高中物理 2.2 原子的核式结构模型教学课件 教科版选修35.ppt

2原子的核式结构模型 1 了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据 2 知道粒子散射实验的实验方法和实验现象 3 知道原子核式结构模型的主要内容 一 粒子散射实验汤姆孙的原子模型 如图2 2 1 汤姆孙于1898年提出了原子模型 他认为原子是一个 弥漫性地均匀分布在整个球体内 镶嵌在球中 图2 2 1 球体 正电荷 电子 汤姆孙的原子模型 小圆点代表正电荷 大圆点代表电子 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 但后来被散射实验否定了 粒子 粒子散射实验 1 粒子 是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子 带有两个单位的正电荷 质量为质量的4倍 2 实验结果 粒子穿过金箔后 基本沿原方向前进 粒子发生大角度偏转 偏转角甚至大于90 3 卢瑟福通过 粒子散射实验 否定了汤姆孙的原子模型 建立了模型 氢原子 绝大多数 少数 核式结构 卢瑟福的核式结构模型1911年由卢瑟福提出 在原子的中心有一个很小的核叫 原子的正电荷和质量都集中在原子核里 带负电的电子在里绕核旋转 原子核 所有 几乎所有 核外空间 二 原子核的电荷与尺度原子内的电荷关系 各种元素的原子核的电荷数 即原子内的非常接近于它们的 原子核的组成 原子核是由和组成的 原子核的电荷数就是核中的 原子核的大小 实验确定的原子核半径r的数量级为 而整个原子的半径的数量级是 两者相差十万倍之多 可见原子内部是十分 空旷 的 电子数 质子 中子 质子数 10 15m 10 10m 原子序数 三 经典理论的困难卢瑟福的核式结构模型正确地指出了的存在 很好地解释了 但是 经典的物理学既无法解释原子的 又无法解释原子发光频谱的特征 原子核 粒子散射实验 稳定性 分立 一 粒子散射实验实验装置 如图2 2 2 由放射源 金箔 荧光屏等组成 图2 2 2 实验注意事项 1 从 粒子源到荧光屏这段路程处于真空中 2 粒子是氦核 本身很小 金箔需很薄 粒子才能很容易穿过 3 实验中用的是金箔而不是铝箔 这是因为金的原子序数大 粒子与金核间库仑力大 偏转明显 另外金的延展性好 容易做成极薄的金箔 实验观察结果 粒子穿过金箔时 绝大多数不发生偏转 仍沿原来的方向前进 少数发生较大的偏转 偏转的角度甚至大于90 也就是说它们几乎被 撞 了回来 卢瑟福的核式结构模型对 粒子散射分析 1 分布情况 所有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 二 卢瑟福的核式结构学说对 粒子散射实验的思考 粒子散射实验令卢瑟福万分惊奇 按照汤姆孙的原子结构模型 带正电的物质均匀分布 带负电的电子质量比 粒子的质量小得多 粒子碰到电子就像子弹碰到一粒尘埃一样 其运动方向不会发生什么改变 但实验结果出现了像一枚炮弹碰到一层薄薄的纸被反弹回来这一不可思议的现象一样 卢瑟福通过分析 否定了汤姆孙的原子结构模型 提出了核式结构模型 卢瑟福的科学道理卢瑟福依据 粒子散射实验的结果 提出了原子的核式结构 在原子的中心有一个很小的核 叫原子核 原子的全部正电荷与几乎全部质量都集中在核里 带负电的电子在核外的空间运动 按照卢瑟福的核式结构学说 可以很容易地解释 粒子的散射实验现象 图2 2 3 如图2 2 3所示 按照这个模型 由于原子核很小 大部分 粒子穿过金箔时都离核很远 受到的斥力很小 它们的运动几乎不受影响 只有极少数 粒子从原子核附近飞过 明显地受到原子核的库仑斥力而发生大角度的偏转 原子的核式结构模型在原子的中心有一个带正电的原子核 它集中了全部正电荷和几乎集中了原子全部质量 而电子则在核外空间绕核旋转 典例1 如图2 2 4所示为卢瑟福和他的学生做 粒子散射实验的装置示意图 荧光屏和放大镜一起分别放在图中的a b c d四个位置时 下列对观察到的现象描述正确的是 对 粒子散射实验的理解 图2 2 4 a 在a位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数最多b 在b位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数只比在a位置时稍少些c 在c d位置时 屏上观察不到闪光d 在d位置时 屏上仍能观察到一些闪光 但次数极少 解析因为绝大多数 粒子穿过金箔后仍然沿原来方向前进 在a位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 选项a对 因为少数 粒子穿过金箔后发生了较大偏转 在b位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数比在a位置时要少得多 选项b错 粒子散射实验中有极少数 粒子偏转角超过90 甚至接近180 所以选项c错 d对 故应选a d 答案ad 借题发挥 粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础 对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键 通过对 粒子散射实验这一宏观上探测 间接地构建出原子结构的微观图景 变式1 粒子散射实验中 使 粒子散射的原因是 a 粒子与原子核外电子碰撞b 粒子与原子核发生接触碰撞c 粒子发生明显衍射d 粒子与原子核的库仑斥力作用 解析本题考查 粒子散射实验 粒子与原子核外电子的作用是很微弱的 由于原子核的质量和电荷量很大 粒子与原子核很近时 库仑斥力很强 足可以使 粒子发生大角度偏转甚至反向弹回 使 粒子散射的原因是库仑斥力 选项d对 答案d 典例2 当 粒子被金核散射时 如图2 2 5所示a b c d四条运动轨迹中不可能存在的是 对 粒子的运动轨迹的分析 图2 2 5 解析 粒子在靠近金原子核时 所受库仑力为斥力 a d的轨迹是可能存在的 而从b c的轨迹可以判断 b c受的力是吸引力 与核式结构模型不符 所以b c的轨迹是不可能的 答案bc借题发挥当 粒子靠近金核发生散射现象时 其运动轨迹要发生偏转做曲线运动 而做曲线运动的物体所受合外力的方向总是指向曲线的凹侧 变式2 用 粒子撞击金原子核发生散射 图2 2 6中关于 粒子的运动轨迹正确的是 图2 2 6 解析 粒子受金原子核的排斥力 方向沿两者的连线方向 运动轨迹弯向受力方向的一侧 a b均错误 离原子核越近 粒子受到