第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性4.3原子的核式結(jié)構(gòu)模型目錄CONTENTS1

學(xué)習(xí)目標(biāo)2

新課導(dǎo)入3

新課講解4

課堂小結(jié)5

典例分析當(dāng)堂小練61.知道陰極射線的組成，體會(huì)電子發(fā)現(xiàn)過(guò)程中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法，知道電荷是量子化的.2.了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容.3.知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí)，知道原子核的電荷數(shù).學(xué)習(xí)目標(biāo)

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？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？新課導(dǎo)入一、電子的發(fā)現(xiàn)英國(guó)物理學(xué)家J.J.湯姆孫認(rèn)為陰極射線是帶電粒子流.1、湯姆孫實(shí)驗(yàn)裝置

及實(shí)驗(yàn)原理⑵陰極射線通過(guò)A、B形成一束細(xì)細(xì)射線。⑶D1、D2之間加電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）檢測(cè)射線的帶電性質(zhì)。⑴陰極射線的產(chǎn)生機(jī)理：管中殘存氣體分子中的正負(fù)電荷在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下被“拉開”（即氣體分子被電離），正電荷（即正離子）在電場(chǎng)加速下撞擊陰極，于是陰極釋放更多粒子流，形成了陰極射線。陰極熒光屏陽(yáng)極縫隙金屬板新課講解2、測(cè)定粒子的比荷⑴應(yīng)用帶電粒子在恒定電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)求比荷（電偏轉(zhuǎn)）①兩極板C、D間無(wú)電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，粒子將打在熒光屏上的O點(diǎn)。③在兩極板間施加一個(gè)方向垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則粒子在熒光屏上產(chǎn)生的光點(diǎn)又回到O點(diǎn)。②在極板間施加電壓U（上正下負(fù)），離開極板區(qū)域的粒子將打在熒光屏上的P點(diǎn)2、測(cè)定粒子的比荷⑵應(yīng)用帶電粒子在恒定磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)求比荷（磁偏轉(zhuǎn)）①兩極板C、D間無(wú)電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，粒子將打在熒光屏上的O點(diǎn)。②在兩極板間施加一個(gè)方向垂直于紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則離開極板區(qū)域的粒子將打在熒光屏上的P點(diǎn)。③再在極板間施加電壓U（下正上負(fù)）則粒子在熒光屏上產(chǎn)生的光點(diǎn)又回到O點(diǎn)。3、湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子⑴陰極射線的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流。⑵不同物質(zhì)都能發(fā)射這種帶電粒子，它是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。⑶陰極射線粒子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。后來(lái)組成陰極射線的粒子被稱為電子電子的發(fā)現(xiàn)是物理學(xué)史上的重要事件。人們由此認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也有結(jié)構(gòu)。4、密立根測(cè)電子電量電子電荷的精確測(cè)定是在1909?1913年間由密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”做出的。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。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?，F(xiàn)在人們普遍認(rèn)為電子的質(zhì)量為：me＝9.10938356×10-31kg質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值為：通常情況下，物質(zhì)是不帶電的，因此，原子應(yīng)該是電中性的。既然電子是帶負(fù)電的，質(zhì)量又很小，那么，原子中一定還有帶正電的部分，它具有大部分的原子質(zhì)量。請(qǐng)你設(shè)想一下，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？

湯姆孫——西瓜模型（棗糕模型）

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。這個(gè)模型能夠解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。但德國(guó)物理學(xué)家勒納德1903年做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，使電子束射到金屬膜上，發(fā)現(xiàn)較高速度的電子很容易穿透原子。這說(shuō)明原子不是一個(gè)實(shí)心球體，這個(gè)模型可能不正確。之后不久，α粒子散射實(shí)驗(yàn)則完全否定了這個(gè)模型。二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型

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。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。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粒子的質(zhì)量大約是電子質(zhì)量的7300倍，α粒子與電子碰撞時(shí)，對(duì)α粒子速度影響的很小，碰撞前后，質(zhì)量大的α粒子速度幾乎不變。只可能是電子的速度發(fā)生大的改變，因此不可能出現(xiàn)α粒子反彈現(xiàn)象，即使是非對(duì)心碰撞，也不會(huì)有大角度散射。

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)，由于受庫(kù)侖斥力的作用，α粒子穿過(guò)原子時(shí)，受到的各個(gè)方向正電荷的斥力基本會(huì)相互平衡，因此對(duì)α粒子運(yùn)動(dòng)的影響不會(huì)很大。大部分α粒子會(huì)有小角度偏轉(zhuǎn)，但不可能有大角度偏轉(zhuǎn)。⑶α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)。2、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。3、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。三、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10-10m1.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)【例題1】美國(guó)物理學(xué)家密立根通過(guò)如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，最先測(cè)出了電子的電荷量，被稱為密立根油滴實(shí)驗(yàn).兩塊水平放置的金屬板A、B分別與電源的正、負(fù)極相連接，板間產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向豎直向下，圖中油滴由于帶負(fù)電懸浮在兩板間保持靜止.(1)若要測(cè)出該油滴的電荷量，需要測(cè)出的物理量有________.A.油滴質(zhì)量m B.兩板間的電壓UC.兩板間的距離d D.兩板的長(zhǎng)度L(2)用所選擇的物理量表示出該油滴的電荷量q＝________.(已知重力加速度為g)ABC典例分析

板間電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)，油滴處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以電場(chǎng)力與重力平衡。所以需要測(cè)出的物理量有油滴質(zhì)量m，兩板間的電壓U，兩板間的距離d。解析：【例題2】(多選)(盧瑟福和他的學(xué)生用α粒子轟擊不同的金屬，并同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，最終確定了原子的核式結(jié)構(gòu).如圖為該實(shí)驗(yàn)的裝置，其中熒光屏能隨顯微鏡在圖中的圓面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng).當(dāng)用α粒子轟擊金箔時(shí)，在不同位置進(jìn)行觀測(cè)，如果觀測(cè)的時(shí)間相同，則下列說(shuō)法正確的是（）A.在1處看到的閃光次數(shù)最多B.2處的閃光次數(shù)比4處多C.3和4處沒有閃光D.4處有閃光但次數(shù)極少ABD解析：在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子穿過(guò)金箔后，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，則在1處看到的閃光次數(shù)最多，故A正確；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粒子被反彈回來(lái)，在2、3、4位置觀察到的閃光次數(shù)依次減少，故C錯(cuò)誤，B、D正確?！纠}3】(多選)根據(jù)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)理論，下列對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)中，正確的是（）A.原子中絕大部分是空的，原子核很小B.電子在核外運(yùn)動(dòng)，庫(kù)侖力提供向心力C.原子的全部正電荷都集中在原子核里D.原子核的直徑大約為10－10mABC盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果否定了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的湯姆孫模型，提出了關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，并估算出原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10－15m，原子半徑的數(shù)量級(jí)為10－10m，原子半徑是原子核半徑的十萬(wàn)倍，所以原子內(nèi)部是十分“空曠”的，核外帶負(fù)電的電子由于受到帶正電的原子核的吸引而繞核旋轉(zhuǎn)，所以A、B、C正確，D錯(cuò)誤.解析：學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1.(多選)關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)模型，下列說(shuō)法正確的是(

)A．原子中絕大部分區(qū)域是“空”的，原子核很小B．電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)的向心力是原子核對(duì)它的庫(kù)侖力C．原子的全部正電荷和質(zhì)量都集中在原子核里D．原子中所有電荷集中在原子核處答案：AB解析：原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，而原子核又很小，所以原子內(nèi)絕大部分區(qū)域是“空”的，A正確，C、D錯(cuò)誤；電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由原子核對(duì)電子的庫(kù)侖力提供，B正確．2.如圖所示，陰極射線管(A為其陰極)放在蹄形磁體的N、S兩極間，當(dāng)陰極射線管與高壓直流電源相連接時(shí)，從A射出的電子束，在磁場(chǎng)的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，以下說(shuō)法正確的是(

)A．A接直流高壓電源的正極，電子束向上偏轉(zhuǎn)B．A接直流高壓電源的正極，電子束向下偏轉(zhuǎn)C．A接直流高壓電源的負(fù)極，電子束向上偏轉(zhuǎn)D．A接直流高壓電源的負(fù)極，電子束向下偏轉(zhuǎn)答案：D解析：為了使電子束射出后在電場(chǎng)中加速，所以A應(yīng)接高壓直流電源的負(fù)極，根據(jù)左手定則可知，電子束向下偏轉(zhuǎn)，D正確．3．人們?cè)谘芯吭咏Y(jié)構(gòu)時(shí)提出過(guò)許多模型，其中比較有名的是“棗糕模型”和核式