第第頁(yè)第三課原子的核式結(jié)構(gòu)模型（課件）(共51張PPT)高二物理（人教版2023選擇性必修第三冊(cè)）(共51張PPT)

§4.3原子的核式結(jié)構(gòu)模型

盧瑟福

每種化學(xué)元素都有它對(duì)應(yīng)的原子…

原子是最微小的不可分割的實(shí)心球體…

道爾頓

世間萬(wàn)物是由原子構(gòu)成的…

原子是一種最后的不可分割的物質(zhì)微?！?/p>

德謨克利特

科學(xué)家在研究稀薄氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時(shí)，陰極就發(fā)出一種射線。它能使對(duì)著陰極的玻璃管壁發(fā)出熒光，這種射線的本質(zhì)是什么呢？

新課導(dǎo)入

這種射線稱為陰極射線（cathoderay）。對(duì)這種射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有兩種觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為，它是一種電磁輻射；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，它是帶電微粒。如何用實(shí)驗(yàn)判斷哪一種觀點(diǎn)正確呢？

1876年，另一位德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦認(rèn)為管壁上的熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，并把這種射線命名為陰極射線。

那么陰極射線到底是什么呢？

陰極射線

19世紀(jì)，對(duì)陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有兩種觀點(diǎn)

一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線像X射線一樣是電磁輻射代表人物赫茲

另一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線是帶電微粒代表人物湯姆孫

赫茲

德國(guó)

湯姆孫

英國(guó)

陰極射線的本質(zhì)

如果是你，你將設(shè)計(jì)怎樣的實(shí)驗(yàn)，來(lái)探究陰極射線的本質(zhì)是電磁波還是帶電粒子流？

讓陰極射線沿垂直場(chǎng)的方向通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)，觀察它是否偏轉(zhuǎn)

①如果陰極射線發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，那么陰極射線就是在電場(chǎng)力或洛倫茲力的作用下偏轉(zhuǎn)的，說(shuō)明陰極射線的本質(zhì)是帶電粒子流。

②如果陰極射線沒(méi)有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，表示陰極射線不帶電，說(shuō)明陰極射線的本質(zhì)是電磁波

陰極射線的本質(zhì)

陰極射線的本質(zhì)

J.J.湯姆孫對(duì)陰極射線進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。他確認(rèn)陰極射線是帶電的粒子。自1890年起開(kāi)始研究。

小孔AB：使由C發(fā)出的粒子形成一束細(xì)細(xì)的射線

帶有標(biāo)尺的熒光屏

平行的金屬板之間夾有電場(chǎng)

陰極C：

發(fā)出帶電粒子

通過(guò)射線產(chǎn)生的熒光的位置，可以研究射線的徑跡

湯姆孫的氣體放電管示意圖

湯姆孫的氣體放電管

一、陰極射線

1.實(shí)驗(yàn)裝置：真空玻璃管、陰極、陽(yáng)極和感應(yīng)圈.

在金屬板D1D2之間未加電場(chǎng)時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，射在P1點(diǎn)。

施加如圖電場(chǎng)后射線偏轉(zhuǎn)，射在P2點(diǎn)。

發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電

3.陰極射線：熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線命名為陰極射線.

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：感應(yīng)圈產(chǎn)生的高電壓加在兩極之間，玻璃管壁上發(fā)出熒光。

4.陰極射線是帶負(fù)電的粒子

為了使射線回到P1點(diǎn)

5.測(cè)定帶電粒子的比荷

需在D1D2之間施加垂直紙面向外的磁場(chǎng)

去掉D1D2之間的電場(chǎng)

射線在磁場(chǎng)作用下偏轉(zhuǎn)，射在P3點(diǎn)。

換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn),所得比荷的數(shù)值都相同,是氫離子比荷的近兩千倍.證明這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分.

二.電子

(1)組成陰極射線的粒子稱為電子.

陰極射線

電

子

組成

成分

電性：負(fù)電

電量：e=1.602×10-19C，與氫離子帶電量相同

質(zhì)量：m=9.1×10-31kg

質(zhì)子與電子的質(zhì)量比

(2)密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”.

密立根(米國(guó))

RobertA.Millikan

1868年～1953年

三：電子發(fā)現(xiàn)的歷程

如圖是湯姆孫氣體放電管示意圖

1.真空玻璃管兩極

加上高電壓

玻璃管壁上

發(fā)出熒光

2.物理學(xué)家戈德斯坦將陰極發(fā)出的射線命名為陰極射線.

3.猜想:

(1)陰極射線是一種電磁輻射.

(2)陰極射線是帶電微粒.

4.英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫讓陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn).

測(cè)出了粒子的比荷

發(fā)現(xiàn)電子

發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電

有關(guān)陰極射線實(shí)驗(yàn)總結(jié)

帶負(fù)電，且電荷量與氫離子相同

1

質(zhì)量是最輕的原子近1/2000

2

陰極射線是由

比最小的原子還小的多的

帶負(fù)電荷的微粒

構(gòu)成的

電子

electron

第一次較為精確測(cè)量出電子電荷量的是米國(guó)物理學(xué)家密立根利用油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的。

電子的質(zhì)量m=9.1094×10－31kg

電子的電荷量e=1.6022×10－19C

密立根實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：電荷具有量子化的特征，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍。

密立根(米國(guó))

密立根測(cè)電子電量

思考：為什么說(shuō)電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元？

湯姆孫研究發(fā)現(xiàn)：

①許多現(xiàn)象中都發(fā)現(xiàn)了同樣的帶電粒子電子，

②它的質(zhì)量只比最輕原子質(zhì)量的兩千分之一稍多一點(diǎn)。

【特別提醒】

(1)注意陰極射線和X射線的區(qū)別.陰極射線是電子流，X射線是電磁輻射.

(2)由陰極射線在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)可確定射線由帶負(fù)電的粒子組成.

湯姆孫的偉大發(fā)現(xiàn)

湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子之前人們認(rèn)為原子是組成物體的最小微粒,是不可再分的.湯姆孫對(duì)陰極射線等現(xiàn)象的研究中發(fā)現(xiàn)了電子,從而敲開(kāi)了原子的大門.

湯姆孫在實(shí)驗(yàn)室

J.J湯姆孫(英國(guó))

1857～1940

1889年4月30日，J.J.湯姆孫正式宣布發(fā)現(xiàn)電子;

電子的發(fā)現(xiàn)，結(jié)束了關(guān)于陰極射線本質(zhì)的爭(zhēng)論;

從此，人類意識(shí)到，原子并不是組成物質(zhì)的最小單位，探索原子結(jié)構(gòu)的序幕由此拉開(kāi)……

由于J.J.湯姆生的杰出貢獻(xiàn)，1906年他獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

J.J.湯姆孫的兒子G.P.湯姆孫（1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）

創(chuàng)造力和熱情

1、關(guān)于密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”的科學(xué)意義，下列說(shuō)法正確的是()

A．測(cè)得了電子的電荷量

B．提出了電荷分布的量子化觀點(diǎn)

C．為電子質(zhì)量的最終獲得作出了突出貢獻(xiàn)

D．為人類進(jìn)一步研究原子的結(jié)構(gòu)提供了一定的理論依據(jù)

ABCD

小試牛刀

2.關(guān)于陰極射線的性質(zhì)，判斷正確的是()

A．陰極射線帶負(fù)電

B．陰極射線帶正電

C．陰極射線的比荷比氫原子核的比荷大

D．陰極射線的比荷比氫原子核的比荷小

AC

小試牛刀

C

3、關(guān)于陰極射線的實(shí)質(zhì)，下列說(shuō)法正確的是()

A．陰極射線實(shí)質(zhì)是氫原子

B．陰極射線實(shí)質(zhì)是電磁波

C．陰極射線實(shí)質(zhì)是電子

D．陰極射線實(shí)質(zhì)是X射線

小試牛刀

4.關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn)者，下列說(shuō)法正確的是()

A．英國(guó)的湯姆孫

B．德國(guó)的普呂克爾

C．德國(guó)的戈德斯坦

D．米國(guó)的密立根

A

小試牛刀

湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子之后，原子中正負(fù)電荷如何分布

？

四.湯姆孫的原子模型

電子

正電荷

原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在球體中，電子鑲嵌在正電荷之中，就象棗點(diǎn)綴在一塊蛋糕里一樣，所以又被人們稱為“棗糕模型”。

這個(gè)模型不久就被實(shí)驗(yàn)事實(shí)否定了

1903年勒納德實(shí)驗(yàn)：使電子束射到金屬膜上。

1、現(xiàn)象：較高速度的電子束很容易穿透原子。

2、推斷：說(shuō)明原子內(nèi)部很空，或者說(shuō)原子不是一個(gè)實(shí)心球體。

3、矛盾：與湯姆孫的原子模型（實(shí)心）不符。

說(shuō)明湯姆孫的棗糕模型是有問(wèn)題的，再后來(lái)盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)則完全否定了湯姆孫的模型。

勒納德

從經(jīng)典物理學(xué)的角度看，湯姆孫的模型是很成功的。

解釋原子是電中性的，電子在原子里是怎樣分布的，解釋原子為什么會(huì)發(fā)光，能估計(jì)出原子的大小約為一億分之一厘米。

五.α粒子散射實(shí)驗(yàn)

盧瑟福根據(jù)他的導(dǎo)師湯姆孫模型計(jì)算的結(jié)果：電子質(zhì)量很小，對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯影響；由于正電荷均勻分布，α粒子所受庫(kù)侖力也很小，故α粒子偏轉(zhuǎn)角度不會(huì)很大．

五.α粒子散射實(shí)驗(yàn)

α粒子是從放射性物質(zhì)（如鈾和鐳）中發(fā)射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7300倍。

⑴α粒子

1909年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福指導(dǎo)他的助手蓋革和馬斯頓進(jìn)行α粒子散射實(shí)驗(yàn)的研究時(shí)，所用儀器的示意圖。

1、α粒子散射實(shí)驗(yàn)

⑵實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)裝置

③M顯微鏡帶有光屏S，可以在水平而內(nèi)轉(zhuǎn)到不同的方向?qū)ι⑸涞摩亮Ｗ舆M(jìn)行觀察。

①R是被鉛塊包圍的α粒子源

②F是金箔：接收α粒子的轟擊

當(dāng)α粒子打到金箔時(shí)，發(fā)生了α粒子的散射。統(tǒng)計(jì)散射到各個(gè)方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中電荷的分布情況。

為什么用金？

金的延展性好，

核電荷量大，

核質(zhì)量大。

（1）粒子出現(xiàn)大角度散射有沒(méi)有可能是與電子碰撞后造成的？

湯姆遜棗糕原子模型能否解釋？

五.α粒子散射實(shí)驗(yàn)

由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子質(zhì)量，所以電子不可能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn).

（3）你認(rèn)為原子中的正電荷應(yīng)如何分布，才有可能造成ɑ粒子的大角度偏轉(zhuǎn)？為什么？

（2）按照棗糕模型，粒子在原子附近或穿越原子內(nèi)部后有沒(méi)有可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)？

沒(méi)有可能

正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的，α粒子穿過(guò)原子時(shí)，受到的兩側(cè)斥力大部分抵消，不可能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不可能被反向彈回。

沒(méi)有可能

這與α粒子的散射實(shí)驗(yàn)相矛盾

原子的幾乎全部質(zhì)量和所有正電荷都集中在原子中心的一個(gè)很小的核上

六.原子的核式結(jié)構(gòu)的提出

2、α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

①絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)。

③極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說(shuō)，它們幾乎被“撞了回來(lái)”。

②少數(shù)α粒子（約占）發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，

3、對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋

①J.J.湯姆孫的模型無(wú)法解釋大角度散射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

②占原子質(zhì)量絕大部分的帶正電的物質(zhì)集中在很小的空間范圍。這樣才會(huì)使α粒子在經(jīng)過(guò)時(shí)受到很強(qiáng)的斥力，使其發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)。

⑴大角度的偏轉(zhuǎn)不可能是電子造成的

⑵α粒子偏轉(zhuǎn)主要是具有原子的大部分質(zhì)量的帶正電部分造成的

因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量只有α粒子的，它對(duì)α粒子速度的大小和方向的影響就像灰塵對(duì)槍彈的影響，完全可以忽略。

六.原子的核式結(jié)構(gòu)的提出

4、盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型

⑶帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)

⑴在原子的中心有一個(gè)體積很小、帶正電荷的核，叫做原子核

⑵原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里

六.原子的核式結(jié)構(gòu)的提出

原子核

（1）否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型．

（2）提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，明確了原子核大小的數(shù)量級(jí).

．

α粒子散射實(shí)驗(yàn)的意義

七.原子核的電荷與尺度

1、原子核的電荷、電子數(shù)、原子序數(shù)

⑴原子是由帶電荷＋Ze的核與核外Z個(gè)電子組成的。電子數(shù)Z等于原子核所帶正電荷數(shù)。

⑶原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)。

Ze是原子核的電荷，單位是庫(kù)侖；Z是原子序數(shù)，也是原子核的電荷數(shù)，它表示原子核的電荷是一個(gè)電子電荷（絕對(duì)值）的多少倍。Z是沒(méi)有單位的，或者說(shuō)Z的單位是1。

⑵原子序數(shù)Z等于核電荷與電子電荷大小的比值

七.原子核的電荷與尺度

原子

原子核

核外電子

質(zhì)子

中子

原子核的電荷數(shù):電荷數(shù)(Z)=質(zhì)子數(shù)=原子序數(shù)

原子核的符號(hào):

原子核的質(zhì)量數(shù):質(zhì)量數(shù)(A)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)

X為元素符號(hào)，Z為質(zhì)子數(shù)，A為質(zhì)量數(shù)。

核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)

質(zhì)量數(shù)（A）＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)

H的三種同位素：

原子核的半徑是很難測(cè)量的，一般通過(guò)其他粒子與核的相互作用來(lái)確定。α粒子散射可以用來(lái)估算核半徑。對(duì)于一般的原子核，實(shí)驗(yàn)確定的核半徑的數(shù)量級(jí)為10-15m，而整個(gè)原子半徑的數(shù)量級(jí)是10-10m，兩者相差十萬(wàn)倍之多。

原子內(nèi)部是十分“空曠”的

通常用核半徑描述核的大小

2、原子核的尺度

核半徑的數(shù)量級(jí)為10-15m

原子半徑的數(shù)量級(jí)是10-10m

七.原子核的電荷與尺度

小結(jié)

原子中正負(fù)電荷分布的研究

湯姆孫的原子模型

被α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定

盧瑟福提出新的假設(shè)(核式結(jié)構(gòu)模型)

數(shù)學(xué)推理

與實(shí)驗(yàn)事實(shí)的對(duì)照

原子核的電荷與尺度

『判一判』

(1)陰極射線本質(zhì)是氫原子。()

(2)陰極射線本質(zhì)是電磁波。()

(3)物體的帶電荷量可以是任意值。()

(4)物體帶電荷量的最小值為1.6×10－19C。()

(5)陰極射線在真空中沿直線傳播。()

×

×

×

√

√

(6)陰極射線是由真空玻璃管中的感應(yīng)圈發(fā)出的.()

(7)陰極射線撞擊玻璃管壁會(huì)發(fā)出熒光.()

×

√

(1)陰極射線由陰極發(fā)出

(2)玻璃受到陰極射線的撞擊會(huì)產(chǎn)生熒光效應(yīng)

『判一判』

(1)湯姆孫的棗糕式模型認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)。()

(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中絕大多數(shù)α粒子都發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)。()

(3)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為原子中帶正電的部分體積很小，電子在正電體外面運(yùn)動(dòng)。()

(4)原子核的電荷數(shù)等于核中的中子數(shù)。()

(5)對(duì)于一般的原子，由于原子核很小，所以內(nèi)部十分空曠。()

√

×

√

×

√

1.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子

2.密立根油滴

電子的質(zhì)量：me=9.109×10-31kg

一、電子的發(fā)現(xiàn)

二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型

1.盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)

原子的中心有一個(gè)體積很小、帶正電荷的核，叫做原子核

2.原子核式結(jié)構(gòu)模型

帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)

原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里

三、原子核的電荷與尺度

原子內(nèi)十分空曠

電子的電性

電子的比荷

測(cè)出電子電量：e=1.602×10-19C

電荷是量子化的，任何帶電體的電荷只能是e的整倍

絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)。

極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說(shuō)，它們幾乎被“撞了回來(lái)”。

少數(shù)α粒子（約占）發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，

原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)。

核半徑的數(shù)量級(jí)為10-15m

課堂小結(jié)

例1.如圖為α粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖,關(guān)于熒光屏和顯微鏡一起分別放在A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)相同時(shí)間觀察到的現(xiàn)象,下述說(shuō)法中正確的是()

A.放在A位置時(shí),觀察到屏上的閃光次數(shù)最多

B.放在B位置時(shí),觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置稍少些

C.放在C、D位置時(shí),屏上觀察不到閃光

D.放在D位置時(shí),屏上仍能觀察到一些閃光,但次數(shù)極少

絕大多數(shù)α粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)。

少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度大于90°,極個(gè)別α粒子被反射回來(lái)

AD

審題時(shí)注意關(guān)鍵詞語(yǔ)“次數(shù)最多”、“稍少”、“極少”等.

例2.盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn),

判斷出原子的中心有一個(gè)很小的核,并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型.如圖所示的平面示意圖中,①、②兩條實(shí)線表示α粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡,則沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的運(yùn)動(dòng)軌跡為虛線中的()

A.軌跡aB.軌跡bC.軌跡cD.軌跡d

α粒子靠近中心時(shí)會(huì)受到較大的排斥力,軌跡向上彎曲，α粒子做曲線運(yùn)動(dòng)，其軌跡應(yīng)該為a，

A

1.在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是()

A.原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上

B.正電荷在原子中是均勻分布的

C.原子中存在著帶負(fù)電的電子

D.金箔中的金原子間存在很大的空隙，只有極少數(shù)碰到金原子

小試牛刀

A

實(shí)驗(yàn)中所用金箔盡管很薄，但也有很多層原子，