18.2 原子的核式结构模型—人教版高中物理选修3-5课件.(共51张PPT)

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名称 18.2 原子的核式结构模型—人教版高中物理选修3-5课件.(共51张PPT)
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文件大小 56.9MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2020-05-15 06:00:27

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文档简介

(共51张PPT)
高中物理课程(选修3-5)
—— 18.1 原子的核式结构模型

















































































































前情回顾
01










































































































































































































要点解析
02


题型演练
03


课程总结
04


课后作业
05











前情回顾
Part One

电子电量
电子质量
质子质量与电子质量的比值
密立根油滴实验更重要的发现是:电荷是不连续的,是量子化的,即任何带电体的电荷只能使e的整数倍。

电子比荷



前情回顾
【作1】(多选)关于阴极射线,下列说法正确的是(    )
A. 阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象
B. 阴极射线是在真空管内由阴极发生的电子流
C. 阴极射线是组成物体的原子
D. 阴极射线按直线传播,但可被电场、磁场偏转
课后作业讲评
BD
【作2】某一物体所带的电荷量不可能的是(   )
A. 1.6×10-10C
B. 6.4×10-6C
C. 3.2×10-20C
D. 4.8×10-19C
C



















































































要点解析
Part Two
美国物理学家密立根通过“油滴实验”测得了电子的带电量

电子的发现不只是说明原子不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
英国伟大的科学家汤姆孙研究阴极射线,发现了电子

原子的结构究竟是怎样的
带负电电子的发现使人们推测原子中必然还有带正电荷的部分。
也就是说,原子是由两部分组成的。
一部分是电子,带负电。
另一部分则带正电,而且其所带的正电荷应与电子所带的负电荷相等

在我们生活的物质世界中,通常情况下物质本身都是呈电中性的。
原子的结构究竟是怎样的
近代物理的三大发现即电子的发现和X射线的发现、放射现象的发现,成为了科学家构思原子结构的依据
设想原子的中心是带正电的粒子,外围是绕其运动的电子
佩兰
1901年,法国物理学家佩兰
原子的结构究竟是怎样的
近代物理的三大发现即电子的发现和X射线的发现、放射现象的发现,成为了科学家构思原子结构的依据
1903年,日本科学家长冈半太郎,提出了“土星型模型”
认为电子均匀分布在一个环上,中心是一个大质量的正电球
长冈半太郎
原子的结构究竟是怎样的
近代物理的三大发现即电子的发现和X射线的发现、放射现象的发现,成为了科学家构思原子结构的依据
1904年,爱尔兰科学家汤姆孙提出了影响较大的“枣糕模型”
汤姆孙
原子的结构究竟是怎样的
了解汤姆孙的原子模型
了解原子的“土星”模型
汤姆孙模型
正电荷
电子
假想正电荷构成一个密度均匀分布的球体,电子“浸浮”其中,并分布在一些特定的同心圆环或球壳上


汤姆孙的原子模型
如果能直接观测就好了
原子很小,原子的结构非常紧密,用一般的方法是无法直接观测到它的内部结构的
汤姆孙提出的“枣糕模型”是否正确呢?
汤姆孙的原子模型
那么我们需要采用什么样的方法来认识原子的结构呢?
要认识原子的结构,需要用高速粒子对它进行轰击
由于α粒子具有足够的能量,可以接近原子中心,它还可以使荧光屏物质发光
如果α粒子与其他粒子发生相互作用而改变运动方向,荧光屏就能够显示出它的方向变化
新西兰物理学家卢瑟福通过α粒子散射的方法来研究原子结构

卢瑟福
卢瑟福
α粒子散射实验
了解α粒子散射实验的原理
了解α粒子散射实验装置
能描述α粒子散射实验结果
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
α粒子:带有两个正电荷,质量约为电子的7300倍
α粒子放射源
金箔
带有荧光屏的显微镜
荧光屏
α粒子放射源被封装在铅盒内,在铅盒上有一个小孔,这样α粒子可以从小孔发射出来
用金材料做成的金属箔片,厚度约为1微米
被散射的α粒子打在荧光屏上会产生荧光,显微镜可以绕平板边缘做圆周运动,这样可以通过荧光屏上的荧光来观察α粒子轰击金箔后被散射的径迹
α粒子散射实验
整个实验过程在真空中进行
α粒子是氮原子核,体积很小,金箔需要做得很薄, α粒子才能穿过
α粒子散射实验
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”
α粒子散射实验
粒子大角度散射甚至被弹回的原因是什么呢?
粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的?
α粒子:带有两个正电荷,质量约为电子的7300倍
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
α粒子散射实验的分析
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
“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?
α粒子散射实验的分析
实验结果表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比本身大得多的物体的作用

实验中发现少数的α粒子发生大角度的偏转,极少数的个别α粒子甚至被弹回。
这个现象能表明什么呢?
α粒子散射实验的分析
也就是说,绝大多数的α粒子在穿过金箔时,相当于穿过几千个金原子的厚度,但它们的运动方向却没有发生明显的变化
这个现象表明了绝大多数的α粒子在穿过金箔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部分上

另外金箔的厚度大约是1μm,而金原子的直径约为?
α粒子散射实验的分析
客观的实验结果分析让卢瑟福对导师汤姆孙的“枣糕模型”的观点产生了质疑并大胆否定
卢瑟福
1911年,新西兰物理学家卢瑟福
提出原子的核式结构模型
原子核式结构模型
知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容
会用原子核式模型解释α粒子散射实验的结果?
原子核式结构模型
因为原子核很小,原子内部非常“空旷”,所以绝大多数α粒子从离核较远的地方经过时,受到带有同种电荷的原子核的斥力就很小,因此几乎不发生偏转。
只有极少数的α粒子有机会从离核很紧的地方经过,受到比较大的斥力,才会发生大角度的偏转。
解释α粒子散射实验
当α粒子接近原子时,电子对它的影响仍如前述可以忽略,但是带正电的原子核则不同。
原子核式结构模型对α粒子散射实验的解释
卢瑟福以自己的原子的核式结构模型为依据,利用经典力学计算了向各个方向散射的α粒子的比例,结果与实验数据符合得很好。
原子核式结构模型对α粒子散射实验的解释
为什么卢瑟福认为电子一定要绕核运动呢?为什么电子不能静止呢?
如果电子是静止的,那么电子在正电荷的库仑力的作用下,要落在原子核上。
所以,电子应绕核运动,库仑力正好充当向心力
原子核式结构模型的反思
原子的核式结构模型中提到,原子中间有一个带正电的核,称为原子核。
原子核带多少个正电荷呢?
实验发现:由不同元素对α粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的电荷,从而得到原子核所带正电荷的个数

原子核式结构模型的反思
原子的核式结构模型中提到,原子中间有一个带正电的核,称为原子核。
原子核的体积究竟有多小呢?
原子的半径是无法直接测量的,一般通过其他粒子与原子核的相互作用来确定。
α粒子散射是估计原子核半径的最简单的方法
原子的尺度
知道原子核电荷数、核外电子数、原子序数的概念
知道原子和原子核的大小数量级
原子的尺度
由于原子是电中性的,原子核所带正电荷数等于电子数。
科学家们注意到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
这说明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

电荷数与原子序数
核式结构模型示意图



1015
原子的尺度
可见,原子内部是十分“空旷”的
举一个简单的例子:
露珠
原子核
体育场
原子




原子的尺度
卢瑟福还指出由于电子本身的质量很小,所以原子核几乎集中了原子的全部质量,而原子核的体积又很小,所以其密度大的惊人。
氢原子核的质量为m=1.6726×10-27kg,氢原子核半径约为10-15m,请同学们估算一下氢原子核的密度。
原子的尺度
氢原子核的体积
氢原子核的密度
代入数据,得:





在核式结构模型中,电子绕原子核做圆周运动,电子必然具有向心加速度
根据经典电磁理论,带电粒子做加速运动时,要向外发射电磁波,要辐射能量
因此,绕核运动的电子将不断的向外辐射电磁波,能量不断的减少,轨道半径会越来越小
经计算,大约只需要? ? ? ? ? ,电子就会沿螺旋轨道坠入原子核内,原子将不复存在!

原子的核式结构模型与经典理论的矛盾
此外,根据经典电磁理论,电子绕核运动所辐射的电磁波频率应当是连续分布的,即形成一个连续的频谱。
但是在实验中观察到的现象并非如此,只存在某些特定的分立的频率,形成的频谱是线状的。
原子的核式结构模型与经典理论的矛盾
由于这些矛盾和困惑的存在,原子的核式结构模型没有被普遍的接受。
面对这些问题,卢瑟福的学生丹麦物理学家玻尔进行了深刻的思考,提出了一个新的原子结构模型。
原子的核式结构模型与经典理论的矛盾









































































































































































































题型演练
Part Three
【例1】人类认识原子结构的历史中,科学家汤姆孙作出的重要贡献是(   )

A. 创立了近代原子论

B. 提出了原子结构的行星模型

C. 创立了现代原子论

D. 提出了葡萄干面包模型
例题讲解(汤姆孙模型)
D
【例2】卢瑟福和他的学生做α粒子轰击金箔实验,获得了重要发现。关于α粒子散射
实验的结果,下列说法正确的是(   )

A. 证明了质子的存在

B. 证明了原子核是由质子和中子组成的

C. 证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里

D. 说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
例题讲解(α粒子散射实验)
C
变式训练(α粒子散射实验)
A
【练2】如图所示为卢瑟福和他的同事们做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,观察到屏上的闪光次数最多的是 (   )

A. A位置

B. B位置

C. C位置

D. D位置
【例3】(多选)关于α粒子散射实验,下列说法中正确的是(   )

A. 绝大多数α粒子经过重金属箔后,发生了角度不太大的偏转

B. α粒子在接近原子核的过程中.动能减小.电势能增大

C. α粒子在接近原子核的过程中.加速度逐渐减小

D. 对α粒子散射实验的数据分析,可以估算出原子核的大小

E. 少数α粒子发生了较大偏转,说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围
例题讲解(原子核式结构模型)
BDE
【练2】(多选)卢瑟福对α粒子散射实验理解正确的是(   )

A. 使α粒子产生偏转的力主要是原子中电子对α粒子的作用力

B. 使α粒子产生偏转的力是库仑力

C. 能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子

D. 绝大多数的α粒子受到原子内正电荷的作用力基本抵消,所以仍沿原来的
方向前进
变式训练(原子核式结构模型)
BC
【例4】大小在10-10m左右的粒子可能是(   )

A. 电子

B. 原子

C. 原子核

D. 质子
例题讲解(原子的尺度)
B








































































































课程总结
Part Four
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做圆周运动
在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核,叫做原子核
小结

















































































































课后作业
Part Five
课后作业
【作1】α粒子散射实验实验现象:
(1)_____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)_____α粒子发生了较大的偏转;
(3)_____α粒子的偏转角超过了90度,有极个别甚至接近180度。
思考:汤姆孙模型为什么不能解释α粒子的大角度散射?
【作2】下列基本粒子的尺寸大小由小到大排列正确的是(   )
A. 分子、中子、原子、电子
B. 原子核、质子、分子、电子
C. 电子、质子、原子、分子
D. 原子、分子、电子、原子核

























































































































【作1】α粒子散射实验实验现象:
(1) 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) α粒子发生了较大的偏转;
(3) α粒子的偏转角超过了90度,有极个别甚至接近180度。
思考:汤姆孙模型为什么不能解释α粒子的大角度散射?
课后作业讲评
绝大多数
少数
极少数
【作2】下列基本粒子的尺寸大小由小到大排列正确的是(   )
A. 分子、中子、原子、电子
B. 原子核、质子、分子、电子
C. 电子、质子、原子、分子
D. 原子、分子、电子、原子核
C