一个核，它的半径小于10-12厘米，原子核带正电，它的电荷是+Ze，原子的半径为10-8厘米，电子的位置必须扩展到以核为中心、半径为10-8厘米的球内或球面上；为了构成平衡，电子必须象行星一样绕核旋转着。” 1911-1913年间盖革和马斯顿在卢瑟福指导下做了一系列α粒子的散射实验，“记录下了100000次以上的闪烁，所有结果都和卢瑟福理论符合的很好，结果都证明：原子中心有很强的电荷，这个中心比原子直径要小的多。” 卢瑟福和盖革在实验室 3.原子核的电荷与尺度 由不同元素对α 粒子散射的实验数据可以确定不同元素原子核的电荷量 Q。 又由于原子是电中性的,可以推算出原子内含有的电子数。 对于一般的原子核,实验确定的核半径的数量级为 10-15 m 而整个原子半径的数量级是 10-10 m 两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。 思考与练习 1. α 粒子穿越金箔时发生散射的原因是什么? 2. 原子的核式结构模型与“枣糕模型”的主要区别是什么? 3. 简述“枣糕模型”与 α 粒子散射实验之间的矛盾。 $