人教版高中物理选择性必修第三册第四章原子结构和波粒二象性第3节原子的核式结构模型课件（44页PPT）

(共44张PPT)
[学习目标]
1.知道阴极射线的组成，体会电子发现过程中所蕴含的科学方法，知道电荷是量子化的。
2.了解α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容。
3.知道原子和原子核大小的数量级，知道原子核的电荷数。
1.阴极射线：____发出的一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光。
2.汤姆孙的探究
根据阴极射线在电场和磁场中的____情况断定，它的本质是带____ (选填“正电”或“负电”)的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。组成阴极射线的粒子被称为电子。
3.密立根实验：电子电荷的精确测定是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＝________ C(保留两位有效数字)。
4.电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是__的整数倍。
阴极
偏转
负电
1.6×10-19
e
9.1×10-31
1 836
[易错辨析]
(1)阴极射线实际上是高速运动的电子流。( )
(2)荧光屏上出现的淡淡荧光就是阴极射线。( )
(3)组成阴极射线的粒子是光电子。( )
(4)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。( )
(5)电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的。( )
√
×
×
×
×
[例1]　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方向跟正电荷受力方向相同
C.不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D.汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量
解析　阴极射线在电场中偏向正极板一侧，因此阴极射线应该带负电荷，A正确；阴极射线在磁场中受力方向跟负电荷受力方向相同，B错误；不同材料所产生的阴极射线的比荷相同，C错误；汤姆孙并没有直接测到阴极射线粒子的电荷量，D错误。
A
[例2]　(多选)汤姆孙的阴极射线管的示意图如图所示，下列说法正确的是(　　)
AC
A.若在D1、D2两极板之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点
B.若在D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转
C.若在D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转
D.若在D1、D2两极板之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转
解析　实验证明，阴极射线是高速电子流，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，选项C正确，B错误；加上磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要发生偏转，选项D错误；当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A正确。
[总结提升]
1.阴极射线带电性质的判断方法
(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磁场的情况确定带电性质。
1.汤姆孙原子模型：汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为，原子是一个____，______弥漫性地________在整个球体内，电子_____其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“_____模型”，如图。
球体
正电荷
均匀分布
镶嵌
枣糕
2.α粒子散射实验
(1)α粒子散射实验装置由α粒子源、____、显微镜等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于____中。
(2)实验现象
①_________α粒子穿过金箔后，基本上仍沿____的方向前进。
②____α粒子发生了______偏转，极少数偏转的角度甚至_______，它们几乎被“_________”。
(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________模型。
3.核式结构模型：原子中带___电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。
金箔
真空
绝大多数
原来
少数
大角度
大于90°
撞了回来
核式结构
正
[思考探究]
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。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？
提示　α粒子受到的各方向正电荷的斥力基本会相互平衡，因此α粒子沿直线运动的可能性最大，最不可能发生大角度偏转。
[例3]　(多选)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)
A.在实验中，观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，极少数发生了较大角度的偏转
B.使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核和核外电子，当α粒子接近核时，是核的斥力使α粒子发生明显偏转；当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转
C.使少数α粒子产生偏转的原因是原子核对α粒子的万有引力
D.实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分
AD
解析　α粒子散射实验的现象是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大角度的偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转，选项A正确；使α粒子发生明显偏转的力主要来自带正电的核，电子对α粒子速度的大小和方向的影响完全可以忽略，选项B错误；原子核对α粒子的万有引力非常小，可以忽略不计，C错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，推测使粒子受到排斥力的核体积极小，选项D正确。
[例4]　关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有(　　)
A.汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内
B.汤姆孙通过著名的“油滴实验”精确测定了电子电荷
C.卢瑟福的核式结构模型能够很好地解释原子中带正电部分的体积、质量占比都很小
D.α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子的核式结构模型的主要依据
解析　汤姆孙发现电子后猜想出原子核内的正电荷是均匀分布的，故A错误；密立根通过著名的“油滴实验”精确测定了电子电荷，故B错误；卢瑟福提出的核式结构模型，能够很好地解释原子中带正电部分的体积很小，质量占比很大，故C错误；α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子的核式结构模型的主要依据，故D正确。
D
1.原子核的电荷数：各种元素的原子核的电荷数，即原子内的_____数，非常接近它们的_________，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的______来排列的。
2.原子核的组成：原子核是由____和____组成的，原子核的电荷数就是核中的______。
原子核的电荷数＝中性原子的电子数＝质子数。
3.原子核的大小：用核____描述核的大小。一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为____ m，而整个原子半径的数量级是____ m，两者相差十万倍之多。
电子
原子序数
电子数
质子
中子
质子数
半径
10-15
10-10
[例5]　下列对原子及原子核的认识，正确的是(　　)
A.原子由原子核和核外电子组成
B.原子核带有原子的全部正电荷和全部原子的质量
C.原子核直径的数量级为10-10 m
D.中性原子的核外电子带的负电荷之和小于原子核所带的正电荷
解析　原子由原子核和核外电子组成，故A正确；原子核的质量与电子的质量和是原子的质量，故B错误；原子直径的数量级是10-10 m，原子核是原子内很小的核，直径数量级为10-15 m，故C错误；中性原子的核外电子所带的负电荷之和与原子核所带的正电荷之和相等，故D错误。
A
1.(阴极射线性质的理解)关于阴极射线，下列说法正确的是(　　)
A.阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁产生的
B.只要阴、阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C.阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波
D.阴、阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
解析　阴极射线是由阴极直接发出的，选项A错误；只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的电场力作用而脱离阴极成为阴极射线，选项B错误，D正确；阴极射线是高速电子流，选项C错误。
D
2.(α粒子散射实验)(多选)在卢瑟福进行的α粒子散射实验中，观察到的实验现象是(　　)
A.绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进
B.有少数α粒子发生了大角度的偏转
C.原子的中心有一个很小的核
D.比较多的α粒子几乎都被撞了回来
解析　在卢瑟福进行的α粒子散射实验中，观察到的实验现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度超过90°，甚至有的被反向弹回，选项A、B正确，C、D错误。
AB
3.(α粒子散射实验现象的分析)如图是α粒子散射实验装置的示意图。从α粒子源发射的α粒子射向金箔，利用观测装置观测发现，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转，极少数α粒子束偏转的角度甚至大于90°。下列说法正确的是(　　)
D
A.α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流
B.实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内
C.α粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对α粒子的作用引起的
D.α粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对α粒子的斥力引起的
解析　α粒子是从放射性物质中发射出来的氦核，A错误；若原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内，α粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动的影响不会很大，不会出现大角度偏转的实验现象，B错误；电子对α粒子速度的大小和方向的影响可以忽略，C错误；原子核带正电，体积很小，但几乎占有原子的全部质量，电子在核外运动，当α粒子进入原子区域后，大部分离原子核很远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不变，只有极少数α粒子在穿过时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角度偏转，D正确。
4.(原子的核式结构模型)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里，核外电子带负电且具有一定质量，C、D错误。
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
[基础巩固练]
1.下列关于电子的说法错误的是(　　)
A.发现电子是从研究阴极射线开始的
B.汤姆孙发现物质中发出的电子比荷是不同的
C.电子发现的意义是让人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构
D.电子是带负电的，可以在电场和磁场中偏转
解析　汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，选项A正确；汤姆孙发现不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同，这种粒子即电子，选项B错误；汤姆孙发现电子，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构，选项C正确；电子是带负电的，可以在电场和磁场中偏转，选项D正确。
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
2.(多选)下列说法正确的是(　　)
A.汤姆孙精确地测出了电子电荷量
B.电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的
C.汤姆孙“油滴实验”更重要的发现是电荷量是量子化的，即任何带电体的电荷量只能是e的整数倍
D.通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量
BD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
3.关于电子的发现，下列叙述正确的是(　　)
A.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是可以再分的
B.电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
C.电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷
D.电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的
解析　汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子是可以再分的，A错误；原子的核式结构是卢瑟福通过α粒子的散射实验提出的，B错误；电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，C错误；电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的，D正确。
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
4. (多选)如图所示，一只阴极射线管左侧不断有电子射出，若在管的正下方平行放置一通电直导线AB，发现射线径迹向下偏，则(　　)
BC
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.若要使射线的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现
D.射线的径迹与AB中的电流方向无关
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
解析　由于AB中通有电流，在阴极射线管中产生磁场，电子受到洛伦兹力的作用而发生偏转，由左手定则可知，阴极射线管中的磁场方向垂直纸面向里，所以根据安培定则可知，AB中的电流方向应为从B流向A；当AB中的电流方向变为从A流向B时，则AB上方的磁场方向变为垂直纸面向外，电子所受的洛伦兹力方向变为向上，射线的径迹变为向上偏转，选项B、C正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
5.卢瑟福的α粒子散射实验结果表明(　　)
A.原子是由原子核和核外电子组成的
B.原子核外电子绕核做圆周运动
C.原子中的正电荷均匀分布在原子内
D.原子中的正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
解析　卢瑟福由α粒子散射实验现象提出了原子的核式结构模型，认为原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核里，整个原子很空旷，卢瑟福由此提出原子是由原子核和核外电子组成的，原子核外电子绕核做圆周运动，故D正确，A、B、C错误。
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
6.人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。下列说法正确的是(　　)
B
A.α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关
B.科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型
C.科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型
D.科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型
解析　α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型，选项B正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
7.(多选)如图为卢瑟福和他的同事们做的α粒子散射实验装置示意图，以下说法正确的是(　　)
AC
A.选择金箔的理由是“金”这种原子具有较大的核电荷数和优良的延展性能
B.观察到α粒子多数进入A，少数进入B，没有进入C和D的
C.原子的直径大小约为原子核的直径大小的10万倍
D.实验装置可以不抽成真空
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
解析　α粒子散射实验中，选用金箔是因为金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔，α粒子很容易穿过，还有其原子序数大，α粒子与金核间的库仑力大，发生偏转时明显，故A正确；大多数α粒子穿过金箔后基本不偏折，少数α粒子发生大角度的偏折，所以有α粒子进入C和D，故B错误；原子直径的数量级为10-10 m，原子核直径的数量级为10-15 m，所以原子的直径大小约为原子核的直径大小的10万倍，故C正确；实验装置一定要抽成真空，原因主要是由于α粒子的电离作用，若在空气中电离粒子只能前进几厘米，故D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
[能力提升练]
8. (多选)阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图如图所示。显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光。安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转。下列说法正确的是(　　)
AC
A.如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏
正中的O点
B.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上
A点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
C.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
D.如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场磁感应强度应该先由小到大，再由大到小
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
9.如图所示为α粒子散射实验的图景，图中实线表示α粒子运动轨迹。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)
D
A.卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子
B.图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大
C.根据α粒子散射实验可以估算原子的大小
D.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
解析　卢瑟福在α粒子散射实验中没有发现电子，A错误；题图中大角度偏转的α粒子受到的静电力先做负功，后做正功，则其电势能先增大后减小，B错误；根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小，C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，D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
10.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，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)(多选)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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
(2)用所选择的物理量表示该油滴的电荷量q＝________(已知重力加速度为g)。
(3)在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷，其值大约为________。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
[拓展培优练]
11.在再现汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏中心F出现光斑。若在D、G间加上方向向上、场强为E的匀强电场，阴极射线将向下偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出)，光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向上偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：
(1)说明阴极射线的电性；
(2)说明图中磁场沿什么方向；
(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
解析　(1)由于阴极射线在电场中向下偏转，因此阴极射线受电场力方向向下，又由于匀强电场方向向上，则电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电。
(2)由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力，而与电场力平衡，由左手定则知磁场的方向垂直纸面向外。
(3)设此射线带电荷量为q，质量为m，当射线在D、G间做匀速直线运动时，有qE＝qvB