原子的核式结构模型 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

4.3原子的核式结构模型学习目标：[物理观念]知道阴极射线及本质，了解电子及其比荷，知道原子的核式结构模型及原子核的电荷与尺度。[科学思维]掌握电子的电荷量、原子的核式结构模型，能够通过科学推理解决相关的问题。[科学探究]探究阴极射线的本质，理解α粒子散射实验，揭示实验本质，得出结论，体会科学家的探索方法，提高观察与实验的能力。[科学态度与责任]通过学习体验科学家探索科学的艰辛，坚持实事求是的科学态度，培养积极探索科学的兴趣。问题：这种射线的本质是什么呢？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，阴极就发射出一种射线。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？一、电子的发现阴极射线的本质到底是什么呢？如果阴极射线是一种带电微粒，你认为可以通过什么实验来证明呢？J.J.汤姆孙（JospehJohnThomson，1857-1940）英国物理学家，电子的发现者气体放电管阴极阳极带标尺的荧光屏1897年，J.J.汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。比荷是氢离子（也就是质子）比荷的近两千倍。J.J.汤姆孙认为，这可能表示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，他直接测到了阴极射线粒子的电荷量，尽管测量不很准确，但足以证明这种粒子电荷量的大小与氢离子大致相同，这就表明他当初的猜测是正确的。汤姆孙进一步发现，用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都是相同的。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。组成阴极射线的粒子被称为电子。电子电荷量的测量密立根油滴实验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＝1.602176634×10-19C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m＝9.10938356×10-31kg带电粒子的电荷量与其质量之比，即比荷，是一个重要的物理量。二、原子的核式结构模型1.汤姆孙——西瓜模型

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。元素周期律阴极射线光谱线

后来实验中发现，高速运动的电子很容易穿透原子，说明原子不是实心球体，这个模型可能不正确。2.a粒子散射实验卢瑟福a粒子金箔①实验材料的选择a粒子:氦原子核ma=4mH=7300me容易获得，能量较大，容易观察金箔：延展性高，减少二次碰撞；m金>ma②实验原理和实验装置＊M是一个带有光屏S的放大镜，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。＊R是被铅块包围的a粒子源＊F是金箔：接收α粒子的轰击

当a粒子打到金箔时，发生了a粒子的散射。统计散射到各个方向的a粒子所占的比例，可以推知原子中电荷的分布情况。思考与讨论

1.a粒子射入金箔时难免与电子碰撞。试估计这种碰撞对a拉子速度影响的大小

2.按照汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。请分析：a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。

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，因此不可能出现反弹现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角度散射。③实验结果＊绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍按原来方向前进＊少数a粒子粒子发生了大角度偏转＊极少数偏转角度甚至大于90。，就像被弹回来了一样

这就好像你朝一张卫生纸射出一发炮弹，炮弹却弹回来打中你一样。3.对a粒子散射实验的解释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？

大角度的偏转不可能是电子造成的，因为它的质量只有a粒子的

它对a粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。②那有没有可能是由于穿过多层原子造成偏转角度增大呢？

计算表明，由于每次的偏振方向都是随机的，最终发生大角度偏转的概率非常小，反弹的几率只有10-3500。但实验中反弹的几率有③西瓜模型能否解释大角度偏转呢？

按照汤姆孙的“西瓜模型”正电荷在原子内部均匀分布，α粒子穿过原子时，收到的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。

西瓜模型，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。④卢瑟福对a粒子发生大角度偏转的解释a粒子

a粒子在原子中某个地方遇到了质量，电量均比他们本身大的多的物体，而这种遇上的概率又很小。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内。

a粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度偏转。⑤卢瑟福——核式结构模型原子核＊带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动＊在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，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a粒子原子核三、原子核的电荷与尺度1.电子数与原子序数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由于原子是电中性的，原子核所带正电荷数等于电子数。

科学家们注意到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排列的。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10-15m，而整个原子半径的数量级是10-10m，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10-15m原子半径的数量级是10-10m1．对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有（）A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜B．金箔的厚度对实验无影响C．如果不用金箔改用铝箔，仍会发生散射现象D．实验装置放在空气中和真空中都可以AC2．关于电子的发现，下列叙述中正确的是（）A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的B．电子的发现，说明原子具有一定的结构C．电子是第一种被人类发现的微观粒子D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象BCD3．关于原子的核式结构学说，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．原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里D．原子核的直径约是10－10mAB课堂小结一、阴极射线：高速电子流。二、电子的发现：汤姆孙发现阴极射线的本质是电子，并求出了电子的比荷；密立根油滴实验测出电子电荷的数值。三、原子核式结构模型1.卢瑟福α粒子散射实验：①大部分α粒子穿过金箔时离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响；②少数α粒子从核