人教版（2019）选择性必修第三册 4.3 原子的核式结构模型(共22张PPT)

(共22张PPT)
4.3 原子的核式
结构模型
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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？
这种射线称为阴极射线（cathode ray）。对这种射线本质的认识有两种观点：一种观点认为，它是一种电磁辐射；另一种观点认为，它是带电微粒。如何用实验判断哪一种观点正确呢？
4.3 原子的核式结构模型
一、电子的发现
英国物理学家J. J. 汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流
1、汤姆孙实验装置及实验原理
阴极
⑵阴极射线通过A、B形成一束细细射线。
⑶D1、D2之间加电场（或磁场）检测射线的带电性质。
荧光屏
⑴阴极射线的产生机理：管中残存气体分子中的正负电荷在强电场的作用下被“拉开”（即气体分子被电离），正电荷（即正离子）在电场加速下撞击阴极，于是阴极释放更多粒子流，形成了阴极射线。
阳极
缝隙
金属板
一、电子的发现
2、测定粒子的比荷
⑴应用带电粒子在恒定电场中的偏转求比荷（电偏转）
①两极板C、D间无电场和磁场时，粒子将打在荧光屏上的O点。
③在两极板间施加一个方向垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，则粒子在荧光屏上产生的光点又回到O点。
②在极板间施加电压U（上正下负），离开极板区域的粒子将打在荧光屏上的P点
2、测定粒子的比荷
⑵应用带电粒子在恒定磁场中的偏转求比荷（磁偏转）
①两极板C、D间无电场和磁场时，粒子将打在荧光屏上的O点。
②在两极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则离开极板区域的粒子将打在荧光屏上的P点。
③再在极板间施加电压U（下正上负）则粒子在荧光屏上产生的光点又回到O点。
一、电子的发现
一、电子的发现
3、汤姆孙发现电子
⑴阴极射线的本质是带负电的粒子流。
⑵不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。
⑶阴极射线粒子电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。
后来组成阴极射线的粒子被称为电子
电子的发现是物理学史上的重要事件。人们由此认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构。
4、密立根测电子电量
电子电荷的精确测定是在1909 1913年间由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。目前公认的电子电荷e的值为：
e＝ 1.602 176 634 × 10 -19 C
密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
从实验测到的比荷及e的数值，可以确定电子的质量。现在人们普遍认为电子的质量为：
me＝ 9.109 383 56 × 10 -31 kg
质子质量与电子质量的比值为：
一、电子的发现
通常情况下，物质是不带电的，因此，原子应该是电中性的。既然电子是带负电的，质量又很小，那么，原子中一定还有带正电的部分，它具有大部分的原子质量。请你设想一下，原子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的？
汤姆孙——西瓜模型（枣糕模型）
原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。
这个模型能够解释一些实验现象。但德国物理学家勒纳德1903年做了一个实验，使电子束射到金属膜上，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粒子散射实验则完全否定了这个模型。。
二、原子的核式结构模型
从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的快速运动的粒子，质量为氢原子质量的4 倍、电子质量的7300倍。
⑴α粒子
1909 年，英国物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的研究时，所用仪器的示意图。
1、 α粒子散射实验
⑵实验原理和实验装置
③M显微镜带有光屏S，可以在水平而内转到不同的方向对散射的α粒子进行观察。
①R是被铅块包围的α粒子源
②F是金箔：接收α粒子的轰击
当α粒子打到金箔时，发生了α粒子的散射。统计散射到各个方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中电荷的分布情况。
1、 α粒子射入金箔时难免与电子碰撞。试估计这种碰撞对α粒子速度影响的大小。
2、按照J. J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。请分析：α粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进。
α粒子的质量大约是电子质量的7300倍，α粒子与电子碰撞时，对α粒子速度影响的很小，碰撞前后，质量大的α粒子速度几乎不变。只可能是电子的速度发生大的改变，因此不可能出现α粒子反弹现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角度散射。
按照J. J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内，由于受库仑斥力的作用，α粒子穿过原子时，受到的各个方向正电荷的斥力基本会相互平衡，因此对α粒子运动的影响不会很大。大部分α粒子会有小角度偏转，但不可能有大角度偏转。
二、原子的核式结构模型
⑶α粒子散射实验现象
①绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。
③极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。
②少数α粒子（约占 ）发生了大角度偏转，
二、原子的核式结构模型
2、对α粒子散射实验的解释
①J. J.汤姆孙的模型无法解释大角度散射的实验结果。
②占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围。这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转。
⑴大角度的偏转不可能是电子造成的
⑵α粒子偏转主要是具有原子的大部分质量的带正电部分造成的
因为电子的质量只有α粒子的 ，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。
二、原子的核式结构模型
3、卢瑟福核式结构模型
⑶带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动
⑴在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核
⑵原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
三、原子核的电荷与尺度
1、原子核的电荷、电子数、原子序数
⑴原子是由带电荷＋Ze的核与核外Z个电子组成的。电子数Z等于原子核所带正电荷数。
⑶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。
Ze是原子核的电荷，单位是库仑；Z是原子序数，也是原子核的电荷数，它表示原子核的电荷是一个电子电荷（绝对值）的多少倍。Z是没有单位的，或者说Z的单位是1。
⑵原子序数Z 等于核电荷与电子电荷大小的比值
三、原子核的电荷与尺度
原子核的半径是很难测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。α粒子散射可以用来估算核半径。对于一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10-15 m，而整个原子半径的数量级是10-10 m，两者相差十万倍之多。
原子内部是十分“空旷”的
通常用核半径描述核的大小
2、原子核的尺度
核半径的数量级为10-15 m
原子半径的数量级是10-10 m
体育场
原子
原子半径的数量级为10-10m、原子核半径数量级为10-15m，
两者相差105倍！
原子核
三、原子核的电荷与尺度
1.汤姆孙发现电子
2.密立根油滴
电子的质量：me=9.109×10-31kg
一、电子的发现
二、原子的核式结构模型
1.卢瑟福通过α粒子散射实验
原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核
2.原子核式
结构模型
带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动
原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
三、原子核的电荷与尺度
原子内十分空旷
电子的电性
电子的比荷
测出电子电量：e=1.602×10-19C
绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。
极少数偏转的角度甚至大于90°，它们几乎被“撞了回来”。
少数α粒子（约占 ）发生了大角度偏转，
原子核的电荷数就是核中的质子数。
核半径的数量级为10-15 m
【例题1】美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验.两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，图中油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止.
(1)若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有________.
A.油滴质量m B.两板间的电压U
C.两板间的距离d D.两板的长度L
(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q＝________.(已知重力加速度为g)
板间电场为匀强电场，油滴处于静止状态，所以电场力与重力平衡。
所以需要测出的物理量有油滴质量m，两板间的电压U，两板间的距离d。
解析：
ABC
【例题2】(多选)(卢瑟福和他的学生用α粒子轰击不同的金属，并同时进行观测，经过大量的实验，最终确定了原子的核式结构.如图为该实验的装置，其中荧光屏能随显微镜在图中的圆面内转动.当用α粒子轰击金箔时，在不同位置进行观测，如果观测的时间相同，则下列说法正确的是（ ）
A.在1处看到的闪光次数最多
B.2处的闪光次数比4处多
C.3和4处没有闪光
D.4处有闪光但次数极少
解析：
ABD
在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，则在1处看到的闪光次数最多，故A正确；少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子被反弹回来，在2、3、4位置观察到的闪光次数依次减少，故C错误，B、D正确。
【例题3】(多选)根据卢瑟福的原子核式结构理论，下列对原子结构的认识中，正确的是（ ）
A.原子中绝大部分是空的，原子核很小
B.电子在核外运动，库仑力提供向心力
C.原子的全部正电荷都集中在原子核里
D.原子核的直径大约为10－10 m
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，提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核半径的数量级为10－15 m，原子半径的数量级为10－10 m，原子半径是原子核半径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷”的，核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引而绕核旋转，所以A、B、C正确，D错误.
ABC
请查阅资料了解：
继卢瑟福之后人们是如何探索原子结构的？
其实卢瑟福的模型提出后，很多科学家都无法接受，因为电子在库仑力下绕核运转，电磁场发生变化，激发出电磁波，就是向外辐射能量。那么能量越来越少，电子轨道半径减小，最后会撞到原子核上。但事实上很稳定。那么这个矛盾又在呼唤着什么新理论的出现，谁又将继续完成我们的发现之旅呢？我们下节课继续……
科学要靠两条腿走路，一条是理论，另一条是实验。有时一条腿走在了前面，有时另一条腿走在了前面。但是只有两条腿都使用时，才能够前进
———密立根