高中物理(新教材)選修三課件1：4-3-原子的核式結(jié)構(gòu)模型 人教版

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性4.3原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道發(fā)現(xiàn)電子的意義，體會(huì)電子發(fā)現(xiàn)過程中蘊(yùn)含的科學(xué)方法；2.了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；3.了解盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí)；4.認(rèn)識(shí)原子核式結(jié)構(gòu)模型建立的科學(xué)推理與論證方法。在欣賞這美麗的燈光時(shí)，你何曾意識(shí)到，這里發(fā)光的多是通電后的氣體？若想了解其中的奧秘，讓我們直奔主題，從原子的結(jié)構(gòu)入手吧。課堂引入德謨克利特道爾頓每種化學(xué)元素都有它對(duì)應(yīng)的原子…原子是最微小的不可分割的實(shí)心球體…世間萬物是由原子構(gòu)成的…原子是一種最后的不可分割的物質(zhì)微粒…一、電子的發(fā)現(xiàn)陰極射線：一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線像X射線一樣是電磁輻射代表人物赫茲另一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線是帶電微粒代表人物湯姆孫19世紀(jì)，對(duì)陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有兩種觀點(diǎn)

那么陰極射線到底是什么呢？

英國(guó)物理學(xué)家J.J.湯姆孫認(rèn)為陰極射線是帶電粒子流。為了證實(shí)這點(diǎn)，從1890年起他進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究。1.實(shí)驗(yàn)裝置：真空玻璃管、陰極、陽極和感應(yīng)圈.3.陰極射線：熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線命名為陰極射線.2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：感應(yīng)圈產(chǎn)生的高電壓加在兩極之間，玻璃管壁上發(fā)出熒光。在金屬板D1D2之間未加電場(chǎng)時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，射在P1點(diǎn)。施加如圖電場(chǎng)后射線偏轉(zhuǎn)，射在P2點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電4.陰極射線是帶負(fù)電的粒子為了使射線回到P1點(diǎn)5.測(cè)定帶電粒子的比荷需在D1D2之間施加垂直紙面向外的磁場(chǎng)去掉D1D2之間的電場(chǎng)射線在磁場(chǎng)作用下偏轉(zhuǎn)，射在P3點(diǎn)。湯姆孫測(cè)得了這種粒子的電荷量與氫離子電荷量大致相同，后來。組成陰極射線的粒子就被稱為電子電子。電子的發(fā)現(xiàn)不只是說明原子是組成物質(zhì)的最小微粒，更重要的是對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)有重大意義。湯姆孫還發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得的比荷數(shù)值是相同的，這說明不同物質(zhì)都能夠發(fā)射這種帶電粒子，它是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。湯姆孫進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，不論陰極射線、

射線、光電流還是熱離子流，它們都包含電子。湯姆孫因此獲得了1906年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。被科學(xué)界譽(yù)為“一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”。湯姆孫測(cè)得了這種粒子的電荷量與氫離子電荷量大致相同，后來。組成陰極射線的粒子就被稱為電子電子。電子的發(fā)現(xiàn)不只是說明原子是組成物質(zhì)的最小微粒，更重要的是對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)有重大意義。湯姆孫還發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得的比荷數(shù)值是相同的，這說明不同物質(zhì)都能夠發(fā)射這種帶電粒子，它是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。湯姆孫進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，不論陰極射線、

射線、光電流還是熱離子流，它們都包含電子。湯姆孫因此獲得了1906年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。被科學(xué)界譽(yù)為“一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”。

二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型1.湯姆孫的“西瓜模型”或“棗糕模型”1903德國(guó)物理學(xué)家勒納德做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，使電子束射到金屬膜，發(fā)現(xiàn)較高速度的電子很容易穿透原子。這說明原子不是一個(gè)實(shí)心球體，這個(gè)模型可能不正確。之后不久，α粒子散射的實(shí)驗(yàn)徹底否定了這個(gè)模型！“棗糕”模型：原子是個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌其中。2.

α粒子散射實(shí)驗(yàn)1909～1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的助手們進(jìn)行了α粒子散射實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。α粒子放射源金箔帶有熒光屏的顯微鏡熒光屏α粒子：從放射性物質(zhì)（如鈾和鐳）中發(fā)射出來的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，帶有兩個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7300倍。(1)實(shí)驗(yàn)裝置(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果①絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上沿原來的方向前進(jìn)或發(fā)生很小的偏轉(zhuǎn)。②少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)。③極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了90度，有極個(gè)別甚至接近180度，就像被彈回來了一樣。盧瑟福盧瑟福和他的學(xué)生驚呼：“這件事情是如此的不可能，就好像你用炮彈射向一層薄紙，但炮彈卻被紙彈了回來”。(3)實(shí)驗(yàn)意義盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型。(4)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)①整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程在真空中進(jìn)行。②金箔需要做得很薄，α粒子才能穿過。③使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄。另外一點(diǎn)就是金的原子序數(shù)大，α粒子與金核間的庫侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯。(3)實(shí)驗(yàn)意義盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型。(4)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)①整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程在真空中進(jìn)行。②金箔需要做得很薄，α粒子才能穿過。③使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄。另外一點(diǎn)就是金的原子序數(shù)大，α粒子與金核間的庫侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯。3.α粒子散射實(shí)驗(yàn)的分析粒子大角度散射甚至被彈回的原因是什么呢？因?yàn)閹ж?fù)電的電子質(zhì)量太小，如果質(zhì)量大的α粒子與電子發(fā)生碰撞，那么電子對(duì)α粒子的速度大小和方向的影響就像灰塵對(duì)炮彈的影響，完全可以忽略。“棗糕模型”能否解釋粒子在穿越原子內(nèi)部后發(fā)生的大角度偏嗎？按照湯姆孫的“棗糕模型”正電荷在原子內(nèi)部均勻分布，那么α粒子穿過原子時(shí)，由于粒子兩側(cè)正電荷對(duì)它的斥力大部分互相抵消，使α粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大，這樣，湯姆孫的“棗糕模型”雖然能夠解釋絕大多數(shù)的α粒子基本上仍沿原方向進(jìn)行，但是卻無法解釋大角度散射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？陀^的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析讓盧瑟福對(duì)導(dǎo)師湯姆孫的“棗糕模型”的觀點(diǎn)產(chǎn)生了質(zhì)疑并大膽否定。1911年，盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型。在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核。原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核運(yùn)動(dòng)。原子核式結(jié)構(gòu)模型對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋當(dāng)α粒子接近原子時(shí)，電子對(duì)它的影響仍如前述可以忽略，但是帶正電的原子核則不同。因?yàn)樵雍撕苄?，原子?nèi)部非?！翱諘纭保越^大多數(shù)α粒子從離核較遠(yuǎn)的地方經(jīng)過時(shí)，受到的庫倫斥力就很小，運(yùn)動(dòng)方向幾乎不改變。只有極少數(shù)的α粒子有機(jī)會(huì)從離核很近的地方經(jīng)過，受到比較大的斥力，才會(huì)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)。為什么盧瑟福認(rèn)為電子一定要繞核運(yùn)動(dòng)呢？為什么電子不能靜止呢？提示：如果電子是靜止的，那么電子在正電荷的庫侖力的作用下，要落在原子核上。所以，電子應(yīng)繞核運(yùn)動(dòng)，庫侖力正好充當(dāng)向心力。三、原子核的電荷與尺度各種元素的原子核的電荷數(shù)，即原子內(nèi)的電子數(shù)，非常接近它們的原子序數(shù)，這說明元素周期表中的各種元素是按原子中的電子數(shù)來排列的。原子核所帶正電荷數(shù)=核外電子數(shù)=該元素在周期表內(nèi)的原子序數(shù)原子核的半徑是無法直接測(cè)量的，一般通過其他粒子與核的相互作用來確定。α粒子散射是估計(jì)核半徑的最簡(jiǎn)單的方法。對(duì)于一般的原子核，實(shí)驗(yàn)確定的原子核半徑R的數(shù)量級(jí)10-15m，而整個(gè)原子半徑的數(shù)量級(jí)是10-10m，兩者相差十萬倍之多?？梢娫觾?nèi)部是十分“空曠”的。1.(多選)關(guān)于電荷的電荷量下列說法正確的是(

)A．電子的電量是由密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)得的B．物體所帶電荷量可以是任意值C．物體所帶電荷量最小值為1.6×10?19CD．物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍隨堂練習(xí)ACD2．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是（）A．在實(shí)驗(yàn)中，觀察到的現(xiàn)象是：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，仍沿原來的方向前進(jìn)，極少數(shù)發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)B．使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力來自帶正電的核和核外電子，當(dāng)α粒子接近核時(shí)，是核的斥力使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)；當(dāng)α粒子接近電子時(shí)，是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)C．實(shí)驗(yàn)表明：原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積極小的一部分D．實(shí)驗(yàn)表明：原子中心的核帶有原子的全部正電荷和全部原子的質(zhì)量AC3.下列關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)理論說法正確的是(

)A．是通過發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來的B．原子的中心有個(gè)核，叫作原子核C．原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中D．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn)BD4．關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)模型，下列說法正確的是（）A．原子中絕大部分是“空”的，原子核很小B．電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)的向心力是原子核對(duì)它的庫侖力C．原子的全部電荷和質(zhì)量都集中在原子核里D．原子核的直徑的數(shù)量級(jí)是10－10mAB備用工具&資料3.下列關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)理論說法正確的是(

)A．是通過發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來的B．原子的中心有個(gè)核，叫作原子核C．原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中D．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn)BD1.(多選)關(guān)于電荷的電荷量下列說法正確的是(

)A．電子的電量是由密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)得的B．物體所帶電荷量可以是任意值C．物體所帶電荷量最小值為1.6×10?19CD．物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍隨堂練習(xí)ACD在欣賞這美麗的燈光時(shí)，你何曾意識(shí)到，這里發(fā)光的多是通電后的氣體？若想了解其中的奧秘，讓我們直奔主題，從原子的結(jié)構(gòu)入手吧。課堂引入一、電子的發(fā)現(xiàn)陰極射線：一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線像X射線一樣是電磁輻射代表人物赫茲另一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線是帶電微粒代表人物湯姆孫19世紀(jì)，對(duì)陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有兩種觀點(diǎn)

那么陰極射線到底是什么呢？

英國(guó)物理學(xué)家J.J.湯姆孫認(rèn)為陰極射線是帶電粒子流。為了證實(shí)這點(diǎn)，從1890年起他進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究。湯姆孫測(cè)得了這種粒子的電荷量與氫離子電荷量大致相同，后來。組成陰極射線的粒子就