新教材同步輔導2023年高中物理第四章原子結構和波粒二象性4.3原子的核式結構模型課件新人教版選擇性必修第三冊

第四章原子結構和波粒二象性學習目標1.

通過閱讀教材和查閱資料,了解電子的發(fā)現過程和研究方法,理解電子發(fā)現的重要意義,逐步掌握研究微觀物理問題的科學方法,培養(yǎng)推理能力和思維能力.2.通過對α粒子散射實驗原理和實驗現象的分析研究,知道盧瑟福的原子核式結構模型,培養(yǎng)邏輯思維能力和抽象思維能力.3.結合化學知識,知道原子核的電荷數的意義及原子核的尺度,體會原子、原子核的相對大小.3

原子的核式結構模型知識點一

電子的發(fā)現1.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,在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象?該現象說明了什么問題?答案: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,這種射線叫作陰極射線.2.J.J.湯姆孫通過對陰極射線的研究,揭示了陰極射線的本質,陰極射線的本質是什么?答案:陰極射線的本質是帶負電的粒子流,即電子流.3.電子的發(fā)現.J.J.湯姆孫讓陰極射線分別通過電場或磁場,根據偏轉情況,證明了它的本質是

的粒子流,并求出了其比荷,組成

的粒子被稱為電子.4.密立根通過著名的“油滴實驗”精確地測出了電子的電荷.電子電荷一般取e=

C,電子質量me=

kg.帶負電陰極射線1.6×10-199.1×10-315.J.J.湯姆孫發(fā)現電子的意義.電子的發(fā)現使人們認識到自然界還有比原子更小的實物粒子,打破了原子

的傳統(tǒng)觀念,使人們認識到原子

組成物質的最小微粒,原子本身也有內部結構,從而打開了通向原子物理學的大門,人們開始研究原子的結構.不可再分不是知識點二原子的核式結構模型1.下圖是J.J.湯姆孫提出的原子結構模型的示意圖,簡述其內容.答案:

J.J.湯姆孫認為,原子是一個球體,正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內,電子鑲嵌其中,這個模型被稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”.2.α粒子散射實驗現象.(1)實驗現象:絕大多數的α粒子穿過金箔后,基本上

.的方向前進;少數α粒子發(fā)生了

的偏轉;極少數α粒子的偏轉角度

,甚至有極個別α粒子被反彈回來.(2)實驗意義:盧瑟福通過α粒子散射實驗,否定了J.J.湯姆孫的原子模型,建立了

模型.(3)原子核式結構模型.1911年,盧瑟福提出原子結構模型,稱為核式結構模型.設想在原子中心有一個很小的核,叫

,它集中了原子全部的

和幾乎全部的

,

在核外空間運動.仍沿原來大角度大于90°核式結構原子核正電荷質量電子知識點三

原子核的電荷與尺度1.原子核的電荷:原子核是由

和

組成的.原子核的電荷數就是核中的

.2.尺度:對于一般的原子核,實驗確定的核半徑的數量級為

m,而整個原子半徑的數量級是

m,二者相差十萬倍之多.可見原子內部是十分“空曠”的.質子中子質子數10-1510-10小試身手判斷下列說法的正誤并和同學交流(正確的打“√”,錯誤的打“×”).1.組成陰極射線的粒子是電子.()2.電子的發(fā)現,說明原子具有一定的結構.()3.α粒子散射實驗中大多數α粒子發(fā)生了大角度偏轉或反彈.()4.α粒子大角度的偏轉是因為電子對其產生了作用力.()5.盧瑟福否定了J.J.湯姆孫的原子模型,建立了原子核式結構模型.()6.原子中所有正電荷都集中在原子核內.()7.電荷數等于質子數,也等于中子數.()√√××√√×探究一電子的發(fā)現問題情境下圖是J.J.湯姆孫在研究陰極射線時的實驗裝置示意圖,A、B之間加以高壓,陰極K可以發(fā)出陰極射線,正對水平放置的金屬板D1、D2之間存在偏轉電場.答案:D1、D2之間的電場方向向上,陰極射線向下偏轉,故陰極射線帶負電荷.1.偏轉電極D1、D2之間不加電壓時,陰極射線沿直線運動打在屏幕的P1處,加上圖中所示的電壓時,陰極射線向下偏轉,陰極射線帶何種電荷?2.為使陰極射線不發(fā)生偏轉,需要在平行極板區(qū)域加一磁感應強度為B的磁場,且磁場方向垂直于紙面向外.若金屬板D1、D2之間的電場強度為E,則陰極射線的速度如何?

3.若使D1、D2之間的電場強度為0,帶電粒子在磁場區(qū)域內做圓周運動的半徑為R,請推導帶電粒子的比荷表達式.4.J.J.湯姆孫用不同材料的陰極做實驗,所得比荷的數值都是相同的,這說明了什么問題?答案:這說明不同物質都能發(fā)射這種帶電粒子,它是構成各種物質的共有成分.過程建構1.J.J.湯姆孫的探究方法.(1)讓陰極射線分別通過電場和磁場,根據偏轉情況,證明它是帶負電的粒子流并求出了其比荷.(2)換用不同材料的陰極做實驗,所得比荷的數值都相同,是氫離子比荷的近兩千倍.(3)J.J.湯姆孫又研究了許多新現象,如光電效應、熱離子發(fā)射效應和β射線等.他發(fā)現不論陰極射線、β射線、光電流還是熱離子流,它們都包含電子.2.陰極射線的組成.3.電子的電荷量和質量.e=1.602176634×10-19Cme=9.10938356×10-31kg【典例1】(多選)下圖是陰極射線顯像管及其偏轉線圈的示意圖.顯像管中有一個陰極,工作時它能發(fā)射陰極射線,熒光屏被陰極射線轟擊就能發(fā)光.安裝在管頸的偏轉線圈產生偏轉磁場,可以使陰極射線發(fā)生偏轉,下列說法正確的是(

)A.若偏轉線圈中沒有電流,則陰極射線應該打在熒光屏正中的O點B.若要使陰極射線在豎直方向偏離中心,打在熒光屏上的A點,則偏轉磁場的方向應該垂直于紙面向里

答案:ACC.若要使陰極射線在豎直方向偏離中心,打在熒光屏上的B點,則偏轉磁場的方向應該垂直于紙面向里D.若要使陰極射線到達熒光屏上的位置由B點向A點移動,則偏轉磁場的磁感應強度應該先由小到大,再由大到小探究二原子的核式結構模型問題情境盧瑟福研究α粒子散射實驗的實驗裝置示意圖如圖所示.答案:使用金箔的主要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大,α粒子與金原子核間的庫侖斥力大,偏轉明顯.1.實驗裝置中為什么選用金箔,而不選擇其他的金屬材料?2.α粒子散射實驗中用的金箔大約1μm厚,1μm厚的金箔大約有3300層金原子,絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進,這說明了什么?答案:

1μm厚的金箔大約有幾千層的金原子,而絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進,說明原子中的絕大部分是空的.3.按照J.J.湯姆孫的原子“棗糕模型”,α粒子穿過金箔后,會發(fā)生大角度偏轉嗎?為什么?答案:不會.按照J.J.湯姆孫的“棗糕模型”,正電荷是均勻地分布在原子內的,α粒子穿過原子時受到的各方向正電荷的斥力基本上會相互平衡,因此α粒子不會發(fā)生大角度偏轉.4.盧瑟福為了解釋α粒子大角度偏轉問題,提出了什么理論?他是如何解釋α粒子散射實驗現象的?答案:盧瑟福提出:原子中帶正電部分的體積很小,但幾乎占有全部質量,電子在正電體的外面運動,稱為“原子核式結構模型”.當α粒子接近原子時,電子對它的影響可以忽略,進入原子區(qū)域后,由于原子中帶正電荷的物質集中在一個很小的體積內,大部分α粒子離正電體很遠,受到的庫侖斥力很小,運動方向幾乎不改變.只有極少數α粒子在穿過時距離正電體很近,因此受到很強的庫侖斥力,發(fā)生大角度散射.過程建構1.原子的核式結構模型與原子的棗糕模型的區(qū)別.核式結構模型棗糕模型原子內部是非?？諘绲?正電荷集中在一個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電子均勻嵌在原子球體內2.對α粒子散射實驗的理解.(1)分析α粒子散射實驗的現象時,應注意是“絕大多數”“少數”還是“極少數”粒子的行為.“大角度偏轉”只是少數粒子的行為.(2)α粒子散射實驗是得出原子核式結構模型的實驗基礎,對實驗現象的分析是建立核式結構模型的關鍵.通過對α粒子散射實驗這一宏觀探測,間接地構建出原子結構的微觀圖景.3.原子內的電荷關系.原子核的電荷數即核內質子數,與核外的電子數相等.4.原子核的組成.原子核由質子和中子組成,原子核的電荷數等于原子核內的質子數.【典例2】(2022·廣東江門)盧瑟福α粒子散射實驗中,金箔中的原子核可以看作靜止不動的點電荷.如圖所示,某次實驗中,高速運動的α粒子被位于O點的金原子核散射,實線表示α粒子運動的軌跡,M和N為軌跡上的兩點,N點比M點離核遠,則 (

)A.α粒子在M點的加速度比在N點的小B.α粒子在M點的速度比在N點的小C.α粒子在M點的電勢能比在N點的小D.α粒子從M點運動到N點,靜電力對它做的總功為負功答案:

C

【典例3】如圖所示,M、N為原子核外的兩個等勢面,已知UNM=100V.一個α粒子以2.5×105m/s的速率從等勢面M上的A點運動到等勢面N上的B點,求α粒子在B點時速度的大小.已知α粒子的質量m=6.64×10-27kg,電荷量q=3.2×10-19

C.答案:

2.3×105m/s

課堂評價1.(多選)下圖為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實驗的裝置示意圖,熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中A、B、C、D四個位置時觀察到的現象,下列說法正確的是(

)A.放在A位置時,相同時間內觀察到屏上的閃光次數最多B.放在B位置時,相同時間內觀察到屏上的閃光次數只比A位置稍少些C.放在B位置時,相同時間內觀察到屏上的閃光次數要比A位置少很多D.放在C、D位置時,屏上觀察不到閃光答案:AC解析:在盧瑟福α粒子散射實驗中,α粒子穿過金箔后,絕大多數α粒子仍沿原來的方向前進,A正確.少數α粒子發(fā)生較大偏轉,極少數α粒子偏轉角度超過90°,極個別α粒子被反彈回來,故B、D錯誤,C正確.2.盧瑟福α粒子散射實驗的結果 (

)A.證實了質子的存在B.證實了原子核是由質子和中子組成的C.證實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.說明了原子的正電荷均勻分布在整個原子中解析:α粒子散射實驗說明原子內存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質量的核.數年后盧瑟福發(fā)現核內有質子并預測核內存在中子.答案:C3.(多選)盧瑟福對α粒子散射實驗的解釋是 (

)A.使α粒子產生偏轉的主要原因是原子中電子對α粒子產生了作用力B.使α粒子產生偏轉的力是庫侖斥力C.原子核很小,α粒子接近它的機會很小,所以絕大多數的α粒子仍沿原來的方向前進D.能產生大角度偏轉的α粒子是穿過原子時離原子核近的α粒子答案:BCD解析:原子核帶正電,與α粒子之間存在庫侖斥力,當α粒子靠近原子核時受庫侖斥力而偏轉,電子對它的影響可忽略,故A錯誤,B正確.由于原子核非常小,絕大多數α粒子經過時離核較遠,因而運動方向幾乎不變,只有離核很近的α粒子受到的庫侖斥力較大,方向改變較大,故C、D正確.4.(多選)如圖所示,Q為金原子核,M、N為兩個等勢面,虛線為α粒子經過原子核附近的運動軌跡.關于α粒子,下列說法正確的是(

)A.α粒子從K到R的過程中動能逐漸增大B.α粒子從K到R的過程中動能逐漸減小C.α粒子從K到R的過程中動能先減小后增大D.α粒子從K到R的過程中電勢能先