新教材同步系列2024春高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性3原子的核式結(jié)構(gòu)模型課件新人教版選擇性必修第三冊

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性3原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法與考法1．了解湯姆孫原子模型(重點(diǎn))2．知道α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、方法和結(jié)果(重難點(diǎn))3．知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型(重點(diǎn)、難點(diǎn))學(xué)法：①通過發(fā)現(xiàn)電子的學(xué)習(xí)，理解湯姆孫對陰極射線研究的方法及發(fā)現(xiàn)電子的意義；②通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論與交流，培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)象的分析和歸納中得出結(jié)論的邏輯推理能力；③通過核式結(jié)構(gòu)模型的建立，體會建立模型對研究物理問題的重要作用，理解物理模型的演化及其在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用考法：①對電子的發(fā)現(xiàn)過程綜合電場和磁場的性質(zhì)進(jìn)行考查；②對α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解及現(xiàn)象分析的考查；③對α粒子散射現(xiàn)象結(jié)合電場力和能量的考查知識導(dǎo)圖

課前?自主預(yù)習(xí)電子的發(fā)現(xiàn)1．陰極射線：科學(xué)家在研究___________放電時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時(shí)，陰極發(fā)出一種射線，這種射線能使玻璃管壁發(fā)出熒光，這種射線稱為___________．2．湯姆孫對陰極射線本質(zhì)的探究(1)實(shí)驗(yàn)巧妙利用靜電偏轉(zhuǎn)力和磁場偏轉(zhuǎn)力相抵消的方法，確定了陰極射線粒子的速度，并測量出了粒子的_______．(2)換用不同材料的陰極和不同的氣體，所得粒子的_______相同，這說明不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是各種物質(zhì)中共有的成分．稀薄氣體陰極射線比荷比荷3．結(jié)論(1)陰極射線是______________．(2)不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是各種物質(zhì)中共有的成分，比最輕的氫原子的質(zhì)量還要小得多，湯姆孫將這種帶電粒子稱為________．(3)電子的發(fā)現(xiàn)說明原子具有一定的________，即原子是由電子和其他物質(zhì)組成的．4．電子發(fā)現(xiàn)的意義：電子的發(fā)現(xiàn)揭開了認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)的序幕．帶電粒子流電子結(jié)構(gòu)電子的發(fā)現(xiàn)，說明了什么？【答案】電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子可以再分．關(guān)于陰極射線的本質(zhì)，下列說法正確的是 (

)A．陰極射線本質(zhì)是氫原子B．陰極射線本質(zhì)是電磁波C．陰極射線本質(zhì)是電子流D．陰極射線本質(zhì)是X射線【答案】C【解析】陰極射線本質(zhì)上是電子流，帶負(fù)電，A、B、D錯(cuò)誤，C正確．

α粒子散射實(shí)驗(yàn)1．湯姆孫的原子模型湯姆孫在1904年提出原子的棗糕模型：原子是一個(gè)_______，正電荷_______地分布在整個(gè)球內(nèi)，電子像棗糕上的棗子一樣___________，被正電荷吸引著．原子內(nèi)正、負(fù)電荷_______，原子整體呈中性．2．α粒子散射實(shí)驗(yàn)?zāi)康摩亮Ｗ油ㄟ^金箔時(shí)，用這些已知的粒子與金屬內(nèi)的原子_________，根據(jù)粒子的__________來獲得原子內(nèi)部的信息．球體均勻嵌在球中相等相互作用偏轉(zhuǎn)情況3．α粒子散射實(shí)驗(yàn)方法用由放射源發(fā)射的α粒子束轟擊________，利用熒光屏接收、探測通過金箔后的α粒子偏轉(zhuǎn)情況．4．α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果__________α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，有__________α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90°，有的甚至被_______彈回，α粒子被反射回來的概率竟然有________．金箔絕大多數(shù)極少數(shù)原路做α粒子散射實(shí)驗(yàn)時(shí)有哪些現(xiàn)象？為什么會出現(xiàn)這些現(xiàn)象？【答案】α粒子散射實(shí)驗(yàn)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)，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過了90°，有的甚至被原路彈回．因?yàn)樵又袔д姷牟糠旨性谝粋€(gè)很小的核上．

(多選)關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，下列說法正確的是

(

)A．絕大部分α粒子穿過金箔后，都不同程度發(fā)生了偏轉(zhuǎn)B．極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°C．α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是金原子核對它的庫侖力作用D．α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是金原子核與它發(fā)生碰撞時(shí)的碰撞力【答案】BC【解析】α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)(偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°，被反彈回來)，A錯(cuò)誤，B正確；造成α粒子散射角度大的原因，是受到的原子核的斥力比較大，C正確，D錯(cuò)誤．盧瑟福的原子模型1．核式結(jié)構(gòu)模型(1)原子的內(nèi)部有一個(gè)很小的核，叫________，原子的全部正電荷和幾乎___________都集中在原子核內(nèi)，帶負(fù)電的電子繞核運(yùn)動(dòng)．(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型又被稱為___________．2．原子的大小(1)原子直徑數(shù)量級：________m．(2)原子核直徑數(shù)量級：________m．原子核全部質(zhì)量行星模型10－10

10－15

原子的核式結(jié)構(gòu)模型是怎樣的？【答案】原子由位于原子中的帶正電的原子核和核外帶負(fù)電的電子構(gòu)成，電子在核外繞核高速旋轉(zhuǎn)，庫侖力提供向心力，原子中絕大部分是空的，原子核很?。?/p>

(多選)下列對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識中，正確的是 (

)A．原子中絕大部分是空的，原子核很小B．電子在核外旋轉(zhuǎn)，庫侖力提供向心力C．原子的全部正電荷都集中在原子核里D．原子核的直徑大約是10－10m【答案】ABC【解析】原子由位于原子中的帶正電的原子核和核外帶負(fù)電的電子構(gòu)成，電子在核外繞核高速旋轉(zhuǎn)，庫侖力提供向心力，由此可判定B、C正確．原子中絕大部分是空的，原子核很小，原子核直徑的數(shù)量級為10－15m，而原子直徑的數(shù)量級為10－10m，故A正確，D錯(cuò)誤．課堂?重難探究－對電子發(fā)現(xiàn)的認(rèn)識1．對陰極射線的認(rèn)識(1)現(xiàn)象：真空玻璃管兩極加上高電壓，玻璃管壁上發(fā)出熒光及管中物體在玻璃壁上呈現(xiàn)影子．(2)命名：德國物理學(xué)家戈?duì)柕滤固┮驅(qū)㈥帢O發(fā)出的射線命名為陰極射線．(3)猜想：①陰極射線是一種電磁輻射．②陰極射線是帶電微粒．(4)驗(yàn)證：英國物理學(xué)家湯姆孫讓陰極射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電并測出了粒子的比荷進(jìn)而發(fā)現(xiàn)電子．(5)實(shí)驗(yàn)：密立根通過“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測定了電子的電荷量和電子的質(zhì)量．2．電子比荷的測定方法甲

乙

對電子發(fā)現(xiàn)的認(rèn)識變式1密立根油滴實(shí)驗(yàn)如圖所示，A、B是兩塊平行放置的水平金屬板，A板帶正電，B板帶負(fù)電，從噴霧器嘴噴出的小油滴落到A、B兩板之間的電場中，小油滴由于摩擦而帶負(fù)電，調(diào)節(jié)A、B兩板間的電壓，可使小油滴受到的電場力和重力平衡，已知小油滴靜止時(shí)的電場強(qiáng)度是1.92×105N/C，油滴半徑是1.64×10－4cm，油的密度是0.851g/cm3，求油滴所帶的電荷量，這個(gè)電荷量是電子電荷量的多少倍？測量帶電粒子比荷常用的兩種方法－對發(fā)現(xiàn)原子核式結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的理解1．實(shí)驗(yàn)背景α粒子散射實(shí)驗(yàn)是盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生做的一個(gè)著名的物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是想驗(yàn)證湯姆孫原子模型的正確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據(jù)．在此基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型．2．否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型(1)質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子的電子，對α粒子的運(yùn)動(dòng)影響完全可以忽略，不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．(2)α粒子在穿過原子時(shí)，受到各方向正電荷的斥力基本上會相互平衡，對α粒子運(yùn)動(dòng)方向的影響不會很大，也不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．(3)α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)，否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型．3．大角度偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析(1)由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子質(zhì)量，所以電子不可能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．(2)使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的只能是原子中帶正電的部分．按照湯姆孫原子模型，正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的，α粒子穿過原子時(shí)，它受到的兩側(cè)斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不能使α粒子反向彈回，這與α粒子散射實(shí)驗(yàn)相矛盾．(3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明原子絕大部分是空的，原子的幾乎全部質(zhì)量和所有正電荷都集中在原子中心的一個(gè)很小的核上，否則α粒子大角度散射是不可能的．對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解例2

(多選)如圖為盧瑟福所做的α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，下列說法中正確的是

(

)A．相同時(shí)間內(nèi)在A位置觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．相同時(shí)間內(nèi)在B位置觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在C時(shí)稍少些C．放在D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光D．放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光【答案】AC【解析】在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來的方向前進(jìn)，故A正確．少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度大于90°，極個(gè)別α粒子反彈回來，所以在B位置只能觀察到少數(shù)的閃光，在C、D兩位置能觀察到的閃光次數(shù)極少，故B、D錯(cuò)誤，C正確．變式2在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，其主要原因是

(

)A．原子中有帶負(fù)電的電子，電子會對α粒子有引力的作用B．正電荷在原子中是均勻分布的C．原子的正電荷和絕大部分的質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核上D．原子是可再分的【答案】C【解析】在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)說明三點(diǎn)：一是原子內(nèi)有一質(zhì)量很大的粒子存在；二是這一粒子帶有較大的正電荷；三是這一粒子的體積很小，C正確，A、B、D錯(cuò)誤．解決α粒子散射實(shí)驗(yàn)問題的技巧1．熟悉實(shí)驗(yàn)裝置及原理．2．核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯改變．3．湯姆孫的原子模型不能解釋α粒子的大角度散射．4．少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些α粒子在原子中的某個(gè)地方受到了質(zhì)量、電荷量均比它本身大得多的物體的作用．5．絕大多數(shù)α粒子在穿過厚厚的金原子層時(shí)運(yùn)動(dòng)方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的，原子的質(zhì)量、電荷量都集中在體積很小的核內(nèi)．－對盧瑟福的原子模型的理解1．湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型與盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)對比項(xiàng)目湯姆孫的葡萄干面包模型盧瑟福的原子核式模型分布情況正電荷和質(zhì)量均勻分布，負(fù)電荷鑲嵌在其中正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子中心的一個(gè)極小核內(nèi)，電子質(zhì)量很小，分布在很大空間內(nèi)項(xiàng)目湯姆孫的葡萄干面包模型盧瑟福的原子核式模型受力情況α粒子在原子內(nèi)部時(shí)，受到的庫侖斥力相互抵消，幾乎為零少數(shù)靠近原子核的α粒子受到的庫侖力大，而大多數(shù)離核較遠(yuǎn)的α粒子受到的庫侖力較小偏轉(zhuǎn)情況不會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不會被彈回絕大多數(shù)α粒子運(yùn)動(dòng)方向不變，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的甚至被彈回分析結(jié)論不符合α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象符合α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象2．原子的核式結(jié)構(gòu)模型對α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋(1)當(dāng)α粒子穿過原子時(shí)，如果離核較遠(yuǎn)，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿過“一片空地”一樣，無遮無擋，運(yùn)動(dòng)方向改變很小．因?yàn)樵雍撕苄?，所以絕大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)．(2)只有當(dāng)α粒子十分接近原子核穿過時(shí)，才受到很大的庫侖力作用，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，而這種機(jī)會很少，所以有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)．(3)如果α粒子正對著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°，這種機(jī)會極少，如圖所示，所以極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90°．3．原子內(nèi)的電荷關(guān)系：原子核的電荷數(shù)與核外的電子數(shù)相等，非常接近它們的原子序數(shù)．4．原子核的組成：原子核由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核的質(zhì)子數(shù)．5．原子半徑的數(shù)量級是10－10m，原子核半徑的數(shù)量級是10－15m，兩者相差10萬倍之多．對盧瑟福的原子核式模型的理解及應(yīng)用例3盧瑟福指導(dǎo)他的助手進(jìn)行的α粒子散射實(shí)驗(yàn)所用儀器的示意圖如圖．放射源發(fā)射的α粒子打在金箔上，通過顯微鏡觀察散射的α粒子．實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)的角度甚至大于90°，于是，盧瑟福大膽猜想

(

)A．原子半徑的數(shù)量級是10－10mB．原子核內(nèi)存在質(zhì)子和中子C．原子內(nèi)部有體積很小、質(zhì)量很大的核D．造成α粒子偏轉(zhuǎn)的主要原因是它受到了原子中電子的作用【答案】C【解析】原子半徑的數(shù)量級是通過油膜法測出來的，該實(shí)驗(yàn)不能確定原子半徑的數(shù)量級，A錯(cuò)誤；盧瑟福用α粒子轟擊氮核，證實(shí)了在原子核內(nèi)存在質(zhì)子，中子是查德威克發(fā)現(xiàn)的，B錯(cuò)誤；從絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可以推測使粒子受到排斥力的原子核體積極??；從極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，說明原子中心的核帶有原子的全部正電和絕大部分質(zhì)量，C正確；造成α粒子偏轉(zhuǎn)的主要原因是它受到了原子內(nèi)部正電荷的作用，D錯(cuò)誤．變式3

(多選)下列對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋，正確的是 (

)A．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要原因是原子中電子對α粒子的作用力B．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力C．原子核很小，α粒子接近它的機(jī)會很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來的方向前進(jìn)D．能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是穿過原子時(shí)離原子核近的α粒子【答案】BCD【解析】原子核帶正電，與α粒子之間存在庫侖力，當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí)受庫侖力而偏轉(zhuǎn)，電子對它的影響可忽略，故A錯(cuò)誤，B正確；由于原子核非常小，絕大多數(shù)粒子經(jīng)過時(shí)離核較遠(yuǎn)因而運(yùn)動(dòng)方向幾乎不變，只有離核很近的α粒子受到的庫侖力較大，方向改變較多，故C、D正確．變式4如圖，盧瑟福進(jìn)行的α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明(

)A．在原子的中心有一個(gè)很小的核B．原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)C．原子核集中了原子所有的質(zhì)量D．核外電子在繞核做圓周運(yùn)動(dòng)【答案】A【解析】為了解釋α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，A正確，C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不能說明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，也不能說明核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，B、D錯(cuò)誤．分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)中的力電問題規(guī)律2．牛頓第二定律：該實(shí)驗(yàn)中α粒子只受庫侖力，可根據(jù)庫侖力的變化分析加速度的變化．3．功能關(guān)系：根據(jù)庫侖力做功，可分析動(dòng)能的變化，也能分析電勢能的變化．4．原子核帶正電，其周圍的電場相當(dāng)于正點(diǎn)電荷的電場，注意應(yīng)用其電場線和等勢面的特點(diǎn)．小練?隨堂鞏固1．α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，使α粒子發(fā)生散射的原因是 (

)A．α粒子與原子核外電子碰撞B．α粒子與原子核發(fā)生接觸碰撞C．α粒子發(fā)生明顯衍射D．α粒子與原子核的庫侖力作用【答案】D2．借助陰極射線管，我們看到的是 (

)A．每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡

B．所有電子整體的運(yùn)動(dòng)軌跡C．看到的是真實(shí)的電子

D．看到的是錯(cuò)誤的假象【答案】B【解析】陰極射線管中不能看到每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，借助陰極射線管，我們看到的是電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡，即所有電子整體的運(yùn)動(dòng)軌跡，B