4.1 电子的发现 4.2 原子的核式结构模型 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

1 电子的发现 2 原子的核式结构模型 第四章 原子结构 High school physics 知道阴极射线的组成，体会电子发现过程中所蕴含的科学方法，了解电子比荷的测定方法，知道电荷是量子化的 01 重难点 了解α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容 02 知道原子和原子核大小的数量级，知道原子核的电荷数 03 重点 重点 东西方的先哲们对世界构成的不同观点， 两千多年来一直启示着人们对这一问题的探幽索隐。 《庄子·天下篇》有言：“一尺之棰，日取 其半，万世不竭。”这句话说的是：物质是连续 的，无限可分。 古希腊人德谟克利特则说：“万物是由不可再分的原子构成的。” 公司logo 公司logo 物理学史 18世纪下半叶道尔顿关于原子的大量化学实验，让人们坚信原子是组成物质的最小单元。 原子是可以被打碎的吗？ 存在比原子更小的粒子吗？ 直到19世纪末，人们因对阴极射线的研究，引发了原子物理领域的三大发现，物理学家才进入了一个既陌生又奇特的原子世界。 近代原子学说的奠基人道尔顿（J.Dalton） 公司logo 公司logo 物理学史 电子的发现 1 如图所示，接通真空管(又称阴极射线管)的电源，将条形磁铁的一个磁极靠近阴极射线管，发现射线发生偏转。你认为射线的偏转是什么原因造成的？你能通过射线偏转的情况来确定阴极射线的带电性质吗？ 答案　射线的偏转是由于运动电荷在磁场中受到洛伦兹力。根据左手定则，结合磁场方向、粒子运动方向，可以判断出阴极射线的带电性质。 公司logo 公司logo 观察与思考 阴极射线 定义：真空度很高的玻璃管阴极发射出的一种射线，这种射线沿直线传播，撞击到玻璃壁上会产生黄绿色的荧光。 公司logo 公司logo 要点归纳 阴极射线本质的争论 对这种射线本质的认识有两种观点 是一种电磁辐射 是一种高速带电微粒 如何用实验判断哪一种观点正确呢？ VS 汤姆孙的实验装置和原理 1、实验装置：气体放电管 2、阴极射线粒子的电性 施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。 结论：所受电场力方向向下，粒子带负电。 汤姆孙的实验装置和原理 汤姆孙的实验装置和原理 3、阴极射线粒子比荷测量 （1）阴极射线速度大小计算 再加磁场抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到P1 电场力： 磁场力： 汤姆孙的实验装置和原理 (2)去掉D1、D2间的电场E，只保留向外磁场B，阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧（r可以通过P3的位置算出）。 . . . . . . . . . . . . . . . . r 密立根实验 + + + + + + + - - - - - - - U mg qE d 静止：mg=qE mg kv 匀速：mg=kv e=1.6×10-19C (保留两位有效数字) 电子电荷量： 元电荷 1 定义 能独立存在的最小电荷称为元电荷 电子所带的电荷量e=1.6×10-19C就是元电荷； 任何带电体的电荷量是不连续的，都是元电荷的整数倍。 2 电子质量 me＝9.1×10-31kg(保留2位有效数字)。 (1)阴极射线实际上是高速运动的电子流。(　　) (2)带电体的电荷量可以是任意数值。(　　) (3)电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的。(　　) (4)电子的质量与电荷量的比值称为电子的比荷。(　　) √ × × × 辨析 　 1.汤姆孙测定电子比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示。真空玻璃管内，阴极K发出的电子经加速后，穿过小孔A、C，沿中心轴线OP1以速度v进入两块水平正对放置的极板D1、D2间，射出后到达右端的荧光屏上形成光点。若极板D1、D2间无电压，电子将打在荧光屏上的中心P1点。现在极板间加上竖直方向、电场强度大小为E的匀强电场后，电子向上偏转；再在极板间施加一个方向垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出)，电子在荧光屏上产生的光点又回到了P1点；接着去掉电场，电子向下偏转，射出极板时偏转角为θ。已知极板的长度为L，忽略电子的重力及电子间的相互作用。求： 例题 (1)匀强磁场的磁感应强度大小； 答案　 (1) 　 (2) sin θ (2)电子的比荷。 (1)电子以速度v进入叠加场，当电子在电场力和洛伦兹力共同作用下做匀速直线运动时，电子将打在P1点，则电子受力平衡，有eE＝evB，解得匀强磁场的磁感应强度大小为B＝。 (2)撤去电场后，电子仅在磁场中偏转，如图所示 则有洛伦兹力提供向心力，evB＝ 由几何关系知L＝rsin θ 可得sin θ。 原子的核式结构模型 2 电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒。 物质中的电子是带负电的，而通常情况下物质都呈现电中性。 这个事实使人们推测原子的另一部分则带正电，而且其所带的正电荷应与电子所带的负电荷相等。 原子的组成 阴极射线是高速电子流 WIN 公司logo 公司logo 情境导入 如图所示为1909年英国物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的实验装置，阅读课本，回答以下问题： (1)什么是α粒子？ 答案　α粒子He)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，质量是电子质量的7 300倍。 公司logo 公司logo 观察与思考 (2)实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？ 答案　①α粒子源：把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能的α粒子。 ②带荧光屏的显微镜：观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光。 【点击图片 播放视频】 1904年汤姆孙根据已知的实验现象和认识提出了 “枣糕模型”。 如图所示，假想正电荷构成一个密度均匀的球体，电子“镶嵌”其中，并分布在一些特定的同心圆环或球壳上。 汤姆孙原子模型 “枣糕模型”是否正确，我们需要用实验进行验证。 公司logo 公司logo 要点归纳 α粒子散射实验 1 实验装置 由α粒子源、金箔、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真空中。 2 实验现象 ①绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进 ②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° 3 实验意义 否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型 在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子几乎不偏转，只有少数粒子发生了较大角度偏转 (1)你认为这些偏转是由电子造成的吗(α粒子质量约为电子质量的 7 300倍)？ 答案　不是由电子造成的，电子的质量比α粒子小得多，α粒子不可能与电子碰撞产生大角度偏转。 公司logo 公司logo 讨论交流 (2)用“枣糕模型”能解释这个实验现象吗？ 答案　不能用枣糕模型解释这个实验。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。α粒子穿过金箔，受到的各方向正电荷的斥力基本会相互平衡，因此α粒子沿直线运动的可能性最大，最不可能发生大角度偏转。 (3)少数α粒子发生大角度偏转的原因是什么？ 答案　α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的占原子质量绝大部分的原子核的库仑斥力发生了大角度偏转。 原子核式结构模型 1 模型 原子中间有一个体积很小、带正电荷的核，电子在核外绕核运动。 2 电荷数 所有电子带的负电荷之和等于原子核所带的正电荷。 核直径约为10-15 m 原子直径约为10-10 m 体育场 原 子 原子核 类比 公司logo 公司logo 要点归纳 在核式结构模型中，电子绕原子核做圆周运动，根据经典电磁理论，带电粒子做加速运动时，要向外辐射能量，能量不断减少，轨道半径会越来越小，最终会坠入原子核内，原子将不复存在，这个推论与事实不符。 原子核式结构模型的局限性 2.如图为卢瑟福和他的助手做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，下列说法中正确的是 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 √ 例题 3.(2024·内江市检测)关于卢瑟福α粒子散射实验现象及分析，下列说法正确的是 A.绝大多数α粒子在实验中几乎不偏转，主要原因是原子内部十分“空旷” B.绝大多数α粒子在实验中几乎不偏转，是因为原子核质量很大 C.使α粒子产生大角度偏转的作用力，是电子对α粒子的库仑力 D.使α粒子产生大角度偏转的作用力，是原子核对α粒子的万有引力 √ 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核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，但卢瑟福α粒子带正电，它们接近时就表现出很大的库仑斥力作用，使α粒子产生大角度偏转的作用力，是原子核对α粒子的库仑斥力。故选A。 例题 本课结束 Keep Thinking! FormatFactory : www.pcfreetime.com $