寧夏回族自治區(qū)銀川市六盤山高級中學(xué)高中物理人教版選修3-5課件第十八章原子結(jié)構(gòu)第12節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)原子的核式結(jié)構(gòu)（42張）（共41張）

第十八章原子結(jié)構(gòu)第1節(jié)電子的發(fā)現(xiàn)

1.知道陰極射線是由電子組成的，電子是原子的組成部分。知道電子的電荷量和比荷，知道電荷是量子化的。2.體會電子發(fā)現(xiàn)過程中蘊(yùn)含的科學(xué)思想，領(lǐng)會電子的發(fā)現(xiàn)對揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義。3.了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。4.知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)容，知道原子核的數(shù)量級。5.領(lǐng)會盧瑟福提出核式結(jié)構(gòu)模型的實(shí)驗(yàn)和思維過程，培養(yǎng)抽象思維能力和想象力。學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）電子的電荷量e＝

C（2）第一次較為精確測量出電子電荷量的是美國物理學(xué)家________

利用著名的“

”實(shí)驗(yàn)測量出的。（3）密立根通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，電荷是

的，即任何電荷只能是

的整數(shù)倍。（4)電子的質(zhì)量m＝

kg(5)質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值為＝

。1.6×10-19密立根油滴實(shí)驗(yàn)量子化元電荷0.91×10-301836背景知識前言

科學(xué)靠兩條腿走路，一是理論，一是實(shí)驗(yàn)。有時一條腿走在前面，有時另一條腿走在前面。但只有使用兩條腿，才能前進(jìn)。

————密立根

原子的概念，從不可分割發(fā)展到可以再分，人類認(rèn)識經(jīng)歷了兩次飛躍。第一次飛躍是由于電子的發(fā)現(xiàn)，人們意識到原子有其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；第二次飛躍是盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，根據(jù)此實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，建立了核式結(jié)構(gòu)模型。前言一、探索陰極射線

1.

1858年，德國物理學(xué)家普呂克爾較早發(fā)現(xiàn)了玻璃壁上淡淡的熒光。

1876年，德國物理學(xué)家戈德斯坦認(rèn)為管壁上的熒光是由于玻璃受到的陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，并把這種射線命名為陰極射線。相關(guān)知識觀點(diǎn)代表人物內(nèi)容電磁波說赫茲認(rèn)為射線的本質(zhì)是一種電磁波的傳播過程。粒子說湯姆孫認(rèn)為射線的本質(zhì)是一種高速的粒子流。2.對陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識如圖所示，真空玻璃管中K是金屬板制成的陰極，A是金屬環(huán)制成的陽極；連接感應(yīng)線圈近萬伏的高電壓電極間，觀察管內(nèi)玻璃壁上亮度變化。KA根據(jù)帶電粒子在電場、磁場中的運(yùn)動規(guī)律，哪些方法可以判斷運(yùn)動的帶電粒子所帶電荷的正負(fù)號？思考與討論思考與討論二、電子的發(fā)現(xiàn)P2KAByP1P3D1D2+-

金屬板D1D2之間未加電場時射線不偏轉(zhuǎn)，射在屏上的P1點(diǎn)，按圖示方向加電場E之后，射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并射到屏上的P2點(diǎn)，由此推斷陰極射線帶有什么性質(zhì)的電荷？帶負(fù)電

1.為使陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在平行極板區(qū)域應(yīng)采取什么措施？P2KAByP1P3D1D2

在平行板區(qū)域加一磁場且磁場方向必須垂直紙面向外，當(dāng)滿足條件時，則陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則：

思考與討論1：

2.若撤去磁場帶電粒子由P1點(diǎn)偏離到P2，P2到P1豎直距離為y,屏幕到金屬板D1、D2右端的距離為D，你能算出陰極射線的比荷嗎？em屏幕LD

v0y思考與討論2：emy1y2銀幕LD

v0yθ又因?yàn)椋?/p>

且

化簡得：

推理分析：屏幕

v0

LDθ思考與討論3：

利用磁場使帶電的陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，能否根據(jù)磁場的特點(diǎn)和帶電粒子在磁場中的運(yùn)動規(guī)律來計算陰極射線的比荷？螢?zāi)?/p>

v0LDθθP2

陰極射線打在屏上的P2點(diǎn)，只要測出粒子打到屏上的速度方向（與水平方向的夾角θ）由圖可知：推理分析：

湯姆孫發(fā)現(xiàn)：用不同材料的陰極和不同的方法做實(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值是相等的。這說明，這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。

并由實(shí)驗(yàn)測得的陰極射線粒子的比荷是氫離子比荷的近的2000倍。

湯姆孫把新發(fā)現(xiàn)的這種粒子稱之為“電子”。二、電子的發(fā)現(xiàn)有關(guān)陰極射線實(shí)驗(yàn)總結(jié)帶負(fù)電電子流，電荷量與氫離子相同1質(zhì)量是最輕的原子近1/20002陰極射線是由比最小的原子還小的多的帶負(fù)電荷的微粒構(gòu)成的電子electron二、電子的發(fā)現(xiàn)J.J湯姆孫(英國)1857～1940

J.J.湯姆孫在掌握大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，于1899年果斷地做出結(jié)論：①不論是陰極射線、β射線還是光電流,都是電子組成的;②不論是由于強(qiáng)電場的電離、正離子的轟擊、紫外光的照射、金屬受灼熱還是放射性物質(zhì)的自發(fā)輻射,都發(fā)射出同樣的帶電粒子-----電子；③這種帶電粒子比原子小千倍，可見，電子是原子的組成部分，是物質(zhì)的最基本單位。

他于1906年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。

J.J.湯姆遜被譽(yù)為“一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”。從此,人類進(jìn)入微電子科技時代。

電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個基本粒子。對粒子進(jìn)行探索和研究的帷幕從此拉開。

在繼承中發(fā)展，這是科學(xué)研究的正確方法。但是在認(rèn)識發(fā)展的過程中要有敢于創(chuàng)新，敢于突破傳統(tǒng)觀念束縛的勇氣。正如英國科學(xué)家貝爾納所說：“發(fā)現(xiàn)的最大困難，在于擺脫一些傳統(tǒng)的觀念?！?/p>

面對荷質(zhì)比的測定結(jié)果，只有湯姆遜認(rèn)為它可以不是傳統(tǒng)原子、分子微粒，而是一種新的、前人從未見到過的比原子、分子微粒小得多的帶電粒子。要敢于突破傳統(tǒng)觀念

J.J.湯姆遜，1856年12月18日生于英國，1884年任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室教授，這個實(shí)驗(yàn)室在他的領(lǐng)導(dǎo)下，成了全世界引人注目的物理實(shí)驗(yàn)中心，世界各地的科學(xué)家常來這里開展研究工作，其中有八位后來獲得諾貝爾獎，如盧瑟福、威爾遜、巴克拉、G.P.湯姆遜等，如后表所示，這八位獲獎?wù)呤撬苯优囵B(yǎng)過的，卡文迪許實(shí)驗(yàn)室獲得諾貝爾獎的共有25人次。偉大的成就三、電荷的量子化閱讀與思考：電子的電荷量是由誰測量出的？電子電量的發(fā)現(xiàn)說明了什么？相關(guān)知識1、電子電荷的精確測定由美國物理學(xué)家密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測出來的。電子電荷的現(xiàn)代值e=1.60217733（49）×10-19C。2、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。確定電子的質(zhì)量為me＝9.109×10-31kg。3.質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值為1.電子的發(fā)現(xiàn)，打破了原子不可分的經(jīng)典的物質(zhì)觀。原子不是構(gòu)成物質(zhì)的最小單元，它具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2.電子的發(fā)現(xiàn)證實(shí)電子是原子組成的一部分，但它的質(zhì)量比氫原子都要小三個量級。3.原子含有帶負(fù)電的電子，但原子整體呈現(xiàn)的電中性故推斷原子中還有帶正電的部分，這就為進(jìn)一步探索原子結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)設(shè)了條件。四、電子的發(fā)現(xiàn)對人類認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)的重要性第十八章原子結(jié)構(gòu)第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型

1.知道α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。2．知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容，理解模型提出的主要思想。3．知道原子核的核電荷數(shù)的意義及原子核的尺度。4．了解原子的核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典理論的矛盾。學(xué)習(xí)目標(biāo)電子正電荷

1904年，湯姆孫提出了“棗糕模型”。假想正電荷構(gòu)成一個__________的球體，電子“浸浮”其中，并分布在一些特定的_______或______上。密度均勻同心圓球殼一、湯姆生的原子模型高速α粒子熒光屏二、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)行了著名的“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”。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.按照湯姆孫棗糕原子模型，正電荷均勻分布在整個原子球體內(nèi)部，請分析：α粒子穿過金箔時受到電荷的作用力后，沿哪些方向前進(jìn)的可能性較大？最不可能沿什么方向前進(jìn)？試猜想并畫出α粒子穿過湯姆孫棗糕模型的圖景。思考與討論：能發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)嗎？盧瑟福對α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象圖景的猜想

盧瑟福根據(jù)導(dǎo)師湯姆生模型計算的結(jié)果：電子質(zhì)量很小，對α

粒子的運(yùn)動方向不會發(fā)生明顯影響；由于正電荷均勻分布，α粒子所受庫侖力也很小，故α粒子偏轉(zhuǎn)角度不會很大。1、絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)；2、但少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至偏轉(zhuǎn)角超過了90°；3、個別α粒子的偏轉(zhuǎn)角甚至接近180°。盧瑟福對上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果感到十分驚奇，他說：“這是我一生中從未有的最難以置信的事，它好比你對一張紙發(fā)射炮彈，結(jié)果被發(fā)彈回來而打到自己身上......”α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象（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？（2）按照棗糕模型，粒子在原子附近或穿越原子內(nèi)部后有沒有可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)？（3）你認(rèn)為原子中的正電荷應(yīng)如何分布，才有可能造成ɑ粒子的大角度偏轉(zhuǎn)？為什么？討論與交流：湯姆遜棗糕原子模型能否解釋上述現(xiàn)象？絕大多數(shù)粒子不偏移→原子內(nèi)部絕大部分是“空”的。少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)→原子內(nèi)部有“核”存在，且電量集中。極少數(shù)粒子被彈回→作用力很大，“核”質(zhì)量很大；分析與猜想在原子的中心有一個很小的核，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；帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)．三、盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型原子核式結(jié)構(gòu)模型對α粒子散射圖景的解釋電子對α粒子運(yùn)動的影響很小，影響α粒子運(yùn)動的主要是帶正電的原子核。而絕大多數(shù)的α粒子穿過原子時離核較遠(yuǎn)，受到的庫侖斥力很小，運(yùn)動方向幾乎沒有改變，只有極少數(shù)α粒子可能與核十分接近，受到較大的庫侖斥力，才會發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)。

根據(jù)盧瑟福的原子核式模型和α粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以推算出各種元素原子核的電荷數(shù)，還可以估計出原子核的大小。（1）原子的半徑約為10-10m、原子核半徑約是10-15m，原子核的體積只占原子的體積的萬億分之一。（2）原子核所帶正電荷數(shù)與核外電子數(shù)以及該元素在周期表內(nèi)的原子序數(shù)相等。即：核電荷數(shù)＝核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝原子序數(shù)（3）電子繞核旋轉(zhuǎn)所需向心力就是核對它的庫侖力。四、原子核的電荷與尺度大小

原子半徑大小約為10-10米，而原子核的半徑大小約為10-15米，是原子半徑的十萬分之一左右，猶如一只小螞蟻與世界上最大的金字塔相比，微不足道。盧瑟福原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立過程湯姆生發(fā)現(xiàn)電子湯姆生原子模型“西瓜”模型盧瑟福原子核式模型α粒子散射實(shí)驗(yàn)行星式電子的發(fā)現(xiàn)五、課堂小結(jié)1.你從原子模型的提出與演進(jìn)過程中得到什么啟示？2.在科學(xué)家探索原子結(jié)構(gòu)奧秘的過程中，哪些事例最使你感動和欽佩？為什么？3.在研究α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家都運(yùn)用了哪些科學(xué)研究方法？回顧科學(xué)進(jìn)程，感悟科學(xué)精神

1、在用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，盧瑟福觀察到的α粒子的運(yùn)動情況是()A、全部α粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)

B、絕大多數(shù)α粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回

C、少數(shù)α粒子穿過金屬箔后仍按原來的方向前進(jìn)，絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回

D、全部α粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)B鞏固練習(xí)2、盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有(

)A．原子的中心有個核，叫原子核B．原子的正電荷均勻分布在整個原子中C．原子的全部正電荷與幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里D．帶負(fù)電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn)ACD鞏固練習(xí)3、當(dāng)α粒子被重核散射時，如圖所示的運(yùn)動軌跡哪些是不可能存在的？（）BC鞏固練習(xí)4、盧瑟福對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋是(

)A．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力主要是原子中電子對α粒子的作用力B．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力C．