選擇性必修三第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性3原子的核式結(jié)構(gòu)模型19世紀(jì)之前，人們一直都認(rèn)為原子是物質(zhì)的最小單位，不可再分；直到19世紀(jì)末，科學(xué)家對(duì)實(shí)驗(yàn)中的陰極射線深入研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)了電子，使人類(lèi)對(duì)微觀世界有了新的認(rèn)識(shí)。一、電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)是19世紀(jì)末、20世紀(jì)初物理學(xué)三大發(fā)現(xiàn)（x射線、放射性、電子）之一。一、電子的發(fā)現(xiàn)1.始于稀薄氣體放電1858年德國(guó)普呂克爾氣體導(dǎo)電時(shí)的輝光放電現(xiàn)象（認(rèn)為是陰極材料）真空管壁的熒光陰陽(yáng)極間的惰性氣體發(fā)光可以看見(jiàn)電流抽真空1878英克魯克斯改進(jìn)克魯克斯認(rèn)為是帶電氣體粒子1876年德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦命名陰極射線現(xiàn)象代表人物，赫茲。認(rèn)為這種射線的本質(zhì)是一種電磁波的傳播過(guò)程。電磁波說(shuō)代表人物，湯姆孫。認(rèn)為這種射線的本質(zhì)是一種高速粒子流。粒子說(shuō)一、電子的發(fā)現(xiàn)2.陰極射線是什么？依據(jù)：在電場(chǎng)無(wú)偏轉(zhuǎn)有穿透性第一個(gè)實(shí)現(xiàn)陰極射線在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)一、電子的發(fā)現(xiàn)2.陰極射線是什么？思考1：如何判斷粒子流的電性陰極射線帶負(fù)電一、電子的發(fā)現(xiàn)3.J.J.湯姆孫的工作準(zhǔn)直器正極陰極（負(fù)極）偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)或磁場(chǎng)帶有標(biāo)尺的熒光屏1）陰極射線產(chǎn)生機(jī)理是：殘存氣體分子被電離，正離子在電場(chǎng)加速下撞擊陰極，使陰極釋放更多粒子流，形成了陰極射線一、電子的發(fā)現(xiàn)3.J.J.湯姆孫的工作2）測(cè)定帶電粒子的比荷思考2：如何測(cè)定比荷呢？L2L1yqm屏幕

v0P1P2●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●3.J.J.湯姆孫的工作2）測(cè)定帶電粒子的比荷一、電子的發(fā)現(xiàn)思考3：如何測(cè)定v0呢？qv0B=qEqm屏幕

v0P1P2L2L1一、電子的發(fā)現(xiàn)3.J.J.湯姆孫的工作2）測(cè)定帶電粒子的比荷利用磁偏轉(zhuǎn)能否完成測(cè)量呢？●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●qm屏幕v0P1P3L2L1θθyθ用不同材料的陰極實(shí)驗(yàn)，測(cè)q/m都相同一、電子的發(fā)現(xiàn)3.J.J.湯姆孫的工作3）擴(kuò)充研究對(duì)象，找出物質(zhì)本來(lái)樣貌構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子一、電子的發(fā)現(xiàn)3.J.J.湯姆孫的工作4）大膽猜想，發(fā)現(xiàn)電子比荷是氫離子（質(zhì)子）比荷的近兩千倍猜想：電荷量的大小與一個(gè)氫離子一樣，而質(zhì)量比氫離子小得多測(cè)陰極射線粒子的電荷量證明粒子電荷量的大小與氫離子大致相同電子一、電子的發(fā)現(xiàn)3.J.J.湯姆孫的工作5）并未止步進(jìn)一步研究光電效應(yīng)、熱離子發(fā)射效應(yīng)和β射線等。發(fā)現(xiàn)它們都包含電子1906年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1909?1913年間由密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”做出的。一、電子的發(fā)現(xiàn)4.電子電荷量的測(cè)定一、電子的發(fā)現(xiàn)4.電子電荷量的測(cè)定目前公認(rèn)的電子電荷e的值為e＝1.602176634×10-19C密立根實(shí)驗(yàn)更重要的發(fā)現(xiàn)是：電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍。一個(gè)半徑為r的帶負(fù)電的油滴，在電場(chǎng)強(qiáng)度為E,方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，如果油滴受到的庫(kù)侖力恰好與重力平衡，問(wèn)：這個(gè)油滴帶有幾個(gè)電子的電荷？已知油的密度為ρ。課堂練習(xí)從實(shí)驗(yàn)測(cè)到的比荷及e的數(shù)值，可以確定電子的質(zhì)量一、電子的發(fā)現(xiàn)5.電子質(zhì)量的測(cè)定me＝9.10938356×10-31kg6.電子發(fā)現(xiàn)的意義揭示了原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也有結(jié)構(gòu)。二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型物質(zhì)是不帶電1.關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的思考原子電中性的電子帶負(fù)電質(zhì)量很小一定有帶正電的部分具有大部分的原子質(zhì)量原子中帶正電的部分以及帶負(fù)電的電子可能是如何分布的？二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型2.湯姆孫原子結(jié)構(gòu)模型原子是一個(gè)球體正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)電子鑲嵌其中“西瓜模型”或“棗糕模型”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。二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型2.湯姆孫原子結(jié)構(gòu)模型1903年德國(guó)物理學(xué)家勒納德做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：電子束射到金屬膜上，較高速度的電子很容易穿透原子推論：說(shuō)明原子不是一個(gè)實(shí)心球體，這個(gè)模型可能不正確。質(zhì)疑：盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)則完全否定了湯姆孫的模型二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型3.α粒子散射實(shí)驗(yàn)原子的尺度小，結(jié)構(gòu)非常緊密。如何研究原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)呢？最好用“炮彈”打到原子里面去試探一下英籍新西蘭物理學(xué)家盧瑟福認(rèn)為——α粒子23歲時(shí)獲得了三個(gè)學(xué)位（文學(xué)學(xué)士、文學(xué)碩士、理學(xué)學(xué)士）。1）α粒子特性：①具有足夠的能量可以接近原子中心。②可使熒光物質(zhì)發(fā)光，易于捕捉方向變化。α粒子是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的粒子mα=4mHmα=7300me二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型3.α粒子散射實(shí)驗(yàn)2）實(shí)驗(yàn)裝置顯微鏡觀察閃光記錄在某一時(shí)間內(nèi)向某一方向散射的α粒子數(shù)真空中二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型3.α粒子散射實(shí)驗(yàn)思考與討論2.按照J(rèn).J.湯姆孫的原子模型，正電荷均勻分布在整個(gè)原子球體內(nèi)。請(qǐng)分析：α粒子穿過(guò)金箔，受到電荷的作用力后，沿哪些方向前進(jìn)的可能性較大，最不可能沿哪些方向前進(jìn)α粒子打到金箔時(shí)，由于金原子中的帶電粒子對(duì)α粒子有庫(kù)侖力的作用，一些α粒子的運(yùn)動(dòng)方向改變，也就是發(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。1.α粒子射入金箔時(shí)難免與電子碰撞。試估計(jì)這種碰撞對(duì)α粒子速度影響的大小。二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型3.α粒子散射實(shí)驗(yàn)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)；②少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)；③極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90°,它們幾乎被“撞了回來(lái)”3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一顆子彈被一張紙彈回二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型3.α粒子散射實(shí)驗(yàn)4）分析大角度的偏轉(zhuǎn)不可能是電子和均勻地分布正電荷造成的α粒子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中碰到了對(duì)手質(zhì)量和電荷量都得比α粒子大得多金箔厚度約為1μm，直徑約為3×10-10m，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)幾千個(gè)原子的厚度，但運(yùn)動(dòng)方向無(wú)明顯變化。原子內(nèi)部絕大部分是空的原子的質(zhì)量和電荷量都集中在體積很小的核上二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型3.核式結(jié)構(gòu)模型（1）在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核（2）原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里（3）帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)思考2：模型中為什么要讓電子繞著原子核轉(zhuǎn)動(dòng)呢？二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型4.核式結(jié)構(gòu)模型對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋盧瑟福以這個(gè)模型為依據(jù)，利用經(jīng)典力學(xué)計(jì)算了向各個(gè)方向散射的α粒子的比例，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合得很好。+原子核+++++二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型5.原子核的電荷與尺度1）原子核的電荷α粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)原子核的電荷量Q電子數(shù)接近原子序數(shù)元素周期表中的各種元素是按原子中的電子數(shù)排列原子由帶電荷＋Ze的核與核外Z個(gè)電子組成的Z是核電荷數(shù)=原子序數(shù)Z=核中質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型5.原子核的電荷與尺度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原子內(nèi)部是十分“空曠”的直徑1cm的球核1000米直徑的球原子α粒子散射實(shí)驗(yàn)用的是金箔等重金屬箔，而沒(méi)有用輕金屬箔，例如鋁箔。除了金的延展性好，可以把金箔做得非常薄這個(gè)原因以外，你認(rèn)為還有什么原因？思考與討論當(dāng)α粒子被重核散射時(shí)，如圖所示的運(yùn)動(dòng)軌跡哪些是不可能存在的？課堂練習(xí)(多選)盧瑟福和他的學(xué)生用α粒子轟