2019-2020學年高中物理 第十八章 原子結構 1、2 電子的發(fā)現(xiàn) 原子的核式結構模型課件 新人教版選修3-5.ppt

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1 2電子的發(fā)現(xiàn)原子的核式結構模型 一 陰極射線1 實驗裝置 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 把它們分別連在感應圈的負極和正極上 2 實驗現(xiàn)象 玻璃壁上出現(xiàn)淡淡的熒光及管中物體在玻璃壁上的影 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 這種射線被命名為陰極射線 二 電子的發(fā)現(xiàn)1 湯姆孫的探究 1 讓陰極射線分別通過電場和磁場 根據(jù)偏轉情況 證明它是B A 帶正電B 帶負電 的粒子流并求出了它的比荷 2 換用不同材料的陰極做實驗 所得比荷的數(shù)值都相同 證明這種粒子是構成各種物質的共有成分 3 進一步研究新現(xiàn)象 不論是由于正離子的轟擊 紫外光的照射 金屬受熱還是放射性物質的自發(fā)輻射 都能發(fā)射同樣的帶電粒子 電子 由此可見 電子是原子的組成部分 是比原子更基本的物質單元 2 密立根 油滴實驗 1 精確測定電子電荷 2 電荷是量子化的 3 電子的有關常量 三 湯姆孫的原子模型湯姆孫于1898年提出了原子模型 他認為原子是一個球體 正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi) 電子鑲嵌在球中 湯姆孫的原子模型 小圓點代表正電荷 大圓點代表電子 湯姆孫的原子模型被稱為西瓜模型或棗糕模型 該模型能解釋一些實驗現(xiàn)象 但后來被 粒子散射實驗否定了 四 粒子散射實驗1 粒子 粒子是從放射性物質中發(fā)射出來的快速運動的粒子 含有兩個單位的正電荷 質量為氫原子質量的4倍 2 實驗方法用 粒子源發(fā)射的 粒子束轟擊金箔 用帶有熒光屏的放大鏡 在水平面內(nèi)不同方向對散射的 粒子進行觀察 根據(jù)散射到各方向的 粒子所占的比例 可以推知原子中正 負電荷的分布情況 3 實驗裝置 4 實驗現(xiàn)象 1 絕大多數(shù)的 粒子穿過金箔后 基本上仍沿原來的方向前進 2 少數(shù) 粒子發(fā)生了大角度偏轉 偏轉的角度甚至大于90 它們幾乎被 撞了回來 5 實驗意義 盧瑟福通過 粒子散射實驗 否定了湯姆孫的原子模型 建立了核式結構模型 五 盧瑟福的核式結構模型1 核式結構模型 1911年由盧瑟福提出 原子中帶正電的部分體積很小 但幾乎占有全部質量 電子在正電體的外面運動 2 原子核的電荷與尺度 自我檢測1 思考辨析 1 陰極射線是由陰極發(fā)出的粒子撞擊到玻璃管壁上而產(chǎn)生的熒光 解析 陰極射線是由陰極直接發(fā)出的 答案 2 在 粒子散射實驗裝置中 粒子源到熒光屏這段路程應處于真空中 解析 實驗如果真空度不高也會對實驗結果造成極大影響 答案 3 粒子散射實驗是由盧瑟福在十九世紀獨立完成的 解析 粒子散射實驗是盧瑟福跟他的學生蓋革和馬斯頓于1909年進行的 答案 4 英國物理學家湯姆孫認為陰極射線是帶電粒子流 后來被稱為電子 答案 5 電子是原子的組成部分 電子電荷量可以取任意數(shù)值 解析 電荷是量子化的 任何帶電體的帶電量都只能是e的整數(shù)倍 電子電荷的數(shù)值為e 1 602 10 31C 答案 2 探究討論 1 人們對陰極射線的本質的認識有兩種觀點 一種觀點認為是電磁輻射 另一種觀點認為是帶電微粒 你認為應如何判斷哪種觀點正確 答案 可以讓陰極射線通過電場或磁場 若射線垂直于磁場方向通過磁場后發(fā)生了偏轉 則該射線是由帶電微粒組成的 2 有人認為 粒子發(fā)生散射的主要原因是 粒子撞擊到了金箔原子上 好像兩個玻璃球的碰撞一樣發(fā)生的反彈 這種觀點正確嗎 答案 粒子發(fā)生散射的主要原因是受到原子核庫侖斥力的作用 在微觀領域庫侖斥力非常強大 二者無法碰在一起 探究一 探究二 原子結構問題探究1 1808年 英國化學家道爾頓根據(jù)化學實驗的結果 發(fā)表了 原子論 說明物體是由原子組成的 同時他又斷定 原子就像一個實心球 是不能分割的 他的這種觀點現(xiàn)在看來正確嗎 要點提示 不正確 原子是可以再分的 它是由原子核和核外電子組成的 而原子核又是由質子和中子組成的 探究一 探究二 2 在如圖所示的演示實驗中 K和A之間加上近萬伏的高電壓后 玻璃管壁上觀察到什么現(xiàn)象 該現(xiàn)象說明了什么問題 要點提示 玻璃管壁上觀察到淡淡的熒光及管中物體在玻璃管壁上的影 這說明陰極能夠發(fā)出某種射線 并且撞擊玻璃引起熒光 探究一 探究二 知識歸納對陰極射線管裝置及其射線的理解1 裝置現(xiàn)象真空玻璃管兩極加上高電壓 玻璃管壁上發(fā)出熒光2 德國物理學家戈德斯坦將陰極發(fā)出的射線命名為陰極射線 3 猜想 1 陰極射線是一種電磁輻射 2 陰極射線是帶電微粒 4 英國物理學家湯姆孫讓陰極射線在電場和磁場中偏轉 得知射線帶負電并測出了其比荷 5 密立根通過 油滴實驗 精確測定了電子的電荷量和電子的質量 探究一 探究二 6 電子發(fā)現(xiàn)的意義電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個比原子小的粒子 電子的發(fā)現(xiàn)打破了原子不可再分的傳統(tǒng)觀念 使人們認識到原子不是組成物質的最小微粒 原子本身也有內(nèi)部結構 這是人類對物質結構認識的一次飛躍 開創(chuàng)了探索原子結構奧秘的新時代 湯姆孫也由于發(fā)現(xiàn)了電子 不僅榮獲了1906年諾貝爾物理學獎 而且被后人譽為 最先打開通向基本粒子物理學大門的偉人 陰極射線的本質是帶電的粒子流 即電子流 探究一 探究二 典例剖析 例題1 陰極射線從陰極射線管中的陰極發(fā)出 在其間的高電壓下加速飛向陽極 如圖所示 若要使射線向上偏轉 所加磁場的方向應為 A 平行于紙面向左B 平行于紙面向上C 垂直于紙面向外D 垂直于紙面向里 思考問題 射線在磁場內(nèi)偏轉是受什么力 提示 受洛倫茲力作用 解析 由于陰極射線的本質是電子流 陰極射線方向向右 說明電子的運動方向向右 相當于存在向左的電流 利用左手定則 為使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上 磁場方向應為垂直于紙面向外 故選項C正確 答案 C 探究一 探究二 規(guī)律總結探究陰極射線帶電性質的方法 1 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的變化和電場的情況確定帶電的性質 若沿著電場線方向偏轉 則粒子帶正電 若逆著電場線方向偏轉 則粒子帶負電 2 使陰極射線垂直進入磁場 根據(jù)亮點位置的變化和左手定則確定帶電的性質 如果粒子按圖示方向進入磁場 且做順時針的圓周運動 則粒子帶正電 若做逆時針的圓周運動 則粒子帶負電 探究一 探究二 變式訓練1 多選 如圖所示 一只陰極射線管 左側不斷有電子射出 若在管的正下方放一通電直導線AB時 發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏轉 則 A 導線中的電流由A流向BB 導線中的電流由B流向AC 若要使電子束的徑跡往上偏轉 可以通過改變AB中的電流方向來實現(xiàn)D 電子束的徑跡與AB中的電流方向無關解析 陰極射線是高速電子流 由左手定則判斷可知 磁場垂直紙面向里 由安培定則可知 導線AB中的電流由B流向A 且改變AB中的電流方向時可以使電子束的軌跡往上偏 故選項B C正確 答案 BC 探究一 探究二 粒子散射實驗和核式結構模型問題探究1 湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子之后 人們立刻進行建立各種原子模型的嘗試 你都知道有哪些典型的模型呢 要點提示 湯姆孫的 棗糕模型 盧瑟福的核式結構模型 2 在探究原子內(nèi)部結構的過程中 盧瑟福說 我知道了 原子到底是什么樣的 可以將它想象成一個小的太陽系 你是怎么樣理解這段話的 要點提示 在原子的中心 有一個很小的核 叫做原子核 原子的全部正電荷幾乎全部質量都集中在原子核里 帶負電的電子在核外空間運動 這就像行星繞太陽運轉一樣 原子內(nèi)部就是一個小型的太陽系 知識歸納1 關于 粒子散射實驗的相關問題 1 粒子的實質 粒子是從放射性物質中發(fā)射出來的快速運動的粒子 實質是失去兩個電子的氦原子核 帶有兩個單位的正電荷 質量約為氫原子質量的4倍 電子質量的7300倍 探究一 探究二 2 實驗裝置 粒子源 釙放在帶小孔的鉛盒中 放射出高能 粒子 帶兩個單位的正電荷 質量約為氫原子質量的4倍 金箔 特點是金原子的質量大 且易延展成很薄的箔 放大鏡 能繞金箔在水平面內(nèi)轉動 熒光屏 熒光屏裝在放大鏡上 整個實驗過程在真空中進行 金箔很薄 粒子很容易穿過 探究一 探究二 3 實驗過程 粒子經(jīng)過一條細通道 形成一束射線 打在很薄的金箔上 由于金原子中的帶電粒子對 粒子有庫侖力的作用 一些 粒子會改變原來的運動方向 帶有放大鏡的熒光屏可以沿圖中虛線轉動 以統(tǒng)計向不同方向散射的 粒子的數(shù)目 4 粒子散射實驗的實驗現(xiàn)象 絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后 基本上仍沿原來的方向前進 但有少數(shù) 粒子發(fā)生了大角度偏轉 偏轉的角度甚至大于90 探究一 探究二 2 原子核的電荷與尺度 1 原子內(nèi)的電荷關系 各種元素的原子核的電荷數(shù)與原子內(nèi)含有的電子數(shù)相等 非常接近它們的原子序數(shù) 2 原子核的組成 原子核是由質子和中子組成的 原子核的電荷數(shù)就等于原子核中的質子數(shù) 3 原子核的大小 原子核半徑R的數(shù)量級為10 15m 而整個原子半徑的數(shù)量級是10 10m 因而原子內(nèi)部十分 空曠 原子核半徑R的數(shù)量級為10 15m 而整個原子半徑的數(shù)量級是10 10m 原子核半徑只相當于原子半徑的十萬分之一 如果將原子比作足球場 那么原子核僅相當于一只螞蟻大小 可見原子內(nèi)部十分 空曠 探究一 探究二 典例剖析 例題2 右圖為盧瑟福 粒子散射實驗裝置的示意圖 圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉動 通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察 粒子在各個角度的散射情況 下列說法正確的是 A 在圖中的A B兩位置分別進行觀察 相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B 在圖中的B位置進行觀察 屏上觀察不到任何閃光C 盧瑟福選用不同金屬箔片作為 粒子散射的靶 觀察到的實驗結果基本相似D 粒子發(fā)生散射的主要原因是 粒子撞擊到金箔原子后產(chǎn)生的反彈 探究一 探究二 思考問題 粒子發(fā)生散射的主要原因是什么 提示 粒子發(fā)生散射是因為受到原子核庫侖斥力的作用 距離原子核遠近不同所受斥力大小也不同 解析 粒子散射實驗現(xiàn)象 絕大多數(shù) 粒子沿原方向前進 少數(shù) 粒子有大角度散射 所以A處觀察到的粒子數(shù)多 B處觀察到的粒子數(shù)少 所以選項A B錯誤 粒子發(fā)生散射的主要原因是受到原子核庫侖斥力的作用 所以選項D錯誤 C正確 答案 C 探究一 探究二 變式訓練2在盧瑟福 粒子散射實驗中 只有少數(shù) 粒子發(fā)生了大角度偏轉 其原因是 A 原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小的核里B 正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的C 原子中存在著帶負電的電子D 原子的質量在原子核內(nèi)是均勻分布的解析 原子的核式結構正是建立在 粒子散射實驗結果基礎上的 C D的說法沒有錯 但與題意不符 答案 A 探究一 探究二 1 2 3 4 5 1 多選 湯姆孫對陰極射線的探究 最終發(fā)現(xiàn)了電子 由此被稱為 電子之父 關于電子的說法正確的是 A 任何物質中均有電子B 不同的物質中具有不同的電子C 電子質量是質子質量的1836倍D 電子是一種粒子 是構成物質的基本單元解析 湯姆孫對不同材料的陰極發(fā)出的射線進行研究 發(fā)現(xiàn)它們均為同一種粒子即電子 電子是構成物質的基本單元 它的質量遠小于質子質量 由此可知A D正確 B C錯誤 答案 AD 1 2 3 4 5 2 關于密立根 油滴實驗 下列說法正確的是 A 密立根利用電場力和磁場力平衡的方法 測得了帶電體的最小帶電荷量B 密立根利用電場力和重力平衡的方法 推測出了帶電體的最小帶電荷量C 密立根利用磁偏轉的知識推測出了電子的電荷量D 密立根 油滴實驗 直接驗證了電子的質量不足氫離子質量的千分之一答案 B 1 2 3 4 5 3 盧瑟福和他的助手做 粒子轟擊金箔實驗 獲得了重要發(fā)現(xiàn) 關于 粒子散射實驗的結果 下列說法正確的是 A 說明了質子的存在B 說明了原子核是由質子和中子組成的C 說明了原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小的核里D 說明了正電荷均勻分布解析 粒子散射實驗否定了湯姆孫的棗糕式模型 即否定了正電荷均勻分布 D項錯誤 粒子的大角度散射 說明了原子的全部正電荷和幾乎全部質量集中在中間很小的原子核上 答案 C 1 2 3 4 5 4 多選 關于原子的核式結構模型 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的向心力是原子核對它的庫侖力C 原子的全部電荷和質量都集中在原子核里D 原子核的半徑的數(shù)量級是10 10m解析 因為原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核內(nèi) 而原子核又很小 所以原子內(nèi)絕大部分區(qū)域是 空 的 A正確 C錯誤 電子繞原子核的圓周運動是原子核與電子間的庫侖引力提供向心力 B正確 原子核半徑的數(shù)量級是10 15m 原子半徑的數(shù)量級是10 10m D錯誤 答案 AB 1 2 3 4 5 5 在 粒子散射實驗中 當 粒子最接近金原子核時 下列說法正確的是 A 動能最小B 電勢能最小C 粒子和金原子核組成的系統(tǒng)的能量最小D 加速度最小解析 在 粒子散射實驗中 當 粒子接近金原子核時 金原子核對 粒子的作用力是斥力 對 粒子做負功 電勢能增加 動能減小 當 粒子離金原子核最近時 它們之間的庫侖力最大 粒子的動能最小 由于受到的金原子核外電子的作用相對較小 與金原子核對 粒子的庫侖力相比 可以忽略 因此只有庫侖力做功 所以機械能和電勢能整體上是守恒的 故系統(tǒng)的能量可以認為不變 綜上所述 正確選項應為A 答案 A