高中 物理 必修第三冊(cè) 第四章 原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性《第3節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型》課件

物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第3節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道陰極射線的概念，了解電子的發(fā)現(xiàn)過程，知道電子是原子的組成部分。2．知道電子的電荷量及其他電荷與電子電荷量的關(guān)系。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)模型的主要內(nèi)容。知識(shí)點(diǎn)1電子的發(fā)現(xiàn)1．陰極射線科學(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______時(shí)，陰極就發(fā)出一種射線。它能使對(duì)著陰極的玻璃管壁發(fā)出______，這種射線稱為____________。稀薄熒光陰極射線2．湯姆孫的探究方法及結(jié)論(1)根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況斷定，它的本質(zhì)是帶______的粒子流，并求出了這種粒子的______。(2)換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值都______，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。陰極射線粒子的比荷是氫離子比荷的近兩千倍。(3)結(jié)論：陰極射線粒子帶負(fù)電，其電荷量的大小與氫離子大致相同，而質(zhì)量比氫離子小得多，后來組成陰極射線的粒子被稱為______。負(fù)電比荷相同電子電子密立根1.602×10－19Ce的整數(shù)倍[判一判]1．(1)陰極射線實(shí)際上是高速運(yùn)動(dòng)的電子流。(

)(2)電子的電荷量是湯姆孫首先精確測定的。(

)√×知識(shí)點(diǎn)2原子的核式結(jié)構(gòu)模型1．湯姆孫原子模型湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌其中。有人形象地把他的這個(gè)模型稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”。2．α粒子散射實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)裝置：α粒子源、______、顯微鏡和_________。(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：①絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后____________的方向前進(jìn)。②少數(shù)α粒子發(fā)生了_________的偏轉(zhuǎn)。③極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角甚至___________，也就是說，它們幾乎被“撞了回來”。金箔熒光屏仍沿原來大角度大于90°(3)實(shí)驗(yàn)意義：盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，否定了湯姆孫的原子模型，建立了____________模型。3．核式結(jié)構(gòu)模型1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個(gè)很小的核，叫_________。它集中了原子全部的_______和幾乎全部的______，______在核外空間運(yùn)動(dòng)。核式結(jié)構(gòu)原子核正電荷質(zhì)量電子[判一判]2．(1)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中大多數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈。(

)(2)盧瑟福否定了湯姆孫模型，建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型。(

)×√知識(shí)點(diǎn)3原子核的電荷與尺度1．原子核由_______________組成，原子核的電荷數(shù)等于核中的______數(shù)。2．原子半徑數(shù)量級(jí)__________，原子核半徑數(shù)量級(jí)__________。質(zhì)子和中子質(zhì)子10－10m10－15m[判一判]3．(1)原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核上。(

)(2)原子中所有正電荷都集中在原子核內(nèi)。(

)√√1．(陰極射線)英國物理學(xué)家湯姆孫通過對(duì)陰極射線的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)(

)A．陰極射線在電場中偏向正極板一側(cè)B．陰極射線在磁場中受力情況跟正電荷受力情況相同C．不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷不同D．湯姆孫直接測到了陰極射線粒子的電荷量√解析：陰極射線在電場中偏向正極板一側(cè),因此陰極射線應(yīng)該帶負(fù)電荷，A正確；陰極射線在磁場中受力情況跟負(fù)電荷受力情況相同，B錯(cuò)誤；不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷相同，C錯(cuò)誤；湯姆孫并沒有直接測到陰極射線粒子的電荷量，D錯(cuò)誤。2．(α粒子的散射)(2021·吉林江城中學(xué)高二期中)盧瑟福在進(jìn)行α粒子散射實(shí)驗(yàn)時(shí)，用α粒子轟擊金箔后，發(fā)現(xiàn)α粒子(

)A．全部穿過或發(fā)生很小偏轉(zhuǎn)B．絕大多數(shù)穿過，只有少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，有的甚至被彈回C．絕大多數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回，只有少數(shù)穿過D．全部發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)解析：α粒子散射實(shí)驗(yàn)時(shí)的現(xiàn)象主要有，絕大多數(shù)穿過原子，運(yùn)動(dòng)方向沒有改變，只有少數(shù)發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn),極個(gè)別甚至被彈回，B正確?！?．(對(duì)原子核結(jié)構(gòu)的理解)(多選)盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說包含的內(nèi)容有(

)A．原子中心有一個(gè)很小的核B．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里C．原子的正電荷均勻分布在它的全部體積上D．帶負(fù)電的電子在核外空間繞原子核旋轉(zhuǎn)√√√解析：盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)模型是：原子中心有一個(gè)很小的原子核，它集中了原子的幾乎全部質(zhì)量和所有的正電荷，電子在核外繞原子核旋轉(zhuǎn)。4．(原子的核式結(jié)構(gòu))(2021·長春市榆樹中學(xué)高二期中)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，下列說法正確的是(

)A．原子中的原子核很小，核外很“空曠”B．原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－10mC．原子的全部電荷都集中在原子核里D．原子的全部質(zhì)量都集中在原子核里√解析：原子中的原子核很小，核外很“空曠”，A正確；原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－15m，原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10m，B錯(cuò)誤；原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核，核外電子帶負(fù)電且具有一定質(zhì)量，C、D錯(cuò)誤。探究一電子的發(fā)現(xiàn)及比荷的測定【問題導(dǎo)引】湯姆孫的氣體放電管如圖所示。(1)在金屬板D1、D2之間加上如圖所示的電場時(shí),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？(2)在金屬板D1、D2之間單獨(dú)加哪個(gè)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(fù)電。(2)由左手定則可得,在金屬板D1、D2之間單獨(dú)加垂直于紙面向外的磁場,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)方法一：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(diǎn)位置的變化和電場的情況確定帶電的性質(zhì)。(2)方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場，根據(jù)亮點(diǎn)位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)。3．密立根油滴實(shí)驗(yàn)(1)裝置密立根實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示。①兩塊水平放置的平行金屬板A、B與電源相接，使上板帶正電，下板帶負(fù)電。油滴從噴霧器噴出后，經(jīng)上面金屬板中間的小孔，落到兩板之間的勻強(qiáng)電場中。②大多數(shù)油滴在經(jīng)過噴霧器噴嘴時(shí)，因摩擦而帶負(fù)電，油滴在電場力、重力和空氣阻力的作用下下降。觀察者可在強(qiáng)光照射下，借助顯微鏡進(jìn)行觀察。(2)方法①兩板間的電勢差、兩板間的距離都可以直接測得，從而確定極板間的電場強(qiáng)度E。但是由于油滴太小，其質(zhì)量很難直接測出。密立根通過測量油滴在空氣中下落的終極速度來測量油滴的質(zhì)量。沒加電場時(shí)，由于空氣的黏性，空氣給油滴的摩擦力很快就等于油滴所受的重力大小而使油滴勻速下落，可測得速度v1。②再加一足夠強(qiáng)的電場，使油滴做豎直向上的運(yùn)動(dòng)，在油滴以速度v2勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，油滴所受的靜電力與重力、阻力平衡。根據(jù)空氣阻力遵循的規(guī)律，即可求得油滴所帶的電荷量。(3)結(jié)論帶電油滴的電荷量都等于某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍，從而證實(shí)了電荷是量子化的，并求得了其最小值即電子所帶的電荷量e?！纠?】

1897年，物理學(xué)家湯姆孫正式測定了電子的比荷，打破了原子是不可再分的最小單位的觀點(diǎn)。因此，湯姆孫的實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)發(fā)展史上最著名的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一。在實(shí)驗(yàn)中湯姆孫采用了如圖所示的陰極射線管，從電子槍C出來的電子經(jīng)過A、B間的電場加速后，水平射入長度為L的D、E平行板間，接著在熒光屏中心F點(diǎn)出現(xiàn)熒光斑。若在D、E間加上方向向下，場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場，電子將向上偏轉(zhuǎn)；如果再利用通電線圈在D、E電場區(qū)加上一垂直于紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出)，熒光斑恰好回到熒光屏中心,接著再去掉電場，電子向下偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角為θ，試解決下列問題。(1)說明圖中磁場沿什么方向。(2)根據(jù)L、E、B和θ，求出電子的比荷。[解析]

(1)由題意及左手定則可知磁場方向垂直于紙面向里。[針對(duì)訓(xùn)練1]如圖所示的是湯姆孫做陰極射線實(shí)驗(yàn)時(shí)用到的氣體放電管,在K、A之間加高電壓，便有陰極射線射出；C、D間不加電圧時(shí)，光屏上O點(diǎn)出現(xiàn)亮點(diǎn)，當(dāng)C、D之間加如圖所示的電壓時(shí)，光屏上P

點(diǎn)出現(xiàn)亮點(diǎn)。

(1)要使K、A之間有陰極射線射出，則

K應(yīng)接高壓電源____________(選填“正極”或“負(fù)極”)；要使光屏上P

處的亮點(diǎn)再回到O點(diǎn)，可以在C、D間加垂直于紙面____________(選填“向里”或“向外”)的勻強(qiáng)磁場。

(2)湯姆孫換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同陰極發(fā)出的射線的比荷是____________(選填“相同”或“不同”)的。解析：(1)要使K、A之間有陰極射線射出，則K應(yīng)接高壓電源負(fù)極；要使光屏上P

處的亮點(diǎn)再回到O點(diǎn)，則陰極射線受到的洛倫茲力向上，根據(jù)左手定則可知，可以在C、D間加垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場。(2)湯姆孫換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同陰極發(fā)出的射線的比荷是相同的。答案：(1)負(fù)極向外(2)相同探究二α粒子散射實(shí)驗(yàn)1．實(shí)驗(yàn)背景：α粒子散射實(shí)驗(yàn)是盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生做的一個(gè)著名的物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是想驗(yàn)證湯姆孫原子模型的正確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據(jù)。在此基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型。2．實(shí)驗(yàn)裝置(1)放射源：放出α粒子(He)。(2)金箔：靶子。(3)顯微鏡、熒光屏(可轉(zhuǎn)動(dòng))：觀察工具。3．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(1)受力情況①少數(shù)α粒子靠近原子核時(shí)，受到的庫侖斥力大；②大多數(shù)α粒子離原子核較遠(yuǎn)，受到的庫侖斥力較小。(2)偏轉(zhuǎn)情況①絕大多數(shù)α粒子運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)明顯變化(因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量相對(duì)于α粒子很小)；②少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回；③如果α粒子幾乎正對(duì)著原子核射出，偏轉(zhuǎn)角就幾乎達(dá)到180°，這種機(jī)會(huì)極少。4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核內(nèi)，原子中絕大部分是空的?！纠?】

(2021·陜西咸陽市高二期中)如圖所示，這是20世紀(jì)初偉大的物理學(xué)家盧瑟福在研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)的實(shí)驗(yàn)裝置，請(qǐng)根據(jù)物理學(xué)史的知識(shí)完成相關(guān)題目：(1)盧瑟福用這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)現(xiàn)了原子的____________結(jié)構(gòu)模型；(2)圖中的放射源發(fā)出的是____________粒子；(3)圖中的金箔是____________(選填“單”或“多”)層分子膜；(4)如圖所示的A、B、C、D四個(gè)位置的顯微鏡中，閃光頻率最高的是____________位置的顯微鏡。[解析]

(1)盧瑟福用這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)現(xiàn)了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。(2)題圖中的放射源發(fā)出的是α粒子。(3)題圖中的金箔是單層分子膜。(4)如題圖所示的A、B、C、D四個(gè)位置的顯微鏡中，閃光頻率最高的是A位置的顯微鏡。[答案]

(1)核式(2)α

(3)單(4)A[針對(duì)訓(xùn)練2]在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng)，下列各圖畫出的是其中兩個(gè)α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是(

)√探究三原子的核式結(jié)構(gòu)模型1．原子的兩種模型核式結(jié)構(gòu)棗糕模型原子內(nèi)部是非常空曠的，正電荷集中在一個(gè)很小的核里原子是充滿了正電荷的球體電子繞核高速旋轉(zhuǎn)電子均勻嵌在原子球體內(nèi)2.原子內(nèi)的電荷關(guān)系：原子核的電荷數(shù)與核外的電子數(shù)相等，非常接近它們的原子序數(shù)。3．原子核的組成：原子核由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核的質(zhì)子數(shù)。4．原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10m，原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－15m