高中物理(新教材)选修三课件1：4-3-原子的核式结构模型 人教版

第四章原子结构和波粒二象性4.3原子的核式结构模型学习目标1.知道发现电子的意义，体会电子发现过程中蕴含的科学方法；2.了解α粒子散射实验原理和实验现象；3.了解卢瑟福的原子核式结构模型，知道原子和原子核大小的数量级；4.认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证方法。在欣赏这美丽的灯光时，你何曾意识到，这里发光的多是通电后的气体？若想了解其中的奥秘，让我们直奔主题，从原子的结构入手吧。课堂引入德谟克利特道尔顿每种化学元素都有它对应的原子…原子是最微小的不可分割的实心球体…世间万物是由原子构成的…原子是一种最后的不可分割的物质微粒…一、电子的发现阴极射线：一种观点认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射代表人物赫兹另一种观点认为阴极射线是带电微粒代表人物汤姆孙19世纪，对阴极射线本质的认识有两种观点

那么阴极射线到底是什么呢？

英国物理学家J.J.汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流。为了证实这点，从1890年起他进行了一系列实验研究。1.实验装置：真空玻璃管、阴极、阳极和感应圈.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，这种射线命名为阴极射线.2.实验现象：感应圈产生的高电压加在两极之间，玻璃管壁上发出荧光。在金属板D1D2之间未加电场时，射线不偏转，射在P1点。施加如图电场后射线偏转，射在P2点。发现阴极射线带负电4.阴极射线是带负电的粒子为了使射线回到P1点5.测定带电粒子的比荷需在D1D2之间施加垂直纸面向外的磁场去掉D1D2之间的电场射线在磁场作用下偏转，射在P3点。汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量大致相同，后来。组成阴极射线的粒子就被称为电子电子。电子的发现不只是说明原子是组成物质的最小微粒，更重要的是对揭示原子结构有重大意义。汤姆孙还发现，用不同材料的阴极做实验，所得的比荷数值是相同的，这说明不同物质都能够发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。汤姆孙进一步研究发现，不论阴极射线、

射线、光电流还是热离子流，它们都包含电子。汤姆孙因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量大致相同，后来。组成阴极射线的粒子就被称为电子电子。电子的发现不只是说明原子是组成物质的最小微粒，更重要的是对揭示原子结构有重大意义。汤姆孙还发现，用不同材料的阴极做实验，所得的比荷数值是相同的，这说明不同物质都能够发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。汤姆孙进一步研究发现，不论阴极射线、

射线、光电流还是热离子流，它们都包含电子。汤姆孙因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。

二、原子的核式结构模型1.汤姆孙的“西瓜模型”或“枣糕模型”1903德国物理学家勒纳德做了一个实验，使电子束射到金属膜，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粒子散射的实验彻底否定了这个模型！“枣糕”模型：原子是个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。2.

α粒子散射实验1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了α粒子散射实验，实验装置如图所示。α粒子放射源金箔带有荧光屏的显微镜荧光屏α粒子：从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7300倍。(1)实验装置(2)实验结果①绝大多数α粒子穿过金箔后基本上沿原来的方向前进或发生很小的偏转。②少数α粒子发生了较大的偏转。③极少数α粒子的偏转角超过了90度，有极个别甚至接近180度，就像被弹回来了一样。卢瑟福卢瑟福和他的学生惊呼：“这件事情是如此的不可能，就好像你用炮弹射向一层薄纸，但炮弹却被纸弹了回来”。(3)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。(4)实验的注意事项①整个实验过程在真空中进行。②金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过。③使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄。另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显。(3)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。(4)实验的注意事项①整个实验过程在真空中进行。②金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过。③使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄。另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显。3.α粒子散射实验的分析粒子大角度散射甚至被弹回的原因是什么呢？因为带负电的电子质量太小，如果质量大的α粒子与电子发生碰撞，那么电子对α粒子的速度大小和方向的影响就像灰尘对炮弹的影响，完全可以忽略。“枣糕模型”能否解释粒子在穿越原子内部后发生的大角度偏吗？按照汤姆孙的“枣糕模型”正电荷在原子内部均匀分布，那么α粒子穿过原子时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力大部分互相抵消，使α粒子偏转的力不会很大，这样，汤姆孙的“枣糕模型”虽然能够解释绝大多数的α粒子基本上仍沿原方向进行，但是却无法解释大角度散射的实验结果。客观的实验结果分析让卢瑟福对导师汤姆孙的“枣糕模型”的观点产生了质疑并大胆否定。1911年，卢瑟福提出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的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核运动。原子核式结构模型对α粒子散射实验的解释当α粒子接近原子时，电子对它的影响仍如前述可以忽略，但是带正电的原子核则不同。因为原子核很小，原子内部非常“空旷”，所以绝大多数α粒子从离核较远的地方经过时，受到的库伦斥力就很小，运动方向几乎不改变。只有极少数的α粒子有机会从离核很近的地方经过，受到比较大的斥力，才会发生大角度的偏转。为什么卢瑟福认为电子一定要绕核运动呢？为什么电子不能静止呢？提示：如果电子是静止的，那么电子在正电荷的库仑力的作用下，要落在原子核上。所以，电子应绕核运动，库仑力正好充当向心力。三、原子核的电荷与尺度各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数，非常接近它们的原子序数，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数来排列的。原子核所带正电荷数=核外电子数=该元素在周期表内的原子序数原子核的半径是无法直接测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。α粒子散射是估计核半径的最简单的方法。对于一般的原子核，实验确定的原子核半径R的数量级10-15m，而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。1.(多选)关于电荷的电荷量下列说法正确的是(

)A．电子的电量是由密立根油滴实验测得的B．物体所带电荷量可以是任意值C．物体所带电荷量最小值为1.6×10−19CD．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍随堂练习ACD2．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（）A．在实验中，观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，极少数发生了较大角度的偏转B．使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核和核外电子，当α粒子接近核时，是核的斥力使α粒子发生明显偏转；当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转C．实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积极小的一部分D．实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和全部原子的质量AC3.下列关于原子核式结构理论说法正确的是(

)A．是通过发现电子现象得出来的B．原子的中心有个核，叫作原子核C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中D．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旋转BD4．关于原子的核式结构模型，下列说法正确的是（）A．原子中绝大部分是“空”的，原子核很小B．电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力C．原子的全部电荷和质量都集中在原子核里D．原子核的直径的数量级是10－10mAB备用工具&资料3.下列关于原子核式结构理论说法正确的是(

)A．是通过发现电子现象得出来的B．原子的中心有个核，叫作原子核C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中D．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旋转BD1.(多选)关于电荷的电荷量下列说法正确的是(

)A．电子的电量是由密立根油滴实验测得的B．物体所带电荷量可以是任意值C．物体所带电荷量最小值为1.6×10−19CD．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍随堂练习ACD在欣赏这美丽的灯光时，你何曾意识到，这里发光的多是通电后的气体？若想了解其中的奥秘，让我们直奔主题，从原子的结构入手吧。课堂引入一、电子的发现阴极射线：一种观点认为阴极射线像X射线一样是电磁辐射代表人物赫兹另一种观点认为阴极射线是带电微粒代表人物汤姆孙19世纪，对阴极射线本质的认识有两种观点

那么阴极射线到底是什么呢？

英国物理学家J.J.汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流。为了证实这点，从1890年起他进行了一系列实验研究。汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量大致相同，后来。组成阴极射线的粒子就