4.3原子的核式结构模型课件PPT

第四章 原子结构和波粒二象性4.3 原子的核式结构模型目 录CONTENTS1 学习目标2 新课导入3 新课讲解4 课堂小结5 典例分析1.知道阴极射线的组成，体会电子发现过程中所蕴含的科学方法，知道电荷是量子化的.2.了解α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容.3.知道原子和原子核大小的数量级，知道原子核的电荷数.学习目标 科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线的本质是什么呢？ 这种射线称为阴极射线（cathode ray）。对这种射线本质的认识有两种观点：一种观点认为，它是一种电磁辐射；另一种观点认为，它是带电微粒。如何用实验判断哪一种观点正确呢？新课导入一、电子的发现英国物理学家J.J.汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流.1、汤姆孙实验装置 及实验原理⑵阴极射线通过A、B形成一束细细射线。⑶D1、D2之间加电场（或磁场）检测射线的带电性质。⑴阴极射线的产生机理：管中残存气体分子中的正负电荷在强电场的作用下被“拉开”（即气体分子被电离），正电荷（即正离子）在电场加速下撞击阴极，于是阴极释放更多粒子流，形成了阴极射线。新课讲解2、测定粒子的比荷⑴应用带电粒子在恒定电场中的偏转求比荷（电偏转）①两极板C、D间无电场和磁场时，粒子将打在荧光屏上的O点。③在两极板间施加一个方向垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，则粒子在荧光屏上产生的光点又回到O点。②在极板间施加电压U（上正下负），离开极板区域的粒子将打在荧光屏上的P点2、测定粒子的比荷⑵应用带电粒子在恒定磁场中的偏转求比荷（磁偏转）①两极板C、D间无电场和磁场时，粒子将打在荧光屏上的O点。②在两极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则离开极板区域的粒子将打在荧光屏上的P点。③再在极板间施加电压U（下正上负）则粒子在荧光屏上产生的光点又回到O点。3、汤姆孙发现电子⑴阴极射线的本质是带负电的粒子流。⑵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。⑶阴极射线粒子电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多。后来组成阴极射线的粒子被称为电子 电子的发现是物理学史上的重要事件。人们由此认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构。4、密立根测电子电量 电子电荷的精确测定是在1909〜1913年间由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。目前公认的电子电荷e的值为：e＝ 1.602 176 634 × 10 -19 C 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。 从实验测到的比荷及e的数值，可以确定电子的质量。现在人们普遍认为电子的质量为：me＝ 9.109 383 56 × 10 -31 kg质子质量与电子质量的比值为：通常情况下，物质是不带电的，因此，原子应该是电中性的。既然电子是带负电的，质量又很小，那么，原子中一定还有带正电的部分，它具有大部分的原子质量。请你设想一下，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？ 汤姆孙——西瓜模型（枣糕模型） 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。 这个模型能够解释一些实验现象。但德国物理学家勒纳德1903年做了一个实验，使电子束射到金属膜上，发现较高速度的电子很容易穿透原子。这说明原子不是一个实心球体，这个模型可能不正确。之后不久，α粒子散射实验则完全否定了这个模型。二、原子的核式结构模型 α粒子是从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的快速运动的粒子，质量为氢原子质量的4 倍、电子质量的7300倍。⑴α粒子1909 年，英国物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的研究时，所用仪器的示意图。1、 α粒子散射实验⑵实验原理和实验装置③M显微镜带有光屏S，可以在水平而内转到不同的方向对散射的α粒子进行观察。①R是被铅块包围的α粒子源。②F是金箔：接收α粒子的轰击。 当α粒子打到金箔时，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。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粒子的质量大约是电子质量的7300倍，α粒子与电子碰撞时，对α粒子速度影响的很小，碰撞前后，质量大的α粒子速度几乎不变。只可能是电子的速度发生大的改变，因此不可能出现α粒子反弹现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角度散射。 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，由于受库仑斥力的作用，α粒子穿过原子时，受到的各个方向正电荷的斥力基本会相互平衡，因此对α粒子运动的影响不会很大。大部分α粒子会有小角度偏转，但不可能有大角度偏转。⑶α粒子散射实验现象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。③极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。2、对α粒子散射实验的解释①J. J.汤姆孙的模型无法解释大角度散射的实验结果。②占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围。这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转。⑴大角度的偏转不可能是电子造成的⑵α粒子偏转主要是具有原子的大部分质量的带正电部分造成的3、卢瑟福核式结构模型⑶带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动。⑴在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核。⑵原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。三、原子核的电荷与尺度1、原子核的电荷、电子数、原子序数⑴原子是由带电荷＋Ze的核与核外Z个电子组成的。电子数Z等于原子核所带正电荷数。⑶原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。Ze是原子核的电荷，单位是库仑；Z是原子序数，也是原子核的电荷数，它表示原子核的电荷是一个电子电荷（绝对值）的多少倍。Z是没有单位的，或者说Z的单位是1。⑵原子序数Z 等于核电荷与电子电荷大小的比值 原子核的半径是很难测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。α粒子散射可以用来估算核半径。对于一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10-15 m，而整个原子半径的数量级是10-10 m，两者相差十万倍之多。原子内部是十分“空旷”的通常用核半径描述核的大小2、原子核的尺度核半径的数量级为10-15 m原子半径的数量级是10-10 m1.汤姆孙发现电子2.密立根油滴电子的质量：me=9.109×10-31kg一、电子的发现二、原子的核式结构模型1.卢瑟福通过α粒子散射实验原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核2.原子核式结构模型带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里三、原子核的电荷与尺度原子内十分空旷电子的电性电子的比荷测出电子电量：e=1.602×10-19C电荷是量子化的，任何带电体的电荷只能是e的整倍绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。原子核的电荷数就是核中的质子数。核半径的数量级为10-15 m课堂小结【例题1】美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验.两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，图中油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止.(1)若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有________.A.油滴质量m B.两板间的电压UC.两板间的距离d D.两板的长度L(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q＝________.(已知重力加速度为g)ABC典例分析 板间电场为匀强电场，油滴处于静止状态，所以电场力与重力平衡。所以需要测出的物理量有油滴质量m，两板间的电压U，两板间的距离d。解析：【例题2】(多选)(卢瑟福和他的学生用α粒子轰击不同的金属，并同时进行观测，经过大量的实验，最终确定了原子的核式结构.如图为该实验的装置，其中荧光屏能随显微镜在图中的圆面内转动.当用α粒子轰击金箔时，在不同位置进行观测，如果观测的时间相同，则下列说法正确的是（ ）A.在1处看到的闪光次数最多B.2处的闪光次数比4处多C.3和4处没有闪光D.4处有闪光但次数极少ABD解析：在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，则在1处看到的闪光次数最多，故A正确；少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子被反弹回来，在2、3、4位置观察到的闪光次数依次减少，故C错误，B、D正确。【例题3】(多选)根据卢瑟福的原子核式结构理论，下列对原子结构的认识中，正确的是（ ）A.原子中绝大部分是空的，原子核很小B.电子在核外运动，库仑力提供向心力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10－10 mABC卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型，提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核半径的数量级为10－15 m，原子半径的数量级为10－10 m，原子半径是原子核半径的十万倍，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吸引而绕核旋转，所以A、B、C正确，D错误.解析：1.(对电子的认识)(多选)1897年英国物理学家汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是（ ）A.任何物质中均有电子B.不同物质中具有不同性质的电子C.电子质量是质子质量的1 836倍D.电子是一种粒子，是比原子更基本的物质单元√123√当堂小练2.(α粒子散射实验及其解释)(多选)如图8所示是英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔的实验装置，下列关于该实验的描述正确的是（ ）A.α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成B.该实验揭示了原子有核式结构C.实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔 后发生大角度偏转D.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性123√√解析　为了避免其他原子的影响，α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成，故A正确；α粒子的散射实验说明原子中绝大部分是空的，揭示了原子具有核式结构，故B正确；α粒子的散射实验观测到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，故C错误；通过该实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，同时否定了汤姆孙原子模型，故D错误.1233.(原子核及其尺度)(多选)根据卢瑟福的原子核式结构理论，下列对原子结构的认识中，正确的是（ ）A.原子中绝大部分是空的，原子核很小B.电子在核外运动，库仑力提供向心力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10－10 m123√√√解析　卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型，提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核半径的数量级为10－15 m，原子半径的数量级为10－10 m，原子半径是原子核半径的十万倍，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吸引而绕核旋转，所以A、B、C正确，D错误.123