第3节　原子的核式结构模型 教学课件

物理第四章原子结构和波粒二象性第3节原子的核式结构模型01必备知识素养奠基02关键能力素养形成03分层演练素养达标[学习目标]1．知道阴极射线的概念，了解电子的发现过程，知道电子是原子的组成部分。2．知道电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。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模型的主要内容。知识点1电子的发现1．阴极射线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______时，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出______，这种射线称为____________。稀薄荧光阴极射线2．汤姆孙的探究方法及结论(1)根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带______的粒子流，并求出了这种粒子的______。(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都______，这说明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。阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子大致相同，而质量比氢离子小得多，后来组成阴极射线的粒子被称为______。负电比荷相同电子电子密立根1.602×10－19Ce的整数倍[判一判]1．(1)阴极射线实际上是高速运动的电子流。(

)(2)电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的。(

)√×知识点2原子的核式结构模型1．汤姆孙原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。有人形象地把他的这个模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。2．α粒子散射实验(1)实验装置：α粒子源、______、显微镜和_________。(2)实验现象：①绝大多数的α粒子穿过金箔后____________的方向前进。②少数α粒子发生了_________的偏转。③极少数α粒子的偏转角甚至___________，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。金箔荧光屏仍沿原来大角度大于90°(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____________模型。3．核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫_________。它集中了原子全部的_______和几乎全部的______，______在核外空间运动。核式结构原子核正电荷质量电子[判一判]2．(1)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹。(

)(2)卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型。(

)×√知识点3原子核的电荷与尺度1．原子核由_______________组成，原子核的电荷数等于核中的______数。2．原子半径数量级__________，原子核半径数量级__________。质子和中子质子10－10m10－15m[判一判]3．(1)原子的质量几乎全部集中在原子核上。(

)(2)原子中所有正电荷都集中在原子核内。(

)√√1．(阴极射线)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现(

)A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D．汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量√解析：阴极射线在电场中偏向正极板一侧,因此阴极射线应该带负电荷，A正确；阴极射线在磁场中受力情况跟负电荷受力情况相同，B错误；不同材料所产生的阴极射线的比荷相同，C错误；汤姆孙并没有直接测到阴极射线粒子的电荷量，D错误。2．(α粒子的散射)(2021·吉林江城中学高二期中)卢瑟福在进行α粒子散射实验时，用α粒子轰击金箔后，发现α粒子(

)A．全部穿过或发生很小偏转B．绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回C．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过D．全部发生很大偏转解析：α粒子散射实验时的现象主要有，绝大多数穿过原子，运动方向没有改变，只有少数发生较大角度的偏转,极个别甚至被弹回，B正确。√3．(对原子核结构的理解)(多选)卢瑟福提出的原子核式结构学说包含的内容有(

)A．原子中心有一个很小的核B．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里C．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上D．带负电的电子在核外空间绕原子核旋转√√√解析：卢瑟福提出的原子核式结构模型是：原子中心有一个很小的原子核，它集中了原子的几乎全部质量和所有的正电荷，电子在核外绕原子核旋转。4．(原子的核式结构)(2021·长春市榆树中学高二期中)关于原子结构，下列说法正确的是(

)A．原子中的原子核很小，核外很“空旷”B．原子核半径的数量级是10－10mC．原子的全部电荷都集中在原子核里D．原子的全部质量都集中在原子核里√解析：原子中的原子核很小，核外很“空旷”，A正确；原子核半径的数量级是10－15m，原子半径的数量级是10－10m，B错误；原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核，核外电子带负电且具有一定质量，C、D错误。探究一电子的发现及比荷的测定【问题导引】汤姆孙的气体放电管如图所示。(1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时,发现阴极射线向下偏转,说明它带什么性质的电荷？(2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场,可以让阴极射线向上偏转？提示：(1)阴极射线向下偏转,与电场线方向相反，说明阴极射线带负电。(2)由左手定则可得,在金属板D1、D2之间单独加垂直于纸面向外的磁场,可以让阴极射线向上偏转。1．阴极射线带电性质的判断方法(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定带电的性质。(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。3．密立根油滴实验(1)装置密立根实验的装置如图所示。①两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上板带正电，下板带负电。油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中。②大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降。观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察。(2)方法①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E。但是由于油滴太小，其质量很难直接测出。密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量。没加电场时，由于空气的黏性，空气给油滴的摩擦力很快就等于油滴所受的重力大小而使油滴匀速下落，可测得速度v1。②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡。根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量。(3)结论带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e。【例1】

1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点。因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一。在实验中汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏中心F点出现荧光斑。若在D、E间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区加上一垂直于纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)，荧光斑恰好回到荧光屏中心,接着再去掉电场，电子向下偏转,偏转角为θ，试解决下列问题。(1)说明图中磁场沿什么方向。(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷。[解析]

(1)由题意及左手定则可知磁场方向垂直于纸面向里。[针对训练1]如图所示的是汤姆孙做阴极射线实验时用到的气体放电管,在K、A之间加高电压，便有阴极射线射出；C、D间不加电圧时，光屏上O点出现亮点，当C、D之间加如图所示的电压时，光屏上P

点出现亮点。

(1)要使K、A之间有阴极射线射出，则

K应接高压电源____________(选填“正极”或“负极”)；要使光屏上P

处的亮点再回到O点，可以在C、D间加垂直于纸面____________(选填“向里”或“向外”)的匀强磁场；

(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是____________(选填“相同”或“不同”)的。解析：(1)要使K、A之间有阴极射线射出，则

K应接高压电源负极；要使光屏上P

处的亮点再回到O点，则洛伦兹力向上，根据左手定则可知，可以在C、D间加垂直于纸面向外的匀强磁场。(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是相同的。答案：(1)负极向外(2)相同探究二α粒子散射实验1．实验背景：α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。2．实验装置(1)放射源：放出α粒子(He)。(2)金箔：靶子。(3)显微镜、荧光屏(可转动)：观察工具。3．实验现象(1)受力情况①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。(2)偏转情况①绝大多数α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小)；②少数α粒子发生大角度偏转，甚至被弹回；③如果α粒子几乎正对着原子核射来，偏转角就几乎达到180°，这种机会极少。4．实验结论原子的全部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。【例2】

(2021·陕西咸阳市高二期中)如图所示，这是20世纪初伟大的物理学家卢瑟福在研究物质结构时的实验装置，请根据物理学史的知识完成相关题目：(1)卢瑟福用这个实验装置发现了原子的____________结构模型；(2)图中的放射源发出的是____________粒子；(3)图中的金箔是____________(选填“单”或“多”)层分子膜；(4)如图所示的A、B、C、D四个位置的显微镜中，闪光频率最高的是____________位置的显微镜。[解析]

(1)卢瑟福用这个实验装置发现了原子的核式结构模型。(2)题图中的放射源发出的是α粒子。(3)题图中的金箔是单层分子膜。(4)如题图所示的A、B、C、D四个位置的显微镜中，闪光频率最高的是A位置的显微镜。[答案]

(1)核式(2)α

(3)单(4)A[针对训练2]

(2021·湖北孝感市高二期中)如图所示的是卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。下列说法正确的是(

)A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型B．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多C．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹√解析：卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，A正确；因大多数粒子不改变运动方向,则在题图中的A、B两位置分别进行观察,相同时间内在A处观察到屏上的闪光次数多，B错误；因只有少数的粒子产生大角度反射，则在题图中的B位置进行观察，屏上同样可观察到闪光，C错误；α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子核的斥力作用从而改变运动方向，D错误。探究三原子的核式结构模型1．原子的两种模型核式结构枣糕模型原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里原子是充满了正电荷的球体电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体内2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近它们的原子序数。3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。4．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是1