第4章 第3节 原子的核式结构模型 （word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第3节　原子的核式结构模型 核心素养导学 物理观念 (1)知道发现电子的意义。 (2)了解α粒子散射实验原理和实验现象。 (3)了解卢瑟福的原子核式结构模型，知道原子和原子核大小的数量级。 科学思维 认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程。 科学探究 知道电子的发现过程并对α粒子散射实验的过程和结果进行交流、评价、反思。 科学态度与责任 体会电子发现过程和α粒子散射实验中所蕴含的科学方法。 一、电子的发现 1．阴极射线：在研究稀薄气体放电时，由阴极发出的，能使玻璃管壁发出荧光的射线。 2．电子的发现 (1)汤姆孙的探究方法 ①让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转情况，证明它是带负电的粒子流并求出了其比荷。 ②换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍。 ③汤姆孙研究的新现象：如光电效应、热离子发射效应和β射线等。发现不论阴极射线、β射线、光电流还是热离子流，它们都包含电子。 (2)密立根“油滴实验” ①测得电子电荷量e的值为e＝1.602 176 634×10－19 C。 ②任何带电体的电荷都是量子化的，只能是e的整数倍。 (3)结论： 二、原子的核式结构模型 1．汤姆孙的原子模型 汤姆孙于1898年提出一种模型，他认为，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，有人形象地把汤姆孙的原子模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。 2．α粒子散射实验 (1)α粒子：从放射性物质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7 300倍。 (2)实验装置如图所示，整个装置处于真空中，其中：α粒子源R是被铅块包围的，它发射的α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在金箔F上。显微镜M带有荧光屏S，可以在水平面内转到不同的方向对散射的α粒子进行观察。被散射的α粒子打在荧光屏上会有微弱的闪光产生。通过显微镜观察闪光就可以记录在某一时间内某一方向散射的α粒子数。 (3)实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。 (4)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了原子的核式结构模型。 3．原子的核式结构模型 1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核，它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。 4．原子核的电荷与尺度 (1)原子核的电荷数非常接近它们的原子序数。 (2)原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。 (3)原子核的半径的数量级为10－15 m，而原子半径的数量级是10－10 m，可见原子内部是十分“空旷”的。 ,1.你能否设计一个实验来进行阴极射线的研究？能否通过实验现象来说明这种射线是一种电磁波还是一种高速粒子流？ 出现什么样的现象就可以认为这是一种电磁波？出现其他什么样的现象就可以认为这是一种高速粒子流？能否测定这是一种什么粒子？ 提示：电磁辐射是电磁波的辐射，若使阴极射线通过电场或磁场，看传播方向是否受其影响，若不受影响则可判定是电磁辐射，否则是粒子流；要准确判断粒子种类需要利用电磁场的偏转进行定量计算，测出粒子的比荷。 2．在探究原子结构的散射实验中，入射粒子用的是α粒子，试说明其中的原因。 提示：原子的结构非常紧密，用一般的方法无法探测它内部的结构。要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击。由于α粒子具有足够的能量，可以接近原子的中心，它还可以使荧光物质发光，如果α粒子与其他粒子发生相互作用，改变了运动方向，荧光屏便能够显示出它的方向变化。 3．由α粒子散射实验的结果为何可以说明原子核尺度很小，但几乎占有全部质量？ 提示：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，说明带正电荷部分很小，少数α粒子被“撞了回来”说明遇到了质量很大的部分。 新知学习(一)|电子的发现及其比荷的测定 [任务驱动] 如图所示为汤姆孙的气体放电管。 (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？ 提示：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)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：由左手定则可得，在金属板D1、D2之间单独加垂直纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转。　　　　 [重点释解] 1．对阴极射线本质的认识——两种观点 (1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射。 (2)粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流。 2．阴极射线带电性质的判断方法 (1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化