资源简介

(共31张PPT)
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
第 3 节：原子的核式结构模型
导入新课
这种射线称为阴极射线（cathode ray）。对这种射线本质的认识有两种观点：一种观点认为，它是一种电磁辐射；另一种观点认为，它是带电微粒。如何用实验判断哪一种观点正确呢？
19世纪，对阴极射线本质的认识有两种观点
一种观点认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射代表人物赫兹
另一种观点认为阴极射线是带电微粒代表人物汤姆孙
赫兹
德国
汤姆孙
英国
1、对阴极射线的本质认识
一、电子的发现
J.J.汤姆孙对阴极射线进行了一系列的实验研究。他确认阴极射线是带电的粒子。自1890年起开始研究。
2、汤姆孙的研究
一、电子的发现
一、电子的发现
3、汤姆孙的气体放电管示意图
由阴极K发出的带电粒子通过小孔AB形成一束细细的阴极射线，它穿过两片平行的金属板D1、D2之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上。根据射线产生的荧光屏的位置（如P1、P2、P3、P4， ），可以研究射线的径迹。
阴极射线的产生机理：管中残存气体分子中的正负电荷在强电场的作用下被“拉开”（即气体分子被电离），正电荷（即正离子）在电场加速下撞击阴极，于是阴极释放更多粒子流，形成了阴极射线。
一、电子的发现
①1897年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒子流,并求出了这种粒子的比荷。
②当汤姆孙在测定比荷实验时发现，用不同材料的阴极做实验，所发出射线的粒子都
有相同的比荷。
③这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。
④并且测得这种粒子的比荷约为质子（氢离子）比荷的2000倍。
思考：是电荷比质子大？还是质量比质子小？
汤姆孙正在研究阴极射线
⑤汤姆孙猜测：这可能表示阴极射线粒子电荷量
的大小与一个质子(氢离子)一样，而质量比质
子(氢离子)小得多。
⑥后来汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电
荷量大致相同，由此可以看出他当初的猜测是正
确的。
⑦进一步拓展研究对象：用不同的材料做成的阴极做实验，做光电效应实验、热离子发
射效应实验、β射线。都得到了相同的结果。
就把这种阴极射线命名为电子，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
一、电子的发现
电子发现的历程
1.真空玻璃管两极加上高电压
玻璃管壁上
发出荧光
2.物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线.
3.猜想:
(1)阴极射线是一种电磁辐射.
(2)阴极射线是带电微粒.

4.英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转.
测出了粒子的比荷
发现电子
发现阴极射线带负电
一、电子的发现
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。
密立根实验发现：电荷具有量子化的特征，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
密立根 (美国)
密立根测电子电量
一、电子的发现
目前公认的电子的电荷量
电子的质量
电子电荷的精确测定是在1909 1913年间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：
密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
从实验测到的比荷及e的数值，可以确定电子的质量。现在人们普遍认为电子的质量为：
质子质量与电子质量的比值为：
一、电子的发现
密立根测电子电量
通常情况下，物质是不带电的，因此，原子应该是电中性的。既然电子是带负电的，质量又很小，那么，原子中一定还有带正电的部分，它具有大部分的原子质量。请你设想一下，原子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的？
思考与讨论
枣糕模型（西瓜模型）
汤姆孙
汤姆孙提出了
二、汤姆孙的原子核模型
电子
正电荷
原子是一个球体，正电荷均匀分布在球体中，电子镶嵌在正电荷之中，就象枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为“枣糕模型”。
这个模型不久就被实验事实否定了
二、汤姆孙的原子核模型
1903年勒纳德实验：使电子束射到金属膜上。
1、现象：较高速度的电子束很容易穿透原子。
2、推断：说明原子内部很空，或者说原子不是一个实心球体。
3、矛盾：与汤姆孙的原子模型（实心）不符。
说明汤姆孙的枣糕模型是有问题的，再后来卢瑟福α粒子散射实验则完全否定了汤姆孙的模型。
勒纳德
从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很成功的。
解释原子是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，解释原子为什么会发光，能估计出原子的大小约为一亿分之一厘米。
二、汤姆孙的原子核模型
原子的尺度小，结构非常紧密。我们可以采取什么样的方法来研究微观粒子的内部结构呢？英籍新西兰物理学家卢瑟福认为，要了解原子里到底有什么东西，最好用“炮弹”—— α粒子打到原子里面去试探一下。
以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上所取得的这些惊人成就，使欧洲大陆上的物理学家都拜倒在他们的脚下。他的学生卢瑟福也接受了汤姆孙的原子模型，1909年卢瑟福建议其学生兼助手盖革和马斯顿用α粒子轰击金箔去验证汤姆孙原子模型。
欧内斯特·卢瑟福
1871年8月30日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工人家庭，并在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷学院学习。23岁时获得了三个学位（文学学士、文学硕士、理学学士）。
α粒子特性：
（1）具有足够的能量可以接近原子中心。
（2）可使荧光物质发光。
三、卢瑟福的核式结构模型
三、卢瑟福的核式结构模型
⑴α粒子:α粒子是从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的快速运动的粒子，质量为
氢原子质量的4 倍、电子质量的7300倍。
1909 年，英国物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的研究时，所用仪器的示意图。
1、 α粒子散射实验
⑵实验原理和实验装置
③M显微镜带有光屏S，可以在水平而内转
到不同的方向对散射的α粒子进行观察。
①R是被铅块包围的α粒子源
②F是金箔：接收α粒子的轰击
当α粒子打到金箔时，发生了α粒子的散射。统计散射到各个方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中电荷的分布情况。
三、卢瑟福的核式结构模型
2、α粒子散射实验现象
①绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。
③极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。
②少数α粒子（约占 ）发生了大角度偏转，
三、卢瑟福的核式结构模型
①α粒子的质量大约是电子质量的7300倍，α粒子与电子碰撞时，对α粒子速度影响的很小，碰撞前后，质量大的α粒子速度几乎不变。只可能是电子的速度发生大的改变，因此不可能出现α粒子反弹现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角度散射。
②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，由于受库仑斥力的作用，α粒子穿过原子时，受到的各个方向正电荷的斥力基本会相互平衡，因此对α粒子运动的影响不会很大。大部分α粒子会有小角度偏转，但不可能有大角度偏转。
3、由汤姆孙的西瓜模型，α粒子散射实验应该看到的现象：
三、卢瑟福的核式结构模型
3、对α粒子散射实验的解释
①J. J.汤姆孙的模型无法解释大角度散射的实验结果。
②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。
⑴大角度的偏转不可能是电子造成的
⑵α粒子偏转主要是具有原子的大部分质量的带正电部分造成的
因为电子的质量只有α粒子的 ，它对α粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。
三、卢瑟福的核式结构模型
4、卢瑟福核式结构模型
⑶带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动
⑴在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核
⑵原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
三、卢瑟福的核式结构模型
1、原子核的电荷、电子数、原子序数
⑴原子是由带电荷＋Ze的核与核外Z个电子组成的。
⑶原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。
Ze是原子核的电荷，单位是库仑；Z是原子序数，也是原子核的电荷数，它表示原子核的电荷是一个电子电荷（绝对值）的多少倍。Z是没有单位的，或者说Z的单位是1。
⑵原子序数Z 等于核电荷与电子电荷大小的比值
四、原子核的电荷与尺度
原子
原子核
核外电子
质子
中子
原子核的电荷数:电荷数(Z)=质子数=原子序数
原子核的符号:
原子核的质量数:质量数(A)=核子数=质子数+中子数
X为元素符号，Z为质子数，A 为质量数。
核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数
质量数（A）＝核子数＝质子数＋中子数
H的三种同位素：
四、原子核的电荷与尺度
原子核的半径是很难测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。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。
原子内部是十分“空旷”的
通常用核半径描述核的大小
2、原子核的尺度
核半径的数量级为10-15 m
原子半径的数量级是10-10 m
四、原子核的电荷与尺度
1．对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有（　　）
A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜
B．金箔的厚度对实验无影响
C．如果不用金箔改用铝箔，仍会发生散射现象
D．实验装置放在空气中和真空中都可以
AC
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
2．关于电子的发现，下列叙述中正确的是（　　 ）
A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
B．电子的发现，说明原子具有一定的结构
C．电子是第一种被人类发现的微观粒子
D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
BCD
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
3．关于原子的核式结构学说，下列说法正确的是（　　）
A．原子中绝大部分是“空”的，原子核很小
B．电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力
C．原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里
D．原子核的直径约是10－10 m
AB
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
4．关于电荷的电荷量下列说法正确的是（　　）
A．电子的电荷量是由密立根油滴实验测得的
B．物体所带电荷量可以是任意值
C．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19 C
D．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍
ACD
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
5．如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是（　　）
A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多
B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些
C．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多
D．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光
AC
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
6．关于卢瑟福的原子核式结构模型的内容，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．原子半径的数量级是10-10m，原子核半径的数量级是10-15m
BD
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
7．下列属于卢瑟福原子核式结构理论的是（　 　）
A．原子的中心有个核，叫作原子核
B．原子正电荷均匀分布在整个原子中
C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
D．带负电的电子在核外绕着核旋转
ACD
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
8．图中，O点表示某原子核的位置，曲线ab和cd表示经过该原子核附近的α粒子的运动轨迹，正确的图是（　　）
D
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

展开更多......

收起↑