第4章 3 原子的核式结构模型(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第四章　原子结构和波粒二象性 3　原子的核式结构模型 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 预习案 必备知识·问题导学 01 探究案 关键能力·互动探究 02 知能达标训练 04 提升案 随堂演练·基础落实 03 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 01 预习案 必备知识·问题导学 栏目导航 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 阴极 阳极 阴 玻璃 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 比荷 负 电子 密立根 1.602 176 634×10－19 9.109 383 56×10－31 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 4 金箔 散射 比例 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 原来 大角度 大于 核式 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 质量 运动 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 原子序数 质子 中子 质子数 10-10 10-15 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 02 探究案 关键能力·互动探究 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 03 提升案 随堂演练·基础落实 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 04 知能达标训练 栏目导航 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 谢谢观看 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 [学业要求] 1．知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍。 2．领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。 3．了解α粒子散射实验原理和实验现象。 4．知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容。 5．知道原子和原子核大小的数量级，原子核的电荷数。 一、阴极射线 1．产生：在研究气体导电的玻璃管内有________和________两极，当在两极间加上一定电压时，______极便发出一种射线，这种射线就被称为阴极射线。 2．阴极射线的特点：碰到________就使其上出现淡淡的荧光。 二、电子的发现 1．1897年，J.J.汤姆孙在研究阴极射线时，测出了阴极射线粒子的________，并确定了其带______电，组成阴极射线的粒子称为________。 2．电子电荷的精确测定是在1909年至1913年间由__________通过著名的“油滴实验”做出的。该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。电子电荷的值为e＝______________________ C，从实验测得的比荷及e的数值，可以确定电子的质量me＝______________________ kg。 三、原子的核式结构模型 阅读教材，并回答： 1．教材图4.3­3所示α粒子散射实验的装置： (1)α粒子散射实验装置是由什么构成的？ (2)实验装置各部分的作用是什么？ 答案：(1)(2)略 2．在α粒子散射实验中通过放大镜观察到什么现象？ 答案：略 [概念·规律] 1．汤姆孙的“枣糕模型” 内容：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。 2．α粒子散射实验 (1)α粒子 α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，含有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的______倍。 (2)实验方法 用α粒子源发射的α粒子束轰击________，用带有荧光屏的放大镜，在水平面内不同方向对________的α粒子进行观察，根据散射到各方向的α粒子所占的________，可以推知原子中正、负电荷的分布情况。 (3)实验装置 (4)实验现象 ①绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿________的方向前进。 ②少数α粒子发生了__________偏转，极少数偏转的角度甚至________90°，它们几乎被“撞了回来”。 (5)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________结构模型。 3．卢瑟福的核式结构模型 1911年由卢瑟福提出，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部________，电子在正电体的外面________。 四、原子核的电荷与尺度 1．下列说法正确的是(　　) A．阴极射线本质是氢原子 B．阴极射线本质是电磁波 C．α粒子就是高速的电子 D．α粒子散射实验表明了原子的质量几乎全部都集中在原子核上 答案　D 2．(多选)下图是卢瑟福的α粒子散射实验装置示意图，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　) A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据 B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性 C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转 D．只有少数的α粒子发生大角度偏转 解析　α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)，是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据，A正确；依据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，B错误；发生α粒子偏转现象，主要是由于α粒子和原子核发生碰撞的结果，C错误；绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转，D正确。 答案　AD 探究点一　电子的发现 对阴极射线管装置及其射线的理解 (1)装置现象 真空玻璃管两极加上高电压→玻璃管壁上发出荧光。 (2)德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线。 (3)猜想 ①阴极射线是一种电磁辐射； ②阴极射线是带电微粒。 (4)英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转，得知射线带负电并测出了其比荷。 (5)密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。 (6)电子发现的意义 电子是人类发现的第一个比原子小的粒子。电子的发现打破了原子不可再分的传统观念，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构。这是人类对物质结构认识的一次飞跃，开创了探索原子结构奥秘的新时代。汤姆孙也由于发现了电子，不仅荣获了1906年诺贝尔物理学奖，而且被后人誉为“最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。 　在再现汤姆孙测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A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现光斑。若在D、G间加上方向向上、电场强度为E的匀强电场，阴极射线将向下偏转；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)，光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向上偏转，偏转角为θ，试解决下列问题： (1)说明阴极射线的电性； (2)说明图中磁场沿什么方向； (3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷。 [解析]　(1)由于阴极射线在电场中向下偏转，因此阴极射线受电场力方向向下，又由于匀强电场方向向上，则电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电。 (2)由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外。 (3)设此射线带电荷量为q，质量为m，当射线在D、G间做匀速直线运动时，有qE＝Bqv。当射线在D、G间的磁场中偏转时，如图所示，有Bqv＝eq \f(mv2,r)。同时又有L＝r·sin θ， 解得eq \f(q,m)＝eq \f(Esin θ,B2L)。 [答案]　(1)负电　(2)垂直纸面向外　(3)eq \f(Esin θ,B2L) 在例题中，荧光屏上画有正方形方格，去掉电场射线向下偏转，经过屏上 A 点，如图所示，其他条件不变。(匀强电场、匀强磁场范围限定在刻度“1”和“7”所在的竖直直线之间，且射线由刻度“1”所在位置进入该区域) (1)求该射线进入场区域时的初速度v； (2)已知正方形方格边长为d ，求该射线粒子的比荷eq \f(q,m)； (3)求带电粒子在磁场中运动到A点的时间。 解析　(1)射线被加速后在电场力和洛伦兹力共同作用下做匀速直线运动，根据平衡得qE＝qvB，解得射线被加速后的速度为v＝eq \f(E,B)。 (2)去掉金属板间电压后，粒子不再受到电场力，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，经过A点，则圆心为O点，半径为r，如图所示，则有(4d)2＝r2－(r－2d)2，解得r＝5d，因为洛伦兹力提供向心力，则r＝eq \f(mv,qB) 联立解得eq \f(q,m)＝eq \f(E,5dB2)。 (3)设粒子轨迹对应的圆心角为θ，根据几何关系可得sin θ＝eq \f(4d,5d)＝0.8，解得θ＝53°，带电粒子在磁场中运动到A点的时间为 t＝eq \f(53°,360°)×eq \f(2πr,v)＝eq \f(53πdB,36E)。 答案　(1)eq \f(E,B)　(2)eq \f(E,5dB2)　(3) eq \f(53πdB,36E) ●核心素养·思维升华 运用电磁场测定电子比荷的解题技巧 (1)当电子在复合场中做匀速直线运动时，eE＝evB，可以测出电子速度大小。 (2)当电子在匀强磁场中偏转时，evB＝meq \f(v2,r)，测出圆周运动半径，即可确定比荷。 (3)当电子在匀强电场中偏转时，y＝eq \f(1,2)at2＝eq \f(eUL2,2mv2d)，测出电子在电场中的偏转量也可以确定比荷。 1．如图所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的平行板电容器中，出电场时打在屏上P点，经测量O′P距离为Y0，求电子的比荷。 解析　由于电子在电场中做类平抛运动，沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动，满足Y0＝eq \f(1,2)at2＝eq \f(1,2)·eq \f(e\f(U,d),m) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,v0)))2＝eq \f(eUl2,2dmv02)，则eq \f(e,m)＝eq \f(2dY0v02,Ul2)。 答案　eq \f(2dY0v02,Ul2) 探究点二　对α粒子散射实验的理解 [交流讨论] 1．α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，这说明了什么？ 答案：原子内部是非常空旷的 2．α粒子出现大角度偏转有没有可能是与电子碰撞后造成的？ 答案：大角度的偏转不可能是电子造成的，因为它的质量只有α粒子的eq \f(1,7 300)，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。 3．实验中发现少数的α粒子发生大角度的偏转，极少数的个别α粒子甚至被弹回。这个现象能表明什么呢？ 答案：α粒子在原子中某个地方遇到了质量、电量均比它们本身大得多的物体，而这种遇上的概率又很小。这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度偏转。 4．在α粒子散射实验中，如图所示的运动轨迹中哪个轨迹是不可能存在的？ 答案：2和3 5．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。试分析α粒子穿过金箔沿哪些方向前进的可能性较大？最不可能沿哪些方向前进？ 答案：原来方向可能性较大　大角度的偏转甚至被弹回。 [归纳总结] 关于α粒子散射实验的相关问题 (1)α粒子的实质：α粒子(24He)是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核，带有两个单位的正电荷，质量约为氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍。 (2)实验装置 ①α粒子源：钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能α粒子，带两个单位的正电荷，质量约为氢原子质量的4倍。 ②金箔：特点是金原子的质量大，且易延展成很薄的箔。 ③放大镜：能绕金箔在水平面内转动。 ④荧光屏：荧光屏装在放大镜上。 ⑤整个实验过程在真空中进行，金箔很薄，α粒子很容易穿过。 (3)实验过程：α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子会改变原来的运动方向。带有放大镜的荧光屏可以沿图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目。 (4)α粒子散射实验的实验现象：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°。 　(多选)下图为卢瑟福做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和放大镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述对观察到的现象的说法中正确的是(　　) A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比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 [思路点拨]　根据α粒子散射实验的结果判断。 [解析]　α粒子散射实验的结果是：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α粒子发生了较大偏转，极少数α粒子被反弹回来。因此，荧光屏和放大镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，在相同时间内观察到屏上的闪光次数分别为绝大多数、少数、少数、极少数，故A、D正确。 [答案]　AD ●核心素养·思维升华 (1)解答与本节知识有关的试题，必须以两个实验现象和发现的识记为基础，并明确以下几点： ①汤姆孙发现了电子，说明原子是可分的，电子是原子的组成部分。 ②卢瑟福“α粒子散射实验”说明原子中几乎全部空间是空的，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上。 (2)根据原子的核式结构，结合前面所掌握的动能、电势能、库仑定律及能量守恒定律等知识，是综合分析解决α粒子靠近原子核过程中，有关功、能的变化，加速度、速度的变化所必备的基础知识。 2．下列关于“α粒子穿过金箔后”的描述正确的是(　　) A．绝大多数α粒子穿过金箔后，都发生了大角度偏转 B．少数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进 C．通过α粒子散射实验，确定了原子核半径的数量级为10－15m D．通过α粒子散射实验，确定了原子半径的数量级为10－15m 解析　绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进，少数α粒子穿过金箔后，发生大角度偏转，A、B错误；通过“α粒子散射实验”卢瑟福确定了原子核半径的数量级为10－15m，原子半径的数量级为10－10m，不是通过α粒子散射实验确定的，D错误，C正确。 答案　C 探究点三　原子的核式结构模型与原子核的组成 1．原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的对比 核式结构模型 枣糕模型 原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里 原子是充满了正电荷的球体 电子绕核高速旋转 电子均匀嵌在原子球体内 2．原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子序数。 3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。 4．原子核的大小：原子的半径数量级为10－10 m，原子核半径的数量级为10－15 m，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10－15。 　(多选)根据卢瑟福的原子的核式结构理论，下列对原子结构的认识，正确的是(　　) A．原子中绝大部分是空的，原子核很小 B．电子在核外运动，库仑力提供向心力 C．原子的全部正电荷都集中在原子核里 D．原子核的直径大约为10－10 m [解析]　卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型，提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核半径的数量级为10－15 m，原子半径的数量级为10－10 m，原子半径是原子核半径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷”的，核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引而绕核旋转，所以A、B、C正确，D错误。 [答案]　ABC 3．(多选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是(　　) A．原子是一个质量分布均匀的球体 B．原子的质量几乎全部集中在原子核内 C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内 D．原子半径的数量级是10－10 m，原子核半径的数量级是10－15 m 答案　BD 1．(多选)关于电子的发现，下列说法正确的是(　　) 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．在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒 D．电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分 解析　发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A错误，B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到，原子中应该还有其他带正电的部分，D正确。 答案　BCD 2．(多选)用α粒子撞击金原子核发生散射，下图中关于α粒子的运动轨迹正确的是(　　) A．a B．b C．c D．d 解析　α粒子受金原子核的排斥力，方向沿两者的连线方向，运动轨迹弯向受力方向的一侧，A、B错误；离原子核越近，α粒子受到的斥力越大，偏转越大，C、D正确。 答案　CD 3．下图为α粒子散射实验的示意图，放射源发出α粒子打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中①②③为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理正确的是(　　) A．在位置②接收到的α粒子最多 B．在位置①接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内 C．位置②接收到的α粒子一定比位置①接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大 D．若正电荷均匀分布在原子内，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差不多 解析　原子的内部是很空阔的，原子核非常小，所以绝大多数α粒子的运动轨迹没有发生偏转，则在位置③接收到的α粒子最多，所以A错误；在位置①接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内，所以B正确；位置②接收到的α粒子一定比位置①接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更小，因为在位置①α粒子速度反向运动，则动量的变化量更大，所以冲量更大，则C错误；若正电荷均匀分布在原子内，则α粒子与原子正面撞击，粒子最后反弹，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差较多，所以D错误。 答案　B 4．(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有(　　) A．原子的中心有个核，叫原子核 B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中 C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内 D．带负电的电子在核外绕着核旋转 解析　卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫作原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外空间绕着核旋转，由此可见，选项B错误，选项A、C、D正确。 答案　ACD 5．在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示，图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为五个区域，不考虑其他原子核对该α粒子的作用，下列说法正确的是(　　) A．α粒子受到引力 B．该原子核的位置可能在①区域 C．根据α粒子散射实验可以估算原子核大小 D．α粒子在P、Q间的运动为匀速圆周运动 解析　在α粒子散射实验中，α粒子经过某一原子核附近时受到库仑斥力作用，A项错误；若该原子核处于①区域，在α粒子受到库仑斥力后应该向区域②弯曲，所以该原子核的位置不可能在①区域，B项错误；根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小，C项正确；α粒子受到库仑斥力，在P、Q间的运动不可能为匀速圆周运动，D项错误。 答案　C $$