人教版高中物理选修性必修第三册 4.3原子的核式结构模型

原子的核式结构模型 近代原子论：19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体，物质由原子组成，原子不能被创造,也不能被毁灭，在化学变化中原子不可分割，他们的性质在化学反应中保持不变。这一理论不仅为化学，也为物理学带来深远的影响。古希腊原子论：公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为：万物是由大量的、无限小的、不可分割的微粒构成的，即原子。 早在1858年，德国物理学家普吕克尔就发现了气体导电时的辉光放电现象。1876年，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的阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种未知射线称之为阴极射线。 一、电子的发现那么，阴极射线的本质是什么？电子的发现经历了怎样的曲折过程？代表人物：赫兹。认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。电磁波说代表人物：汤姆孙。认为这种射线的本质是一种高速粒子流。粒子说PK 一、电子的发现实验装置：气体放电管由阴极C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D1D2之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上P1点。汤姆孙的实验 一、电子的发现思考：1.实验目的是什么？2.判断阴极射线是否是带电粒子流的基本方法是什么？3.测阴极射线比荷的基本思路是怎样的？4.哪些量可以当做已知量处理？ 一、电子的发现1.实验目的：（1）判断阴极射线是否带电。（2）如果阴极射线带电，则测出其比荷。2.判断阴极射线是否是带电粒子流的基本方法是什么？让带电粒子通过电场或磁场，观察它是否偏转。如果偏转则带电，否则不带电。 一、电子的发现3.测阴极射线比荷的基本思路是怎样的？4.哪些量可以当做已知量处理？场强E，磁感应强度B，圆周运动的半径r（1）先加电场使阴极射线偏转（2）再加磁场，调整电场磁场的强度，使阴极射线不偏转（3）每个阴极射线微粒受到的库仑力等于洛伦兹力，求出阴极射线的速度（4）只保留磁场，阴极射线只受洛伦兹力，做匀速圆周运动，再求比荷 一、电子的发现施加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？怎么判断的？带负电，因为场强E的方向竖直向上，而射线向下偏，说明电场力F的方向竖直向下，所以射线带负电。 一、电子的发现再加磁场抵消阴极射线的偏转，使它从P2点回到P1，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大小、方向合适的磁场。这个磁场的方向是？根据什么判断？垂直于黑板面向外，用左手定则判断。 一、电子的发现设粒子质量为m，带电荷为e，受到磁场力和电场力的作用，如果不发生偏转，则受力平衡：电场力：磁场力： ................一、电子的发现去掉D1、D2间的电场E，只保留磁场B，阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧（r可以通过P3的位置算出）。r阴极射线是带负电的粒子流。还可求出这种粒子的比荷。 一、电子的发现汤姆孙还发现用不同材料的阴极做实验，比荷数值都相同。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。汤姆孙还由实验测得的阴极射线的比荷是氢离子的比荷近2000倍。后来，汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量，尽管当时测量很不准确，但足以证明这种粒子的电荷量与氢离子大致相同，质量比氢离子小得多。 一、电子的发现阴极射线的本质1.阴极射线的本质是电子。2.电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。3.电子的电荷量与氢离子的电荷量相同。 一、电子的发现正离子的轰击紫外线照射放射性物质阴极射线光电流β射线电子金属受热热离子流发现电子以后，汤姆孙进一步研究又发现了许多新现象： 我看到的是：1.它在电场中不偏转，因此不带电2.它能穿透薄铝片，粒子是做不到的，但波可以！电磁波说赫兹我用实验证明了:1.带负电，且电荷量与质子相同2.速度远小于电磁波传播速度3.质量是最轻的原子1/2000左右粒子说汤姆孙WIN一、电子的发现 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来的。密立根油滴实验 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来的。密立根油滴实验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的整数倍。电子的电荷量电子的质量 电子是原子的组成部分，由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质，几乎占有原子的全部质量。电子的电荷量电子的质量思考：这两种物质是怎样构成原子的呢？ 二、原子的核式结构模型1.汤姆孙的原子模型原子是一个球体，里面充满了均匀分布的带正电的流体，电子镶嵌在正电荷液体中，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”。电子等间隔地排列在与正电球同心的圆周上，并以一定的速度做圆周运动从而发出电磁辐射，原子光谱所反映的就是这些电子的辐射频率。正电荷电子 2.粒子散射实验二、原子的核式结构模型实验装置：放射源：放射性元素钋（Po）放出粒子，粒子是氦核，带2e正电荷，质量是氢原子的4倍，具有较大的动能。金箔：作为靶子，厚度1μm，重叠了3000层左右的金原子。荧光屏：粒子打在上面发出闪光。显微镜：通过显微镜观察闪光，且可360°转动观察不同角度粒子的到达情况。 2.粒子散射实验根据汤姆生模型猜想的结果：电子质量很小，对粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，粒子所受库仑力也很小，故粒子偏转角度不会很大。二、原子的核式结构模型 2.粒子散射实验实验现象：绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进；少数粒子（约占8000分之一）发生了较大的偏转；极少数粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎被撞了回来。二、原子的核式结构模型实验结果与之前预测完全不一致！原子结构模型必须重新构思！ 2.原子的核式结构模型1.在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核。2.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。3.带负电的电子在核外空间绕着核旋转。二、原子的核式结构模型 2.原子的核式结构模型粒子穿过原子时，电子对粒子运动的影响很小，影响粒子运动的主要是带正电的原子核。而绝大多数的粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转。二、原子的核式结构模型 2.原子的核式结构模型1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，得到了质子，进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认。二、原子的核式结构模型质子中子核子质子数电荷数 三、原子核的电荷与尺度根据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的实验数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核的大小。（1）原子的半径约为10-10m、原子核半径约是10-15m，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。（2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内的原子序数相等。 三、原子核的电荷与尺度体育场——原子露珠——原子核 1．电子的发现说明（）A．原子是由原子核和电子组成的B．物质是带电的且一定带负电C．原子可进行再分D．原子核可再分C 2．关于阴极射线，下列说法正确的是（）A．阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象B．阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流C．阴极射线是某一频率的电磁波D．阴极射线可以直线传播，也可被电场、磁场偏转BD 3．一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线AB时，发现射线径迹向下偏，则（）A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关BC 4．有一电子（电荷量为e）经电压为U0的电场加速后，进入两块间距为d，电压为U的平行金属板间，若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：（1）金属板AB的长度；（2）电子穿出电场时的动能。+－ABU0ʋ0+++－－－（1）（2） 5．提出原子核式结构模型的科学家是（）A．汤姆孙B．法拉第C．卢瑟福D．奥斯特C 6．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 7．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 8．在α粒子散射实验中，没有考虑α粒子跟电子的碰撞，其原因是（）A．α粒子不跟电子发生相互作用。B．α粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽略。C．电子的体积很小，α粒子不会跟电子相碰。D．由于电子是均匀分布的，α粒子所受电子作用的合力为零。B 9．卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（）A．原子的中心有个核，叫做原子核B．原子的正负电荷都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核旋转ACD 10．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．原子只能处于一系列不连续的能量状态中A