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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
热力学定律
4.3 原子的核式结构模型
科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线的本质是什么呢？
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
阴极射线的本质？
电磁波说
这种射线本质是一种电磁波的传播过程
赫兹
汤姆孙
粒子说
这种射线本质是一种高速粒子流
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
1、汤姆孙研究阴极射线发现了电子，从而敲开了人类认识原子的大门。
汤姆孙
汤姆孙研究阴极射线
电子的发现经历怎样的历程？
一、电子的发现
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阴极射线在电场的偏转
带负电荷
一、电子的发现
阴极K：发出带电粒子
平行的金属板之间夹有电场
带有标尺的荧光屏
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阴极射线在磁场的偏转
汤姆孙
根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，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.
一、电子的发现
一、电子的发现
为了使射线回到P1点
2、测定电子的比荷
需在D1D2之间施加垂直纸面向外的磁场
去掉D1D2之间的电场
射线在磁场作用下偏转，射在P3点。
换用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都相同,是氢离子比荷的近两千倍.证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。
一、电子的发现
1889年4月30日，J.J.汤姆孙正式宣布发现电子; 电子的发现，结束了关于阴极射线本质的争论; 从此人类意识到，原子并不是组成物质的最小单位，探索原子结构的序幕由此拉开……
由于J.J.汤姆生的杰出贡献，1906年他获得诺贝尔物理学奖。
【特别提醒】
(1)注意阴极射线和X射线的区别.阴极射线是电子流，X射线是电磁辐射.
(2)由阴极射线在电场、磁场中的偏转可确定射线由带负电的粒子组成.
一、电子的发现
1909—1913年间，由密立根（美国，1868—1953实验物理学家）通过著名的”油滴实验“测出电子电荷的数值，1923年获得诺贝尔物理学奖.
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。
电子电量：e=1.602176634×10-19C
电子质量：me=9.10938356×10-31kg
勒纳德1903年做了一个实验，发现高速电子很容易穿透原子，原子不是一个实心球体.
勒纳德，1862—1947，德国物理学家，获得1905年诺贝尔物理学奖.
1、汤姆孙的枣糕模型
原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”
二、原子的核式结构模型
2、卢瑟福的α粒子散射实验
+
+
α粒子散射实验
卢瑟福
α粒子散射实验装置由α粒子源、金箔、显微镜等几部分组成：
①金箔具有良好的延展性，其厚度约为1nm,α粒子才能穿过。
②金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程处于真空中。
二、原子的核式结构模型
二、原子的核式结构模型
模拟α粒子散射实验
二、原子的核式结构模型
+
①绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进——离金原子核较远，库仑斥力较小。
②少数α粒子发生较大的偏转——离金原子核较近，库仑斥力较大。
③极少数α粒子偏转角度超过90°，有的甚至达到180°,它们几乎被“撞了回来”。
α 粒子散射实验的现象
二、原子的核式结构模型
3、 α 粒子散射实验的解释
汤姆孙的模型无法解释大角度散射的实验结果。
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。
4、原子的核式结构模型
卢瑟福依据α粒子散射实验的结果，提出了原子核的核式结构：
（1）原子中心有一个体积很小的核，叫原子核。
（2）原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里。
（3）带负电的电子在核外空间绕核旋转。
二、原子的核式结构模型
三、原子核的电荷与尺度
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来排列的.
2.原子核的组成：
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.
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
原子核的符号:
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H的三种同位素：
3.原子核的大小：
用核半径描述核的大小.一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10－15，而整个原子半径的数量级是10－10m，两者相差十万倍之多.
三、原子核的电荷与尺度
原子内部是十分“空旷”的
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情况跟正电荷受力情况相同
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情况跟负电荷受力情况相同，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.
课堂练习
2、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为B的匀强磁场(图中未画出)，荧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；
答案　负电　
课堂练习
(2)说明图中磁场沿什么方向；
答案　垂直纸面向外　
(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷.
解析　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＝Bqv.
课堂练习
课堂练习

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
√
4、(多选)卢瑟福提出的原子核式结构学说包括下列哪些内容
A.原子中心有一个很小的核
B.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
C.原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上
D.带负电的电子在核外空间绕原子核旋转
√
√
√
课堂练习
5、(多选)对原子的认识，正确的是
A.原子由原子核和核外电子组成
B.原子核的质量就是原子的质量
C.原子核的电荷数就是核中的质子数
D.原子序数等于核电荷数与电子电荷量大小的比值
√
√
√
课堂练习

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