高中物理 2.2 原子的核式結(jié)構(gòu)模型教學(xué)課件 教科版選修35.ppt

2原子的核式結(jié)構(gòu)模型 1 了解原子結(jié)構(gòu)模型建立的歷史過程及各種模型建立的依據(jù) 2 知道粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 3 知道原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容 一 粒子散射實(shí)驗(yàn)湯姆孫的原子模型 如圖2 2 1 湯姆孫于1898年提出了原子模型 他認(rèn)為原子是一個(gè) 彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi) 鑲嵌在球中 圖2 2 1 球體 正電荷 電子 湯姆孫的原子模型 小圓點(diǎn)代表正電荷 大圓點(diǎn)代表電子 湯姆孫的原子模型被稱為西瓜模型或棗糕模型 該模型能解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 但后來被散射實(shí)驗(yàn)否定了 粒子 粒子散射實(shí)驗(yàn) 1 粒子 是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來的快速運(yùn)動(dòng)的粒子 帶有兩個(gè)單位的正電荷 質(zhì)量為質(zhì)量的4倍 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 粒子穿過金箔后 基本沿原方向前進(jìn) 粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn)角甚至大于90 3 盧瑟福通過 粒子散射實(shí)驗(yàn) 否定了湯姆孫的原子模型 建立了模型 氫原子 絕大多數(shù) 少數(shù) 核式結(jié)構(gòu) 盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型1911年由盧瑟福提出 在原子的中心有一個(gè)很小的核叫 原子的正電荷和質(zhì)量都集中在原子核里 帶負(fù)電的電子在里繞核旋轉(zhuǎn) 原子核 所有 幾乎所有 核外空間 二 原子核的電荷與尺度原子內(nèi)的電荷關(guān)系 各種元素的原子核的電荷數(shù) 即原子內(nèi)的非常接近于它們的 原子核的組成 原子核是由和組成的 原子核的電荷數(shù)就是核中的 原子核的大小 實(shí)驗(yàn)確定的原子核半徑r的數(shù)量級(jí)為 而整個(gè)原子的半徑的數(shù)量級(jí)是 兩者相差十萬倍之多 可見原子內(nèi)部是十分 空曠 的 電子數(shù) 質(zhì)子 中子 質(zhì)子數(shù) 10 15m 10 10m 原子序數(shù) 三 經(jīng)典理論的困難盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型正確地指出了的存在 很好地解釋了 但是 經(jīng)典的物理學(xué)既無法解釋原子的 又無法解釋原子發(fā)光頻譜的特征 原子核 粒子散射實(shí)驗(yàn) 穩(wěn)定性 分立 一 粒子散射實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置 如圖2 2 2 由放射源 金箔 熒光屏等組成 圖2 2 2 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1 從 粒子源到熒光屏這段路程處于真空中 2 粒子是氦核 本身很小 金箔需很薄 粒子才能很容易穿過 3 實(shí)驗(yàn)中用的是金箔而不是鋁箔 這是因?yàn)榻鸬脑有驍?shù)大 粒子與金核間庫侖力大 偏轉(zhuǎn)明顯 另外金的延展性好 容易做成極薄的金箔 實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果 粒子穿過金箔時(shí) 絕大多數(shù)不發(fā)生偏轉(zhuǎn) 仍沿原來的方向前進(jìn) 少數(shù)發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90 也就是說它們幾乎被 撞 了回來 盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型對(duì) 粒子散射分析 1 分布情況 所有正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核內(nèi) 原子中絕大部分是空的 2 受力情況 少數(shù) 粒子靠近原子核時(shí) 受到的庫侖斥力大 大多數(shù) 粒子離原子核較遠(yuǎn) 受到的庫侖斥力較小 二 盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說對(duì) 粒子散射實(shí)驗(yàn)的思考 粒子散射實(shí)驗(yàn)令盧瑟福萬分驚奇 按照湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型 帶正電的物質(zhì)均勻分布 帶負(fù)電的電子質(zhì)量比 粒子的質(zhì)量小得多 粒子碰到電子就像子彈碰到一粒塵埃一樣 其運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生什么改變 但實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了像一枚炮彈碰到一層薄薄的紙被反彈回來這一不可思議的現(xiàn)象一樣 盧瑟福通過分析 否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型 提出了核式結(jié)構(gòu)模型 盧瑟福的科學(xué)道理盧瑟福依據(jù) 粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 提出了原子的核式結(jié)構(gòu) 在原子的中心有一個(gè)很小的核 叫原子核 原子的全部正電荷與幾乎全部質(zhì)量都集中在核里 帶負(fù)電的電子在核外的空間運(yùn)動(dòng) 按照盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說 可以很容易地解釋 粒子的散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 圖2 2 3 如圖2 2 3所示 按照這個(gè)模型 由于原子核很小 大部分 粒子穿過金箔時(shí)都離核很遠(yuǎn) 受到的斥力很小 它們的運(yùn)動(dòng)幾乎不受影響 只有極少數(shù) 粒子從原子核附近飛過 明顯地受到原子核的庫侖斥力而發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個(gè)帶正電的原子核 它集中了全部正電荷和幾乎集中了原子全部質(zhì)量 而電子則在核外空間繞核旋轉(zhuǎn) 典例1 如圖2 2 4所示為盧瑟福和他的學(xué)生做 粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖 熒光屏和放大鏡一起分別放在圖中的a b c d四個(gè)位置時(shí) 下列對(duì)觀察到的現(xiàn)象描述正確的是 對(duì) 粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解 圖2 2 4 a 在a位置時(shí) 相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多b 在b位置時(shí) 相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比在a位置時(shí)稍少些c 在c d位置時(shí) 屏上觀察不到閃光d 在d位置時(shí) 屏上仍能觀察到一些閃光 但次數(shù)極少 解析因?yàn)榻^大多數(shù) 粒子穿過金箔后仍然沿原來方向前進(jìn) 在a位置時(shí) 相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 選項(xiàng)a對(duì) 因?yàn)樯贁?shù) 粒子穿過金箔后發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn) 在b位置時(shí) 相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)比在a位置時(shí)要少得多 選項(xiàng)b錯(cuò) 粒子散射實(shí)驗(yàn)中有極少數(shù) 粒子偏轉(zhuǎn)角超過90 甚至接近180 所以選項(xiàng)c錯(cuò) d對(duì) 故應(yīng)選a d 答案ad 借題發(fā)揮 粒子散射實(shí)驗(yàn)是得出原子核式結(jié)構(gòu)模型的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析是建立盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵 通過對(duì) 粒子散射實(shí)驗(yàn)這一宏觀上探測(cè) 間接地構(gòu)建出原子結(jié)構(gòu)的微觀圖景 變式1 粒子散射實(shí)驗(yàn)中 使 粒子散射的原因是 a 粒子與原子核外電子碰撞b 粒子與原子核發(fā)生接觸碰撞c 粒子發(fā)生明顯衍射d 粒子與原子核的庫侖斥力作用 解析本題考查 粒子散射實(shí)驗(yàn) 粒子與原子核外電子的作用是很微弱的 由于原子核的質(zhì)量和電荷量很大 粒子與原子核很近時(shí) 庫侖斥力很強(qiáng) 足可以使 粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)甚至反向彈回 使 粒子散射的原因是庫侖斥力 選項(xiàng)d對(duì) 答案d 典例2 當(dāng) 粒子被金核散射時(shí) 如圖2 2 5所示a b c d四條運(yùn)動(dòng)軌跡中不可能存在的是 對(duì) 粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡的分析 圖2 2 5 解析 粒子在靠近金原子核時(shí) 所受庫侖力為斥力 a d的軌跡是可能存在的 而從b c的軌跡可以判斷 b c受的力是吸引力 與核式結(jié)構(gòu)模型不符 所以b c的軌跡是不可能的 答案bc借題發(fā)揮當(dāng) 粒子靠近金核發(fā)生散射現(xiàn)象時(shí) 其運(yùn)動(dòng)軌跡要發(fā)生偏轉(zhuǎn)做曲線運(yùn)動(dòng) 而做曲線運(yùn)動(dòng)的物體所受合外力的方向總是指向曲線的凹側(cè) 變式2 用 粒子撞擊金原子核發(fā)生散射 圖2 2 6中關(guān)于 粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡正確的是 圖2 2 6 解析 粒子受金原子核的排斥力 方向沿兩者的連線方向 運(yùn)動(dòng)軌跡彎向受力方向的一側(cè) a b均錯(cuò)誤 離原子核越近 粒子受到