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 欧内斯特·卢瑟福，英国著名物理学家，知名为原子核物理学之父。学术界公认他为继法拉第之后最伟大的实验物理学家。 卢瑟福首先提出放射性半衰期的概念，证实放射性涉及从一个元素到另一个元素的嬗变。他又将放射性物质按照贯穿能力分类为α射线与β射线，并且证实前者就是氦离子。因为“对元素蜕变以及放射化学的研究”，他荣获1908年诺贝尔化学奖。 一、阴极射线 早在1858年，德国物理学家普吕克尔就发现了气体导电时的辉光放电现象。 赫兹 H.Rudolf Hertz 1857 ～ 1894 德国 认为阴极射线是一种“电磁波” J.J 汤姆孙 J.J Thomson 1857 ～ 1940 英国 认为阴极射线是一种“带电微粒” 一、阴极射线 3 3 （实物展示,介绍仪器） 下面我们先给大家介绍下一个很好玩的玻璃管： 1、玻璃管，内装极其稀薄的气体。 2、电极，接上高压电源的负极的一端称“阴极”，另一端则称为“阳极或对阴极” 3、演示: 接通高压电源后，从阴极会射出一种射线，撞在荧光板上发光，出现一条光带 这种射线最早是1858年由德国物理学家普吕克尔 J. Plucker 发现的，1876年另一位物理学家戈德斯坦E.Goldstein 命名其为 “阴极射线”吧 当时，对阴极射线的本质，也就是说，阴极射线到底是什么 这个问题，存在着泾渭分明的两种观点： 一种是以德国物理学家 赫兹 为代表，认为阴极射线是一种 “电磁波” 另一种是以英国的 J.J汤姆孙为代表，认为阴极射线是一种“高速粒子流” 很显然，一场科学的PK在所难免… [教师] 赫兹当时的主要证据有两点： A、他做过实验，看到阴极射线在电场中不偏转，由此判定不带电 B、他发现阴极射线能穿透薄铝片，当时认为没有比原子更小的粒子了，所以粒子是做不到的，只有波才可以。 [教师设疑提问]：相反，如果你是汤姆生的支持者，你觉得你必须证明那些事实，才能说服赫兹，才能在这场科学PK中获得成功？ <学生>带不带电、带什么样的电、带多少电荷量、质量有多大、速度有多大、动量、动能，等等。 今天，让我们一起重温100多年前，J.J 汤姆孙走过的艰难的、充满挑战却又充满发现乐趣的科学探索之路…. 汤姆孙实验：气体放电管 1.阴极C发出带电粒子,通过小孔AB形成阴极射线，到 达右端荧光屏上P1点。 一、阴极射线 一、阴极射线 2.金属板D1D2之间加电场E之后，射线发生偏转并射 到屏上P2处。由此可以推断阴极射线带负电。 一、阴极射线 3.再加垂直纸面向外的匀强磁场，抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到P1。 4.去掉D1、D2间的电场E，只保留磁场，阴极射线向上偏转。 一、阴极射线 汤姆孙发现用不同材料的阴极做实验，比荷数值都相同。说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成物质的共有成分。 屏幕 L D   ʋ0 θ 一、阴极射线 汤姆孙还由实验测得测阴极射线粒子的电荷量，尽管当时测量很不准确，但足以证明这种粒子的电荷量与氢离子大致相同，质量比氢离子小得多。 后来，把组成阴极射线的粒子称为电子。 一、阴极射线 电子电量：e=1.6×10－19 C （近似值） （美国科学家密立根通过“油滴实验”精确测定） 电子质量：me=9.1×10－31 kg（近似值） 质子质量与电子质量的比值: mp/me = 1836 电子带电量是最基本的带电单位——元电荷e 即任何带电体的电荷量只能是e的整数倍。 电荷是量子化的。 汤姆孙发现了电子，并且知道了电子带负电，由此，人们推断出原子中还必须有带正电的物质。那么这两种物质是怎样构成原子的？ 原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。 正电荷 电子 汤姆孙的西瓜模型 勒纳德在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。看来原子不是一个实心球体。 卢瑟福和他的学生：α粒子散射实验完全否定“西瓜模型”。 二、原子的核式结构模型 α粒子就是氦原子核,电子全部剥离,也就是He2+,相对质量为4。 二、原子的核式结构模型 粒子源，发射高速α粒子 接受α粒子轰击 自由转动，观察散射后不同方向粒子 绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进。少数发生了大角度的偏转，角度甚至大于90°，几乎被撞了回来。 二、原子的核式结构模型 粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞造成的？ 不可能，因为α粒子的质量是电子的7300倍。按照碰撞原理，电子对α粒予的影响完全可以忽略。 按照“西瓜模型”，α粒子穿过金原子后有没有可能发生大角度偏转？ 不可能，按照“西瓜模型”，正电荷是均匀地分布在原子内，α粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会相互抵消。 卢瑟福提出，占原子