原子的核式結(jié)構(gòu)模型（教學(xué)課件）（人教版2019選擇性必修第三冊(cè)）-1

第3節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型第四章

人教版

選擇性必修第三冊(cè)電子的發(fā)現(xiàn)01原子的核式結(jié)構(gòu)模型02原子核的電荷與尺度03典例分析04新課導(dǎo)入科學(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？電子的發(fā)現(xiàn)PART0119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J.J.湯姆孫英國陰極射線的本質(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的方向通過電場或磁場，觀察它是否偏轉(zhuǎn)如果陰極射線發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，那么陰極射線就是在電場力或洛倫茲力的作用下偏轉(zhuǎn)的，說明陰極射線的本質(zhì)是帶電粒子流。如果陰極射線沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，表示陰極射線不帶電，說明陰極射線的本質(zhì)是電磁波想一想

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年起開始研究。陰極射線實(shí)驗(yàn)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陰極K：發(fā)出帶電粒子通過射線產(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1.實(shí)驗(yàn)裝置：真空玻璃管、陰極、陽極和感應(yīng)圈.在金屬板D1D2之間未加電場時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，射在P1點(diǎn)施加如圖電場后射線偏轉(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)電的粒子陰極射線實(shí)驗(yàn)為了使射線回到P1點(diǎn)

需在D1D2之間施加垂直紙面向外的磁場去掉D1D2之間的電場射線在磁場作用下偏轉(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.

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.英國物理學(xué)家湯姆孫讓陰極射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn).測出了粒子的比荷發(fā)現(xiàn)電子發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電電子發(fā)現(xiàn)的歷程J.J湯姆孫(英國)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……湯姆孫的偉大發(fā)現(xiàn)金屬原子原子核電子陰極射線是帶負(fù)電的電子流。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)。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1/20002電子electron想一想：為什么說電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元？

J.J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)。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)成的有關(guān)陰極射線實(shí)驗(yàn)總結(jié)物理學(xué)家把新發(fā)現(xiàn)的這種組成陰極射線的粒子稱之為電子?！咎貏e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、磁場中的偏轉(zhuǎn)可確定射線由帶負(fù)電的粒子組成.

J.J.湯姆孫的兒子G.P.湯姆孫（George

Paget

Thomson，1892-1975），因通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)受電子照射的晶體中的干涉現(xiàn)象，1937年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

湯姆遜父子分別于1906年、1937年獲得物理學(xué)獎(jiǎng)，是諾貝爾獎(jiǎng)歷史上6次“子承父業(yè)”奇跡之一。J.J.湯姆孫(英國)1857～1940G.P.湯姆孫(英國)1892～1975父與子正離子的轟擊紫外線照射放射性物質(zhì)陰極射線光電流β射線電子金屬受熱熱離子流（1）產(chǎn)生電子的方法

（2）湯姆孫通過進(jìn)一步的研究證明：電子是原子的組成部分，是比原子更基本的單元。J.J.湯姆孫的進(jìn)一步研究電子電荷的精確測定是在1909?1913年間由密立根通過著名的“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：密立根油滴實(shí)驗(yàn)【例題】(多選)如圖所示是J.J.湯姆孫的氣體放電管的示意圖，下列說法中正確的是(

)A．若在D1、D2之間不加電場和磁場，則陰極射線應(yīng)打到最右端的P1點(diǎn)B．若在D1、D2之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)C．若在D1、D2之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)D．若在D1、D2之間加上垂直紙面向里的磁場，則陰極射線不偏轉(zhuǎn)小試牛刀AC【例題】(多選)1897年英國物理學(xué)家J.J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子并被稱為“電子之父”，下列關(guān)于電子的說法正確的是(

)A．J.J.湯姆孫通過陰極射線在電場和磁場中的運(yùn)動(dòng)得出了陰極射線是帶負(fù)電的粒子流的結(jié)論，并求出了陰極射線的比荷B．J.J.湯姆孫通過對(duì)光電效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)了電子C．電子的質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1836倍D．J.J.湯姆孫用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，并研究光電效應(yīng)等現(xiàn)象，說明電子是原子的組成部分，是比原子更小的基本的物質(zhì)單元小試牛刀AD原子的核式結(jié)構(gòu)模型PART02湯姆孫提出棗糕模型原子是一個(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（西瓜模型）”。

這個(gè)模型不久就被實(shí)驗(yàn)事實(shí)否定了J.J湯姆孫(英國)1857～19401903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：說明原子內(nèi)部很空，或者說原子不是一個(gè)實(shí)心球體。3、矛盾：與湯姆孫的原子模型（實(shí)心）不符。

說明湯姆孫的棗糕模型是有問題的，再后來盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)則完全否定了湯姆孫的模型。勒納德（德國）勒納德實(shí)驗(yàn)以湯姆孫為首的英國劍橋?qū)W派，在原子物理學(xué)上所取得的這些驚人成就，使歐洲大陸上的物理學(xué)家都拜倒在他們的腳下。他的學(xué)生盧瑟福也接受了湯姆孫的原子模型，1909年盧瑟福建議其學(xué)生兼助手蓋革和馬斯頓用α粒子轟擊金箔去驗(yàn)證湯姆孫原子模型。歐內(nèi)斯特·盧瑟福1871年8月30日生于新西蘭納爾遜的一個(gè)手工業(yè)工人家庭，并在新西蘭長大。他進(jìn)入新西蘭的坎特伯雷學(xué)院學(xué)習(xí)。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）。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。劍橋?qū)W派入場

⑴α粒子：α粒子是從放射性物質(zhì)（如鈾和鐳）中發(fā)射出來的快速運(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。1909年，英國物理學(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。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。金的延展性好，核電荷量大，核質(zhì)量大。1、α粒子散射實(shí)驗(yàn)為什么用金？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)，由于受庫侖斥力的作用，α粒子穿過原子時(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)。思考與討論實(shí)驗(yàn)視頻①絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)。③極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說，它們幾乎被“撞了回來”。②少數(shù)α粒子（約占）發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，2、α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①J.J.湯姆孫的模型無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、對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋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4、盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型1895年在新西蘭大學(xué)畢業(yè)后，獲得英國劍橋大學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金進(jìn)入卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，成為湯姆孫的研究生。提出原子結(jié)構(gòu)的核式模型，為原子結(jié)構(gòu)的研究做出很大的貢獻(xiàn)。

1898年，在湯姆孫的推薦下，擔(dān)任加拿大麥吉爾大學(xué)的物理教授。

1907年返回英國出任曼徹斯特大學(xué)的物理系主任。

1919年接替退休的湯姆孫，擔(dān)任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任。

1925年當(dāng)選為英國皇家學(xué)會(huì)主席。1931年受封為納爾遜男爵。

1937年10月19日因病在劍橋逝世，與牛頓和法拉第并排安葬，享年66歲。歐內(nèi)斯特·盧瑟福1871年8月30日生于新西蘭納爾遜的一個(gè)手工業(yè)工人家庭，并在新西蘭長大。他進(jìn)入新西蘭的坎特伯雷學(xué)院學(xué)習(xí)。

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）。盧瑟福生平簡介

盧瑟福(1871～1937)1899年命名α射線、β射線；1902年提出原子自然衰變理論；1909～1911年，盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生蓋革和馬斯頓進(jìn)行了α粒子散射實(shí)驗(yàn)。1911年提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型；1919年發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，預(yù)言中子；實(shí)現(xiàn)人工核反應(yīng)。直接培養(yǎng)了11名諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。被譽(yù)為原子物理學(xué)之父。盧瑟福杰出的貢獻(xiàn):桃李滿天下1921年盧瑟福的助手索迪獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；1922年盧瑟福的學(xué)生阿斯頓獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；1922年盧瑟福的學(xué)生玻爾獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1927年盧瑟福的助手威爾遜獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1935年盧瑟福的學(xué)生查德威克獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1948年盧瑟福的助手布萊克特獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1951年盧瑟福的學(xué)生科克拉夫特和瓦耳頓，共同獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)；1978年盧瑟福的學(xué)生卡皮茨獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。【例題】如圖所示為盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)，通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察α粒子在各個(gè)角度的散射情況。下列說法中正確的是(

)小試牛刀A．在圖中的A、B兩位置分別進(jìn)行觀察，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B．在圖中的B位置進(jìn)行觀察，屏上觀察不到任何閃光C．盧瑟福選用不同金屬箔片作為α粒子散射的靶，觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相似D．α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子撞擊到金箔原子后產(chǎn)生的反彈C小試牛刀BD【例題】(多選)關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的說法正確的是(

)A．少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，是因?yàn)樗龅搅嗽又械碾娮覤．α粒子在靠近原子核時(shí)，庫侖斥力對(duì)它做負(fù)功，它的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢能C．α粒子距離原子核最近時(shí)，加速度一定等于零，此時(shí)系統(tǒng)總能量最大D．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，否定了J.J.湯姆孫的原子模型，提出原子核式結(jié)構(gòu)模型原子核的電荷與尺度PART03⑴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1、原子核的電荷、電子數(shù)、原子序數(shù)

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：原子原子核核外電子質(zhì)子中子原子核的表示方法原子核的半徑是很難測量的，一般通過其他粒子與核的相互作用來確定。α粒子散射可以用來估算核半徑。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核半徑的數(shù)量級(jí)為10-15m原子半徑的數(shù)量級(jí)是10-10m2、原子核的尺度【例題】(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小試牛刀小試牛刀【例題】(多選)關(guān)于盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容，下列敘述正確的是(

)A．原子是一個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體B．原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)C．原子的正電荷和負(fù)電荷全部集中在一個(gè)很小的核內(nèi)D．原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10m，原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－15mBD典例分析PART04(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。 (

)√

×

√

×

√

判一判1、(多選)(盧瑟福和他的學(xué)生