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

第四章 原子结构和波粒二象性 第3节 原子的核式结构模型 02 主题二、汤姆生的研究 01 主题一、阴极射线 目录 CONTENTS 03 主题三、密立根油滴实验 第3节 原子的核式结构模型 04 主题四、原子的结构 新课引入：气体能导电吗？ 1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。 1876年德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到的阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种未知射线称之为阴极射线。 在高电电压下可以导电。 新课引入：从阴极发出的东西究竟是什么东西呢？ 新课引入：从阴极发出的东西究竟是什么东西呢？ 第一部分 阴极射线 阴极(接电源的负极)发出的射线。能使荧光物质发光。 一、阴极射线（cathode ray） 2.本质 ①电磁波说： 赫兹 ②粒 子 说： 汤姆孙 1.定义： 当时，两种观点的支持者争执不下，谁也说服不了谁。为了找到有利于自己的证据，双方都做了许多实验。英国物理学家J. J. 汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流。为了证实这一点，从1890年起他和他的助手进行了一系列实验。 第二部分 汤姆孙的研究 J.J.汤姆逊(1856-1940)英国物理学家电子的发现者 二、汤姆孙的研究 1.实验装置： 真空玻璃管 阴极 阳极 带标尺的荧光屏 平行金属板 由阴极K发出的阴极射线通过小孔AB形成一束细细的射线，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放光。 阴极射线是带负电的高速粒子流 ①金属板D1D2之间未加电场时 不偏转，射在P1点 ②金属板D1D2之间加上电场时 偏转，射在P2点 二、汤姆孙的研究 2.实验过程： 思考1:阴极射线具体有多高的速度？ ③加一个磁场使射线不偏转，磁场方向？ 垂直纸面向外 qvB=qE v= 思考2:阴极射线电量质量怎么确定？ ④去掉电场，只留磁场 射线会落在P3处 在磁场中的轨迹是半径为r的圆弧 所以高速粒子流的比荷 阴极射线是带负电的高速粒子流 二、汤姆孙的研究 2.实验过程： r r= = y 1897年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷。 当汤姆孙在测定比荷实验时发现，用不同材料的阴极做实验，所发出射线的粒子都有相同的比荷。 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。 并且测得这种粒子的比荷约为质子(氢离子)比荷的2000倍。 思考：是电荷比质子大？还是质量比质子小？ 二、汤姆孙的研究 汤姆孙猜测：这可能表示阴极射线粒子电荷量的大小与一个质子(氢离子)一样，而质量比质子(氢离子)小得多。 后来汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量大致相同，由此可以看出他当初的猜测是正确的。 进一步拓展研究对象：用不同的材料做成的阴极做实验，做光电效应实验、热离子发射效应实验、β射线。都得到了相同的结果。 就把这种阴极射线命名为电子，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。 二、汤姆孙的研究 思考：是电荷比质子大？还是质量比质子小？ 二、汤姆孙的研究 思考：电子的电量和质量具体是多少呢？ J.J.汤姆孙的儿子G.P.汤姆孙，因通过实验发现受电子照射的晶体中的干涉现象，1937年获得诺贝尔物理学奖，这是诺贝尔奖历史上6次“子承父业”奇迹之一。 因为电子的发现，J.J.汤姆孙获得了1906年的诺贝尔物理学奖 J.J.汤姆逊(1856-1940)英国物理学家电子的发现者 G.P.汤姆孙 (1892-1975) 英国物理学家电子在晶体干涉的发现者。 第三部分 密立根油滴实验 1.实验装置 三、密立根油滴实验 密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位获得1923年诺贝尔物理学奖 ①电子电量e= ②根据荷质比，算电子的质量 ③质子与电子质量的比值： 且任何带电体的电量为e的整数倍。 三、密立根油滴实验 2.实验结果 1.6022X10-19C me= 9.1094X10-31kg =1836 三、密立根油滴实验 J.J.汤姆孙发现电子之后，人们知道原子是可分的。原子中含有带负电的电子，我们知道原子是不呈电性的，所以还应该含有带正电的物质，经过密立根侧定，带正电的物质几乎占有原子的全部质量。那么原子到底是什么结构的呢？ 第四部分 原子结构 原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中并在振动。又叫枣糕模型 西瓜模型 四、原子的结构 1.汤姆孙的原子模型： ①从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很成功的。 ③他的学生卢瑟福也接受了汤姆孙的原子模型，1909年卢瑟福建议其学生兼助手盖革和马斯顿用α粒子轰击金箔去验证汤姆孙原子模型。 ②解释了原子的电中性，电子在原子里是怎样分布的，能估计出原子的大小约为一亿分之一厘米。 四、原子的结构 原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中并在振动。又叫枣糕模型 西瓜模型 1.汤姆孙的原子模型： 2.α粒子散射实验 四、原子的结构 原子 v a粒子 v v v v 2.α粒子散射实验 ①绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进 ②少数α粒子(约占8000分之一)发生了较大的偏转。 ③极少数α粒子的偏转超过了900,有的甚至被撞了回来。 根据汤姆孙的模型，所有a粒子都应该沿原方向几乎不变,不应该发生大角度偏转的问题。 + 四、原子的结构 卢瑟福：“这是我一生中从未有的最难以置信的事，它好比你对一张纸发射炮弹，结果被弹回来而打到自己身上” 1908年因他证明了放射性是原子的自然衰变，获诺贝尔化学奖，但他对这个奖项不是很满意 实验结果与之前预测完全不一致，所以原子结构模型必须重新构思! 1微米厚的金箔含3000层原子层，绝大多数α粒子穿过金箔仍沿原方向前进说明什么？ 少数α粒子大角度偏转甚至反弹是怎么造成的? 卢瑟福(1871-1937)新西兰著名物理学家，著名的原子核物理学之父。学术界公认他为继法拉第之后最伟大的实验物理学家 由实验结果，他提出新的原子核式结构模型 四、原子的结构 ②原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。 ③带负电的电子在核外空间绕着核旋转。 ①在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核。 四、原子的结构 2.α粒子散射实验: 1.汤姆孙的原子模型： 3.卢瑟福核式结构模型: 根据卢瑟福的原子核式模型和α粒子散射的实验数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核的大小。 ②原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。 ③带负电的电子在核外空间绕着核旋转。 ①在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核。 四、原子的结构 2.α粒子散射实验: 1.汤姆孙的原子模型： 3.卢瑟福核式结构模型: ④原子的半径约为10-10m、原子核半径约是10-15m，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。 根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空旷”的，举一个简单的例子：露珠和体育场 体育场 原子 原子核 原子核的尺度 四、原子的结构 课堂小结 阴极射线 非4 人 汤姆孙的研究 非4 人 原子的结构 密立根油滴实验 概念:阴极(接电源的负极)发出的射线。能使荧光物质发光。 阴极射线是带负电的高速粒子流 , 就把这种阴极射线命名为电子，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。 原子内部是十分“空旷”的 课堂练习 【练习1】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、场强为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大小为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)阴极射线的电性是什么；(2)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：(1)负电 (2)垂直纸面向外　 课堂练习 【练习1】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：(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷。 qE=qvB qvB= L=rsin θ 得 【练习2】汤姆孙对阴极射线本质的研究，采用科学方法是 (　　) A.用阴极射线轰击金箔，观察其散射情况 B.用“油滴实验”精确测定电子所带电荷量 C.用阴极射线轰击荧光物质，对荧光物质发出的光进行光谱分析 D.让阴极射线通过电场和磁场，观察阴极射线的偏转情况判断其电性和计算其比荷 D 课堂练习 【练习3】为了测定带电粒子的比荷，让带电粒子垂直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电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直粒子的入射方向，磁感应强度为B，则粒子恰好不偏离原来方向，求。 课堂练习 d=·a· Bqv0=Eq 得:= 解： 【练习4】判断下列说法是否正确。 (1)α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上。( ) (2)卢瑟福做α粒子散射实验时发现，绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转。( ) (3)汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕”式原子模型。( ) (4)卢瑟福提出了原子“核式结构”模型，并解释了α粒子发生大角度偏转的原因。( ) √ √ 课堂练习 √ × 【练习5】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。可见原子内部是十分“空旷”的。如果把原子放大为直径是100 m的球，原子核的大小相当于下列哪个物体 (　　) A.一粒小米 B.一粒葡萄 C.一个乒乓球 D.一个篮球 A 课堂练习 【练习6】通过如图所示的实验，卢瑟福建立了原子核式结构模型。实验时，若将荧光屏和显微镜分别放在位置1、2、3，则相同时间内能观察到粒子数量最多的是位置 (　　) A.1 B.2 C.3 D.一样多 C 课堂练习 【练习7】如图所示，根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹。在α粒子从a运动到b再运动到c的过程中，下列说法中正确的是 (　　) A.动能先增大后减小 B.电势能先减小后增大 C.电场力先做负功后做正功，总功等于零 D.加速度先减小后增大 C 课堂练习 【练习8】卢瑟福α粒子散射实验的结果（ ） A、证明了质子的存在 B、证明了原子核是由质子和中子组成的 C、说明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 D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动 C 课堂练习 【练习9】当α粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的（ ） BC 课堂练习 【练习10】在α粒子散射实验中，没有考虑α粒子跟电子的碰撞，其原因是（ ） A．α粒子不跟电子发生相互作用． B．α粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽略 C．电子的体积很小，α粒子不会跟电子相碰． D．由于电子是均匀分布的，α粒子所受电子作用的合力为零． B 　 课堂练习 $$