资源简介

(共27张PPT)
4.1　电子的发现与汤姆孙原子模型
4.2　原子的核式结构模型
1.知道发现电子的意义，体会电子发现过程中蕴含的科学方法。
2.了解α粒子散射实验原理和实验现象。
3.了解卢瑟福的原子核式结构模型，知道原子和原子核大小的数量级。
4.认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证方法。
学习目标
从古人的物质观可知，人们很早就在探索构成物质的最小微粒。古希腊哲学家德谟克利特等人建立了早期的原子论，认为宇宙间存在一种或多种微小的实体，即“原子”(在希腊语中，原子的含义是“不可分割的东西”)，这些“原子”在虚空中运动，并可按照不同的方式重新结合或分散；我国战国时期的思想家墨子认为物体是由不可分割的最小单元——“端”构成的。
大约在17世纪中叶，人们开始通过实验来了解物质的结构
(1)1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论。
(2)19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单元。
(3)1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成。
一、电子的发现及汤姆孙原子模型
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，阴极发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为阴极射线。
当时科学家对这种射线的认识有分歧，有的认为阴极射线是带负电的粒子，有的则认为是以太波。为了探究阴极射线的本质，人们都在寻找实验支持。
那么阴极射线到底是什么呢？
英国科学家汤姆孙，从1890年开始对阴极射线进行研究。1897年，他设计了一个巧妙的实验，通过使阴极射线粒子受到的静电力和洛伦兹力平衡等方法，确定了阴极射线粒子的本质是带负电的粒子流，并确定了其速度，测量出了这些粒子的比荷。

1.实验装置：真空玻璃管、阴极、阳极和感应圈。
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。
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。
4. 阴极射线是带负电的粒子
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
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。
汤姆孙还发现，用不同材料的阴极做实验，所得的比荷数值是相同的，这说明不同物质都能够发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。
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，后来组成阴极射线的粒子就被称为电子。
电子的发现不只是说明原子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。
汤姆孙的原子模型
汤姆孙认为，原子带正电的部分充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的 “葡萄干面包”模型。
α 粒子散射实验
1.实验装置
α粒子：从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7300倍。
二、原子的核式结构模型
α粒子放射源
金箔
带有荧光屏的显微镜
荧光屏
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，实验装置如图所示。
2.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”。
3.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，建立了核式结构模型。
4.实验的注意事项
(1)整个实验过程在真空中进行。
(2)金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过。
(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄。另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显。
5.α粒子散射实验的分析
粒子大角度散射甚至被弹回的原因是什么呢？
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。
“葡萄干面包”模型能否解释粒子在穿越原子内部后发生的大角度偏吗？
按照汤姆孙的“葡萄干面包”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“葡萄干面包”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。
客观的实验结果分析让卢瑟福对导师汤姆孙的“葡萄干面包”模型的观点产生了质疑并大胆否定。1911年，卢瑟福提出原子的核式结构模型。
在原子中心有一个很小的核，叫原子核。原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核运动。
原子核式结构模型对α粒子散射实验的解释
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。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，受到的库仑斥力就很小，运动方向几乎不改变。只有极少数的α粒子有机会从离核很近的地方经过，受到比较大的斥力，才会发生大角度的偏转。
思考：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？
提示：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。
1.两种原子模型
汤姆孙原子模型　　卢瑟福原子模型
卢瑟福的原子模型有些像太阳系，电子绕核运动就像太阳系的行星绕太阳运动一样，因此，卢瑟福的核式结构模型又被称为行星模型。
要点归纳
2.两种原子模型的对比
汤姆孙的葡萄干面包模型 卢瑟福的原子核式模型
分布 情况 正电荷和质量均匀分布，负电荷镶嵌在其中 正电荷以及几乎全部质量集中在原子中心的一个极小核内，电子质量很小，分布在很大空间内
受力 情况 α粒子在原子内部时，受到的库仑斥力相互抵消，几乎为零 少数靠近原子核的α粒子受到的库仑力大，而大多数离核较远的α粒子受到的库仑力较小
偏转 情况 不会发生大角度偏转，更不会弹回 绝大多数α粒子运动方向不变，少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，有的甚至被弹回
分析 结论 不符合α粒子散射现象 符合α粒子散射现象
3.原子核式结构的理解
(1)原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近它们的原子序数。
(2)原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。
(3)原子半径的数量级是10－10 m，原子核半径的数量级是10－15 m，两者相差十万倍之多。
1.人们对原子结构的认识有一个不断深化的过程，下列先后顺序中符合史实的是(　　)
①道尔顿提出的原子论　
②德谟克利特的古典原子论　
③汤姆孙提出的“葡萄干面包”原子模型
A．①②③ B．②①③
C．③②① D．③①②
随堂检测
B
2.(多选)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景，图中实线表示α粒子运动轨迹。其中一个α粒子在从a运动到b，再运动到c的过程中，α粒子在b点时距原子核最近。下列说法正确的是(　　)
A．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子
B．α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子运动到b时受到的库仑斥力较大
C．α粒子从a到c的运动过程中电势能先减小后变大
D．α粒子从a到c的运动过程中加速度先变大后变小
BD
3.(多选)下列关于原子核式结构理论说法正确的是(　　)
A．是通过发现电子现象得出来的
B．原子的中心有个核，叫作原子核
C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
D．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旋转
BD
4.(多选)关于原子的核式结构模型，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．原子的全部电荷和质量都集中在原子核里
D．原子核的直径的数量级是10－10 m
AB

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