2012高二物理课件：第十八章 1 2 原子的核式结构模型 （新人教版选修3-5）

(共28张PPT)
第十八章
原子结构
1
电子的发现
2 原子的核式结构模型
知识点 1 阴极射线
1．产生：在研究空气导电的玻璃管内有_____、_____两极，
当在两极间加一定电压，阴极便发出一种射线，这种射线为
阴
阳
_________．
阴极射线
2．特点：碰到___________能使其发光
荧光物质
在稀薄气体的辉光放电实验中，若不断地抽出管中的气体，
当管中的气压降到 0.1 Pa 的时候，管内已接近真空，不能使气
体电离发光，这时对着阴极的玻璃管壁却发出荧光，如果在管
中放一个十字形金属片，荧光中会出现十字形阴影，如图
18－1－1 所示．
图 18－1－1
知识点 2 电子的发现
1．汤姆孙发现电子
(1)从 1890 年起英国物理学家汤姆孙开始了对阴极射线的
一系列实验研究．
(2)汤姆孙利用电场和磁场能使带电的运动粒子发生偏转
的原理检测了阴极射线的带电性质，并定量测定了阴极射线粒
(3)______年汤姆孙发现了_____(阴极射线是高速电子流)．
1897
电子
电子的电量________________；
电子的质量__________________；
e＝1.6×10－19 C
me＝9.1×10－31 kg
2．电子发现的意义
以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是
不可再分的最小微粒．现在人们发现了各种物质里都有电子，
而且电子是原子的组成部分．电子带_____，而原子是电中性的，
可见原子内还有带正电的物质，这些带正电的物质和带负电的
电子如何构成原子呢？电子的发现大大激发了人们研究原子内
部结构的热情，拉开了人们研究原子结构的序幕．
负电
3．密立根油滴实验
(1) 美国物理学家密立根在 1909 ～1913 年间通过著名的
“___________”精确测定了电子的电荷量．
(2)密立根实验的重要意义：发现电荷是_______的，即任
何电荷只能是 e 的整数倍．
油滴实验
量子化
知识点 3 α粒子散射实验
1．实验装置
如图 18－1－2 所示，用α粒子轰击金箔，由于金原子中的
带电粒子对α粒子有库仑力作用，一些α粒子穿过金箔后改变了
α粒子散射
运动方向，这种现象叫做____________．
图 18－1－2
2．实验注意事项
(1)整个实验过程需在真空中进行．
(2)_______________，本身很小，金箔需很薄，α粒子才能
很容易穿过．
α粒子是氦核
(3)实验中用的是金箔而不是铝箔，这是因为金的原子序数
大，α粒子与金核之间的库仑力大，偏转明显，另外金的延展性
好，容易做成极薄的金箔．
3．实验结果
绝大多数α粒子穿过金箔后基本仍沿原来的方向前进，但是
有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转角度甚至大于 90°.
知识点 4 原子的核式结构
1．汤姆孙的枣糕模型
汤姆孙
枣糕模型
_______于 1898 年提出原子的____________．汤姆孙在发
现电子后，便投入了对原子内部结构的探索，他运用丰富的想
象，提出了原子枣糕模型(图 18－1－3)．在这个模型里，汤姆
孙把原子看作一个球体，正电荷均匀地分布在整个球内，电子
像枣糕的枣子一样嵌在球中，被正电荷吸引着．原子内正、负
电荷相等，因此原子的整体呈中性．汤姆孙的模型是第一个有
一定科学依据的原子结构模型．
图 18－1－3
【特别提醒】汤姆孙的原子结构模型虽然能解释一些实验
事实，但这一模型很快就被新的实验事实所否定.不过它的意义
却极其深远，电子的发现使我们认识到原子是有结构的，并用
汤姆孙的原子模型可以粗略解释原子发光问题，为我们揭开了
原子结构研究的帷幕.
2．原子的核式结构
卢瑟福
结构
________依据α粒子散射实验的结果，提出了___________
______：
在原子中心有一个很小的核，叫原子核．原子的全部正电
荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕
核旋转．
原子的核式
按照卢瑟福的核式结构学说，可以很容易地解释α粒子的散
射实验现象．如图 18－1－4 所示．
图 18－1－4
按照这个模型，由于原子核很小，大部分α粒子穿过金箔时
都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响；只
有极少数α粒子从原子核附近飞过，明显地受到原子核的库仑斥
力而发生大角度的偏转．
【例题】下列对原子结构的认识中，错误的是(
)
A．原子中绝大部分是空的，原子核很小
D
B．电子在核外绕核旋转，向心力为库仑力
C．原子的全部正电荷都集中在原子核里
D．原子核的半径大约为 10-10m
解析：卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆
孙模型，卢瑟福提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核半
1．原子的核式结构学说是卢瑟福根据以下哪个实验或现象
提出来的(
)
C
A．光电效应实验
C．α粒子散射实验
B．黑体辐射
D．阴极射线
题型 1
电子比荷测定的有关计算
【例题】汤姆孙用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质
量之比)的实验装置如图 18－1－5 所示．真空管内的阴极 K 发
出的电子(不计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加
速后，穿过 A′中心的小孔沿中心轴 O1O 的方向进入到两块水
平正对放置的平行极板 P 和 P′间的区域．当极板间不加偏转
电压时，电子束打在荧光屏的中心 O 点处，形成了一个亮点；
加上偏转电压 U 后，亮点偏离到 O′点(O′与 O 点的竖直间距
为 d，水平间距可忽略不计)．此时，在 P 和 P′间的区域，再
加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场．调节磁场的强弱，
当磁感应强度的大小为 B 时，亮点重新回到 O 点．已知极板水
平方向的长度为 L1，极板间距为 b，极板右端到荧光屏的距离
为 L2(如图 18－1－5 所示)．求：
图 18－1－5
(1)打在荧光屏 O 点的电子速度的大小；
(2)推导出电子的比荷的表达式．
解析：(1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做
匀速直线运动，亮点重新回到中心 O 点，设电子的速度为 v，
则 evB＝eE，
规律总结：测定电子比荷问题，实际上是电荷在电场、磁
场或复合场中的运动问题，根据相应的规律求解即可.
1．1897 年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打
破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆孙的实验
是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在实验中，汤姆孙
采用了如图 18—1—6 所示的阴极射线管，从电子枪 C 出来的
电子经过 A、B 间的电场加速后，水平射入长度为 L 的 D、E
平行板间，接着在荧光屏 F 中心出现荧光斑．若在 D、E 间加
上方向向下，场强为 E 的匀强电场，电子将向上偏转；如果再
利用通电线圈在 D、E 电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B
的匀强磁场(图中未画)荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去
掉电场，电子向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：
(1)说明图中磁场沿什么方向；
(2)根据 L、E、B 和θ，求出电子的比荷．
图 18－1－6
图 2
题型 2
α粒子散射实验
【例题】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
C．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一
个很小的核里
D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
解析：该题要考查的是α粒子散射实验对人类认识原子结构
的贡献．只要学生了解α粒子散射实验的结果及核式结构的建立
过程，不难得出正确答案．
α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷
和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核
内存在中子．
答案：C
规律总结：α粒子散射实验是物理学发展史上的一个重要的
实验，它的实验结果使人们关于物质结构的观念发生了根本性
变化，从而否定了汤姆孙原子结构的枣糕模型，导致了卢瑟福
核式结构模型的确立.教材中关于α粒子散射实验装置和实验方
法的描述十分详尽，对实验结果的说明层次非常清楚：绝大多
数α粒子穿过，基本上不发生偏转；少数发生了大角度偏转，偏
转角甚至大于90°.
2．卢瑟福提出原子核式结构的实验基础是α粒子散射实验．
在α粒子散射实验中，大多数α粒子穿越金箔后仍然沿着原来的
方向运动，其较为合理的解释是(
)
B
A．α粒子穿越金箔时距离原子核较近
B．α粒子穿越金箔时距离原子核较远
C．α粒子穿越金箔时没有受到原子核的作用力
D．α粒子穿越金箔时受到原子核与电子的作用力构成平衡
力