山东省成武一中高中物理 18.2 原子的核式结构模型课件 新人教版选修35.ppt

知识与技能1 知道 粒子散射实验 2 知道原子的核式结构模型的主要内容 理解模型提出的主要思想 3 知道原子的组成 了解原子核和原子大小的数量级 过程与方法1 经历 粒子散射实验 2 经历原子的核式结构模型建立的过程 情感 态度与价值观1 体验实验乐趣 2 提高分析问题 解决问题的能力 1 汤姆孙原子模型 原子是一个球体 正电荷弥漫性地 分布在整个球体内 电子 其中 有人形象地把汤姆孙模型称为 西瓜模型 或 模型 2 粒子散射实验现象 绝大多数 粒子穿过金箔后 基本上 方向前进 但有少数 粒子 约占八千分之一 发生了 偏转 偏转的角度甚至大于90 也就是说它们几乎被 撞了回来 3 卢瑟福原子结构模型 原子中带正电部分的体积很小 但几乎占有 质量 电子在正电体的 运动 正电体的尺度是很小的 被称为 所以卢瑟福的电子结构模型因而被称为 结构模型 4 原子由带电荷 的核与核外z个电子组成 原子序数z等于 与电子电荷大小的比值 原子核由 和 组成的 原子核的电荷数就是核中的 数 答案 1 均匀镶嵌枣糕2 仍沿原来的大角度3 全部外面原子核核式4 ze核电荷质子中子质子 知识点1 粒子散射实验1 汤姆孙原子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 有人形象地把汤姆孙模型称为 西瓜模型 或 枣糕模型 说明 汤姆孙的原子结构模型虽然能解释一些实验事实 但这一模型很快被新的实验事实 粒子散射实验所否定 2 粒子散射实验1909 1911年卢瑟福和他的助手做了用 粒子轰击金箔的实验 获得了重要的发现 1 实验装置 如图18 2 1所示 图18 2 1 说明 整个实验过程在真空中进行 金箔很薄 粒子 he核 很容易穿过 2 实验结果绝大多数 粒子穿过金箔后 基本上仍沿原来的方向前进 但是有少数 粒子发生了大角度的偏转 偏转角度甚至大于90 也就是说它们几乎被 撞了回来 3 实验分析按照汤姆孙的 枣糕 原子模型 粒子如果从原子之间或原子的中心线穿过时 它受到周围的正负电荷作用的库仑力是平衡的 粒子不产生偏转 如果 粒子偏离原子的中心轴线穿过 两侧电荷作用的库仑力相当于一部分被抵消 粒子偏转很小 如果 粒子正对着电子射来 质量远小于 粒子的电子不可能使 粒子发生明显偏转 更不可能使它反弹 所以 粒子的散射实验结果否定了汤姆孙的原子模型 4 原子的核式结构模型卢瑟福根据 粒子散射实验的结果 提出了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质量都集中在原子核里 带负电的电子在核外空间绕核旋转 5 原子的核式结构模型对 粒子散射现象的解释当 粒子穿过原子时 如果离核较远 受到原子核的斥力很小 粒子就像穿过 一片空地 一样 无遮无挡 运动方向改变极少 由于原子核很小 这种机会就很多 所以绝大多数 粒子不产生偏转 只有当 粒子十分接近原子核穿过时 才受到很大库仑斥力 偏转角才很大 而这种机会很少 如果 粒子几乎正对着原子核射来 偏转角就几乎达到180 这种机会极少 如图18 2 2所示 图18 2 2 例1 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 叫原子核b 原子的正电荷均匀分布在整个原子中c 原子的全部正电荷与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着核旋转 答案 a c d 解析 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是 在原子的中心有一个很小的核 叫做原子核 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空间里绕着核旋转 由此可见b选项错 a c d选项正确 对应训练 1 下列关于卢瑟福 粒子散射实验结果的叙述正确的是 a 全部 粒子都穿过金箔未发生偏转b 绝大多数 粒子穿过金箔未发生偏转 少数发生较大偏转 极少数被弹回c 绝大多数 粒子发生很大偏转 只有少数穿过金箔d 所有 粒子都发生较大偏转 解析 对实验结果来看 只有b说法是与实验现象相吻合的 答案 b 知识点2原子核的电荷与尺度 1 原子是由原子核与电子组成的 2 原子核由质子和中子组成 质子和中子统称为核子质子数 z等于原子的核电荷数 也是元素的原子序数 质量数 a原子核的质量等于质子质量和中子质量之和 质量数就是原子核内的核子数 中子数 a z等于质量数 核子数 减质子数 即 核电荷数 核外电子数 质子数 原子序数 3 对于一般的原子核半径数量级为10 15m 整个原子半径的数量级是10 10m 两者相差十万倍之多 可见原子内部是十分 空旷 的 例2 下列对原子结构的认识 错误的是 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 向心力为库仑力c 原子的全部正电荷都集中在原子核里d 原子核的直径大约为10 10m 答案 d 解析 卢瑟福 粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型 卢瑟福提出了关于原子的核式结构学说 并估算出原子核直径的数量级为10 15m 而原子直径的数量级为10 10m 是原子核直径的十万倍 所以原子内部是十分 空旷 的 核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的库仑引力而绕核旋转 所以本题应选d 对应训练 2 粒子散射实验中 不考虑电子和 粒子的碰撞影响 是因为 a 粒子与电子根本无相互作用b 粒子受电子作用的合力为零 是因为电子是均匀分布的c 粒子和电子碰撞损失能量极少 可忽略不计d 电子很小 粒子碰撞不到电子 解析 粒子与电子之间存在着相互作用力 这个作用力是库仑引力 但由于电子质量很小 只有 粒子质量的1 7300 碰撞时对 粒子的运动影响极小 几乎不改变运动方向 就像一颗子弹撞上一粒尘埃一样 故正确答案为c 答案 c 两种模型对 粒子散射现象的分析1 汤姆孙模型对 粒子散射现象的分析 1 分布情况 正电荷和原子质量是均匀分布的 2 受力情况 两侧正电荷对 粒子的库仑斥力有相当一部分相互抵消 使 粒子偏转的库仑合力不会很大 3 偏转情况 不会发生很大偏转 更不会弹回 4 分析结论 汤姆孙模型的分析不符合 粒子散射的实际情况 2 卢瑟福的核式结构模型对 粒子散射分析 1 分布情况 正电荷和几乎全部质量集中在原子核内 原子中绝大部分是空的 2 受力情况 少数 粒子靠近原子核时 受到的库仑斥力大 大多数 粒子离原子核较远 受到的库仑斥力较小 3 偏转情况 少数 粒子可能发生大角度偏转 甚至被弹回 绝大多数 粒子运动方向不会明显变化 因为电子的质量相对于 粒子很小 分析结论 核式结构模型符合 粒子散射的实际情况 例3 卢瑟福对 粒子散射实验的解释是 a 使 粒子产生偏转的力主要是原子中电子对 粒子的作用力b 使 粒子产生偏转的力是库仑力c 原子核很小 粒子接近它的机会很小 所以绝大多数的 粒子仍沿原来的方向前进d 能产生大角度偏转的 粒子是穿过原子时离原子核近的 粒子 答案 b c d 解析 原子核带正电与 粒子间存在库仑力 当 粒子靠近原子核时受库仑力而偏转 故b对 a错 由于原子核非常小 绝大多数粒子经过时离核较远因而运动方向几乎不变 只有离核很近的 粒子受到的库仑力较大 方向改变较多 故c d对 卢瑟福欧内斯特 卢瑟福 ernestrutherford 1871年8月31日出生于新西兰的一个偏辟乡村 其父是一个诚实而正直的农民和手工业工匠 其母是一位乡村教师 自幼受到母亲的良好教育和影响 中学阶段在纳尔逊学院是表现最拔尖的学生 在坎特伯雷学院的四年大学生活中 数学教授库克和化学 物理教授毕克顿对他的学习和后来的发展影响很大 引导他走上了科学研究的道路 1895年卢瑟福有幸获得新西兰唯一的一个 大博览会奖学金 名额赴英国剑桥大学师从j j 汤姆孙读研究生 先在无线电通讯方面崭露头角 后又沿着气体导电 放射性 原子物理 核物理的顺序做出一系列划时代的重大发现 他一生的工作主要可分为加拿大的麦克吉尔大学时期 1898 1907 英国曼彻斯特大学时期 1907 1919 和英国剑桥大学卡文迪许实验室时期 1919 1937 1908年卢瑟福由于研究放射性物质及对原子科学的杰出贡献荣获诺贝尔化学奖 1925年当选为英国皇家学会主席 1930年被英国女皇封为勋爵 1937年10月19日在英国不幸去世 1897年 j j 汤姆孙发现了电子 其后 汤姆孙提出了 葡萄干布丁模型 认为电子是原子的基本单位 正电均匀分布在原子内 电子则由于与其他电子相排斥与正电体相吸引而处于原子内的平衡位置 这一模型缺乏实验根据 为了探索原子的秘密 卢瑟福及其学生做了用高能 粒子束穿透金箔的实验 实验表明 粒子束在通过金箔时 绝大多数都保持原来的运动方向 没有受到阻挡 如入无人之境 这表明原子内部存在着相当大的空旷空间 但是 实验还表明 约有1 8000的 粒子通过金箔时改变了原来的运动方向 发生明显的偏转 个别的 粒子甚至被反弹回来 很明显 原子中一定存在着体积极小但集中了全部正电荷的 核 粒子束通过金箔时 有极少数碰上了这个 核 受到正电斥力的作用发生了散射 而绝大多数则没有碰上这个 核 顺利地按原来的运动方向通过了金箔 通过反复的实验观测和对实验数据的理论计算 一幅真实的原子图景在卢瑟福的脑海里出现了 在原子的中心 有一个带正电荷核 其半径约为3 10 13cm 它差不多集中了原子的全部质量 原子中的电子则围绕这个核以极