原子的核式結(jié)構(gòu)模型 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

4.3原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué)習(xí)目標(biāo)：[物理觀念]知道陰極射線及本質(zhì)，了解電子及其比荷，知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型及原子核的電荷與尺度。[科學(xué)思維]掌握電子的電荷量、原子的核式結(jié)構(gòu)模型，能夠通過科學(xué)推理解決相關(guān)的問題。[科學(xué)探究]探究陰極射線的本質(zhì)，理解α粒子散射實驗，揭示實驗本質(zhì)，得出結(jié)論，體會科學(xué)家的探索方法，提高觀察與實驗的能力。[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]通過學(xué)習(xí)體驗科學(xué)家探索科學(xué)的艱辛，堅持實事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)積極探索科學(xué)的興趣。問題：這種射線的本質(zhì)是什么呢？科學(xué)家在研究稀薄氣體放電時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時，陰極就發(fā)射出一種射線。它能使對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？一、電子的發(fā)現(xiàn)陰極射線的本質(zhì)到底是什么呢？如果陰極射線是一種帶電微粒，你認為可以通過什么實驗來證明呢？J.J.湯姆孫（JospehJohnThomson，1857-1940）英國物理學(xué)家，電子的發(fā)現(xiàn)者氣體放電管陰極陽極帶標(biāo)尺的熒光屏1897年，J.J.湯姆孫根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況斷定，它的本質(zhì)是帶負電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷。比荷是氫離子（也就是質(zhì)子）比荷的近兩千倍。J.J.湯姆孫認為，這可能表示陰極射線粒子電荷量的大小與一個氫離子一樣，而質(zhì)量比氫離子小得多。后來，他直接測到了陰極射線粒子的電荷量，盡管測量不很準(zhǔn)確，但足以證明這種粒子電荷量的大小與氫離子大致相同，這就表明他當(dāng)初的猜測是正確的。湯姆孫進一步發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做實驗，所得比荷的數(shù)值都是相同的。這說明不同物質(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。組成陰極射線的粒子被稱為電子。電子電荷量的測量密立根油滴實驗電子電荷的精確測定是在1909?1913年間由密立根通過著名的“油滴實驗”做出的。目前公認的電子電荷e的值為e＝1.602176634×10-19C密立根實驗更重要的發(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。從實驗測到的比荷及e的數(shù)值，可以確定電子的質(zhì)量?，F(xiàn)在人們普遍認為電子的質(zhì)量為m＝9.10938356×10-31kg帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量之比，即比荷，是一個重要的物理量。二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型1.湯姆孫——西瓜模型

原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌其中。元素周期律陰極射線光譜線

后來實驗中發(fā)現(xiàn)，高速運動的電子很容易穿透原子，說明原子不是實心球體，這個模型可能不正確。2.a粒子散射實驗盧瑟福a粒子金箔①實驗材料的選擇a粒子:氦原子核ma=4mH=7300me容易獲得，能量較大，容易觀察金箔：延展性高，減少二次碰撞；m金>ma②實驗原理和實驗裝置＊M是一個帶有光屏S的放大鏡，可以在水平而內(nèi)轉(zhuǎn)到不同的方向?qū)ι⑸涞摩亮Ｗ舆M行觀察。＊R是被鉛塊包圍的a粒子源＊F是金箔：接收α粒子的轟擊

當(dāng)a粒子打到金箔時，發(fā)生了a粒子的散射。統(tǒng)計散射到各個方向的a粒子所占的比例，可以推知原子中電荷的分布情況。思考與討論

1.a粒子射入金箔時難免與電子碰撞。試估計這種碰撞對a拉子速度影響的大小

2.按照湯姆孫的原子模型，正電荷均勻分布在整個原子球體內(nèi)。請分析：a粒子穿過金箔，受到電荷的作用力后，沿哪些方向前進的可能性較大，最不可能沿哪些方向前進。

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)反彈現(xiàn)象，即使是非對心碰撞，也不會有大角度散射。③實驗結(jié)果＊絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后，基本上仍按原來方向前進＊少數(shù)a粒子粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)＊極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90。，就像被彈回來了一樣

這就好像你朝一張衛(wèi)生紙射出一發(fā)炮彈，炮彈卻彈回來打中你一樣。3.對a粒子散射實驗的解釋①粒子出現(xiàn)大角度散射有沒有可能是與電子碰撞后造成的？

大角度的偏轉(zhuǎn)不可能是電子造成的，因為它的質(zhì)量只有a粒子的

它對a粒子速度的大小和方向的影響就像灰塵對槍彈的影響，完全可以忽略。②那有沒有可能是由于穿過多層原子造成偏轉(zhuǎn)角度增大呢？

計算表明，由于每次的偏振方向都是隨機的，最終發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的概率非常小，反彈的幾率只有10-3500。但實驗中反彈的幾率有③西瓜模型能否解釋大角度偏轉(zhuǎn)呢？

按照湯姆孫的“西瓜模型”正電荷在原子內(nèi)部均勻分布，α粒子穿過原子時，收到的個方向正電荷的斥力基本會相互平衡，因此對α粒子運動的影響不會很大。

西瓜模型，雖然能夠解釋絕大多數(shù)的α粒子基本上仍沿原方向進行，但是卻無法解釋大角度散射的實驗結(jié)果。④盧瑟福對a粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的解釋a粒子

a粒子在原子中某個地方遇到了質(zhì)量，電量均比他們本身大的多的物體，而這種遇上的概率又很小。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內(nèi)。

a粒子在經(jīng)過時受到很強的斥力，使其發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。⑤盧瑟?！耸浇Y(jié)構(gòu)模型原子核＊帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)做圓周運動＊在原子的中心有一個體積很小、帶正電荷的核，叫做原子核＊原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里a粒子原子核三、原子核的電荷與尺度1.電子數(shù)與原子序數(shù)原子核所帶正電荷數(shù)=核外電子數(shù)=該元素在周期表內(nèi)的原子序數(shù)由于原子是電中性的，原子核所帶正電荷數(shù)等于電子數(shù)。

科學(xué)家們注意到各種元素的原子核的電荷數(shù)，即原子內(nèi)的電子數(shù)，非常接近它們的原子序數(shù)。這說明元素周期表中的各種元素是按原子中的電子數(shù)排列的。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。對于一般的原子核，實驗確定的核半徑的數(shù)量級為10-15m，而整個原子半徑的數(shù)量級是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2、原子核的尺度核半徑的數(shù)量級為10-15m原子半徑的數(shù)量級是10-10m1．對α粒子散射實驗裝置的描述，你認為正確的有（）A．實驗器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡B．金箔的厚度對實驗無影響C．如果不用金箔改用鋁箔，仍會發(fā)生散射現(xiàn)象D．實驗裝置放在空氣中和真空中都可以AC2．關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn)，下列敘述中正確的是（）A．電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子是由電子和原子核組成的B．電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子具有一定的結(jié)構(gòu)C．電子是第一種被人類發(fā)現(xiàn)的微觀粒子D．電子的發(fā)現(xiàn)，比較好地解釋了物體的帶電現(xiàn)象BCD3．關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，下列說法正確的是（）A．原子中絕大部分是“空”的，原子核很小B．電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)的向心力是原子核對它的庫侖力C．原子的全部正電荷和質(zhì)量都集中在原子核里D．原子核的直徑約是10－10mAB課堂小結(jié)一、陰極射線：高速電子流。二、電子的發(fā)現(xiàn)：湯姆孫發(fā)現(xiàn)陰極射線的本質(zhì)是電子，并求出了電子的比荷；密立根油滴實驗測出電子電荷的數(shù)值。三、原子核式結(jié)構(gòu)模型1.盧瑟福α粒子散射實驗：①大部分α粒子穿過金箔時離核很遠，受到的斥力很小，它們的運動幾乎不受影響；②少數(shù)α粒子從核