原子的核式结构模型 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

选择性必修三第四章原子结构和波粒二象性3原子的核式结构模型19世纪之前，人们一直都认为原子是物质的最小单位，不可再分；直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。一、电子的发现电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现（x射线、放射性、电子）之一。一、电子的发现1.始于稀薄气体放电1858年德国普吕克尔气体导电时的辉光放电现象（认为是阴极材料）真空管壁的荧光阴阳极间的惰性气体发光可以看见电流抽真空1878英克鲁克斯改进克鲁克斯认为是带电气体粒子1876年德国物理学家戈德斯坦命名阴极射线现象代表人物，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。粒子说一、电子的发现2.阴极射线是什么？依据：在电场无偏转有穿透性第一个实现阴极射线在电场中偏转一、电子的发现2.阴极射线是什么？思考1：如何判断粒子流的电性阴极射线带负电一、电子的发现3.J.J.汤姆孙的工作准直器正极阴极（负极）偏转电场或磁场带有标尺的荧光屏1）阴极射线产生机理是：残存气体分子被电离，正离子在电场加速下撞击阴极，使阴极释放更多粒子流，形成了阴极射线一、电子的发现3.J.J.汤姆孙的工作2）测定带电粒子的比荷思考2：如何测定比荷呢？L2L1yqm屏幕

v0P1P2●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●3.J.J.汤姆孙的工作2）测定带电粒子的比荷一、电子的发现思考3：如何测定v0呢？qv0B=qEqm屏幕

v0P1P2L2L1一、电子的发现3.J.J.汤姆孙的工作2）测定带电粒子的比荷利用磁偏转能否完成测量呢？●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●qm屏幕v0P1P3L2L1θθyθ用不同材料的阴极实验，测q/m都相同一、电子的发现3.J.J.汤姆孙的工作3）扩充研究对象，找出物质本来样貌构成各种物质的共有成分不同物质都能发射这种带电粒子一、电子的发现3.J.J.汤姆孙的工作4）大胆猜想，发现电子比荷是氢离子（质子）比荷的近两千倍猜想：电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多测阴极射线粒子的电荷量证明粒子电荷量的大小与氢离子大致相同电子一、电子的发现3.J.J.汤姆孙的工作5）并未止步进一步研究光电效应、热离子发射效应和β射线等。发现它们都包含电子1906年的诺贝尔物理学奖1909〜1913年间由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。一、电子的发现4.电子电荷量的测定一、电子的发现4.电子电荷量的测定目前公认的电子电荷e的值为e＝1.602176634×10-19C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。一个半径为r的带负电的油滴，在电场强度为E,方向竖直向下的匀强电场中，如果油滴受到的库仑力恰好与重力平衡，问：这个油滴带有几个电子的电荷？已知油的密度为ρ。课堂练习从实验测到的比荷及e的数值，可以确定电子的质量一、电子的发现5.电子质量的测定me＝9.10938356×10-31kg6.电子发现的意义揭示了原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构。二、原子的核式结构模型物质是不带电1.关于原子结构的思考原子电中性的电子带负电质量很小一定有带正电的部分具有大部分的原子质量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？二、原子的核式结构模型2.汤姆孙原子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“西瓜模型”或“枣糕模型”解释原子是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，解释原子为什么会发光，能估计出原子的大小约为一亿分之一厘米。二、原子的核式结构模型2.汤姆孙原子结构模型1903年德国物理学家勒纳德做了一个实验现象：电子束射到金属膜上，较高速度的电子很容易穿透原子推论：说明原子不是一个实心球体，这个模型可能不正确。质疑：卢瑟福α粒子散射实验则完全否定了汤姆孙的模型二、原子的核式结构模型3.α粒子散射实验原子的尺度小，结构非常紧密。如何研究原子的内部结构呢？最好用“炮弹”打到原子里面去试探一下英籍新西兰物理学家卢瑟福认为——α粒子23岁时获得了三个学位（文学学士、文学硕士、理学学士）。1）α粒子特性：①具有足够的能量可以接近原子中心。②可使荧光物质发光，易于捕捉方向变化。α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子mα=4mHmα=7300me二、原子的核式结构模型3.α粒子散射实验2）实验装置显微镜观察闪光记录在某一时间内向某一方向散射的α粒子数真空中二、原子的核式结构模型3.α粒子散射实验思考与讨论2.按照J.J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。请分析：α粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进α粒子打到金箔时，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粒子的运动方向改变，也就是发生了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。1.α粒子射入金箔时难免与电子碰撞。试估计这种碰撞对α粒子速度影响的大小。二、原子的核式结构模型3.α粒子散射实验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；②少数α粒子发生了较大的偏转；③极少数偏转角度甚至大于90°,它们几乎被“撞了回来”3）实验现象一颗子弹被一张纸弹回二、原子的核式结构模型3.α粒子散射实验4）分析大角度的偏转不可能是电子和均匀地分布正电荷造成的α粒子在运动过程中碰到了对手质量和电荷量都得比α粒子大得多金箔厚度约为1μm，直径约为3×10-10m，绝大多数α粒子穿过几千个原子的厚度，但运动方向无明显变化。原子内部绝大部分是空的原子的质量和电荷量都集中在体积很小的核上二、原子的核式结构模型3.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思考2：模型中为什么要让电子绕着原子核转动呢？二、原子的核式结构模型4.核式结构模型对α粒子散射实验现象的解释卢瑟福以这个模型为依据，利用经典力学计算了向各个方向散射的α粒子的比例，结果与实验数据符合得很好。+原子核+++++二、原子的核式结构模型5.原子核的电荷与尺度1）原子核的电荷α粒子散射的实验数据原子核的电荷量Q电子数接近原子序数元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数排列原子由带电荷＋Ze的核与核外Z个电子组成的Z是核电荷数=原子序数Z=核中质子数=核外电子数二、原子的核式结构模型5.原子核的电荷与尺度2）原子核的尺度核半径的数量级为10-15m原子半径的数量级是10-10m原子内部是十分“空旷”的直径1cm的球核1000米直径的球原子α粒子散射实验用的是金箔等重金属箔，而没有用轻金属箔，例如铝箔。除了金的延展性好，可以把金箔做得非常薄这个原因以外，你认为还有什么原因？思考与讨论当α粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的？课堂练习(多选)卢瑟福和他的学生用α粒子轰