4.3 第3节　原子的核式结构模型 课件《创新课堂》选择性必修三（49页ppt）

(共49张PPT)
第3节　原子的核式结构模型
1．知道阴极射线的概念，了解电子的发现过程，知道电子是原子的组成部分。　2.知道电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。　3.了解α粒子散射实验的实验器材、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。　
课前知识梳理
PART
01
第一部分
稀薄
荧光　
阴极射线
负电
比荷
相同
电子
电子
密立根
油滴实验　
整数倍
二、原子的核式结构模型
1．J.J.汤姆孙原子模型
J．J.汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。有人形象地把他的这个模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。
原来的
大角度
大于90°　
核式结构
全部质量
原子核
质子和中子
质子
10－10
10－15
判断下列说法是否正确。
(1)阴极射线实际上是高速运动的电子流。(　　)
(2)电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的。(　　)
(3)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹。(　　)
(4)卢瑟福否定了汤姆孙的原子模型，建立了原子核式结构模型。　(　　)
(5)原子的质量几乎全部集中在原子核上。(　　)
(6)原子中所有正电荷都集中在原子核内。(　　)
×
√
×
√
√
√
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　电子的发现及比荷的测定

汤姆孙的气体放电管如图所示。

(1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？
[提示]　阴极射线向下偏转，与电场线方向相反，说明阴极射线带负电。
(2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？
[提示]　由左手定则可得，在金属板D1、D2之间单独加垂直于纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转。　
1．阴极射线的电性
(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定带电的性质。
(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。
如图所示的是汤姆孙做阴极射线实验时用到的气体放电管，在K、A之间加高电压，便有阴极射线射出；C、D间不加电压时，荧光屏上O点出现亮点，当C、D之间加如图所示的电压时，光屏上P 点出现亮点。

(1)要使K 、A 之间有阴极射线射出，则 K 应接高压电源____________(选填“正极”或“负极”)；要使荧光屏上P 处的亮点再回到O点，可以在C、D间加垂直于纸面____________(选填“向里”或“向外”)的匀强磁场。
负极
向外
[解析]　要使K 、A 之间有阴极射线射出，则 K 应接高压电源负极；要使光屏上P 处的亮点再回到O点，则洛伦兹力向上，根据左手定则可知，可以在C、D间加垂直于纸面向外的匀强磁场。
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是____________(选填“相同”或“不同”)的。
[解析]　汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是相同的。
相同
美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，最先精确测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验。如图所示，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，则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
ABC
(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)
(3)若电子的电荷量为e，则该油滴中带的电子数为________。
知识点二　原子核式结构模型

图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图。

试探究：(1)该实验中为什么用金箔作靶子？
[提示]　金的延展性好，可以做得很薄，而且金的原子序数大，产生的库仑斥力大，偏转明显。
(2)当把荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，相同时间内哪个位置观察到屏上的闪光次数最多？
[提示]　相同时间内在A处观察到屏上的闪光次数最多。　
1．α粒子散射实验
(1)实验背景：α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。
(2)实验装置
①放射源：放出α粒子(He)。
②金箔：靶子。
③显微镜、荧光屏(可转动)：观察工具。
(3)实验现象

①绝大多数α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小)；
②少数α粒子发生大角度偏转；
③如果α粒子几乎正对着原子核射来，偏转角就几乎达到180°，这种机会极少。
(4)实验解释
①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；
②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。
(5)实验结论
卢瑟福分析了实验数据后认为，事实应该是：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。卢瑟福提出了自己的原子模型：原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的。
2．原子的核式结构
(1)原子的两种模型
核式结构 枣糕模型
原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里 原子是充满了正电荷的球体
电子绕核高速旋转 电子均匀嵌在原子球体内
(2)原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，等于它们的原子序数。
(3)原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。
(4)原子半径的数量级是10－10 m，原子核半径的数量级是10－15 m，两者相差10万倍之多。
角度1　α粒子散射实验现象
(2024·山东日照阶段练)卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，打到金箔上，最后在环形荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　)

A．α粒子发生偏转是由于它跟金箔中的电子发生了碰撞
B．当α粒子接近金箔中的电子时， 电子对α粒子的吸引力使之发生明显偏转
C．通过α粒子散射实验可以估算原子核半径的数量级约为 10－10 m
D．α粒子散射实验说明了原子中有一个带正电的核，几乎集中了原子全部的质量
√
[解析]　α粒子偏转主要是占原子质量绝大部分的带正电的原子核的斥力造成的，电子的质量很小，α粒子与电子碰撞后对运动轨迹的影响可忽略不计，A、B错误；
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，可见原子内部是十分“空旷”的，C错误；
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，D正确。
根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为α粒子散射图景，图中实线表示α粒子的运动轨迹，则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)

A．根据α粒子散射实验可以估算原子大小
B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了直接碰撞
C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小
D．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大
√
[解析]　根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小，A错误；
题图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用，并没有发生碰撞，B错误；
绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小，C正确；
题图中大角度偏转的α粒子，库仑斥力先做负功后做正功，故电势能先增大后减小，D错误。
角度2　原子的核式结构
(多选)(2024·北京西城期中)如图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述说法正确的是(　　)
A．相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多
B．放在C、D位置时屏上观察不到闪光
C．该实验说明原子中正电荷是均匀分布的
D．只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上
√
√
[解析]　该实验的实验现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，即相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多，但有少数α粒子发生大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，即放在C位置时屏上观察到少数闪光，放在D位置屏上观察到极少数闪光，故A正确，B错误；
由上述实验说明了：原子中正电荷并不是均匀分布的，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，故C错误，D正确。
(多选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是(　　)
A．原子是一个质量分布均匀的球体
B．原子的质量几乎全部集中在原子核内
C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内
D．原子核半径的数量级是10－15 m
[解析]　原子的质量几乎全部集中在原子核内，A错误，B正确；
原子的正电荷全部集中在一个很小的核内，负电荷绕原子核做圆周运动，C错误；
原子核半径的数量级是10－15 m，D正确。
√
√
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
1．(阴极射线)阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示。若要使射线向上偏转，则所加磁场的方向应为(　　)

A．平行于纸面向左　　 B．平行于纸面向上
C．垂直于纸面向外 D．垂直于纸面向里
√
解析：由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线向右传播，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则，当磁场方向垂直于纸面向外时，得出电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，满足题意，故C正确。
2．(电子的发现及比荷的测定)(多选)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现(　　)
A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量
√
√
解析：阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确；
由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，B错误；
不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误；
在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，D正确。
3．(α粒子的散射实验)如图所示的是卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。下列说法正确的是(　　)

A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多
C．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生反弹
√
解析：卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，A正确；
因大多数粒子不改变运动方向，则在题图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内在A处观察到屏上的闪光次数多，B错误；
因只有少数的粒子发生大角度偏转，则在题图中的B位置进行观察，屏上可观察到少数闪光，C错误；
α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子核的斥力作用，D错误。
4．(原子的核式结构)关于原子结构，下列说法正确的是(　　)
A．原子中的原子核很小，核外很“空旷”
B．原子核半径的数量级是10－10 m
C.原子的全部电荷都集中在原子核里
D．原子的全部质量都集中在原子核里
√
解析：原子中的原子核很小，核外很“空旷”，A正确；
原子核半径的数量级是10－15 m，原子半径的数量级是10－10 m，B错误；
原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核，核外电子带负电且具有一定质量，C、D错误。
5.(电子比荷的测定)如图所示，电子以初速度v0从O点进入长
为l、板间距离为d、电势差为U的平行板电容器中，出电场
时打在屏上P点，经测量O′P为Y0，求电子的比荷。