4.3原子的核式结构模型 课件-2023-2024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 选择性必修第三册&第四章 原子结构和波粒二象性 授课教师：杨孝波 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，称为阴极射线。 这种射线的本质是什么呢？ 课堂引入 19世纪，对阴极射线本质的认识有两种观点 一种观点认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射（代表人物赫兹） 另一种观点认为阴极射线是带电微粒（代表人物汤姆孙）  赫兹 德国 汤姆孙 英国 课堂引入 思考1：如果是你，你将设计怎样的实验，来探究阴极射线的本质是电磁波还是带电粒子流？ 让阴极射线沿垂直场的方向通过电场或磁场，观察它是否偏转 阴极射线的本质是带电粒子流 阴极射线的本质是电磁波 发生了偏转 没有发生偏转 一、电子的发现—思考 J.J.汤姆孙自1890年对阴极射线进行了一系列的实验研究。 真空玻璃管 阴极 阳极 感应圈 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。 1.汤姆孙的实验 一、电子的发现—汤姆孙实验 2.实验过程：（在电场中的偏转） 一、电子的发现—汤姆孙实验 3.实验结论： 1、在金属板D1D2之间未加电场时，射线不偏转，射在P1点 2、施加如图电场后射线偏转，射在P2点 3、发现阴极射线是带负电的粒子 思考2：能不能求出阴极射线的速度大小？ 1.汤姆孙的实验 一、电子的发现—汤姆孙实验 阴极射线速度大小计算 电场力： 磁场力： 在两块金属板之间的区域再施加一个大小、方向合适的磁场抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到P1。 思考3：如何测定带电粒子的比荷（）？ 一、电子的发现—汤姆孙实验 阴极射线粒子比荷测量 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—汤姆孙实验 思考4：汤姆孙还发现用不同材料的阴极做实验比荷的数值都相同。这说明什么？ 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。 J.J 汤姆孙(英国) 1857 ～ 1940 汤姆孙为了确定电荷量和质量进一步的实验得到：阴极射线粒子的电荷量与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多 。 这种组成阴极射线的带电粒子被称为电子。 电子的电荷量是由谁测量出的？为什么说电荷是量子化的？ 一、电子的发现—汤姆孙实验 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的。 密立根实验发现： 电荷具有量子化的特征，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。 电子的电荷量e=1.6022×10－19 C 电子的质量m=9.1094×10－31 kg 质子质量是电子质量的1836倍 2、密立根油滴实验 一、电子的发现—密立根油滴实验 ——组成阴极射线的粒子称为电子. （1）电子的电荷量：e=1.60×10-19C （2）电性：负电 （4）电子的质量：me= 9.109 389 7×10-31kg. 通常取9.1×10-31kg. 小结：阴极射线的本质 （3）电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。 一、电子的发现—电子 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—思考 1、汤姆孙的原子模型 J.J 汤姆孙(英国) 1857 ～ 1940 枣糕模型（西瓜模型）—— 电子镶嵌在正电荷之中 正电荷均匀分布在球体中 原子是一个球体 这个模型不久就被实验事实否定了 二、原子的核式结构模型—汤姆孙模型 1903年勒纳德实验：使电子束射到金属膜上。 1、现象：较高速度的电子束很容易穿透原子。 2、推断：说明原子内部很空，或者说原子不是一个实心球体。 3、矛盾：与汤姆孙的原子模型（实心）不符。 说明汤姆孙的枣糕模型是有问题的，再后来卢瑟福α粒子散射实验则完全否定了汤姆孙的模型。 勒纳德（德国） 2、勒纳德实验 二、原子的核式结构模型—勒纳德实验 ③M显微镜带有光屏S，可以在水平而内转到不同的方向对散射的α粒子进行观察。 ①R是被铅块包围的α粒子源 ②F是金箔：接收高速α粒子的轰击 思考与讨论：依据汤姆孙的枣糕模型，预期的实验现象是的什么样？ α粒子特性： （1）具有足够的能量可以接近原子中心。 （2）可使荧光物质发光。 （1）实验装置： 3、α粒子散射实验 二、原子的核式结构模型—α粒子散射实验 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，由于受库仑斥力的作用，α粒子穿过原子时，受到的各个方向正电荷的斥力基本会相互平衡，因此对α粒子运动的影响不会很大。大部分α粒子会有小角度偏转，但不可能有大角度偏转。 （2）现象猜测： 二、原子的核式结构模型—α粒子散射实验 ①绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。 ③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少数α粒子（约占 ）发生了大角度偏转， 说明原子中绝大部分是空的。 α粒子受到较大的力作用。 好像α粒子与比它的质量大得多的物体发生了 “碰撞”。 （3）实验现象： 二、原子的核式结构模型—α粒子散射实验 ①J. J.汤姆孙的模型无法解释大角度散射的实验结果。 ②占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围。这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转。 ⑴大角度的偏转不可能是电子造成的 ⑵α粒子偏转主要是具有原子的大部分质量的带正电部分造成的 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。 （4）现象解释： 二、原子的核式结构模型—α粒子散射实验 4、卢瑟福——原子的核式结构模型 （3）带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动 （1）在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核 （2）原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 二、原子的核式结构模型—定义 原子是由带电荷＋Ze的核与核外Z个电子组成的，原子是电中性的，原子核所带正电荷数（质子数）等于电子数。各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数，非常接近它们的原子序数。 1.原子核的电荷、电子数、原子序数 Ze是原子核的电荷，单位是库仑；Z是原子序数，也是原子核的电荷数 2.原子核的表示方法 原子核的电荷数:电荷数(Z)=质子数=原子序数 原子核的质量数:质量数(A)=核子数=质子数+中子数 原子 原子核 核外电子 质子 中子 三、原子核的电荷与尺度 原子核的符号: X为元素符号，Z为质子数，A 为质量数。 核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数 质量数（A）＝核子数＝质子数＋中子数 H的三种同位素： 三、原子核的电荷与尺度 3.原子核的尺度 原子核式结构模型 露珠 原子核 体育场 原子 原子内部是十分“空旷”的 原子核半径数量级10-l5m 原子半径数量级10-l0m 三、原子核的电荷与尺度 课堂小结 1.汤姆孙发现组成阴极射线的粒子是电子，并利用电磁场测量比荷。 2.α 粒子散射实验 实验现象： 绝大多数α粒子运动方向不改变或发生很小的偏转； 少数发生较大角度偏转。 极少数偏转角度甚至超过90˚，有的甚至几乎达到180°。 实验结论：汤姆孙枣糕模型错误 3.卢瑟福核式结构模型 课堂总结 自主评价————————————————— 1．判断正误 (1)汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转证明了阴极射线带正电。(　　) (2)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。(　　) (3)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动。(　　) (4)原子核的电荷数等于核中的中子数。(　　) × × √ × 课堂练习 　在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏中心F点出现荧光斑。若在D、G间加上方向向下、场强为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，从D、G间射出时偏转角为θ。 试回答下列问题： 课堂练习 (1)说明阴极射线的电性； [答案]　(1)负电　 [解析]　(1)由于匀强电场方向向下，而阴极射线向上偏转，因此其所受电场力方向向上，即电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电。 课堂练习 (2)说明所加磁场沿什么方向； [答案]　(2)垂直纸面向里　 [解析]　(2)由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力，由左手定则得，磁场的方向垂直纸面向里。 课堂练习 (3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线粒子的比荷。 课堂练习 课堂练习 课堂练习 　1.如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将(　　) A．向纸内偏转　　　　 B．向纸外偏转 C．向下偏转 D．向上偏转 D 课堂练习 课堂练习 课堂练习 　 (多选)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景，图中实线表示α粒子运动轨迹。其中一个α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，α粒子在b点时距原子核最近。下列说法正确的是(　　) 课堂练习 A．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子 B．α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子运动到b时受到的库仑斥力较大 C．α粒子从a到c的运动过程中电势能先变小后变大 D．α粒子从a到c的运动过程中加速度先变大后变小 [答案]　BD 课堂练习 　3.(多选)如图所示为卢瑟福和他的学生们做α粒子散射实验的装置示意图。荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下列说法中正确的是(　　) 课堂练习 A．相同的时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多 B．相同的时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数只比放在A位置时稍少些 C．放在C、D位置时屏上观察不到闪光 D．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少 答案：AD 课堂练习 4．在α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子碰撞的影响，这是因为 (　　) A．α粒子和电子根本无相互作用 B．电子是均匀分布的，α粒子受电子作用的合力为零 C．α粒子在和电子碰撞过程中动量的改变量极小，可忽略不计 D．电子体积很小，α粒子碰撞不到电子 C 课堂练习 Lavf58.12.100 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$