宁夏回族自治区银川市六盘山高级中学高中物理人教版选修3-5课件第十八章原子结构第12节电子的发现原子的核式结构（42张）（共41张）

第十八章原子结构第1节电子的发现

1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分。知道电子的电荷量和比荷，知道电荷是量子化的。2.体会电子发现过程中蕴含的科学思想，领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。3.了解α粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象。4.知道卢瑟福的原子核式结构的主要内容，知道原子核的数量级。5.领会卢瑟福提出核式结构模型的实验和思维过程，培养抽象思维能力和想象力。学习目标（1）电子的电荷量e＝

C（2）第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家________

利用著名的“

”实验测量出的。（3）密立根通过实验还发现，电荷是

的，即任何电荷只能是

的整数倍。（4)电子的质量m＝

kg(5)质子质量与电子质量的比值为＝

。1.6×10-19密立根油滴实验量子化元电荷0.91×10-301836背景知识前言

科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验。有时一条腿走在前面，有时另一条腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前进。

————密立根

原子的概念，从不可分割发展到可以再分，人类认识经历了两次飞跃。第一次飞跃是由于电子的发现，人们意识到原子有其复杂的结构；第二次飞跃是卢瑟福的α粒子散射实验，根据此实验结果分析，建立了核式结构模型。前言一、探索阴极射线

1.

1858年，德国物理学家普吕克尔较早发现了玻璃壁上淡淡的荧光。

1876年，德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到的阴极发出的某种射线的撞击而引起的，并把这种射线命名为阴极射线。相关知识观点代表人物内容电磁波说赫兹认为射线的本质是一种电磁波的传播过程。粒子说汤姆孙认为射线的本质是一种高速的粒子流。2.对阴极射线本质的认识如图所示，真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极；连接感应线圈近万伏的高电压电极间，观察管内玻璃壁上亮度变化。KA根据带电粒子在电场、磁场中的运动规律，哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负号？思考与讨论思考与讨论二、电子的发现P2KAByP1P3D1D2+-

金属板D1D2之间未加电场时射线不偏转，射在屏上的P1点，按图示方向加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上的P2点，由此推断阴极射线带有什么性质的电荷？带负电

1.为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域应采取什么措施？P2KAByP1P3D1D2

在平行板区域加一磁场且磁场方向必须垂直纸面向外，当满足条件时，则阴极射线不发生偏转，则：

思考与讨论1：

2.若撤去磁场带电粒子由P1点偏离到P2，P2到P1竖直距离为y,屏幕到金属板D1、D2右端的距离为D，你能算出阴极射线的比荷吗？em屏幕LD

v0y思考与讨论2：emy1y2银幕LD

v0yθ又因为：

且

化简得：

推理分析：屏幕

v0

LDθ思考与讨论3：

利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计算阴极射线的比荷？萤幕

v0LDθθP2

阴极射线打在屏上的P2点，只要测出粒子打到屏上的速度方向（与水平方向的夹角θ）由图可知：推理分析：

汤姆孙发现：用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的。这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。

并由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近的2000倍。

汤姆孙把新发现的这种粒子称之为“电子”。二、电子的发现有关阴极射线实验总结带负电电子流，电荷量与氢离子相同1质量是最轻的原子近1/20002阴极射线是由比最小的原子还小的多的带负电荷的微粒构成的电子electron二、电子的发现J.J汤姆孙(英国)1857～1940

J.J.汤姆孙在掌握大量实验事实的基础上，于1899年果断地做出结论：①不论是阴极射线、β射线还是光电流,都是电子组成的;②不论是由于强电场的电离、正离子的轰击、紫外光的照射、金属受灼热还是放射性物质的自发辐射,都发射出同样的带电粒子-----电子；③这种带电粒子比原子小千倍，可见，电子是原子的组成部分，是物质的最基本单位。

他于1906年荣获诺贝尔物理学奖。

J.J.汤姆逊被誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。从此,人类进入微电子科技时代。

电子是人类发现的第一个基本粒子。对粒子进行探索和研究的帷幕从此拉开。

在继承中发展，这是科学研究的正确方法。但是在认识发展的过程中要有敢于创新，敢于突破传统观念束缚的勇气。正如英国科学家贝尔纳所说：“发现的最大困难，在于摆脱一些传统的观念。”

面对荷质比的测定结果，只有汤姆逊认为它可以不是传统原子、分子微粒，而是一种新的、前人从未见到过的比原子、分子微粒小得多的带电粒子。要敢于突破传统观念

J.J.汤姆逊，1856年12月18日生于英国，1884年任卡文迪许实验室教授，这个实验室在他的领导下，成了全世界引人注目的物理实验中心，世界各地的科学家常来这里开展研究工作，其中有八位后来获得诺贝尔奖，如卢瑟福、威尔逊、巴克拉、G.P.汤姆逊等，如后表所示，这八位获奖者是他直接培养过的，卡文迪许实验室获得诺贝尔奖的共有25人次。伟大的成就三、电荷的量子化阅读与思考：电子的电荷量是由谁测量出的？电子电量的发现说明了什么？相关知识1、电子电荷的精确测定由美国物理学家密立根通过油滴实验测出来的。电子电荷的现代值e=1.60217733（49）×10-19C。2、电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。确定电子的质量为me＝9.109×10-31kg。3.质子质量与电子质量的比值为1.电子的发现，打破了原子不可分的经典的物质观。原子不是构成物质的最小单元，它具有内部结构。2.电子的发现证实电子是原子组成的一部分，但它的质量比氢原子都要小三个量级。3.原子含有带负电的电子，但原子整体呈现的电中性故推断原子中还有带正电的部分，这就为进一步探索原子结构模型创设了条件。四、电子的发现对人类认识原子结构的重要性第十八章原子结构第2节原子的核式结构模型

1.知道α粒子散射实验的现象。2．知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容，理解模型提出的主要思想。3．知道原子核的核电荷数的意义及原子核的尺度。4．了解原子的核式结构模型与经典理论的矛盾。学习目标电子正电荷

1904年，汤姆孙提出了“枣糕模型”。假想正电荷构成一个__________的球体，电子“浸浮”其中，并分布在一些特定的_______或______上。密度均匀同心圆球壳一、汤姆生的原子模型高速α粒子荧光屏二、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著名的“α粒子散射实验”。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.按照汤姆孙枣糕原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内部，请分析：α粒子穿过金箔时受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大？最不可能沿什么方向前进？试猜想并画出α粒子穿过汤姆孙枣糕模型的图景。思考与讨论：能发生大角度的偏转吗？卢瑟福对α粒子散射实验现象图景的猜想

卢瑟福根据导师汤姆生模型计算的结果：电子质量很小，对α

粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，α粒子所受库仑力也很小，故α粒子偏转角度不会很大。1、绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进；2、但少数α粒子发生了较大的偏转，极少数甚至偏转角超过了90°；3、个别α粒子的偏转角甚至接近180°。卢瑟福对上述实验的结果感到十分惊奇，他说：“这是我一生中从未有的最难以置信的事，它好比你对一张纸发射炮弹，结果被发弹回来而打到自己身上......”α粒子散射实验的现象（1）粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？（2）按照枣糕模型，粒子在原子附近或穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转？（3）你认为原子中的正电荷应如何分布，才有可能造成ɑ粒子的大角度偏转？为什么？讨论与交流：汤姆逊枣糕原子模型能否解释上述现象？绝大多数粒子不偏移→原子内部绝大部分是“空”的。少数粒子发生较大偏转→原子内部有“核”存在，且电量集中。极少数粒子被弹回→作用力很大，“核”质量很大；分析与猜想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绕着核旋转．三、卢瑟福提出原子的核式结构模型原子核式结构模型对α粒子散射图景的解释电子对α粒子运动的影响很小，影响α粒子运动的主要是带正电的原子核。而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数α粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转。

根据卢瑟福的原子核式模型和α粒子散射的实验数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核的大小。（1）原子的半径约为10-10m、原子核半径约是10-15m，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。（2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内的原子序数相等。即：核电荷数＝核外电子数＝质子数＝原子序数（3）电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。四、原子核的电荷与尺度大小

原子半径大小约为10-10米，而原子核的半径大小约为10-15米，是原子半径的十万分之一左右，犹如一只小蚂蚁与世界上最大的金字塔相比，微不足道。卢瑟福原子的核式结构模型的建立过程汤姆生发现电子汤姆生原子模型“西瓜”模型卢瑟福原子核式模型α粒子散射实验行星式电子的发现五、课堂小结1.你从原子模型的提出与演进过程中得到什么启示？2.在科学家探索原子结构奥秘的过程中，哪些事例最使你感动和钦佩？为什么？3.在研究α粒子散射实验中，科学家都运用了哪些科学研究方法？回顾科学进程，感悟科学精神

1、在用α粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的α粒子的运动情况是()A、全部α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进

B、绝大多数α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回

C、少数α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回

D、全部α粒子都发生很大偏转B巩固练习2、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ACD巩固练习3、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？（）BC巩固练习4、卢瑟福对α粒子散射实验的解释是(

)A．使α粒子产生偏转的力主要是原子中电子对α粒子的作用力B．使α粒子产生偏转的力是库仑力C．