4.3 原子的核式結(jié)構(gòu)模型 -1

3

原子的核式結(jié)構(gòu)模型第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性目錄CONTENTS電子的發(fā)現(xiàn)01原子核的電荷與尺度原子的核式結(jié)構(gòu)模型0302

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，它能使對著陰極的玻璃管壁發(fā)出熒光。

這種未知射線稱之為陰極射線。思考與討論：陰極射線的本質(zhì)是什么？電子的發(fā)現(xiàn)01一、電子的發(fā)現(xiàn)1.實(shí)驗(yàn)裝置：氣體放電管由陰極C發(fā)出的帶電粒子通過小孔AB形成一束細(xì)細(xì)的陰極射線，它穿過兩片平行的金屬板D1D2之間的空間，到達(dá)右端帶有標(biāo)尺的熒光屏上P1點(diǎn)。湯姆孫的實(shí)驗(yàn)：2.判斷陰極射線是否帶電（1）陰極射線過電場實(shí)驗(yàn)2.判斷陰極射線是否帶電（2）陰極射線過磁場實(shí)驗(yàn)3.陰極射線粒子比荷測量（1）施加電場E之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏上P2處。結(jié)論：所受電場力方向向下，粒子帶負(fù)電。3.陰極射線粒子比荷測量（2）再加磁場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。結(jié)論：所加磁場垂直紙面向外，且電場力等于磁場力。3.陰極射線粒子比荷測量（3）陰極射線速度大小計(jì)算電場力：磁場力：3.陰極射線粒子比荷測量(4)去掉D1、D2間的電場E，只保留向外磁場B，陰極射線在有磁場的區(qū)域?qū)纬梢粋€(gè)半徑為r的圓?。╮可以通過P3的位置算出）。................

r

一、電子的發(fā)現(xiàn)4.湯姆孫還發(fā)現(xiàn)用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，比荷數(shù)值都相同。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。5.湯姆孫還由實(shí)驗(yàn)測得的陰極射線的比荷是氫離子的比荷近2000倍。后來，湯姆孫直接測到了陰極射線粒子的電荷量，盡管當(dāng)時(shí)測量很不準(zhǔn)確，但足以證明這種粒子的電荷量與氫離子大致相同，質(zhì)量比氫離子小得多。一、電子的發(fā)現(xiàn)6.陰極射線的本質(zhì)（1）陰極射線的本質(zhì)是電子。（2）電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元。（3）電子的電荷量與氫離子的電荷量相同。一、電子的發(fā)現(xiàn)（1）第一次較為精確測量出電子電荷量的是美國物理學(xué)家密立根利用油滴實(shí)驗(yàn)測量出來的。電子電量為：e＝1.602176634×10-19C7.密立根油滴實(shí)驗(yàn)（2）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：原子的核式結(jié)構(gòu)模型02思考與討論：

通常情況下，物質(zhì)是不帶電的，因此，原子應(yīng)該是電中性的。既然電子是帶負(fù)電的，質(zhì)量又很小，那么，原子中一定還有帶正電的部分，它具有大部分的原子質(zhì)量。請你設(shè)想一下，原子中帶正電的部分以及帶負(fù)電的電子可能是如何分布的？二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型1.湯姆孫的原子模型原子是一個(gè)球體，里面充滿了均勻分布的帶正電的流體，電子鑲嵌在正電荷液體中，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”。電子等間隔地排列在與正電球同心的圓周上，并以一定的速度做圓周運(yùn)動從而發(fā)出電磁輻射，原子光譜所反映的就是這些電子的輻射頻率。正電荷電子二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型2.α粒子散射實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)裝置：二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型2.α粒子散射實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，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)，但有少數(shù)α粒子（約占1/8000）發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，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）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：思考與討論：（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)。因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量只有α粒子的

，它對α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。J.J.湯姆孫的模型無法解釋大角度散射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型3.盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型

原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運(yùn)動。原子核的電荷與尺度03三、原子核的電荷與尺度

對于一般的原子核，實(shí)驗(yàn)確定的核半徑的數(shù)量級為10-15m，而整個(gè)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。課堂練習(xí)041．下列關(guān)于原子模型及其建立過程敘述正確的是（

）A．陰極射線是電子流，J.J.湯姆孫測出了電子的比荷，并精確測定了電子電荷量B．J.J.湯姆孫認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布于球內(nèi)，電子鑲嵌其中；該理論無法解釋α粒子散射現(xiàn)象，后被盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型所取代C．通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算出原子核尺度數(shù)量級為10-10mD．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)指出原子的全部正電荷和全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的區(qū)域——原子核B【答案】B【詳解】A．陰極射線是電子流，J.J.湯姆孫測出了電子的比荷，密立根精確測定了電子電荷量，故A錯(cuò)誤。B．J.J.湯姆孫認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布于整個(gè)球內(nèi);該理論無法解釋α粒子散射現(xiàn)象，后被盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型所取代，故B正確。C．通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算出原子核尺度數(shù)量級為10-15m，故C錯(cuò)誤。D．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)指出原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的區(qū)域——原子核，故D錯(cuò)誤。故選B。2．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強(qiáng)相互作用力C．原子的全部負(fù)電荷和質(zhì)量都集中在原子核里D．原子核的直徑約是10-10mA【答案】A【詳解】AC．原子的質(zhì)量幾乎都集中在原子核，但核外電子（帶負(fù)電）所占空間很大，原子核很小，故A正確，C錯(cuò)誤；B．原子核對核外電子的庫侖力提供電子運(yùn)動的向心力，故B錯(cuò)誤；D．原子核的直徑數(shù)量級約為10-15m，故D錯(cuò)誤。故選A。3．根據(jù)盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)模型解釋α粒子散射實(shí)驗(yàn)，使極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的作用力是（）A．原子核對α粒子的萬有引力

B．原子核對α粒子的庫侖斥力C．核外電子對α粒子的萬有引力

D．核外電子對α粒子的庫侖斥力B【答案】B【詳解】微觀粒子間的萬有引力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于庫侖力；所以使極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的作用力不是原子核對α粒子的萬有引力，也不是核外電子對α粒子的萬有引力；α粒子和電子接近時(shí)，它們之間就有庫侖引力作用，但由于電子的質(zhì)量只有α粒子質(zhì)量的七千三百分之一，α粒子與電子碰撞就像一顆子彈與一個(gè)灰塵碰撞一樣，α粒子的運(yùn)動方向幾乎不改變，所以使極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的作用力是原子核對α粒子的庫侖斥力，當(dāng)α粒子與原子核距離較近時(shí)，之間的庫侖斥力很大，使得α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。故選B。4．1909年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手蓋革、馬斯登一起進(jìn)行了著名的“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”，實(shí)驗(yàn)中大量的α粒子穿過金箔前后的運(yùn)動軌跡如圖所示。盧瑟福通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和研究，于1911年建立了原子的核式結(jié)構(gòu)。下列描述中，正確的是（）A．絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，都發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)B．少數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上沿原來方向前進(jìn)C．該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了湯姆生原子模型的正確性D．通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，估計(jì)出原子核半徑的數(shù)量級為10-15mD【答案】D【詳解】AB．盧瑟?！傲Ｗ由⑸鋵?shí)驗(yàn)”結(jié)果表明，絕大多數(shù)α