4.3 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（人教版2019）

原子结构和波粒二象性 第3节　原子的核式结构模型 第四章 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 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 （R）　 ⁠ 一、电子的发现 1．阴极射线：____发出的一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光。 2．汤姆孙的探究：根据阴极射线在电场和磁场中的____情况断定，它的本质是带____的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。组成阴极射线的粒子被称为电子。 必备知识 自主学习 阴极 偏转 负电 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 1.6×10－19 e 9.1×10－31 1 836 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 球体 正电荷 均匀分布 镶嵌 枣糕 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 α粒子源 金箔 真空 绝大多数 原来 少数 大角度 大于90° 撞了回来 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 核式结构 正 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 电子 原子序数 电子数 质子 中子 质子数 半径 10－15 10－10 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 必备知识 自主学习 × × × 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 √ × 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 1．对阴极射线的认识 (1)对阴极射线本质的认识——两种观点 ①电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射。 ②粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 甲 　　　 乙 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 AD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 BC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 AD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 ABD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 ABC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ C 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ BCD 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ AC 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 3．密立根实验：电子电荷的精确测定是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的值为e＝_____________C(保留2位有效数字)。 4．电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是__的整数倍。 5．电子的质量me＝____________kg(保留2位有效数字)，质子质量与电子质量的比值为＝_________。 二、原子的核式结构模型 1．汤姆孙原子模型：汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个 ↓ 　能够解释一些实验现象，但也解释不了一些现象 ____，______弥漫性地________在整个球体内，电子____其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“____模型”，如图所示。 2．α粒子散射实验 (1)α粒子散射实验装置由________、____、显微镜等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于____中。 (2)实验现象 ①________的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿____的方向前进； ②____α粒子发生了______偏转；极少数偏转的角度甚至__________，它们几乎被“________”。 (3)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________模型。 3．核式结构模型：原子中带__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。 三、原子核的电荷与尺度 1．原子核的电荷数：各种元素的原子核的电荷数，即原子内的____数，非常接近它们的________，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的______来排列的。 2．原子核的组成：原子核是由____和____组成的，原子核的电荷数就是核中的______。 3．原子核的大小：用核____描述核的大小。一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为_________m，而整个原子半径的数量级是______m，两者相差十万倍之多。 1．判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (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，电子的电荷量可以取任意数值。(　　　) (3)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹。(　　　　) (4)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。(　　　　) (5)原子核的电荷数等于核中的中子数。(　　　　) 2．(教材点拨P81)“思考与讨论” (1)α粒子质量比电子大得多，因此α粒子与电子碰撞时速度几乎不受影响。 (2)α粒子受到电荷的作用力后，沿直线前进的可能性最大，不可能发生大角度偏转。 探究点一___电子的发现 (2)阴极射线带电性质的判断方法 ①方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定阴极射线的带电性质。 ②方法二：在阴极射线所经区域加一个磁场，根据荧光屏上亮点位置的变化和左手定则确定阴极射线的带电性质。 (3)实验结果 根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电。 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，保留磁场，如图乙所示，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，由几何知识求出其轨迹半径r。 (3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：＝。 3．电子发现的意义 (1)电子发现以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒。 (2)现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分。 (3)电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的。 【例1】 (多选)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现(　　) A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧 B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同 C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同 D．汤姆孙并未精确得出阴极射线粒子的电荷量 阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确；由于电子带负电，所以其在磁场中的受力情况与正电荷不同，B错误；不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误；最早精确测出电子电荷量的是美国物理学家密立根，D正确。 [练1] 为了测定带电粒子的比荷，让带电粒子垂直于电场方向飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E，在通过长为L的两金属板后，测得偏离入射方向的距离为d。如果在两板间加垂直于电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直于粒子的入射方向，磁感应强度为B，则粒子恰好不偏离原来方向，求的值。 答案： 加速度a＝，仅加电场时有d＝·()2，加复合场时有Bqv0＝Eq，联立解得＝。 带电粒子的比荷常见的三种测量方法 (1)利用磁偏转测比荷：由qvB＝m得＝，只需知道磁感应强度B、带电粒子的初速度v和偏转半径R即可。 (2)利用电偏转测比荷：偏转量y＝at2＝·()2，故＝，所以在偏转电场U、d、L已知时，只需测量v和y即可。 (3)利用加速电场测比荷：由动能定理qU＝mv2得＝，在加速电场U已知时，只需测出v即可 探究点二___α粒子散射实验 1．实验背景：α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。 2．实验装置 (1)放射源：放出α粒子(He)。 (2)金箔：靶子。 (3)显微镜、荧光屏(可转动)：观察工具。 3．实验现象 (1)受力情况 ①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大； ②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。 (2)偏转情况 ①绝大多数α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小)； ②少数α粒子发生大角度偏转，甚至被弹回； ③如果α粒子几乎正对着原子核射来，偏转角几乎可以达到180°，这种机会极少。 4．实验结论：原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的。 【例2】 (多选)关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是(　　) A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是α粒子受力平衡的结果 B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子中绝大部分是空的 C．极少数α粒子发生大角度偏转，是因为金原子核很小且质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，α粒子接近原子核的机会很小 D．使α粒子发生大角度偏转的原因是原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等 从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的原子核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，并不是正电荷均匀分布在原子内，A错误，B正确；α粒子发生大角度偏转，主要是由于α粒子和原子核发生碰撞，只有极少数α粒子发生大角度偏转是因为原子核很小且质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，α粒子接近原子核的机会很小，C正确，D错误。 [练2] (多选)(2024·北京西城高二期末)如图所示为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图，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，下述说法正确的是(　　) A．相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多 B．放在C、D位置时屏上观察不到闪光 C．该实验说明原子中正电荷是均匀分布的 D．只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上 该实验的实验现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，即相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多，但有少数α粒子发生大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，即放在C位置时屏上观察到少数闪光，放在D位置屏上观察到极少数闪光，A正确，B错误；α粒子散射实验现象说明，原子中正电荷并不是均匀分布的，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，C错误，D正确。 探究点三___原子的核式结构模型 1．原子的两种模型 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，非常接近它们的原子序数。 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．原子半径的数量级是10－10 m，原子核半径的数量级是10－15 m，两者相差10万倍之多。 【例3】 (多选)卢瑟福提出的原子核式结构学说包括下列哪些内容(　　) A．原子中心有一个很小的核 B．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 C．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上 D．带负电的电子在核外空间绕原子核旋转 卢瑟福提出的原子核式结构模型认为：原子中心有一个很小的原子核，它集中了原子的几乎全部质量和所有的正电荷，电子在核外绕原子核旋转。 [练3] (多选)根据卢瑟福的原子核式结构理论，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 卢瑟福依据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模型，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，A、B、C正确，D错误。 1．下列关于阴极射线的说法正确的是(　　) A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象 B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流 C．阴极射线管中的高电压是为了使电子加速 D．阴极射线管中的高电压是为了使电子偏转，使实验现象更明显 阴极射线是在真空管内由负极放出的高速电子流，A、B错误；阴极射线管中的高电压是为了使电子加速，C正确，D错误。 2．(多选)关于电子的发现，下列叙述正确的是(　　) 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基本粒子 D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象 发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，但并没有证明原子核的存在，也不能说明原子是由电子和原子核组成的，A错误，B正确；电子是人类发现的第一种基本粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，从而比较好地解释了物体的带电现象，D正确。 3．(多选)下列关于对原子认识的说法正确的是(　　) A．原子由原子核和核外电子组成 B．原子核的质量就是原子的质量 C．原子核的电荷数就是核中的质子数 D．原子序数等于核电荷数与电子电荷量大小的比值 原子由原子核和核外电子组成，A正确；原子核的质量与电子的质量之和就是原子的质量，B错误；原子核的电荷数就是核中的质子数，C正确；原子序数等于原子核所带电荷量与电子电荷量大小的比值，D错误。 4．(2024·黑龙江哈尔滨模拟)在α粒子散射实验中，下列图景正确的是(　　) 当α粒子进入原子区域后，离带正电的原子核远的受到的库仑斥力小，运动方向改变小，只有极少数α粒子在穿过时距离正电体很近，受到很强的库仑斥力，发生大角度散射，A错误，B正确；由库仑定律和原子核式结构模型可知，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完全可以忽略，α粒子偏转主要是带正电的原子核造成的，C、D错误。 5．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为Y0，求电子的比荷。 答案： 由于电子进入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＝at2＝××()2＝ 则＝。 $$