4.1 电子的发现与汤姆孙原子模型&4.2 原子的核式结构模型（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

物理选择性必修 第三册 第 4 章 原子结构 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道发现电子的意义。 2．了解α粒子散射实验的原理和实验现象。 3．知道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。 4．认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程。 体会电子发现过程中蕴含的科学方法。 1.通过对原子模型演变历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。 2．通过对原子结构认识的不断深入，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 [对应学生用书P58] 知识点一 物质结构的早期探究 必备知识/自主学习 1．古人对物质的认识 (1)我国古代认为万物是“五行”❶组成的。 (2)古希腊的亚里士多德认为，万物的本质是土、水、火、空气四种“元素”，天体则由第五种“元素”——“以太”构成。 (3)古希腊哲学家德谟克利特等人建立了早期的_______。 2．大约在17世纪中叶，人们开始通过实验来了解物质的结构 原子论 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 (1)1661年， 以化学实验为基础建立了科学的元素论。 (2)19世纪初， 提出了原子论，认为原子是元素的最小单元。 (3)1811年，意大利化学家 提出了分子假说，指出分子可由多个相同的原子组成。 知识点二 电子的发现和汤姆孙原子模型 1．电子的发现 (1)阴极射线：科学家在研究 放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光❷，这种射线称为 。 (2)汤姆孙对阴极射线本质的探究 通过使阴极射线粒子受到的静电力和洛伦兹力平衡等方法，确定了阴极射线粒子的本质是带 电的粒子流。后来组成阴极射线的粒子被称为 ➌。 玻意耳 阴极射线 电子 稀薄气体 道尔顿 阿伏伽德罗 2．汤姆孙原子模型➍ 汤姆孙认为，原子带 的部分充斥整个原子，很小很轻的 镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的 “葡萄干面包”模型。 正电 负 电子 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 知识点三 α粒子散射实验 1. 实验装置 2．实验方法 在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋(Po)，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 ➎上。α粒子穿过 后，打到环形荧光屏上，产生一个个闪烁的光点，这些光点可用显微镜观察到。 金箔 金箔 3．实验结果 α粒子穿过金箔后，仍沿 方向前进，但有 α粒子发生了 偏转，有 α粒子偏转角超过了 ，有的甚至被 ，α粒子被反射回来的概率有 。 绝大多数 少数 原来的 较大的 极少数 90° 原路弹回 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 知识点四 卢瑟福原子模型 1.核式结构模型 ❻ 2．原子的大小 (1)原子内部有一个很小的核，称为 ，原子的全部 及几乎全部的 都集中在原子核内， 在原子核外面运动。 (2)原子核式结构模型又被称为行星模型。 (1)原子直径数量级： 。 (2)原子核直径数量级： 。 原子核 正电荷 质量 电子 10-10m 10-15m 思考判断 1．玻意耳认为万物的本质是土、水、火、空气四种元素。( ) 2．α粒子散射实验中，绝大多数α粒子不能穿过金箔。( ) 3．原子的核式结构认为，α粒子散射试验中，原子核使α粒子发生了大角度偏转。( ) × × √ 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 批注❶：“五行”是指“金、木、水、火、土”五种基本“元素”。 批注❷：荧光是物质吸收光照或其他电磁辐射后发出的光。 批注❸：电子发现的意义 人们由此认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构，原子可再分。 批注➍：汤姆孙原子模型示意图 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 批注➎：使用金箔的原因 金的延展性好，可以做得很薄；另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显。 批注❻：原子与原子核的尺度 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 关键能力/互动探究 [对应学生用书P60] 探究点一　电子的发现与汤姆孙原子模型　　(物质观念之形成) ▶情境探究 如图所示的是汤姆孙的气体放电管，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？ 答案： 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。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 ▶探究归纳 1．阴极射线的本质是电子流。 2．带电粒子比荷的测定 (1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，如图甲所示，使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)，得到粒子的运动速度v＝ 。 (2)撤去电场，如图乙所示，保留磁场，让粒子在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝m ，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 3．汤姆孙原子模型 (1)电子的发现说明原子是由电子和其他物质组成。 (2)汤姆孙认为，原子带正电的部分充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的“葡萄干面包”模型(有的也称枣糕模型)。 (3)由以上两式确定粒子的比荷表达式： 。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 ▶对点例练 【例1】(2022·湖北仙桃中学高二月考)电子所带的电荷量(元电荷e)最先是由密立根通过油滴实验测量出的，图示为该实验装置的示意图，将两块水平放置的金属板A、B连接到电路中，用一个喷雾器把许多油滴从上板中间的小孔喷入电场，油滴从喷口出来时由于摩擦而带电。在实验中通过调节金属板间的电压，利用显微镜观察，找到悬浮不动的油滴。 实验时观察到某个悬浮不动的油滴直径为D，此时金属板A、B间的电压为U，两板间距离为d，已知油滴密度为ρ，重力加速度为g，不计空气浮力，则该油滴带________电(选填“正”或“负”)，所带电荷量的大小q＝________。(用题目中所给的物理量表示) 负 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 A. 若在D1、D2两极板之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的中心P1点 B．若在D1、D2两极板之间仅加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转 C．若在D1、D2两极板之间仅加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转 D．若在D1、D2两极板之间仅加上垂直于纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转 阴极射线是电子流，当D1、D2两极板之间不加电场和磁场时，因电子所受的重力可以忽略不计，阴极射线不发生偏转，将打到最右端的中心P1点，A正确；阴极射线在电场中偏转时应偏向D1、D2带正电的极板一侧，C正确，B错误；加上与电子运动方向垂直的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要发生偏转，D错误。 解析： 【例2】(多选)如图所示的是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是(　　) AC 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 (1)阴极射线的本质是高速电子流，在电磁场中运动时，所受电场力与洛伦兹力远大于所受重力，故研究电磁力对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响。 (2)应用左手定则时，要注意负电荷运动的方向与它形成的电流方向相反，即应用左手定则时负电荷运动的方向应与四指所指的方向相反 方法技巧 分析阴极射线的两点注意 [练1] 关于电子的发现，下列叙述中正确的是(　　) A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是可以再分的 B．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 C．电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷 D．电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的 D 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子是可以再分的，A错误；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，B错误；电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，C错误；电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的，D正确。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 探究点二　α粒子散射实验与卢瑟福原子模型　(科学思维之提升) ▶要点归纳 1．α粒子散射实验现象的分析 (1)核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。 (2)少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量比它本身大得多的物质的作用。汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射。 (3)绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内。 2．卢瑟福的原子核式结构模型 在原子的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里绕着核旋转。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 ▶对点训练 【例3】(2021·浙江高二期中)如图所示的是卢瑟福和他的同事们做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，下述说法中正确的是(　　) A．放在C位置时屏上观察不到闪光 B．放在D位置时屏上能观察到一些闪光，但次数极少 C．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最少 D．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时多 B 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 放在C、D位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少，说明极少数α粒子有较大偏折，可知原子内部带正电的体积小且质量大，故A错误，B正确；放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数α粒子基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故C错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，比放在A位置时少，说明较少α粒子发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故D错误。 解析： [练2](2022·福建莆田二中模拟预测)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示的是α粒子散射实验的图景，图中实线表示α粒子的运动轨迹，下列说法正确的是(　　) A．轨迹3是正确的 B．轨迹2是正确的 C．少部分的α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进 D．α粒子在轨迹3的电势能先减小后增大 A 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 本题考查α粒子散射实验。在α粒子散射实验结果中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，极少数发生超过90°的大角度偏转，越靠近原子核，轨迹偏转越大，而题图中轨迹2的偏转程度超过轨迹3，故轨迹2错误，轨迹3正确；在轨迹3，原子核对α粒子先做负功再做正功，所以α粒子电势能先增大后减小，A正确，B、C、D错误。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 (1)原子中心很小的原子核集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量。 (2)电子在原子核外做绕核运动。 方法技巧 原子模型 [练3](2022·河北承德高二月考)卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，开有小孔的铅盒里面包裹着少量的放射性元素钋。铅能够很好地吸收α粒子，使得α粒子只能从小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　) A．α粒子碰撞到了电子会反向弹回 B．极少数α粒子发生了大角度偏转 C．该实验为汤姆孙的“枣糕模型”奠定了基础 D．该实验说明原子具有核式结构，负电荷集中在原子中心 B 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 α粒子的质量远大于电子的质量，因此α粒子碰撞到了电子不会改变运动方向，A错误；极少数α粒子发生了大角度偏转，B正确；该实验为原子的核式结构模型奠定了基础，C错误；该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子中心，D错误。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) 答案： [练4](科技情境)测量电子比荷的一种精确测量方法是双电容法。如图所示，在真空管中由阴极K发射电子，其初速度可忽略，此电子被阳极A与阴极K之间的电场加速后穿过屏障D1上的小孔，然后依次穿过电容器C1、屏障D2和电容器C2，最后射到荧光屏F上。阳极A与阴极K之间的电压为U，在电容器C1、C2上加有完全相同的正弦式交流电压。C1、C2之间的距离为L。当交流电压的频率为f时，电子打在荧光屏上的亮点不发生偏转，由此可测得电子的比荷 为多少？ 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 解析： [练5] (科技情境)假设α粒子以速率v0与静止的电子或金原子核发生弹性正碰，电子质量 ，金原子核质量mAu＝49mα。求： (1)α粒子与电子碰撞后的速度变化； (2)α粒子与金原子核碰撞后的速度变化。 答案： (1)－2.7×10-4v0 (2)－1.96v0 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　电子的发现与汤姆孙原子模型 第2节　原子的核式结构模型 谢谢观看 ！ eq \f(1,8 000) eq \f(E,B) eq \f(v2,r) eq \f(q,m)＝ eq \f(E,B2r) eq \f(πρgdD3,6U) 由于油滴处于平衡状态，重力竖直向下，静电力与重力等大反向，由于金属板A为正极，电场方向与重力方向相同，故油滴带负电；油滴处于静止状态，有q eq \f(U,d)＝mg，其中m＝ρ· eq \f(4,3)πr3＝ρ· eq \f(4,3)π( eq \f(D,2))3，联立解得q＝ eq \f(πρgdD3,6U)。 eq \f(2f2L2,n2U)(n＝1，2，3，4…) eq \f(e,m) 设电子的质量为m，电荷量为e，电子经电场加速以后的速度为v0，根据动能定理得eU＝ eq \f(1,2)mv02 要使电子通过电容器C1、C2后打在荧光屏上的亮点不发生偏转，则电子在电容器C1、C2中运动时，电容器C1、C2的电压刚好为零。所以电子由C1运动到C2的时间为 t＝n eq \f(T,2)＝n eq \f(1,2f)(n＝1，2，3，4…)而t＝ eq \f(L,v0)，所以 eq \f(e,m)＝ eq \f(2f2L2,n2U)(n＝1，2，3，4…)。 me＝ eq \f(1,7 300)mα α粒子与静止的粒子发生弹性碰撞，动量和能量均守恒，由动量守恒定律得mαv0＝mαv1′＋mv2′， 由能量守恒定律得 eq \f(1,2)mαv02＝ eq \f(1,2)mαv1′2＋ eq \f(1,2)mv2′2， 解得v1′＝ eq \f(mα－m,mα＋m)v0， 速度变化Δv＝v1′－v0＝－ eq \f(2m,mα＋m)v0。 (1)α粒子与电子碰撞，将me＝ eq \f(1,7 300)mα代入得 Δv1≈－2.7×10-4v0。 (2)α粒子与金原子核碰撞，将mAu＝49mα代入得 Δv2＝－1.96v0。 $$