4.3 原子的核式结构模型 （同步课件）-2023-2024学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第三册）

§3 原子的核式结构模型 第四章 原子结构和波粒二象性 目录 CONTENTS 电子的发现 01 原子核的电荷与尺度 原子的核式结构模型 03 02 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。 这种未知射线称之为阴极射线。 思考与讨论： 阴极射线的本质是什么？ 电子的发现 01 一、电子的发现 1.实验装置：气体放电管 由阴极C发出的带电粒子通过小孔AB形成一束细细的阴极射线，它穿过两片平行的金属板D1D2之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上P1点。 汤姆孙的实验： 2.判断阴极射线是否带电 （1）阴极射线过电场实验 2.判断阴极射线是否带电 （2）阴极射线过磁场实验 3.阴极射线粒子比荷测量 （1）施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。 结论：所受电场力方向向下，粒子带负电。 3.阴极射线粒子比荷测量 （2）再加磁场抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到P1，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大小、方向合适的磁场。 结论：所加磁场垂直纸面向外，且电场力等于磁场力。 3.阴极射线粒子比荷测量 （3）阴极射线速度大小计算 电场力： 磁场力： 3.阴极射线粒子比荷测量 (4)去掉D1、D2间的电场E，只保留向外磁场B，阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧（r可以通过P3的位置算出）。 . . . . . . . . . . . . . . . . r 一、电子的发现 4.汤姆孙还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，它是构成各种物质的共有成分。 5.汤姆孙还由实验测得的阴极射线的比荷是氢离子的比荷近2000倍。后来，汤姆孙直接测到了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。 一、电子的发现 6.阴极射线的本质 （1）阴极射线的本质是电子。 （2）电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。 （3）电子的电荷量与氢离子的电荷量相同。 一、电子的发现 （1）第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出来的。电子电量为：e ＝ 1.602 176 634 × 10 -19 C 7.密立根油滴实验 （2）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： 原子的核式结构模型 02 思考与讨论： 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？ 二、原子的核式结构模型 1.汤姆孙的原子模型 原子是一个球体，里面充满了均匀分布的带正电的流体，电子镶嵌在正电荷液体中，就象枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为“枣糕模型”。 电子等间隔地排列在与正电球同心的圆周上，并以一定的速度做圆周运动从而发出电磁辐射，原子光谱所反映的就是这些电子的辐射频率。 正电荷 电子 二、原子的核式结构模型 2.α粒子散射实验 （1）实验装置： 二、原子的核式结构模型 2.α粒子散射实验 实验发现，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（约占 1/8 000 ）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. （2）实验现象： 思考与讨论： （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。 因为电子的质量只有α粒子的 ，它对α粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。 J.J.汤姆孙的模型无法解释大角度散射的实验结果。 二、原子的核式结构模型 3.卢瑟福的原子核式结构模型 原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。 原子核的电荷与尺度 03 三、原子核的电荷与尺度 对于一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10-15m，而整个原子半径的