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原子的核式結(jié)構(gòu)模型人教版（2019）物理（選擇性必修第三冊）第四章

原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性目錄素養(yǎng)目標(biāo)01課程導(dǎo)入02新課講解03總結(jié)歸納04課堂練習(xí)05正確教育素養(yǎng)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(yùn)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

科學(xué)家在研究稀薄氣體放電時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時，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，這種射線的本質(zhì)是什么呢？

早在1858年，德國物理學(xué)家普呂克爾就發(fā)現(xiàn)了氣體導(dǎo)電時的輝光放電現(xiàn)象。

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，并把這種未知射線稱之為陰極射線。正確教育電子的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)一種觀點認(rèn)為陰極射線像X射線一樣是電磁輻射另一種觀點認(rèn)為陰極射線是帶電微粒19世紀(jì)，對陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識有兩種觀點

赫茲湯姆孫思考與討論：如果是你，你將設(shè)計怎樣的實驗，來探究陰極射線的本質(zhì)是電磁波還是帶電粒子流？讓陰極射線沿垂直場的方向通過電場或磁場，觀察它是否偏轉(zhuǎn)陰極射線的本質(zhì)是帶電粒子流陰極射線的本質(zhì)是電磁波發(fā)生了偏轉(zhuǎn)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)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。真空玻璃管陰極陽極感應(yīng)圈

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？怎么判斷的？

帶負(fù)電，因為場強(qiáng)E的方向豎直向上，而射線向下偏，說明電場力F的方向豎直向下，所以射線帶負(fù)電。

再加磁場抵消陰極射線的偏轉(zhuǎn)，使它從P2點回到P1，需要在兩塊金屬板之間的區(qū)域再施加一個大小、方向合適的磁場。這個磁場的方向是？根據(jù)什么判斷？垂直于黑板面向外，用左手定則判斷。

設(shè)粒子質(zhì)量為m，帶電荷為e，受到磁場力和電場力的作用，如果不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則受力平衡：電場力：磁場力：

................

去掉D1、D2間的電場E，只保留磁場B，陰極射線在有磁場的區(qū)域?qū)纬梢粋€半徑為r的圓弧（r可以通過P3的位置算出）。

r

陰極射線是帶負(fù)電的粒子流還可求出這種粒子的比荷思考：湯姆孫還發(fā)現(xiàn)用不同材料的陰極做實驗荷質(zhì)比數(shù)值都相同。這說明什么？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。J.J湯姆孫(英國)1857～1940湯姆孫為了確定電荷量和質(zhì)量進(jìn)一步的實驗得到：粒子的電荷量與氫離子的大致相同，質(zhì)量很小，是最輕的原子近1/2000。這種組成陰極射線的帶電粒子被稱為電子。電子的電荷量是由誰測量出的？為什么說電荷是量子化的？密立根(美國)1868～1953密立根油滴實驗密立根的實驗表明，電荷具有量子化的特征。即任何帶電體的電量只能是e的整數(shù)倍。電子的質(zhì)量m＝9.1093897×10-31kge＝1.602176634×10-19C正確教育原子的核式結(jié)構(gòu)模型原子的核式結(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。棗糕模型2.

α粒子散射實驗α粒子放射源金箔帶有熒光屏的顯微鏡

2.

α粒子散射實驗α粒子放射源金箔帶有熒光屏的顯微鏡熒光屏

(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。“棗糕模型”能否解釋粒子在穿越原子內(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。盧瑟福——原子的核式結(jié)構(gòu)模型3.帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動1.在原子的中心有一個體積很小、帶正電荷的核，叫做原子核2.原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里原子核式結(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)部非常“空曠”，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(yùn)動方向幾乎不改變。只有極少數(shù)的α粒子有機(jī)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)。1.（多選）當(dāng)α粒子被原子核散射時，如圖所示的運(yùn)動軌跡中不可能存在的是(

)A.a

B.b

C.c

D.d經(jīng)典例題BC解題思路：因為α粒子要受到原子核的庫侖斥力作用,根據(jù)曲線運(yùn)動的條件很容易得出b、c是不可能的,故選BC。正確教育原子核的電荷與尺度由不同元素對α粒子散射的實驗數(shù)據(jù)可以確定不同元素原子核的電荷量Q。又由于原子是電中性的，可以推算出原子內(nèi)含有的電子數(shù)。帶電荷＋Ze的核核外電子（Z個）原子的組成原子序數(shù)Z=核電荷電子電荷質(zhì)子中子原子內(nèi)部是十分“空曠”的核半徑的數(shù)量級為10-15m原子半徑的數(shù)量級是10-10m

原子核的半徑是很難測量的，一般通過其他粒子與核的相互作用來確定。α粒子散射可以用來估算核半徑。對于一般的原子核，實驗確定的核半徑的數(shù)量級為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。2.α粒子散射實驗又稱金箔實驗、Geiger-Marsden實驗或盧瑟福粒子散射實驗，實驗裝置如圖所示。通過該實驗，我們可以知道()A.該實驗證實了湯姆孫的“西瓜模型”是正確的B.大多數(shù)粒子穿過金箔后，其運(yùn)動方向受到較大的影響C.原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌在其中D.占原子質(zhì)量絕大部分的帶正電的那部分物質(zhì)集中在很小的空間范圍內(nèi)經(jīng)典例題D答案：D解析：ACD、正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌其中是湯姆孫的認(rèn)為，盧瑟福設(shè)計了α粒子散射證明帶正電的那部分物質(zhì)占原子質(zhì)量的絕大部分集中在很小的空間范圍，從而證明湯姆孫的“西瓜模型”是錯誤的，故AC錯誤，D正確；B、當(dāng)α粒子穿過原子時，電子對α粒子影響很小，影響α粒子運(yùn)動的主要是原子核，離核遠(yuǎn)則α粒子受到的庫侖斥力很小，運(yùn)動方向改變小。只有當(dāng)α粒子與核十分接近時，才會受到很大庫侖斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的機(jī)會就很少，所以只有極少數(shù)大角度的偏轉(zhuǎn)，而絕大多數(shù)基本按直線方向前進(jìn)，故B錯誤；故選：D。原子的核式結(jié)構(gòu)模型電子的發(fā)現(xiàn)原子的核式結(jié)構(gòu)模型原子核的電荷與尺度電子的電荷量電子的比荷盧瑟福α粒子散射實驗由質(zhì)子和中子組成原子核半徑數(shù)量級10-15m原子半徑的數(shù)量級為10-10m原子的核式結(jié)構(gòu)模型盧瑟福的α粒子散射實驗裝置如圖所示，開有小孔的鉛盒里面包裹著少量的放射性元素釙。鉛能夠很好地吸收α粒子，使得α粒子只能從小孔射出，形成一束很細(xì)的射線射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點。下列說法正確的是()A.α粒子碰撞到了電子會反向彈回B.極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)C.該實驗為湯姆孫的“棗糕模型”奠定了基礎(chǔ)D.該實驗說明原子具有核式結(jié)構(gòu)，負(fù)電荷集中在原子中心B答案：B解析：A.α粒子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，α粒子碰撞到了電子不會改變運(yùn)動方向，A錯誤；B.極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，B正確；C.該實驗為核式結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)，C錯誤；D.該實驗說明原子具有核式結(jié)構(gòu)，正電荷集中在原子中心，D錯誤。故選B。在盧瑟福的α粒子散射實驗中，某一α粒子經(jīng)過某一原子核附近時的軌跡如圖中實線所示，圖中P、Q為軌跡上的點，虛線是過P、Q兩點并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為五個區(qū)域，不考慮其他原子核對該α粒子的作用，下列說法正確的是()A.α粒子受到引力B.該原子核的位置可能在①區(qū)域C.根據(jù)α粒子散射實驗可以估算原子核大小D.α粒子在間的運(yùn)動為勻速圓周運(yùn)動C答案：C解析：盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，正電荷全部集中在原子核內(nèi)，α粒子帶正電，同種電荷相互排斥，結(jié)合受力的特點與軌跡的特點可知原子核可能在③區(qū)域，故AB錯誤；根據(jù)α粒子散射實驗可以估算原子核大小，故C正確；粒子受到的庫侖力大小隨α粒子與金原子核之間距離的變化而變化，力的大小是變化的，所以α粒子不可能做勻速圓周運(yùn)動，故D錯誤。關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn)，下列敘述正確的是()A.湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，從而揭示了原子核是可以再分的B.電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子是由電子和原子核組成的C.電子質(zhì)量與電荷量的比值稱為電子的比荷D.電子電荷量的精確測定最早是由密立根通過著名的“油滴實驗”實現(xiàn)的D答案：D解析：湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，從而揭示了原子是可以再分的，A錯誤；原子的核式結(jié)構(gòu)是盧瑟福通過α粒子的散射實驗才提出的，B錯誤；電子的電荷量與質(zhì)量的比值稱為電子的比荷，C錯誤；電子電荷量的精確測定最早是由密立根通過