人教版高中物理選擇性必修第三冊第四章3原子的核式結(jié)構(gòu)模型課件

3．原子的核式結(jié)構(gòu)模型第四章

原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性整體感知·自我新知初探[學習任務(wù)]

任務(wù)1．知道發(fā)現(xiàn)電子的意義，體會電子發(fā)現(xiàn)過程中蘊含的科學方法。任務(wù)2．了解α粒子散射實驗原理和實驗現(xiàn)象。任務(wù)3．了解盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型。知道原子和原子核大小的數(shù)量級。任務(wù)4．認識原子核式結(jié)構(gòu)模型建立的科學推理與論證過程。[問題初探]

問題1．陰極射線有什么特點？問題2．誰發(fā)現(xiàn)了電子？電子的發(fā)現(xiàn)對人類探索微觀世界有什么重大意義？問題3．為什么α粒子散射實驗中選金箔作為“靶子”？問題4．核電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，也等于中子數(shù)嗎？[思維導(dǎo)圖]探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達成1．陰極射線在研究稀薄氣體放電時發(fā)現(xiàn)，當玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時，陰極就發(fā)出一種射線，它能使對著陰極的玻璃管壁發(fā)出熒光，這種射線稱為________。知識點一電子的發(fā)現(xiàn)陰極射線2．湯姆孫的探究方法及結(jié)論(1)根據(jù)陰極射線在____和____中的偏轉(zhuǎn)情況斷定，它的本質(zhì)是帶__電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷。(2)換用________的陰極做實驗，所得比荷的數(shù)值都____，是氫離子比荷的近兩千倍。(3)結(jié)論：陰極射線粒子帶負電，其電荷量的大小與氫離子________，而質(zhì)量比氫離子______，后來組成陰極射線的粒子被稱為____。電場磁場負不同材料相同大致相同小得多電子

[微提醒]

電子的發(fā)現(xiàn)說明原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也有結(jié)構(gòu)，從此原子物理學飛速發(fā)展，人們對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識進入了一個新時代。密立根油滴實驗602×10-19Ce的整數(shù)倍1836如圖所示為湯姆孫的氣體放電管。問題1．在金屬板D1、D2之間加上如圖所示的電場時，發(fā)現(xiàn)陰極射線向下偏轉(zhuǎn)，說明它帶什么性質(zhì)的電荷？問題2．在金屬板D1、D2之間單獨加哪個方向的磁場，可以讓陰極射線向上偏轉(zhuǎn)？提示：1．陰極射線向下偏轉(zhuǎn)，與電場線方向相反，說明陰極射線帶負電。2．由左手定則可得，在金屬板D1、D2之間單獨加垂直紙面向外的磁場，可以讓陰極射線向上偏轉(zhuǎn)。1．陰極射線帶電性質(zhì)的判斷方法(1)在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場，通過打在熒光屏上的亮點位置的變化和電場的情況確定陰極射線的帶電性質(zhì)。(2)在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場，根據(jù)熒光屏上亮點位置的變化和左手定則確定陰極射線的帶電性質(zhì)。2．實驗結(jié)果根據(jù)陰極射線在電場中和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況，判斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж撾姟?/p>

思路點撥：先由安培定則判定通電直導(dǎo)線在陰極射線管處產(chǎn)生的磁場方向，再由左手定則判定受力方向。D

[由題目條件不難判斷陰極射線管所在處磁場垂直紙面向外，電子從負極射出，由左手定則可判定陰極射線(電子束)向上偏轉(zhuǎn)。故正確選項為D。]【典例1】

(判斷射線的電性)如圖所示，在陰極射線管正上方平行放一通有強電流的長直導(dǎo)線，則陰極射線(電子束)將(

)A．向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)

B．向紙外偏轉(zhuǎn)C．向下偏轉(zhuǎn)

D．向上偏轉(zhuǎn)√【典例2】

(電子比荷的測定)湯姆孫用來測定電子的比荷(電子的電荷量與質(zhì)量之比)的實驗裝置如圖所示。真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計初速度、重力和電子間的相互作用)經(jīng)K、A間加速電壓加速后，穿過小孔C沿中心軸O1O的方向進入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P′間的區(qū)域內(nèi)。當極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時，電子束打在熒光屏的中心O點處，形成一個亮點；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點偏離到O′點(O′點與O點的豎直間距為d，水平間距可忽略不計)。此時，在P和P′間的區(qū)域內(nèi)，再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場。調(diào)節(jié)磁場的強弱，當磁感應(yīng)強度的大小為B時，亮點重新回到O點。已知極板水平方向的長度為L1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L2。(1)求打在熒光屏O點的電子速度的大小。(2)推導(dǎo)出電子的比荷的表達式。(3)上述實驗中，未記錄陰極K與陽極A之間的加速電壓U0，根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)能否推導(dǎo)出U0的表達式？說明理由。

【教用·備選例題】一個半徑為1.64×10-4cm的帶負電的油滴，在電場強度大小為1.92×105N/C的勻強電場中，如果油滴受到的電場力恰好與重力平衡，問：(1)電場方向如何？(2)這個油滴帶有幾個電子的電荷量？(已知油的密度為0.851×103kg/m3，g取10m/s2)思路點撥：重力方向豎直向下，電場力與重力平衡，說明電場方向豎直向下。已知油滴的體積與密度，可求出重力，從而利用受力平衡的條件，求得油滴所帶電荷量。

[答案]

(1)豎直向下(2)5個拓展電場存在于圖中兩條虛線之間的區(qū)域，即帶相反電荷的平行金屬板之間。倘若上方金屬板開有小孔，油滴從上方滴落，在重力作用下加速，并從上金屬板的小孔進入電場，調(diào)節(jié)電場強度的大小，直到油滴在電場中勻速下落，即可測出油滴所帶的電荷量。[鏈接教材]

(1)α粒子射入金箔時難免與電子碰撞。試估計這種碰撞對α粒子速度影響的大小。(2)按照J.J.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：α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。

(3)α粒子散射實驗裝置有什么巧妙之處？知識點二原子的核式結(jié)構(gòu)模型原子核的電荷與尺度提示：(1)α粒子質(zhì)量比電子大得多，因此α粒子與電子碰撞時速度幾乎不受影響。(2)α粒子如果從原子之間或原子的中心軸線穿過，它受到周圍正負電荷的庫侖力是平衡的，故α粒子沿直線前進的可能性最大，最不可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。(3)顯微鏡可在一個圓周上運動，統(tǒng)計各個不同位置相同時間內(nèi)接收到的粒子數(shù)就可以確定α粒子穿過金箔后的偏轉(zhuǎn)情況。1．湯姆孫原子模型：湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認為，原子是一個球體，______彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，____鑲嵌其中，如圖所示。有人形象地把湯姆孫模型稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”。正電荷電子2．α粒子散射實驗(1)α粒子散射實驗裝置由________、____、顯微鏡等幾部分組成，實驗時從α粒子放射源到熒光屏這段路程處于____中。(2)實驗現(xiàn)象①_________的α粒子穿過金箔后，基本上仍沿____的方向前進。②____α粒子發(fā)生了______偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至________，它們幾乎被“撞了回來”。(3)實驗意義：盧瑟福通過α粒子散射實驗，否定了湯姆孫的原子模型，建立了________模型。α粒子源金箔真空絕大多數(shù)原來少數(shù)大角度大于90°核式結(jié)構(gòu)3．核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶__電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運動。4．原子核的電荷與尺度(1)原子核的電荷數(shù)：各種元素的原子核的電荷數(shù)，即原子內(nèi)的____數(shù)，非常接近它們的____序數(shù)，這說明元素周期表中的各種元素是按原子中的____數(shù)來排列的。(2)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____數(shù)。正電子原子電子質(zhì)子中子質(zhì)子(3)原子核的大?。河煤薩___描述核的大小。一般的原子核，實驗確定的核半徑的數(shù)量級為______m，而整個原子半徑的數(shù)量級是______m，兩者相差十萬倍之多。[微提醒]

α粒子散射實驗的巧妙之處：高速α粒子，電荷量是氫離子的2倍，質(zhì)量是氫離子的4倍，是電子的7300倍，速度是光速的十分之一，能量巨大。半徑10-1510-10如圖所示為盧瑟福所做的α粒子散射實驗裝置的示意圖。問題1．該實驗中為什么用金箔作靶子？問題2．當把熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，哪個位置相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多？提示：1．金原子核原子序數(shù)大，對α粒子產(chǎn)生的庫侖斥力大，α粒子偏轉(zhuǎn)明顯。金的延展性好，可以做得很薄。2．在A處相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多。1．原子的核式結(jié)構(gòu)模型與湯姆孫模型的根本區(qū)別核式結(jié)構(gòu)模型湯姆孫模型原子內(nèi)部是非?？諘绲?，正電荷集中在一個很小的核里。原子是均勻地充滿了正電荷的球體。電子繞核高速運轉(zhuǎn)。電子鑲嵌在原子球體內(nèi)。提醒：盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)模型中，帶正電的原子核像太陽，帶負電的電子像繞著太陽運轉(zhuǎn)的行星。在這個“太陽系”中，它們之間的作用力是電磁相互作用力。因而這個模型又被稱為“行星模型”。2．原子的核式結(jié)構(gòu)模型對α粒子散射實驗的解釋當α粒子穿過原子時，如果離核較遠，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿過“一片空地”一樣，無遮無擋，運動方向改變極少，由于原子核很小，所以絕大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；只有當α粒子十分接近原子核穿過，受到很大的庫侖斥力時，偏轉(zhuǎn)角才很大，但這種機會很少；如果α粒子幾乎正對著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角就幾乎達到180°，這種機會極少。如圖所示。【典例3】

(α粒子散射實驗現(xiàn)象)如圖所示，α粒子散射實驗中，移動顯微鏡M分別在a、b、c、d四個位置觀察，則(

)A．在a處觀察到的是金原子核B．在b處觀察到的是電子C．在c處不能觀察到任何粒子D．在d處能觀察到α粒子√D

[α粒子散射實驗中用α粒子轟擊金箔，觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向繼續(xù)前進，有少數(shù)的α粒子運動軌跡發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)的α粒子甚至被彈回，實驗中用顯微鏡觀察到的實際上是α粒子，在c處能觀察到少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)的α粒子，在d處則能觀察到極少數(shù)被彈回的α粒子，故D正確，A、B、C錯誤。]【典例4】

(α粒子散射實驗現(xiàn)象分析)根據(jù)α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖所示為α粒子散射圖景，圖中實線表示α粒子的運動軌跡，則關(guān)于α粒子散射實驗，下列說法正確的是(

)A．根據(jù)α粒子散射實驗可以估算原子大小B．圖中的α粒子反彈是因為α粒子與金原子核發(fā)生了直接碰撞C．絕大多數(shù)α粒子沿原方向繼續(xù)前進說明了帶正電的原子核占據(jù)原子的空間很小D．圖中大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子的電勢能先減小后增大√C

[根據(jù)α粒子散射實驗可以估算原子核的大小，A錯誤；題圖中的α粒子反彈是因為α粒子與金原子核之間的庫侖斥力作用，并沒有發(fā)生碰撞，B錯誤；絕大多數(shù)α粒子沿原方向繼續(xù)前進說明了帶正電的原子核占據(jù)原子的空間很小，C正確；題圖中大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子，庫侖斥力先做負功后做正功，故電勢能先增大后減小，D錯誤。]【典例5】

(原子的核式結(jié)構(gòu))根據(jù)α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖表示了原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景。圖中實線表示α粒子的運動軌跡。其中—個α粒子在從a運動到b再運動到c的過程中(α粒子在b點時距原子核最近)，下列判斷中正確的是(

)A．α粒子的動能先增大后減小B．α粒子的電勢能先增大后減小C．α粒子的加速度先變小后變大

D．電場力對α粒子先做正功后做負功√B

[α粒子先靠近原子核，然后又遠離原子核，則在運動過程中，庫侖力對α粒子先做負功后做正功，所以其電勢能先增大后減小，由動能定理知，動能先減小后增大，B正確，A、D錯誤；α粒子受到的庫侖力先增大后減小，由牛頓第二定律知，加速度先增大后減小，C錯誤。]應(yīng)用遷移·隨堂評估自測1．人們在研究原子結(jié)構(gòu)時提出過許多模型，其中比較有名的是“棗糕模型”和核式結(jié)構(gòu)模型，它們的模型示意圖如圖所示。下列說法正確的是(

)A．α粒子散射實驗與“棗糕模型”和核式結(jié)構(gòu)模型的建立無關(guān)B．科學家通過α粒子散射實驗否定了“棗糕模型”，建立了核式結(jié)構(gòu)模型C．科學家通過α粒子散射實驗否定了核式結(jié)構(gòu)模型，建立了“棗糕模型”D．科學家通過α粒子散射實驗否定了“棗糕模型”和核式結(jié)構(gòu)模型，建立了玻爾的原子模型√B

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