人教版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第4章 第3节　原子的核式结构模型课件 45 张PPT

第3节　原子的核式结构模型
核心
素养
物理观念
科学思维
1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
2.知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍。
3.了解α粒子散射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。
5.知道原子和原子核大小的数量级，原子核的电荷数。
1.体会汤姆孙发现电子的研究方法。
2.体会卢瑟福通过α粒子散射实验否定已有原子模型和建立新模型的思想方法。
知识点一　阴极射线
[阅读助学]
这个丰富多彩的大千世界是由原子构成的。原子内部呈现的复杂的结构，不断地吸引着人们去探索。现在利用先进的手段已经能够“看到”或“拿起”一个原子，但在19世纪，实验手段和设备相当简陋，人类只能运用观测的现象推测原子内部的情景。汤姆孙在研究原子结构方面取得了开拓性的成果。汤姆孙在当时是通过什么样的实验发现电子的呢？
用扫描隧道显微镜
“看到”的溴原子
1.实验装置：如图所示真空玻璃管中K是金属板制成的______，A是金属环制成的______；把它们分别连在感应圈的负极和正极上。
2.实验现象：玻璃壁上出现淡淡的______及管中物体在玻璃壁上的影。
3.阴极射线：荧光是由于玻璃受到______发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为__________。
阴极
阳极
荧光
阴极
阴极射线
[思考判断]
(1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。( )
(2)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。( )
(3)阴极射线在真空中沿直线传播。( )
×
√
×
知识点二　电子的发现
1.汤姆孙的探究
(1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据______情况，证明它是____ (A.带正电　B.带负电)的粒子流并求出了它的比荷。
(2)换用__________的阴极做实验，所得______的数值都相同。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。
(3)进一步研究新现象，不论是由于正离子的轰击，紫外光的照射，金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的__________——电子。由此可见，电子是原子的__________，是比原子更______的物质单元。
偏转
B
不同材料
比荷
带电粒子
组成部分
基本
2.密立根“油滴实验”
(1)精确测定__________。
(2)电荷是________的。
3.电子的有关常量
电子电荷
量子化
负电
1.602×10－15 C
氢离子
9.1×10－31 kg
[思考判断]
(1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。( )
(2)组成阴极射线的粒子是电子。( )
(3)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。( )
×
√
×
知识点三　汤姆孙的原子模型
汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个______，________弥漫性地均匀分布在整个球体内，______镶嵌在球中。
汤姆孙的原子模型，小圆点代表________，大圆点代表______。
汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型，该模型能解释一些实验现象，但后来被____________实验否定了。
球体
正电荷
电子
正电荷
电子
α粒子散射
[思考判断]
汤姆孙的枣糕式模型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。( )
√
知识点四　α粒子散射实验
1.α粒子
α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，含有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的____倍。
2.实验方法
用α粒子源发射的α粒子束轰击______，用带有荧光屏的放大镜，在水平面内不同方向对______的α粒子进行观察，根据散射到各方向的α粒子所占的______，可以推知原子中正、负电荷的分布情况。
4
金箔
散射
比例
3.实验装置
4.实验现象
(1)__________ 的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；偏转的角度甚至大于90°，它们几乎被“__________”。
α粒子源
金箔
荧光屏
放大镜
绝大多数
原来
少数
大角度
撞了回来
5.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。
[思考判断]
(1)α粒子带有一个单位的正电荷，质量为氢原子质量的2倍。( )
(2)α粒子实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。( )
核式结构
×
×
知识点五　原子的核式结构模型
[观图助学]
在探究原子内部结构的过程中，卢瑟福说：“我知道了，原子到底是什么样的……可以将它想象成一个小的太阳系。”你是怎样理解这段话的？
一一
1.核式结构模型：1911年由卢瑟福提出，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部______，电子在正电体的外面______。
质量
运动
2.原子核的电荷与尺度
原子序数
质子
中子
A
10－10 m
10－15 m
[思考判断]
(1)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动。( )
(2)原子核的电荷数等于核中的中子数。( )
(3)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷。( )
√
×
√
[观察探究]
如图所示，接通真空管(又称阴极射线管)的电源，将条形磁铁的一个磁极靠近射线管，观察阴极射线是否偏转，向什么方向偏转；把另一个磁极靠近射线管，观察射线的偏转情况。你认为射线的偏转是什么原因造成的？你能通过射线偏转的情况来确定射线粒子流携带的是哪种电荷吗？
核心要点
对阴极射线性质的研究和认识
答案　运动电荷在磁场中受到洛伦兹力。根据左手定则，结合磁场方向、粒子运动方向，可以判断出射线粒子流携带的电荷是正电荷还是负电荷。
[探究归纳]
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左手定则确定带电的性质。
2.阴极射线的本质
阴极射线的本质是带负电的粒子流，汤姆孙把这种粒子命名为“电子”。
[试题案例]
[例1] (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
解析　在阴极射线管中射出的阴极射线是带负电的电子流，在导线AB形成的磁场中向下偏转，由左手定则可知磁场是垂直纸面向里的，根据安培定则可知导线AB中的电流是由B流向A的，选项A错误，B正确；通过改变AB中的电流方向可以改变磁场方向从而使阴极射线的受力方向向上，使电子束的径迹向上偏，选项C正确；由此可知电子束的径迹与AB中的电流方向即AB形成的磁场方向有关，选项D错误。
答案　BC
[针对训练1] 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时的辉光放电现象
B.阴极射线是在真空管内由正极发出的电子流
C.阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的
D.阴极射线的比荷比质子的比荷小
解析　阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故选项A、B错误；最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线，故选项C正确；阴极射线本质是电子流，故其比荷比质子比荷大，故选项D错误。
答案　C
[要点归纳]
1.带电粒子比荷的测定方法
甲
核心要点
电子比荷的测定
乙
2.证明阴极射线不是氢离子的思路
(1)通过阴极射线在电场中的偏转证明它是带负电的粒子流。
(2)测定它的比荷是氢离子比荷的1 000多倍。
(3)测出阴极射线粒子的电荷量与氢离子的电荷量相同。
(4)计算出它的质量约为氢离子的千分之一，阴极射线是质量远小于氢离子的粒子——电子。
3.电子电荷量的精确测定是密立根通过“油滴实验”测定的，密立根实验的重要意义是发现电荷量是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍。
[试题案例]
[例2] 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F中心出现光斑。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。
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，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外。
2R＝a③
[问题探究]
如图所示为1909年英籍新西兰物理学家卢瑟福及盖革进行α粒子散射实验的实验装置，阅读课本，回答以下问题：
核心要点
对α粒子散射实验的理解与分析
(1)实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？
(2)少数α粒子发生大角度散射的原因是什么？
答案　(1)①α粒子源：把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能的α粒子。
②带荧光屏的放大镜：观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光。
实验过程：α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子会改变原来的运动方向。带有放大镜的荧光屏可以沿题图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目。
(2)α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射。
[探究归纳]
1.α粒子的散射实验否定了汤姆孙的原子模型
(1)α粒子在穿过原子之间时，所受周围的正、负电荷作用的库仑力是平衡的，α粒子不会发生偏转。
(2)α粒子正对着电子射来，质量远小于α粒子的电子不可能使α粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹。
2.原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释
(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，α粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，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。
(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。
(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。
[试题案例]
[例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.卢瑟福选用不同重金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
D.α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹
解析　α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度散射。所以A处观察到的粒子数多，B处观察到的粒子数少，所以选项A、B错误；α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项D错误，C正确。
答案　C
[针对训练3] (多选)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，下述说法中正确的是(　　)
A.相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多
B.相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时少些
C.放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
D.放在C、D位置时屏上观察不到闪光
解析　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，选项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粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，选项D错误，B、C正确。
答案　ABC
[要点归纳]
1.原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的对比
核心要点
原子的核式结构模型
核式结构模型
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，非常接近原子序数。
3.原子核的大小：原子的半径数量级为10－10 m，原子核半径的数量级为10－15 m，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10－15。
[试题案例]
[例4] (多选)根据卢瑟福的原子的核式结构理论，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汤姆孙的原子模型，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。
答案　ABC
[针对训练4] 在卢瑟福α粒子散射实验中，只有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是(　　)
A.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
B.正电荷在原子内是均匀分布的
C.原子中存在着带负电的电子
D.原子的质量在原子核内是均匀分布的
解析　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，当α粒子十分接近核时，受到较大的斥力，发生了较大角度的偏转，故A正确，B错误；在卢瑟福α粒子散射实验中，只有少数α粒子发生了大角度偏转，这种现象与原子中存在着带负电的电子无关，与原子的质量在原子核内的分布情况无关，故C、D错误。
答案　A