资源简介

(共26张PPT)
高二物理（人教版2019）
第四章 原子结构和波粒二象性
原子的核式结构模型
新课导入
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？
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？
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
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。
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
想一想　
一、电子的发现
英国物理学家J. J. 汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流
1、汤姆孙实验装置及实验原理
阴极
⑵阴极射线通过A、B形成一束细细射线。
⑶D1、D2之间加电场（或磁场）检测射线的带电性质。
荧光屏
⑴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。
阳极
缝隙
金属板
2.判断阴极射线是否带电？
（1）阴极射线过电场实验
新课讲授
施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。
结论：所受电场力方向向下，粒子带负电。
新课讲授
2.判断阴极射线是否带电？
（2）阴极射线过磁场实验
新课讲授
一、电子的发现
2、测定粒子的比荷
⑴应用带电粒子在恒定电场中的偏转求比荷（电偏转）
①两极板C、D间无电场和磁场时，粒子将打在荧光屏上的O点。
③在两极板间施加一个方向垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，则粒子在荧光屏上产生的光点又回到O点。
②在极板间施加电压U（上正下负），离开极板区域的粒子将打在荧光屏上的P点
一、电子的发现
3、汤姆孙发现电子
⑴阴极射线的本质是带负电的粒子流。
⑵不同物质都能发射出这种带电粒子，说明它是构成各种物质的组成部分。
⑶汤姆孙直接测到了阴极射线的电荷量，尽管不够准确，但足以证明它的电荷量与氢离子大致相同，而质量比氢离子小得多。
后来组成阴极射线的粒子被称为电子
电子的发现是物理学史上的重要事件。人们由此认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构。
一、电子的发现
4、密立根测电子电量
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：
e＝ 1.602 176 634 × 10 -19 C
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：
me＝ 9.109 383 56 × 10 -31 kg
质子质量与电子质量的比值为：
思考与讨论：
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？
1.汤姆孙的原子模型
正电荷
电子
二、原子的核式结构模型
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。所以又被人们称为“枣糕模型（西瓜模型）”
这个模型能够解释一些实验现象。但德国物理学家勒纳德1903年做了一个实验，使电子束射到金属膜上，发现较高速度的电子很容易穿透原子。这说明原子不是一个实心球体，这个模型可能不正确。之后不久，α粒子散射实验则完全否定了这个模型。
二、原子的核式结构模型
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。
2、 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。
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。
①R是被铅块包围的α粒子源
金的延展性好，核电荷量大，核质量大。
二、原子的核式结构模型
⑶α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，
二、原子的核式结构模型
3、汤姆孙模型无法解释大角度散射的实验结果
①J. J.汤姆孙的模型无法解释大角度散射的实验结果。因为正电荷均匀分布在原子内，α粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡。因此对α粒子运动的影响不会很大。
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粒子大角度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。
二、原子的核式结构模型
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
5. 原子核式结构对α粒子散射实验现象的解释
由于原子核很小，大部分α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，运动方向几乎不改变；只有极少数α粒子穿过金箔时离原子核很近，受到很强的库仑斥力，而发生大角度偏转。
三、原子核的电荷与尺度
1、原子核的电荷、电子数、原子序数
原子核的电荷数:电荷数(Z)=质子数=原子序数
原子核的质量数:质量数(A)=核子数=质子数+中子数
原子
原子核
核外电子
质子
中子
三、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。
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
原子核半径的数量级为10-15 m，
原子半径的数量级是10-10 m，
两者相差十万倍之多。
(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。 (　　)
√　
×　
√　
×　
√　
判一判
1．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
2．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
3．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
4．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
5.美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验.两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，图中油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止.
(1)若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有________.
A.油滴质量m B.两板间的电压U
C.两板间的距离d D.两板的长度L
(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q＝________.(已知重力加速度为g)
板间电场为匀强电场，油滴处于静止状态，所以电场力与重力平衡。
所以需要测出的物理量有油滴质量m，两板间的电压U，两板间的距离d。
解析：
ABC

展开更多......

收起↑