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第三節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型第四章
原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性學(xué)習(xí)目標(biāo)1新課講解3新課導(dǎo)入2經(jīng)典例題4課堂練習(xí)5本課小結(jié)6目錄學(xué)習(xí)目標(biāo)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(xué)方法;2.了解α粒子散射實驗原理和實驗現(xiàn)象;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;4.認(rèn)識原子核式結(jié)構(gòu)模型建立的科學(xué)推理與論證方法。新課導(dǎo)入在欣賞這美麗的燈光時,你何曾意識到,這里發(fā)光的多是通電后的氣體?若想了解其中的奧秘,從原子的結(jié)構(gòu)入手吧。新課講解德謨克利特道爾頓每種化學(xué)元素都有它對應(yīng)的原子…原子是最微小的不可分割的實心球體…世間萬物是由原子構(gòu)成的…原子是一種最后的不可分割的物質(zhì)微?!?、電子的發(fā)現(xiàn)陰極射線:一種觀點認(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認(rèn)為陰極射線是帶電微粒代表人物湯姆孫19世紀(jì),對陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識有兩種觀點
那么陰極射線到底是什么?英國物理學(xué)家J.J.湯姆孫認(rèn)為陰極射線是帶電粒子流。為了證實這點,從1890年起他進(jìn)行了一系列實驗研究。1.實驗裝置:真空玻璃管、陰極、陽極和感應(yīng)圈.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.在金屬板D1D2之間未加電場時,射線不偏轉(zhuǎn),射在P1點。施加如圖電場后射線偏轉(zhuǎn),射在P2點。發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電4.陰極射線是帶負(fù)電的粒子2.實驗現(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。為了使射線回到P1點5.測定帶電粒子的比荷需在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。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,后來。組成陰極射線的粒子就被稱為電子。電子的發(fā)現(xiàn)不只是說明原子是組成物質(zhì)的最小微粒,更重要的是對揭示原子結(jié)構(gòu)有重大意義。湯姆孫還發(fā)現(xiàn),用不同材料的陰極做實驗,所得的比荷數(shù)值是相同的,這說明不同物質(zhì)都能夠發(fā)射這種帶電粒子,它是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。湯姆孫進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),不論陰極射線、
射線、光電流還是熱離子流,它們都包含電子。湯姆孫因此獲得了1906年的諾貝爾物理學(xué)獎。被科學(xué)界譽為“一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”。
二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型1.湯姆孫的“西瓜模型”或“棗糕模型”1903德國物理學(xué)家勒納德做了一個實驗,使電子束射到金屬膜,發(fā)現(xiàn)較高速度的電子很容易穿透原子。這說明原子不是一個實心球體,這個模型可能不正確。之后不久,α粒子散射的實驗徹底否定了這個模型!“棗糕”模型:原子是個球體,正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi),電子鑲嵌其中。2.
α粒子散射實驗1909~1911年,英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手們進(jìn)行了α粒子散射實驗,實驗裝置如圖所示。α粒子放射源金箔帶有熒光屏的顯微鏡熒光屏α粒子:從放射性物質(zhì)(如鈾和鐳)中發(fā)射出來的快速運動的粒子,帶有兩個單位的正電荷,質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7300倍。(1)實驗裝置(2)實驗結(jié)果①絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上沿原來的方向前進(jìn)或發(fā)生很小的偏轉(zhuǎn)。②少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)。③極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了90度,有極個別甚至接近180度,就像被彈回來了一樣。盧瑟福盧瑟福和他的學(xué)生驚呼:“這件事情是如此的不可能,就好像你用炮彈射向一層薄紙,但炮彈卻被紙彈了回來”(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,建立了核式結(jié)構(gòu)模型。(4)實驗的注意事項①整個實驗過程在真空中進(jìn)行。②金箔需要做得很薄,α粒子才能穿過。③使用金箔的原因是金的延展性好,可以做得很薄。另外一點就是金的原子序數(shù)大,α粒子與金核間的庫侖斥力大,偏轉(zhuǎn)明顯。3.α粒子散射實驗的分析粒子大角度散射甚至被彈回的原因是什么呢?因為帶負(fù)電的電子質(zhì)量太小,如果質(zhì)量大的α粒子與電子發(fā)生碰撞,那么電子對α粒子的速度大小和方向的影響就像灰塵對炮彈的影響,完全可以忽略?!皸椄饽P汀蹦芊窠忉屃W釉诖┰皆觾?nèi)部后發(fā)生的大角度偏嗎?按照湯姆孫的“棗糕模型”正電荷在原子內(nèi)部均勻分布,那么α粒子穿過原子時,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)的力不會很大,這樣,湯姆孫的“棗糕模型”雖然能夠解釋絕大多數(shù)的α粒子基本上仍沿原方向進(jìn)行,但是卻無法解釋大角度散射的實驗結(jié)果??陀^的實驗結(jié)果分析讓盧瑟福對導(dǎo)師湯姆孫的“棗糕模型”的觀點產(chǎn)生了質(zhì)疑并大膽否定。1911年,盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型。在原子中心有一個很小的核,叫原子核。原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在原子核里,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核運動。原子核式結(jié)構(gòu)模型對α粒子散射實驗的解釋當(dāng)α粒子接近原子時,電子對它的影響仍如前述可以忽略,但是帶正電的原子核則不同。因為原子核很小,原子內(nèi)部非?!翱諘纭?,所以絕大多數(shù)α粒子從離核較遠(yuǎn)的地方經(jīng)過時,受到的庫倫斥力就很小,運動方向幾乎不改變。只有極少數(shù)的α粒子有機會從離核很近的地方經(jīng)過,受到比較大的斥力,才會發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)。為什么盧瑟福認(rèn)為電子一定要繞核運動呢?為什么電子不能靜止呢?提示:如果電子是靜止的,那么電子在正電荷的庫侖力的作用下,要落在原子核上。所以,電子應(yīng)繞核運動,庫侖力正好充當(dāng)向心力。三、原子核的電荷與尺度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)來排列的。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)原子核的半徑是無法直接測量的,一般通過其他粒子與核的相互作用來確定。α粒子散射是估計核半徑的最簡單的方法。對于一般的原子核,實驗確定的原子核半徑R的數(shù)量級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??梢娫觾?nèi)部是十分“空曠”的。經(jīng)典例題1.(多選)關(guān)于電荷的電荷量下列說法正確的是(
)A.電子的電量是由密立根油滴實驗測得的B.物體所帶電荷量可以是任意值C.物體所帶電荷量最小值為1.6×10?19CD.物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍ACD2.關(guān)于α粒子散射實驗,下列說法正確的是()A.在實驗中,觀察到的現(xiàn)象是:絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后,仍沿原來的方向前進(jìn),極少數(shù)發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)B.使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力來自帶正電的核和核外電子,當(dāng)α粒子接近核時,是核的斥力使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn);當(dāng)α粒子接近電子時,是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)C.實驗表明:原子中心有一個極小的核,它占有原子體積極小的一部分D.實驗表明:原子中心的核帶有原子的全部正電荷和全部原子的質(zhì)量AC3.下列關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)理論說法正確的是(
)A.是通過發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來的B.原子的中心有個核,叫作原子核C.原子的正電荷均勻分布在整個原子中D.原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里,帶
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