第十八章 原子的結(jié)構(gòu)

第十八章原子的結(jié)構(gòu)第1頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1897年J.J.湯姆孫根據(jù)放電管中的陰極射線在電磁場和磁場作用下的軌跡確定陰極射線中的粒子帶負(fù)電，并測出其荷質(zhì)比，這在一定意義上是歷史上第一次發(fā)現(xiàn)電子，12年后R.A.密立根用油滴實(shí)驗(yàn)測出了電子的電荷。

電子的發(fā)現(xiàn)1856-1940英國劍橋大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家

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19世紀(jì)末，在對氣體放電現(xiàn)象的研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了電子。8原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的。

早在1858年，德國物理學(xué)家普呂克爾利用低壓氣體放電管研究氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)一種奇特的現(xiàn)象。1876年德國物理學(xué)家戈德斯坦研究后命名為陰極射線陰極射線第3頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月陰極射線的本質(zhì)一種認(rèn)為陰極射線像X射線一樣是電磁輻射一種認(rèn)為陰極射線是帶電微粒思考：根據(jù)帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，你知道哪些方法可以判斷運(yùn)動(dòng)的帶電粒子所帶電荷的正負(fù)號(hào)？第4頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

英國物理學(xué)家J.J.湯姆孫自1890年起開始研究，對陰極射線進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。他認(rèn)為陰極射線是帶電粒子流。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第5頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

在真空度高的放電管中，陰極射線中的粒子主要來自陰極。對于真空度不高的放電管來說，粒子還可能來自管中的氣體。湯姆孫的氣體放電管的示意圖

帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量之比——比荷q/m，是一個(gè)重要的物理量。根據(jù)帶電粒子在電場和磁場中受力的情況，可以得出組成陰極射線的微粒的比荷。建議你依照下面的提示自己算一算。第6頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1.當(dāng)金屬板D1、D2之間未加電場時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，射在屏上P1點(diǎn)。施加電場E之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏上P2處。由此可以推斷陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷？湯姆孫的氣體放電管的示意圖第7頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月2.如果要抵消陰極射線的偏轉(zhuǎn)，使它從P2點(diǎn)回到

P1，需要在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個(gè)大小、方向合適的磁場。這個(gè)磁場的方向是？寫出此時(shí)每個(gè)陰極射線微粒（質(zhì)量為m，速度為v）受到的洛侖茲力和電場力。你能求出陰極射線的速度v的表達(dá)式嗎？湯姆孫的氣體放電管的示意圖第8頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月3.由于金屬板D、F間的距離是已知的，兩板間的電壓是可測量的，所以兩板間的電場強(qiáng)度E也是已知量E=?。磁感應(yīng)強(qiáng)度B同樣按已知量處理。湯姆孫的氣體放電管的示意圖第9頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.如果去掉D1、D2間的電場E，只保留磁場B，磁場方向與射線運(yùn)動(dòng)方向垂直。陰極射線在有磁場的區(qū)域?qū)?huì)形成一個(gè)半徑為r的圓弧(r可以通過P3的位置算出)。此時(shí)，組成陰極射線的粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力就是______力。湯姆孫的氣體放電管的示意圖第10頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)結(jié)論1897年，湯姆孫得出陰極射線的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流并求出了這種粒子的比荷。

當(dāng)湯姆孫在測定比荷實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所發(fā)出射線的粒子都有相同的比荷，這表明什么？

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。第11頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

荷質(zhì)比約為質(zhì)子（氫離子）比荷的2000倍。是電荷比質(zhì)子大？還是質(zhì)量比質(zhì)子?。?/p>

湯姆孫猜測：這可能表示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。

后來湯姆孫測得了這種粒子的電荷量與氫離子電荷量大致相同，由此可以看出他當(dāng)初的猜測是正確的。后來陰極射線的粒子被稱為電子實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析第12頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

進(jìn)一步拓展研究對象：用不同的材料做成的陰極做實(shí)驗(yàn)，做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、熱離子發(fā)射效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、β射線（研究對象普遍化）。

電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。電子

美國科學(xué)家密立根又精確地測定了電子的電量：

e=1.6022×10－19C

根據(jù)荷質(zhì)比，可以精確地計(jì)算出電子的質(zhì)量為：

m=9.1094×10－31kg質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值：第13頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月密立根油滴實(shí)驗(yàn)第14頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月密立根油滴實(shí)驗(yàn)的原理圖第15頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1897年，湯姆孫對陰極射線研究，發(fā)現(xiàn)了電子，說明原子是可再分，原子是中性，可推斷出原子中還有帶正電的物質(zhì)．那么這兩種物質(zhì)是怎樣構(gòu)成原子的呢？湯姆孫第16頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型物理選修3-5第十八章原子的結(jié)構(gòu)第17頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月電子正電荷湯姆孫的原子模型：

原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌其中。棗糕模型第18頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月α粒子散射實(shí)驗(yàn)1909～1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手們進(jìn)行了

粒子散射實(shí)驗(yàn)盧瑟福第19頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)結(jié)果：3.極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，有的甚至被彈回。1.絕大多數(shù)α粒子：沿原方向前進(jìn)2.少數(shù)α粒子：發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，甚至偏角超過900第21頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析1、絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)；2、少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，甚至偏角超過900；3、極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，有的甚至被彈回。說明原子中絕大部分是空的?？梢姦亮Ｗ邮艿捷^大的庫侖力作用。好像α粒子與比它的質(zhì)量大得多的物體發(fā)生了“碰撞”。第22頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月湯姆孫模型預(yù)言的α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是怎樣的？正電荷在原子內(nèi)部均勻分布，α粒子穿過原子時(shí)，由于粒子兩側(cè)正電荷對它的斥力大部分互相抵消，使α粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大。第23頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1.在原子的中心有一個(gè)很小的核稱為原子核；2.原子核的特點(diǎn)：原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里；3.原子特點(diǎn)：帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。原子的核式結(jié)構(gòu)的提出第24頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年