鲁科版(2019)新教材高中物理选择性必修3 4.2 原子的核式结构模型课件(共18张PPT)

(共18张PPT)
原子的核式结构模型
一、α 粒子散射实验
19世纪末，β 射线、α 射线相继被发现，尤其是某些放射性物质释放出的α 粒子具有很大的动能，可以做轰击金属的“炮弹”。用这些已知的粒子与金属内的原子相互作用，根据粒子的偏转情况来获得原子内部的信息，成为研究物质结构的新方法，这种研究方法使得人们对原子结构的研究取得了突破。
1. 实验背景
汤姆孙原子结构模型建立后，人们便希望用模型去解释实验现象。但事实证明，该模型在解释有些实验现象时遇到了困难。1902年，勒纳德所做的电子穿过金属箔的实验，显示高速电子很容易穿过金属中的原子，这表明原子不像是正电荷均匀分布的实心球体。
1909~1911年，卢瑟福和他的合作者做了用α 粒子轰击金箔的实验，实验装置如图所示。在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋（Po），它发出的α 粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上。α 粒子穿过金箔后，打到环形荧光屏上，产生一个个闪烁的光点，这些光点可以用显微镜观察到。
α 粒子散射实验
2. 实验方法
3. 实验装置
α 粒子散射实验
α 粒子散射实验装置 （俯视图）
α 粒子散射实验
（1）绝大多数的α 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的
方向前进。
（2）有少数α 粒子发生了较大的偏转。
（3）有极少数α 粒子偏转角超过了90 ，有的几乎达到
180°。
4. 实验现象
大量实验发现，α 粒子被反射回来的概率竟然有1/8000。用其他重金属箔做实验，比如铂箔，也都观察到了大角度散射现象。后来，人们将卢瑟福所做的这个实验称为 α 粒子散射实验。
α 粒子散射实验的分析
上述的实验事实令人惊奇。大角度的偏转不可能是电子造成的，因为它的质量只有α 粒子的1/7300 ，它对α 粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。因此，造成 α 粒子偏转的主要原因是具有原子的大部分质量的带正电部分的作用。而按照汤姆孙模型，正电荷是弥漫地分布在原子内的，α 粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会互相平衡，因此对α 粒子运动的影响不会很大。所以，汤姆孙模型无法解释大角度散射的实验结果。
卢瑟福的核式结构模型
卢瑟福无法用汤姆孙原子结构模型解释α 粒子大角度散射现象，他认为这就好像一颗炮弹发射到一张砂纸上，竟被砂纸弹回来一样不可思议。卢瑟福尊重实验事实，利用与原子结构相关的信息，经过严谨的理论推导，于1911年提出了原子的核式结构模型。他认为，原子内部有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷以及几乎全部的质量都集中在原子核内；带负电的电子绕核运动。卢瑟福的原子模型有些像太阳系，电子绕核运行就像太阳系的行星绕太阳运行似的。因此，原子的核式结构模型又被称为行星模型。
核式结构模型对大角度散射的解释
按照卢瑟福的核式结构模型，α 粒子穿过原子时，电子对α 粒子运动的影响很小，影响α 粒子运动的主要是原子核。若α 粒子穿过金箔时离核较远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响；只有当α 粒子从原子核附近飞过时，才会明显的受到原子核的库仑力而发生大角度偏转。（如图所示）因为原子核很小，α 粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α 粒子基本上仍按直线方向前进，发生偏转的粒子中，大多数偏转角度也不大，只有极少数α 粒子发生大角度偏转。卢瑟福核式结构模型很好地解释了大角度散射现象。
原子核的电荷
由不同元素对α 粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的电荷Q。又由于原子是电中性的，可以推算出原子内含有的电子数。科学家们注意到，各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数，非常接近于它们的原子序数，这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。
现在，我们知道，原子确实是由带电荷 +Ze 的核与核外 Z 个电子组成。原子序数Z等于核电荷与电子电荷大小的比值。后来又发现原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。
原子核的尺度
原子核的尺度
通常用核半径 R 表征核的大小。原子核的半径是无法直接测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。α 粒子散射是估计核半径的最简单的方法。对于一般的原子核，实验确定的核半径 R 的数量级为10 m，而整个原子半径的数量级是10 m，两者相差10万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。
原子核的电荷与尺度
原子序数
质子
中子
A
10-10 m
10-15 m
典型例题
1. (多选)如图为 α 粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜在图中的A、B、C、D 四个位置时，关于观察到的现象，下述说法正确的是
A. 相同时间内放在 A 位置时观察到屏上的闪光次数最多
B. 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位置时少得多
C. 放在 C、D 位置时屏上观察不到闪光
D. 放在 D 位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
答案　ABD
典型例题
2. (多选)用α 粒子轰击金箔，α 粒子在接近原子核时发生偏转的情况如图所示，则α 粒子的路径可能是
A. a 　　
B. b
C. c 　　
D. a、b、c 都是不可能的
答案　AC
典型例题
典型例题
答案　2.7×10－14 m
课堂小结
学习目标达成对照表
知识目标 核心提炼
1. 知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。 1个过程——电子的发现过程
1个实验现象——α粒子散射实验现象
2个原子模型——汤姆孙原子结构模型
卢瑟福核式结构模型
2. 知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e 的整数倍。
3. 了解α粒子散射实验原理和实验现象。
4. 知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容。
5. 知道原子和原子核大小的数量级，原子核的电荷数。