2 电子 原子的核式结构模型（共30张PPT）

(共30张PPT)
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2.1-2.2 电子 原子的核式结构模型

江苏省江都中学
高二物理
历史回顾：
古希腊哲学家德谟克利特认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。到了18世纪下半叶道尔顿通过大量化学实验认为，物质世界的最小单位是原子（沿用了前人的说法）。直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究后，有了新的发现，说明原子不是构成物质的最小粒子单元。
（一）带负电的微粒
1.阴极射线：
1858年，德国物理学家普吕克尔利用真空管研究气体放电时，发现真空管的阴极会发射出一种射线，这种射线沿直线传播，撞击到玻璃壁上会产生黄绿色的荧光。1876年德国物理学家戈德斯坦称这种射线为阴极射线。
问：那这种射线是什么物质呢？
阴极射线的本质是什么？

赫兹
[德国]
认为阴极射线是一种“电磁波”
认为阴极射线是
“带电的粒子流”
威廉·克鲁克斯
[英国]
争论的终结者：英国物理学家J.J.汤姆孙
问：请同学们想一想，假如你是汤姆孙，你如何利用3-1的知识确定射线的性质和电性的？

提高真空度，阴极射线在电场中发生偏转，且偏转情况与带负电的微粒相同
争论的终结者：英国物理学家J.J.汤姆孙
注：这两个实验装置更多详细的信息有兴趣的同学可以去研读课本，或者上网查阅相关资料。
阴极射线在磁场场中发生偏转，由左手定则可知其偏转情况与带负电的微粒相同
汤姆孙的结论：


组成阴极射线的粒子被称为电子
说明阴极射线是带负电的粒子流
（二）微粒比荷（荷质比）的测定
1、比荷：
带电粒子的电荷量与质量之比称为比荷，又称荷质比
2、由实验测得阴极射线的比荷是氢离子比荷的1000多倍。而阴极射线粒子的电荷量的大小与一个氢离子一样，因此它的质量不到氢原子的1/1000，比氢原子的质量小的多。
3、汤姆孙发现，对于不同的金属材料制作电极，都测得相同的比荷，他推断电子广泛存在与各种不同的原子之中。
（三）电子电荷量的精确测定 元电荷
1.第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的
2.电子的电荷量 e＝-1.602176462（63）×10－19C
电子的静质量：me＝9.10938188（72）×10－31kg

3.元电荷：最小的电荷量，一般取e＝1.6×10－19C 。任何带电体所带电荷量都只能是e的整数倍，是不连续的，具有量子化的特点。
1、电子的发现表明原子不是最小的微粒。
2、现在人们发现了各种物质里都有电子，电子是原子重要的组成部分．
由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质．
3、电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的．
（四）电子发现的意义
问：那么这两种物质是怎样构成原子的呢?
（五）原子的核式结构模型
1.枣糕模型（汤姆孙）：
假想正电荷构成一个密度均匀的球体，电子“浸浮”其中，并分布在一些特定的同心圆环或球壳上。
2、卢瑟福的α粒子散射实验
α粒子散射实验装置：
α粒子

α粒子散射实验结果是什么呢？
带两个单位正电荷，质量为电子质量的7300倍
2.α粒子散射实验结果
（1）绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进或只发生很小的偏转；
（2）有些（少数）α粒子发生了较大的偏转;
（3）个别（极少数）α粒子的偏转超过了90度，有的甚至几乎达到180度，像是被金箔弹了回来。
问题1.α粒子散射实验的结果与汤姆生原子模型得出的结论是否相符？说明你的理由。
思考以下2个问题：
（1）电子不可能使α粒子发生大角度散射。α粒子跟电子碰撞过程中两者动量变化相等，因α粒子的质量是电子质量的7300倍，碰撞前后α粒子速度几乎不变，而质量小的电子速度发生改变。因此，α粒子碰撞电子时不会出现被反弹回来的现象。发生非对心碰撞时，α粒子也不会出现大角度偏转。可见，电子对α粒子在速度的大小、方向上的改变是十分微小的。
分析与解答：
（2）按汤姆孙的原子模型，正电荷在原子内部分布均匀，α粒子穿过原子时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力有相当大的一部分相抵消，使α粒子偏转的力也不会很大，α粒子散射现象说明了汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况。






























电子
正电荷

α粒子
问题2：既然汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况，那么也就是说正电荷均匀分布在整个原子空间的观点是错误的。接下来继续请大家依次从绝大多数α粒子、少数α粒子、极少数α粒子散射结果去探讨原子内部的正电荷应该如何分布才能形成三种情形的散射结果呢？
（2）实验中发现少数α粒子发生大角度偏转，极少数甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比本身大的多的物体作用。
（1）金箔的厚度大约1μm，金原子的直径约3×10-10m。绝大多数α粒子穿过金箔时，相当于穿过几千个金原子的厚度，但它们的运动方向没发生明显的变化，这个现象表明α粒子在穿过时基本上没有受到力的作用，说明原子中的绝大部分是空的，原子的质量和电量都集中在体积很小的核上。
分析与解答：
1.在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，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着核旋转。
（六）卢瑟福原子的核式结构模型
(1)当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，运动方向改变很小，因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转或只发生很小的偏转．

(2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，偏转角才很大，而这种机会很少．
2.对α粒子散射实验结果的解释

(3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少.
可见原子内部是十分“空旷”的！
3.根据卢瑟福的原子核式模型和α粒子散射的实验数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核的大小。（1）原子的半径的数量级约为10-10米、原子核半径的数量级约是10-15米，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。

（2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内的原子序数相等。
（3）电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。
（七）原子的核式结构模型与经典理论的矛盾
1.由经典理论可知，带电粒子做加速运动时要向外辐射电磁波，即要辐射能量，因此，绕核运动的电子将不断向外辐射电磁波，辐射能量。由于能量不断损失，电子轨道半经会越来越小，最终会坠入原子核内，原子将不复存在。这显然与原子结构的稳定性相矛盾。
2. 由经典理论可知，电子绕核运动所辐射的电磁波频率应当是连续分布的，形成一个连续频谱。而实验观察，只存在某些分立的频谱，形成的频谱是线状的。
【典型例题】
例题1. (多选)汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，关于电子的说法正确的是（ ）
A．电子是原子核的组成部分
B．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
C．电子电荷量的数值约为1.602×10－19 C
D．电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷
BC
√
√
例题2. 下列对原子结构的认识中，错误的是( )
A．原子中绝大部分是空的，原子核很小
B．电子在核外绕核旋转，向心力为库仑力
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
D
√
√
√
10－15
例题3. 如图所示为卢瑟福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．下列说法中正确的是( )
A．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
B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
C．卢瑟福根据此实验得出原子的核式结构模型
D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原
子内的电子后产生的反弹
C
√
例题4.(多选)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，如图所示．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．若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．电子束的径迹与AB中电流的方向无关
信息1：电子速度方向向右
信息2：通电直导线AB周围有磁场
信息3：电子受到向下的洛伦兹力
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．电子束的径迹与AB中电流的方向无关
BC
信息1：电子速度方向向右
信息2：通电直导线AB周围有磁场
信息3：电子受到向下的洛伦兹力
√
√
课堂总结：
谢谢聆听！