新教材同步系列2024春高中物理第四章原子结构和波粒二象性3原子的核式结构模型课件新人教版选择性必修第三册

第四章原子结构和波粒二象性3原子的核式结构模型学习目标学法与考法1．了解汤姆孙原子模型(重点)2．知道α粒子散射实验的现象、方法和结果(重难点)3．知道原子的核式结构模型(重点、难点)学法：①通过发现电子的学习，理解汤姆孙对阴极射线研究的方法及发现电子的意义；②通过对α粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析和归纳中得出结论的逻辑推理能力；③通过核式结构模型的建立，体会建立模型对研究物理问题的重要作用，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用考法：①对电子的发现过程综合电场和磁场的性质进行考查；②对α粒子散射实验现象的理解及现象分析的考查；③对α粒子散射现象结合电场力和能量的考查知识导图

课前•自主预习电子的发现1．阴极射线：科学家在研究___________放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为___________．2．汤姆孙对阴极射线本质的探究(1)实验巧妙利用静电偏转力和磁场偏转力相抵消的方法，确定了阴极射线粒子的速度，并测量出了粒子的_______．(2)换用不同材料的阴极和不同的气体，所得粒子的_______相同，这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分．稀薄气体阴极射线比荷比荷3．结论(1)阴极射线是______________．(2)不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分，比最轻的氢原子的质量还要小得多，汤姆孙将这种带电粒子称为________．(3)电子的发现说明原子具有一定的________，即原子是由电子和其他物质组成的．4．电子发现的意义：电子的发现揭开了认识原子结构的序幕．带电粒子流电子结构电子的发现，说明了什么？【答案】电子的发现，说明原子可以再分．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是 (

)A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波C．阴极射线本质是电子流D．阴极射线本质是X射线【答案】C【解析】阴极射线本质上是电子流，带负电，A、B、D错误，C正确．

α粒子散射实验1．汤姆孙的原子模型汤姆孙在1904年提出原子的枣糕模型：原子是一个_______，正电荷_______地分布在整个球内，电子像枣糕上的枣子一样___________，被正电荷吸引着．原子内正、负电荷_______，原子整体呈中性．2．α粒子散射实验目的α粒子通过金箔时，用这些已知的粒子与金属内的原子_________，根据粒子的__________来获得原子内部的信息．球体均匀嵌在球中相等相互作用偏转情况3．α粒子散射实验方法用由放射源发射的α粒子束轰击________，利用荧光屏接收、探测通过金箔后的α粒子偏转情况．4．α粒子散射实验结果__________α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了大角度偏转，有__________α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被_______弹回，α粒子被反射回来的概率竟然有________．金箔绝大多数极少数原路做α粒子散射实验时有哪些现象？为什么会出现这些现象？【答案】α粒子散射实验的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了大角度偏转，有极少数α粒子偏转角度超过了90°，有的甚至被原路弹回．因为原子中带正电的部分集中在一个很小的核上．

(多选)关于α粒子散射实验的现象，下列说法正确的是

(

)A．绝大部分α粒子穿过金箔后，都不同程度发生了偏转B．极少数α粒子偏转角度超过90°C．α粒子发生偏转的原因是金原子核对它的库仑力作用D．α粒子发生偏转的原因是金原子核与它发生碰撞时的碰撞力【答案】BC【解析】α粒子散射实验的现象是绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大的角度偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)，A错误，B正确；造成α粒子散射角度大的原因，是受到的原子核的斥力比较大，C正确，D错误．卢瑟福的原子模型1．核式结构模型(1)原子的内部有一个很小的核，叫________，原子的全部正电荷和几乎___________都集中在原子核内，带负电的电子绕核运动．(2)原子的核式结构模型又被称为___________．2．原子的大小(1)原子直径数量级：________m．(2)原子核直径数量级：________m．原子核全部质量行星模型10－10

10－15

原子的核式结构模型是怎样的？【答案】原子由位于原子中的带正电的原子核和核外带负电的电子构成，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，原子中绝大部分是空的，原子核很小．

(多选)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．电子在核外旋转，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．原子核的直径大约是10－10m【答案】ABC【解析】原子由位于原子中的带正电的原子核和核外带负电的电子构成，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，由此可判定B、C正确．原子中绝大部分是空的，原子核很小，原子核直径的数量级为10－15m，而原子直径的数量级为10－10m，故A正确，D错误．课堂•重难探究－对电子发现的认识1．对阴极射线的认识(1)现象：真空玻璃管两极加上高电压，玻璃管壁上发出荧光及管中物体在玻璃壁上呈现影子．(2)命名：德国物理学家戈尔德斯泰因将阴极发出的射线命名为阴极射线．(3)猜想：①阴极射线是一种电磁辐射．②阴极射线是带电微粒．(4)验证：英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转，发现阴极射线带负电并测出了粒子的比荷进而发现电子．(5)实验：密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量．2．电子比荷的测定方法甲

乙

对电子发现的认识变式1密立根油滴实验如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电，从喷雾器嘴喷出的小油滴落到A、B两板之间的电场中，小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡，已知小油滴静止时的电场强度是1.92×105N/C，油滴半径是1.64×10－4cm，油的密度是0.851g/cm3，求油滴所带的电荷量，这个电荷量是电子电荷量的多少倍？测量带电粒子比荷常用的两种方法－对发现原子核式结构实验的理解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．否定汤姆孙的原子结构模型(1)质量远小于原子的电子，对α粒子的运动影响完全可以忽略，不应该发生大角度偏转．(2)α粒子在穿过原子时，受到各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动方向的影响不会很大，也不应该发生大角度偏转．(3)α粒子的大角度偏转，否定汤姆孙的原子结构模型．3．大角度偏转的实验现象分析(1)由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转．(2)使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分．按照汤姆孙原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不能使α粒子反向弹回，这与α粒子散射实验相矛盾．(3)实验现象表明原子绝大部分是空的，原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则α粒子大角度散射是不可能的．对α粒子散射实验的理解例2

(多选)如图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下列说法中正确的是

(

)A．相同时间内在A位置观察到屏上的闪光次数最多B．相同时间内在B位置观察到屏上的闪光次数比放在C时稍少些C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光【答案】AC【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，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粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、D错误，C正确．变式2在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度的偏转，其主要原因是

(

)A．原子中有带负电的电子，电子会对α粒子有引力的作用B．正电荷在原子中是均匀分布的C．原子的正电荷和绝大部分的质量都集中在一个很小的核上D．原子是可再分的【答案】C【解析】在α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；二是这一粒子带有较大的正电荷；三是这一粒子的体积很小，C正确，A、B、D错误．解决α粒子散射实验问题的技巧1．熟悉实验装置及原理．2．核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．3．汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射．4．少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用．5．绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的质量、电荷量都集中在体积很小的核内．－对卢瑟福的原子模型的理解1．汤姆孙的原子结构模型与卢瑟福的原子核式结构对比项目汤姆孙的葡萄干面包模型卢瑟福的原子核式模型分布情况正电荷和质量均匀分布，负电荷镶嵌在其中正电荷和几乎全部质量集中在原子中心的一个极小核内，电子质量很小，分布在很大空间内项目汤姆孙的葡萄干面包模型卢瑟福的原子核式模型受力情况α粒子在原子内部时，受到的库仑斥力相互抵消，几乎为零少数靠近原子核的α粒子受到的库仑力大，而大多数离核较远的α粒子受到的库仑力较小偏转情况不会发生大角度偏转，更不会被弹回绝大多数α粒子运动方向不变，少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，有的甚至被弹回分析结论不符合α粒子散射实验现象符合α粒子散射实验现象2．原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释(1)当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小．因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转．(2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，所以有少数粒子发生了大角度偏转．(3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少，如图所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于90°．3．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．4．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．5．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m，两者相差10万倍之多．对卢瑟福的原子核式模型的理解及应用例3卢瑟福指导他的助手进行的α粒子散射实验所用仪器的示意图如图．放射源发射的α粒子打在金箔上，通过显微镜观察散射的α粒子．实验发现，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数的角度甚至大于90°，于是，卢瑟福大胆猜想

(

)A．原子半径的数量级是10－10mB．原子核内存在质子和中子C．原子内部有体积很小、质量很大的核D．造成α粒子偏转的主要原因是它受到了原子中电子的作用【答案】C【解析】原子半径的数量级是通过油膜法测出来的，该实验不能确定原子半径的数量级，A错误；卢瑟福用α粒子轰击氮核，证实了在原子核内存在质子，中子是查德威克发现的，B错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的原子核体积极小；从极少数α粒子发生了大角度的偏转，说明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量，C正确；造成α粒子偏转的主要原因是它受到了原子内部正电荷的作用，D错误．变式3

(多选)下列对α粒子散射实验的解释，正确的是 (

)A．使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力B．使α粒子产生偏转的力是库仑力C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子【答案】BCD【解析】原子核带正电，与α粒子之间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错误，B正确；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D正确．变式4如图，卢瑟福进行的α粒子散射实验现象表明(

)A．在原子的中心有一个很小的核B．原子核具有复杂结构C．原子核集中了原子所有的质量D．核外电子在绕核做圆周运动【答案】A【解析】为了解释α粒子散射实验现象，卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的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质量都集中在原子核里，A正确，C错误；实验现象不能说明原子核具有复杂结构，也不能说明核外电子的运动规律，B、D错误．分析α粒子散射实验中的力电问题规律2．牛顿第二定律：该实验中α粒子只受库仑力，可根据库仑力的变化分析加速度的变化．3．功能关系：根据库仑力做功，可分析动能的变化，也能分析电势能的变化．4．原子核带正电，其周围的电场相当于正点电荷的电场，注意应用其电场线和等势面的特点．小练•随堂巩固1．α粒子散射实验中，使α粒子发生散射的原因是 (

)A．α粒子与原子核外电子碰撞B．α粒子与原子核发生接触碰撞C．α粒子发生明显衍射D．α粒子与原子核的库仑力作用【答案】D2．借助阴极射线管，我们看到的是 (

)A．每个电子的运动轨迹

B．所有电子整体的运动轨迹C．看到的是真实的电子

D．看到的是错误的假象【答案】B【解析】阴极射线管中不能看到每个电子的运动轨迹，借助阴极射线管，我们看到的是电子束的运动轨迹，即所有电子整体的运动轨迹，B