高中物理第四章原子结构和波粒二象性3原子的核式结构模型课件新人教版选择性必修第三册

3.原子的核式结构模型学习目标

1.知道阴极射线是由电子组成的,电子是原子的组成部分,知道电子的电荷量。2.了解汤姆孙发现电子的研究方法及蕴含的科学思想,领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。3.知道α粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象。4.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容,能说出原子核半径的数量级。思维导图必备知识自我检测一、阴极射线1.实验装置:如图所示真空玻璃管中K是金属板制成的阴极,A是金属环制成的阳极;把它们分别连在感应圈的负极和正极上。2.实验现象:玻璃壁上出现淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。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,这种射线被命名为阴极射线。必备知识自我检测二、电子的发现1.汤姆孙的探究(1)让阴极射线分别通过电场和磁场,根据偏转情况,证明它是B(A.带正电

B.带负电)的粒子流并求出了它的比荷。(2)换用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都相同。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。(3)进一步研究新现象,不论是由于正离子的轰击、紫外光的照射、金属受热还是放射性物质的自发辐射,都能发射同样的带电粒子——电子。由此可见,电子是原子的组成部分,是比原子更基本的物质单元。必备知识自我检测2.密立根“油滴实验”(1)精确测定电子电荷。(2)电荷是量子化的。必备知识自我检测3.电子的有关常量

必备知识自我检测三、汤姆孙的原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型,他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,电子镶嵌其中。汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型,该模型能解释一些实验现象,但后来被α粒子散射实验否定了。必备知识自我检测四、α粒子散射实验1.α粒子α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子,含有两个单位的正电荷,质量为氢原子质量的4倍。2.实验方法用α粒子源发射的α粒子束轰击金箔,用带有荧光屏的显微镜,在水平面内不同方向对散射的α粒子进行观察,根据散射到各方向的α粒子所占的比例,可以推知原子中电荷的分布情况。必备知识自我检测3.实验装置4.实验现象(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进。(2)少数α粒子发生了大角度偏转;极少数偏转的角度甚至大于90°,它们几乎被“撞了回来”。5.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。必备知识自我检测五、卢瑟福的核式结构模型1.核式结构模型:1911年由卢瑟福提出,原子中带正电的部分体积很小,但几乎占有全部质量,电子在正电体的外面运动。2.原子核的电荷与尺度必备知识自我检测1.正误判断(1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。(

)(2)阴极射线在真空中沿直线传播。(

)(3)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。(

)(4)组成阴极射线的粒子是电子。(

)(5)α粒子带有一个单位的正电荷,质量为氢原子质量的2倍。(

)(6)α粒子散射实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。(

)(7)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。(

)(8)原子核的电荷数等于核中的中子数。(

)(9)对于一般的原子,由于原子核很小,所以内部十分空旷。(

)答案(1)×

(2)√

(3)×

(4)√

(5)×

(6)×

(7)√

(8)×

(9)√必备知识自我检测2.阴极射线从阴极射线管中的阴极发出,在其间的高电压下加速飞向阳极,如图所示。若要使射线向上偏转,所加磁场的方向应为(

)A.平行于纸面向左B.平行于纸面向上C.垂直于纸面向外D.垂直于纸面向里解析由于阴极射线的本质是电子流,阴极射线方向向右,说明电子的运动方向向右,相当于存在向左的电流,利用左手定则,为使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上,磁场方向应为垂直于纸面向外,故选项C正确。答案C必备知识自我检测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粒子撞击到金箔电子后产生的反弹必备知识自我检测解析α粒子散射实验现象:绝大多数α粒子沿原方向前进,少数α粒子有大角度散射。所以A处观察到的粒子数多,B处观察到的粒子数少,所以选项A、B错误。α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用,所以选项D错误,C正确。答案C必备知识自我检测4.(2020上海杨浦区二模)卢瑟福α粒子散射实验显示了(

)A.原子中除了质子外还存在中子B.原子中的质量和正电荷是均匀分布的C.原子由质子和电子组成D.原子中几乎全部的质量和全部正电荷集中在很小的区域内解析α粒子散射实验说明原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核,数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子,所以粒子散射实验说明不能证明原子核是由质子和中子组成的。A、B、C错误,D正确。答案D探究一探究二随堂检测电子的发现情境探究(1)在如图所示的演示实验中,K是金属板制成的阴极,A是金属环制成的阳极。K和A之间加上近万伏的高电压后,管端玻璃壁上能观察到什么现象?该现象说明了什么问题?(2)人们对阴极射线的本质的认识有两种观点,一种观点认为是一种电磁波,另一种观点认为是带电微粒。你认为应如何判断哪种观点正确?探究一探究二随堂检测要点提示(1)能看到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影,这说明阴极能够发出某种射线,并且撞击玻璃引起荧光。(2)可以让阴极射线通过电场或磁场,若射线垂直于磁场(电场)方向射入之后发生了偏转,则该射线是由带电微粒组成的。探究一探究二随堂检测知识归纳1.对阴极射线的理解(1)阴极射线实际上就是电子流。(2)辉光现象产生的条件:玻璃管中气体稀薄。(3)阴极射线的来源:若真空度高,阴极射线的粒子主要来自阴极;若真空度不高,粒子还可能来自管中气体。(4)阴极射线不是X射线。探究一探究二随堂检测2.汤姆孙发现电子的流程(1)利用电场,判断阴极射线的电性。(2)利用电场、磁场(即速度选择器),计算阴极射线的带电粒子运动速度。(3)利用磁场,得出阴极射线的比荷。(4)提出假想,认为阴极射线粒子电荷量大小与氢离子一样,质量比氢离子小得多。(5)实验验证假想,提出电子概念。(6)探究更多现象,得出结论:电子是原子的组成部分。探究一探究二随堂检测实例引导例1

在再现汤姆孙测阴极射线荷质比的实验中,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中心出现荧光斑。若在D、G间加上方向向上、电场强度为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),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。(2)说明图中磁场沿什么方向。(3)根据L、E、B和θ,求出阴极射线的荷质比。探究一探究二随堂检测解析(1)由于阴极射线在电场中向下偏转,因此阴极射线受电场力方向向下,又由于匀强电场方向向上,则电场力的方向与电场方向相反,所以阴极射线带负电。(2)由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力,而与电场力平衡,由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外。(3)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。当射线在D、G间的磁场中偏转时,探究一探究二随堂检测规律方法

探究阴极射线带电性质的方法(1)在阴极射线所经区域加上电场,通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质。若沿着电场线方向偏转,则粒子带正电;若逆着电场线方向偏转,则粒子带负电。(2)使阴极射线垂直进入磁场,根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。如果粒子按图示方向进入磁场,且做顺时针的圆周运动,则粒子带正电;若做逆时针的圆周运动,则粒子带负电。探究一探究二随堂检测变式训练1如图是电子射线管示意图,接通电源后,电子射线由阴极沿x轴正方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转,在下列措施中可采用的是(

)A.加一磁场,磁场方向沿z轴负方向B.加一磁场,磁场方向沿y轴正方向C.加一电场,电场方向沿z轴负方向D.加一电场,电场方向沿y轴正方向解析由于电子沿x轴正方向运动,使电子射线向下偏转,则所受洛伦兹力向下,由左手定则可知磁场方向应沿y轴正方向;若加电场使电子射线向下偏转,所受电场力方向向下,则所加电场方向应沿z轴正方向,由此可知B正确。答案B探究一探究二随堂检测原子的核式结构模型情境探究1.汤姆孙发现电子之后,人们立刻进行建立各种原子模型的尝试,你都知道有哪些典型的模型呢?要点提示汤姆孙的“枣糕模型”、卢瑟福的核式结构模型。2.在探究原子内部结构的过程中,卢瑟福说:“我知道了,原子到底是什么样的……可以将它想象成一个小的太阳系。”你是怎么样理解这段话的?要点提示在原子的中心有一个很小的核,叫作原子核,原子的全部正电荷几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间运动,这就像行星绕太阳运转一样,原子内部就像一个小型的太阳系。探究一探究二随堂检测知识归纳1.关于α粒子散射实验的相关问题(1)α粒子的实质:α粒子

是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子,实质是失去两个电子的氦原子核,带有两个单位的正电荷,质量约为氢原子质量的4倍、电子质量的7300倍。探究一探究二随堂检测(2)实验装置①α粒子源:钋放在带小孔的铅盒中,放射出高能α粒子。②金箔:特点是金原子的质量大,且易延展成很薄的箔。③显微镜:能绕金箔在水平面内转动。④荧光屏:荧光屏装在显微镜上。⑤整个实验过程在真空中进行。金箔很薄,α粒子易穿过。探究一探究二随堂检测(3)实验过程:α粒子经过一条细通道,形成一束射线,打在很薄的金箔上,由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用,一些α粒子会改变原来的运动方向。带有荧光屏的显微镜可以沿图中虚线转动,以统计向不同方向散射的α粒子的数目。(4)α粒子散射实验的实验现象:绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,极少数偏转的角度甚至大于90°。探究一探究二随堂检测2.原子核的电荷与尺度(1)原子内的电荷关系:各种元素的原子核的电荷数与原子内含有的电子数相等,非常接近它们的原子序数。(2)原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数就等于原子核中的质子数。(3)原子核的大小:原子核半径R的数量级为10-15m,而整个原子半径的数量级是10-10

m。因而原子内部十分“空旷”。闪光语录原子核半径R的数量级为10-15

m,而整个原子半径的数量级是10-10

m。原子核半径只相当于原子半径的十万分之一,可见原子内部十分“空旷”。探究一探究二随堂检测实例引导例2(2020浙江期中)在α粒子散射实验中,某一α粒子经过某一原子核附近时的运动轨迹如图中实线所示。图中P、Q为轨迹上的点,虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线,两虚线和轨迹将平面分为五个区域。不考虑其他原子核对该α粒子的作用,那么关于该原子核的位置,下列说法中正确的是(

)A.可能在①区域B.一定在②区域C.可能在③、④区域D.一定在⑤区域探究一探究二随堂检测解析卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型,正电荷全部集中在原子核内,α粒子带正电,同种电荷相互排斥,若在③④⑤区域粒子轨迹将向上偏转,由轨迹的弯曲方向知道排斥力向下,若在①区域内排斥力向下,开始一段轨迹符合曲线运动条件,当接近Q点,则合力与速度方向不在运动轨迹的两侧,因此不可能在①区域,所以原子核一定在②区域,故A、C、D错误,B正确。答案B规律方法

解决这类问题的关键是理解并熟记以下两点(1)明确实验装置中各部分的组成及作用。(2)弄清实验现象,知道“绝大多数”“少数”和“极少数”α粒子的运动情况及原因。探究一探究二随堂检测变式训练2(2020北京昌平区二模)卢瑟福指导他的助手进行的α散射实验所用仪器的示意图如图所示。放射源发射的α粒子打在金箔上,通过显微镜观察散射的α粒子。实验发现,绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来方向前进,但少数α粒子发生了大角度偏转,极少数的角度甚至大于90°,于是,卢瑟福大胆猜想(

)A.原子核内存在中子B.原子核内存在质子C.电子围绕原子核运动D.原子内部有体积很小、质量很大的核探究一探究二随堂检测解析查德威克通过实验证实了原子核内中子的存在,故A错误;卢瑟福用α粒子轰击氮核,证实了在原子核内存在质子,故B错误;卢瑟福的α散射实验不能说明电子围绕原子核运动,故C错误。从绝大多数α粒子几乎不发生偏转,可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小,说明原子的中心有一个体积很小的核;从极少数发生了大角度的偏转,说明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量。故D正确。答案D探究一探究二随堂检测1.(多选)如图所示,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.如要使电子束的径迹向上偏,可以通过改变AB中电流的方向来实现D.电子的径迹与AB中电流的方向无关解析阴极射线带负电,由左手定则判断管内