4.1～4.2 电子的发现 原子的核式结构模型 课件-2026-2027学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第四章　原子结构 电子的发现 原子的核式结构模型 2 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 1 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 重难点 3 知道原子和原子核大小的数量级，知道原子核的电荷数 重点 重点 学习目标 电子的发现 一 3 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。 导入 让阴极射线沿垂直场的方向通过电场或磁场 你能设计实验验证出哪种观点正确吗？ 是一种电磁辐射 是一种带电微粒 德国赫兹 英国汤姆孙 若偏转，则是带电微粒 5 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(带电粒子的电荷量与质量之比)。组成阴极射线的粒子被称为电子。 6 电子发现意义：原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构。 电子的发现 D1D2之间未加电场时射线不偏转，射在P1点 加如图电场后射线偏转，射在P2点 阴极射线带负电 7 微粒比荷的测定 为了使射线回到P1点 去掉D1D2之间的电场 射线在磁场作用下偏转，射在P3点。 需在D1D2之间施加垂直纸面向外的磁场 电子的电荷量 密立根“油滴实验” e＝ 1.602 176 634 × 10 -19 C 电子的质量me＝ 9.10938356×10-31kg 任何带电体的电荷量只能是 e 的整数倍。 电荷量是不连续的，是量子化的 能独立存在的最小电荷 ——元电荷 (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； (2)电子的比荷。 答案　 (1) (2) sin θ 12 (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 二 14 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登进行α粒子散射实验的实验装置，阅读课本，回答以下问题： 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7300倍。 (1)什么是α粒子？ 真空 (2)实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？ 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。 观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光。 α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上 统计向不同方向散射的α粒子的数目 汤姆孙原子模型 1904年汤姆孙根据已知的实验现象和认识提出了影 响较大的“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。 “枣糕模型” “西瓜模型” 17 α 粒子散射实验 α粒子散射实验装置由α粒子源、金箔、探测器等几部分组成，实验时从α粒子源到探测器之间是真空的。 18 α 粒子散射实验 19 ②少数α粒子发生了大角度偏转， 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； ③极少数偏转的角度甚至大于90°， 它们几乎被“撞了回来”。 离核远，受到的斥力很小 运动几乎不受影响。 核附近，受到核的斥力大发生大角度的偏转。 撞到原子核而反弹。 α 粒子散射实验 α 粒子散射实验 否定了汤姆孙的原子模型， 建立了核式结构模型。 实验意义： 原子中带正电部分体积很小，但几乎占有全部质量—原子核。电子在正电体的外面运动。 21 各种元素的原子核的电荷数，非常接近它们的原子序数，说明元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数来排列的。 原子核的电荷 原子内的电子数 原子 原子核 核外电子 质子 中子 对于中性原子，所有电子带的负电荷之和等于原子核所带的正电荷。 22 用核半径描述核的大小。 核半径的数量级为10-15 m 原子半径数量级10-10 m 体育场 原子核的大小 23 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 1.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，受到电荷的作用力后，做什么运动的可能性最大？ 答案　α粒子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。 2.α粒子散射实验中，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。 讨论交流 2.1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是 A.α粒子散射实验说明原子中有一个带 正电的核几乎占有原子的全部质量 B.α粒子大角度散射是由于它跟电子发 生了碰撞 C.大部分α粒子发生了大角度的偏转 D.α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是正确的 √ 例题 针对训练 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.原子的质量几乎全部集中在原子核内 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粒子的库仑斥力 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 √ 3.下列对原子的认识，正确的是 A.原子由原子核和核外电子组成 B.原子核带有原子的全部正电荷和全部原子的质量 C.原子核直径的数量级为10-10 m D.中性原子核外电子带的负电荷之和小于原子核所带的正电荷 √ 例题 卢瑟福——核式结构模型 原子的核式结构模型电子的发现 电子的发现 原子核所带正电荷数=核外电子数 =该元素在周期表内的原子序数 汤姆孙——枣糕模型/西瓜模型 密立根油滴实验：测得电荷量e=1.602×10-19C 原子核半径数量级10-l5m；原子半径数量级10-10m 电子的比荷 原子的 结构模型 从绝大多数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，实验表明原子中心的 核带有原子的全部正电荷和几乎 全部质量，故A正确； α粒子发生大角度散射是由于它受到原子核库仑斥力的作用，而不是与电子发生碰撞，故B错误； 当α粒子穿过原子时，电子对α粒 子影响很小，影响α粒子运动的主 要是原子核，离核远则α粒子受到 的库仑斥力就小，运动方向改变小。 只有当α粒子与核十分接近时，才 会受到很大的库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数α粒子几乎不发生偏转，故C错误； α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是错误的，故D错误。 卢瑟福α粒子带正电，原子核质量很大，且也带正电，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，A正确。 原子由原子核和核外电子组成，故A正确； 原子核的质量与核外电子的质量之和是原子的全部质量，故B错误； 原子直径的数量级是10-10 m，原子核是原子内很小的核，直径数量级为10-15 m，C错误； 中性原子电子电荷量之和与原子核所带正电荷之和相等，D错误。 Keep thinking $