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§4.3 原子的核式结构模型
卢瑟福
每种化学元素都有它对应的原子…
原子是最微小的不可分割的实心球体 …
道尔顿
世间万物是由原子构成的…
原子是一种最后的不可分割的物质微粒…
德谟克利特
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？
新课导入
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？
1876年，另一位德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种射线命名为阴极射线。
那么阴极射线到底是什么呢？
阴极射线
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
阴极射线的本质
如果是你，你将设计怎样的实验，来探究阴极射线的本质是电磁波还是带电粒子流？
让阴极射线沿垂直场的方向通过电场或磁场，观察它是否偏转
①如果阴极射线发生了偏转，那么阴极射线就是在电场力或洛伦兹力的作用下偏转的，说明阴极射线的本质是带电粒子流。
②如果阴极射线没有发生偏转，表示阴极射线不带电，说明阴极射线的本质是电磁波
阴极射线的本质
阴极射线的本质
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。
小孔AB：使由C发出的粒子形成一束细细的射线
带有标尺的荧光屏
平行的金属板之间夹有电场
阴极C：
发出带电粒子
通过射线产生的荧光的位置，可以研究射线的径迹
汤姆孙的气体放电管示意图
汤姆孙的气体放电管
一、阴极射线
1.实验装置：真空玻璃管、阴极、阳极和感应圈.
在金属板D1D2之间未加电场时，射线不偏转，射在P1点。
施加如图电场后射线偏转，射在P2点。
发现阴极射线带负电
3.阴极射线：荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线命名为阴极射线.
2.实验现象：感应圈产生的高电压加在两极之间，玻璃管壁上发出荧光。
4. 阴极射线是带负电的粒子
为了使射线回到P1点
5.测定带电粒子的比荷
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.
二.电子
(1)组成阴极射线的粒子称为电子.
阴极射线
电
子
组成
成分
电性：负电
电量：e=1.602×10-19 C ，与氢离子带电量相同
质量： m=9.1×10-31 kg
质子与电子的质量比
(2)密立根“油滴实验”.
密立根 (美国)
Robert A.Millikan
1868年～1953年
三：电子发现的历程
如图是汤姆孙气体放电管示意图
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
有关阴极射线实验总结
带负电，且电荷量与氢离子相同
1
质量是最轻的原子近 1/2000
2
阴极射线是由
比最小的原子还小的多的
带负电荷的微粒
构成的
电子
electron
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。
电子的质量m=9.1094×10－31 kg
电子的电荷量e=1.6022×10－19 C
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
思考：为什么说电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元？
汤姆孙研究发现：
① 许多现象中都发现了同样的带电粒子---电子，
② 它的质量只比最轻原子质量的两千分之一稍多一点。
【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.
汤姆孙的伟大发现
汤姆孙发现电子之前人们认为原子是组成物体的最小微粒,是不可再分的.汤姆孙对阴极射线等现象的研究中发现了电子,从而敲开了原子的大门.
汤姆孙在实验室
J.J 汤姆孙(英国)
1857 ～ 1940
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。
J.J.汤姆孙的儿子G.P.汤姆孙（1937年诺贝尔物理学奖）
创造力和热情
1、关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确的是( )
A．测得了电子的电荷量
B．提出了电荷分布的量子化观点
C．为电子质量的最终获得作出了突出贡献
D．为人类进一步研究原子的结构提供了一定的理论依据
ABCD
小试牛刀
2.关于阴极射线的性质，判断正确的是(　　)
A．阴极射线带负电
B．阴极射线带正电
C．阴极射线的比荷比氢原子核的比荷大
D．阴极射线的比荷比氢原子核的比荷小
AC
小试牛刀
C
3、关于阴极射线的实质，下列说法正确的是( 　　)
A．阴极射线实质是氢原子
B．阴极射线实质是电磁波
C．阴极射线实质是电子
D．阴极射线实质是X射线
小试牛刀
4.关于电子的发现者，下列说法正确的是 (　　)
A．英国的汤姆孙
B．德国的普吕克尔
C．德国的戈德斯坦
D．美国的密立根
A
小试牛刀
汤姆孙发现电子之后，原子中正负电荷如何分布
？
四.汤姆孙的原子模型
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
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。
五. α粒子散射实验
卢瑟福根据他的导师汤姆孙模型计算的结果：电子质量很小，对α 粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，α粒子所受库仑力也很小，故α粒子偏转角度不会很大．
五. α粒子散射实验
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。
⑴α粒子
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。
为什么用金？
金的延展性好，
核电荷量大，
核质量大。
（1）粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？
汤姆逊枣糕原子模型能否解释？
五. α粒子散射实验
由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转.
（3）你认为原子中的正电荷应如何分布，才有可能造成ɑ粒子的大角度偏转？为什么？
（2）按照枣糕模型，粒子在原子附近或穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转？
没有可能
正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，受到的两侧斥力大部分抵消，不可能使α粒子发生大角度偏转，更不可能被反向弹回。
没有可能
这与α粒子的散射实验相矛盾
原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上
六. 原子的核式结构的提出
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，
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。
六. 原子的核式结构的提出
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
六. 原子的核式结构的提出
原子核
（1）否定了汤姆孙的原子结构模型．
（2）提出了原子核式结构模型，明确了原子核大小的数量级.
．
α粒子散射实验的意义
七.原子核的电荷与尺度
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。电子数Z等于原子核所带正电荷数。
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
七.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：
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
七.原子核的电荷与尺度
小结
原子中正负电荷分布的研究
汤姆孙的原子模型
被α粒子散射实验否定
卢瑟福提出新的假设(核式结构模型)
数学推理
与实验事实的对照
原子核的电荷与尺度
『判一判』
(1)阴极射线本质是氢原子。 (　　)
(2)阴极射线本质是电磁波。 (　　)
(3)物体的带电荷量可以是任意值。 (　　)
(4)物体带电荷量的最小值为1.6×10－19 C。 (　　)
(5)阴极射线在真空中沿直线传播。 (　　)
×　
×　
×　
√　
√　
(6)阴极射线是由真空玻璃管中的感应圈发出的. ( )
(7)阴极射线撞击玻璃管壁会发出荧光. ( )
×　
√　
(1)阴极射线由阴极发出
(2)玻璃受到阴极射线的撞击会产生荧光效应
『判一判』
(1)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。 (　　)
(2)α粒子散射实验中绝大多数α粒子都发生了较大偏转。 (　　)
(3)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。 (　　)
(4)原子核的电荷数等于核中的中子数。 (　　)
(5)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷。 (　　)
√　
×　
√　
×　
√　
1.汤姆孙发现电子
2.密立根油滴
电子的质量：me=9.109×10-31kg
一、电子的发现
二、原子的核式结构模型
1.卢瑟福通过α粒子散射实验
原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核
2.原子核式结构模型
带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动
原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
三、原子核的电荷与尺度
原子内十分空旷
电子的电性
电子的比荷
测出电子电量：e=1.602×10-19C
电荷是量子化的，任何带电体的电荷只能是e的整倍
绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。
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”。
少数α粒子（约占 ）发生了大角度偏转，
原子核的电荷数就是核中的质子数。
核半径的数量级为10-15 m
课堂小结
例1.如图为α粒子散射实验的装置示意图,关于荧光屏和显微镜一起分别放在A、B、C、D四个位置时相同时间观察到的现象,下述说法中正确的是( )
A.放在A位置时,观察到屏上的闪光次数最多
B.放在B位置时,观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些
C.放在C、D位置时,屏上观察不到闪光
D.放在D位置时,屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少
绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进。
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粒子被反射回来
AD
审题时注意关键词语“次数最多”、“稍少”、“极少”等.
例2.卢瑟福通过α粒子散射实验,
判断出原子的中心有一个很小的核,并由此提出了原子的核式结构模型.如图所示的平面示意图中,①、②两条实线表示α粒子运动的轨迹,则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为虚线中的( )
A.轨迹a B.轨迹b C.轨迹c D.轨迹d
α粒子靠近中心时会受到较大的排斥力,轨迹向上弯曲，α粒子做曲线运动，其轨迹应该为a，
A
1.在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是( )
A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B.正电荷在原子中是均匀分布的
C.原子中存在着带负电的电子
D.金箔中的金原子间存在很大的空隙，只有极少数碰到金原子
小试牛刀
A
实验中所用金箔尽管很薄，但也有很多层原子，由此可知，有少数α粒子发生大角度偏转显然不是由于碰到金原子.
少数α粒子发生了较大角度的偏转，说明只有少数α粒子受到很强的斥力，这反映出在原子内部正电荷分布在很小的空间，且质量很大；
实验不能说明原子中存在着带负电的电子
2.关于α粒子散射实验 ( )
A.绝大多数α粒子经过金箔后，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，动能减少，电势能减少
C.α粒子离开原子核的过程中，动能增加，电势能也增加
D.对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小
从α粒子的散射实验的数据可以估算出原子核直径的大小约为10-15 m～10-14 m.
当α粒子接近核时，克服电场力做功，所以其动能减少，电势能增加；当α粒子远离原子核时，电场力做正功，其动能增加，电势能减少.
D
小试牛刀
3.在用α粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的α粒子的运动情况是（ ）
A、全部α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进
B、绝大多数α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回
C、少数α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回
D、全部α粒子都发生很大偏转
B
小试牛刀
4.卢瑟福α粒子散射实验的结果（ ）
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、说明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上
D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动
C
小试牛刀
5.当α粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的？
答案：BC
小试牛刀

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