4.3 原子的核式结构模型 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修3(共21张PPT)

(共21张PPT)
第3节 原子的核式结构模型
第四章 原子结构和波粒二象性
科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线的本质是什么呢？
1.知道发现电子的意义，体会电子发现过程中蕴含的科学方法。
2.了解α粒子散射实验原理和实验现象。
3.了解卢瑟福的原子核式结构模型，知道原子和原子核大小的数量级。
4.认识原子核式结构模型建立的科学推理与理论过程。
知识点一：电子的发现
一种观点认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射代表人物赫兹
另一种观点认为阴极射线是带电微粒代表人物汤姆孙
19世纪，对阴极射线本质的认识有两种观点

那么阴极射线到底是什么呢？

英国物理学家J.J.汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流。
为了证实这点，从1890年起他进行了一系列实验研究。
1.实验装置：真空玻璃管、阴极、阳极和感应圈。
3.阴极射线：荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线命名为阴极射线。
2.实验现象：感应圈产生的高电压加在两极之间，玻璃管壁上发出荧光。
在金属板D1D2之间未加电场时，射线不偏转，射在P1点。
施加如图电场后射线偏转，射在P2点。
发现阴极射线带负电
4. 阴极射线是带负电的粒子
为了使射线回到P1点
5.测定带电粒子的比荷
需在D1D2之间施加
垂直纸面向外的磁场
去掉D1D2之间的电场
射线在磁场作用下偏转，射在P3点。
汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量大致相同，后来，组成阴极射线的粒子就被称为电子。
汤姆孙还发现，用不同材料的阴极做实验，所得的比荷数值是相同的，这说明不同物质都能够发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。
电子电荷量的精确测定是在1909~1913年间由密立根通过著名的油滴实验得出，目前公认的电子电荷的值为e＝1.602×10－19C。
电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
电子的质量：me＝9.109 389 7×10－31 kg，质子质量与电子质量的比＝1836。
汤姆孙进一步研究发现，不论阴极射线、 射线、光电流还是热离子流，它们都包含电子。汤姆孙因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。
电子的发现不只是说明原子是组成物质的最小微粒，更重要的是对揭示原子结构有重大意义。
1.如图所示,一只阴极射线管左侧不断有电子射出,若在管的正下方放一通电直导线AB时,发现射线径迹下偏,则(　　)
A.导线中的电流由A流向B
B.导线中的电流由B流向A
C.如要使电子束的径迹向上偏,可以通过改变AB中电流的方向来实现
D.电子的径迹与AB中电流的方向无关
练一练
BC
知识点二：原子的核式结构模型
1.汤姆孙的“西瓜模型”或“枣糕模型”
1903德国物理学家勒纳德做了一个实验，使电子束射到金属膜，发现较高速度的电子很容易穿透原子。这说明原子不是一个实心球体，这个模型可能不正确。之后不久，α粒子散射的实验彻底否定了这个模型！
“枣糕”模型：原子是个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。
2. α 粒子散射实验
1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了α粒子散射实验，实验装置如图所示。
α粒子放射源
金箔
带有荧光屏的显微镜
荧光屏
α粒子：从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7300倍。
(1)实验装置
(2)实验结果
①绝大多数α粒子穿过金箔后基本上沿原来的方向前进或发生很小的偏转。
②少数α粒子发生了较大的偏转。
③极少数α粒子的偏转角超过了90度，有极个别甚至接近180度，就像被弹回来了一样。
卢瑟福
卢瑟福和他的学生惊呼：“这件事情是如此的不可能，就好像你用炮弹射向一层薄纸，但炮弹却被纸弹了回来”。
(3)实验意义
卢瑟福通过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。
(4)实验的注意事项
①整个实验过程在真空中进行。
②金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过。
③使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄。另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显。
3.α粒子散射实验的分析
粒子大角度散射甚至被弹回的原因是什么呢？
因为带负电的电子质量太小，如果质量大的α粒子与电子发生碰撞，那么电子对α粒子的速度大小和方向的影响就像灰尘对炮弹的影响，完全可以忽略。
“枣糕模型”能否解释粒子在穿越原子内部后发生的大角度偏吗？
按照汤姆孙的“枣糕模型”正电荷在原子内部均匀分布，那么α粒子穿过原子时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力大部分互相抵消，使α粒子偏转的力不会很大，这样，汤姆孙的“枣糕模型”虽然能够解释绝大多数的α粒子基本上仍沿原方向进行，但是却无法解释大角度散射的实验结果。
(1)原子的核式结构模型
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原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。
(2)对α粒子散射实验的解释
①绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进——离金原子核较远，库仑斥力较小。
②少数α粒子发生较大的偏转——离金原子核较近，库仑斥力较大。
③极少数α粒子偏转角度超过90°，有的甚至达到180°——正对或基本正对金原子核入射α粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后加速远离金原子核
1.如图所示是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，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，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是（　　）
A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转
练一练
A
知识点三：原子核的电荷与尺度
1.电荷数与原子序数
由于原子是电中性的，原子核所带正电荷数等于电子数。
各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数，非常接近它们的原子序数。
元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数排列的。
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
2.原子核的尺度
原子核式结构模型示意图
原子半径的数量级为10-10m
对于一般的原子核，实验确定的核半径数量级为10-15m
原子半径是原子核半径的约十万倍，原子的体积是原子核体积的1015倍
露珠
原子核
体育场
原子
1.英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的探究,最终发现了电子,由此被称为“电子之父”,下列关于电子的说法正确的是(　　)
A.任何物质中均有电子
B.不同物质中具有不同的电子
C.电子质量是质子质量的1 836倍
D.电子是一种粒子,是比原子更基本的物质单元
练一练
AD
原子的核式结构模型
电子的发现
原子的核式结构模型
原子核的电荷与尺度
电子的电荷量
电子的比荷
卢瑟福α粒子散射实验
由质子和中子组成
原子核半径数量级10-15m
原子半径的数量级为10-10m
原子的核式结构模型