4.3原子的核式结构模型 课件 -2024-2025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 学习目标： [物理观念]知道阴极射线及本质，了解电子及其比荷，知道原子的核式结构模型及原子核的电荷与尺度。　 [科学思维]掌握电子的电荷量、原子的核式结构模型，能够通过科学推理解决相关的问题。　 [科学探究]探究阴极射线的本质，理解α粒子散射实验，揭示实验本质，得出结论，体会科学家的探索方法，提高观察与实验的能力。　 [科学态度与责任]通过学习体验科学家探索科学的艰辛，坚持实事求是的科学态度，培养积极探索科学的兴趣。 问题：这种射线的本质是什么呢？ 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，阴极就发射出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线的本质是什么呢？ 一、电子的发现 阴极射线的本质到底是什么呢？ 如果阴极射线是一种带电微粒，你认为可以通过什么实验来证明呢？ J.J.汤姆孙（Jospeh John Thomson，1857-1940） 英国物理学家，电子的发现者 气体放电管 阴极 阳极 带标尺的荧光屏 1897 年，J. J. 汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。比荷是氢离子（也就是质子）比荷的近两千倍。J. J. 汤姆孙认为，这可能表示阴极射线粒子电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。后来，他直接测到了阴极射线粒子的电荷量， 尽管测量不很准确，但足以证明这种粒子电荷量的大小与氢离子大致相同，这就表明他当初的猜测是正确的。 汤姆孙进一步发现，用不同材料的阴极做实验， 所得比荷的数值都是相同的。这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。 组成阴极射线的粒子被称为电子。 电子电荷量的测量 密立根油滴实验 电子电荷的精确测定是在1909〜1913年间由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。目前公认的电子电荷e的值为e＝ 1.602176634×10-19C 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m＝ 9.10938356×10-31kg 带电粒子的电荷量与其质量之比，即比荷，是一个重要的物理量。 二、原子的核式结构模型 1.汤姆孙——西瓜模型 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。 元素周期律 阴极射线 光谱线    后来实验中发现，高速运动的电子很容易穿透原子，说明原子不是实心球体，这个模型可能不正确。 2.a粒子散射实验 卢瑟福 a粒子 金箔 ①实验材料的选择 a粒子: 氦原子核 ma=4mH =7300me 容易获得 ，能量较大 ，容易观察 金箔： 延展性高，减少二次碰撞； m金>ma ②实验原理和实验装置 ＊M是一个带有光屏S的放大镜，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。 ＊R是被铅块包围的a粒子源 ＊F是金箔：接收α粒子的轰击 当a粒子打到金箔时，发生了a粒子的散射。统计散射到各个方向的a粒子所占的比例，可以推知原子中电荷的分布情况。 思考与讨论 1.a粒子射入金箔时难免与电子碰撞。试估计这种碰撞对a拉子速度影响的大小 2.按照汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。 请分析：a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。 碰撞前后，质量大的α粒子速度几乎不变。只可能是电子的速度发生大的改变，因此不可能出现反弹现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角度散射。 ③实验结果 ＊绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍按原来方向前进 ＊少数a粒子粒子发生了大角度偏转 ＊极少数偏转角度甚至大于90。，就像被弹回来了一样 这就好像你朝一张卫生纸射出一发炮弹，炮弹却弹回来打中你一样。 3.对a粒子散射实验的解释 ①粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？ 大角度的偏转不可能是电子造成的，因为它的质量只有a粒子的 它对a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。 ②那有没有可能是由于穿过多层原子造成偏转角度增大呢？ 计算表明，由于每次的偏振方向都是随机的，最终发生大角度偏转的概率非常小，反弹的几率只有10-3500。 但实验中反弹的几率有 ③西瓜模型能否解释大角度偏转呢？ 按照汤姆孙的“西瓜模型”正电荷在原子内部均匀分布，α粒子穿过原子时，收到的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。 西瓜模型，虽然能够解释绝大多数的α粒子基本上仍沿原方向进行，但是却无法解释大角度散射的实验结果。 ④卢瑟福对a粒子发生大角度偏转的解释 a粒子 a粒子在原子中某个地方遇到了质量，电量均比他们本身大的多的物体，而这种遇上的概率又很小。 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内。 a粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度偏转。 ⑤卢瑟福——核式结构模型 原子核 ＊带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动 ＊在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核 ＊原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 a粒子 原子核 三、原子核的电荷与尺度 1.电子数与原子序数 原子核所带正电荷数=核外电子数=该元素在周期表内的原子序数 由于原子是电中性的，原子核所带正电荷数等于电子数。 科学家们注意到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。这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数排列的。 原子核的半径是很难测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。α粒子散射可以用来估算核半径。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。 原子内部是十分“空旷”的 通常用核半径描述核的大小 2、原子核的尺度 核半径的数量级为10-15 m 原子半径的数量级是10-10 m 1．对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有（　　） A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜 B．金箔的厚度对实验无影响 C．如果不用金箔改用铝箔，仍会发生散射现象 D．实验装置放在空气中和真空中都可以 AC 2．关于电子的发现，下列叙述中正确的是（　　 ） A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 B．电子的发现，说明原子具有一定的结构 C．电子是第一种被人类发现的微观粒子 D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象 BCD 3．关于原子的核式结构学说，下列说法正确的是（　　） A．原子中绝大部分是“空”的，原子核很小 B．电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力 C．原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里 D．原子核的直径约是10－10 m AB 课堂小结 一、阴极射线：高速电子流。 二、电子的发现：汤姆孙发现阴极射线的本质是电子，并求出了电子的比荷；密立根油滴实验测出电子电荷的数值。 三、原子核式结构模型 1.卢瑟福α粒子散射实验：①大部分α粒子穿过金箔时离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响；②少数α粒子从核附近飞过，明显受到原子核的库伦斥力而发生大角度的偏转；③极少数α粒子撞到原子核而反弹. 2.原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。 3.原子核的电荷和尺度，原子核半径：10-15m，原子半径：10-10m。 $$