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

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性學(xué)習(xí)目標(biāo)1.

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

原子的核式結(jié)構(gòu)模型知識點(diǎn)一

電子的發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象?該現(xiàn)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(zhì),陰極射線的本質(zhì)是什么?答案:陰極射線的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流,即電子流.3.電子的發(fā)現(xiàn).J.J.湯姆孫讓陰極射線分別通過電場或磁場,根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況,證明了它的本質(zhì)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(shí)驗(yàn)”精確地測出了電子的電荷.電子電荷一般取e=

C,電子質(zhì)量me=

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

的傳統(tǒng)觀念,使人們認(rèn)識到原子

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

J.J.湯姆孫認(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,這個(gè)模型被稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”.2.α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后,基本上

.的方向前進(jìn);少數(shù)α粒子發(fā)生了

的偏轉(zhuǎn);極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角度

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

模型.(3)原子核式結(jié)構(gòu)模型.1911年,盧瑟福提出原子結(jié)構(gòu)模型,稱為核式結(jié)構(gòu)模型.設(shè)想在原子中心有一個(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).仍沿原來大角度大于90°核式結(jié)構(gòu)原子核正電荷質(zhì)量電子知識點(diǎn)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(shù)就是核中的

.2.尺度:對于一般的原子核,實(shí)驗(yàn)確定的核半徑的數(shù)量級為

m,而整個(gè)原子半徑的數(shù)量級是

m,二者相差十萬倍之多.可見原子內(nèi)部是十分“空曠”的.質(zhì)子中子質(zhì)子數(shù)10-1510-10小試身手判斷下列說法的正誤并和同學(xué)交流(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”).1.組成陰極射線的粒子是電子.()2.電子的發(fā)現(xiàn),說明原子具有一定的結(jié)構(gòu).()3.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.()4.α粒子大角度的偏轉(zhuǎn)是因?yàn)殡娮訉ζ洚a(chǎn)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(jié)構(gòu)模型.()6.原子中所有正電荷都集中在原子核內(nèi).()7.電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù),也等于中子數(shù).()√√××√√×探究一電子的發(fā)現(xiàn)問題情境下圖是J.J.湯姆孫在研究陰極射線時(shí)的實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)電場.答案:D1、D2之間的電場方向向上,陰極射線向下偏轉(zhuǎn),故陰極射線帶負(fù)電荷.1.偏轉(zhuǎn)電極D1、D2之間不加電壓時(shí),陰極射線沿直線運(yùn)動(dòng)打在屏幕的P1處,加上圖中所示的電壓時(shí),陰極射線向下偏轉(zhuǎn),陰極射線帶何種電荷?2.為使陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn),需要在平行極板區(qū)域加一磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)度為E,則陰極射線的速度如何?

3.若使D1、D2之間的電場強(qiáng)度為0,帶電粒子在磁場區(qū)域內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R,請推導(dǎo)帶電粒子的比荷表達(dá)式.4.J.J.湯姆孫用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn),所得比荷的數(shù)值都是相同的,這說明了什么問題?答案: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.過程建構(gòu)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(jù)偏轉(zhuǎn)情況,證明它是帶負(fù)電的粒子流并求出了其比荷.(2)換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn),所得比荷的數(shù)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(xiàn)象,如光電效應(yīng)、熱離子發(fā)射效應(yīng)和β射線等.他發(fā)現(xiàn)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(zhì)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(zhuǎn)線圈的示意圖.顯像管中有一個(gè)陰極,工作時(shí)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(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場,可以使陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn),下列說法正確的是(

)A.若偏轉(zhuǎn)線圈中沒有電流,則陰極射線應(yīng)該打在熒光屏正中的O點(diǎn)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(diǎn),則偏轉(zhuǎn)磁場的方向應(yīng)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(diǎn),則偏轉(zhuǎn)磁場的方向應(yīng)該垂直于紙面向里D.若要使陰極射線到達(dá)熒光屏上的位置由B點(diǎn)向A點(diǎn)移動(dòng),則偏轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)該先由小到大,再由大到小探究二原子的核式結(jié)構(gòu)模型問題情境盧瑟福研究α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)就是金的原子序數(shù)大,α粒子與金原子核間的庫侖斥力大,偏轉(zhuǎn)明顯.1.實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn),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(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn),說明原子中的絕大部分是空的.3.按照J(rèn).J.湯姆孫的原子“棗糕模型”,α粒子穿過金箔后,會(huì)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)嗎?為什么?答案:不會(huì).按照J(rèn).J.湯姆孫的“棗糕模型”,正電荷是均勻地分布在原子內(nèi)的,α粒子穿過原子時(shí)受到的各方向正電荷的斥力基本上會(huì)相互平衡,因此α粒子不會(huì)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn).4.盧瑟福為了解釋α粒子大角度偏轉(zhuǎn)問題,提出了什么理論?他是如何解釋α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(zhì)量,電子在正電體的外面運(yùn)動(dòng),稱為“原子核式結(jié)構(gòu)模型”.當(dāng)α粒子接近原子時(shí),電子對它的影響可以忽略,進(jìn)入原子區(qū)域后,由于原子中帶正電荷的物質(zhì)集中在一個(gè)很小的體積內(nèi),大部分α粒子離正電體很遠(yuǎn),受到的庫侖斥力很小,運(yùn)動(dòng)方向幾乎不改變.只有極少數(shù)α粒子在穿過時(shí)距離正電體很近,因此受到很強(qiáng)的庫侖斥力,發(fā)生大角度散射.過程建構(gòu)1.原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子的棗糕模型的區(qū)別.核式結(jié)構(gòu)模型棗糕模型原子內(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.對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解.(1)分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象時(shí),應(yīng)注意是“絕大多數(shù)”“少數(shù)”還是“極少數(shù)”粒子的行為.“大角度偏轉(zhuǎn)”只是少數(shù)粒子的行為.(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)是得出原子核式結(jié)構(gòu)模型的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析是建立核式結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵.通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)這一宏觀探測,間接地構(gòu)建出原子結(jié)構(gòu)的微觀圖景.3.原子內(nèi)的電荷關(guān)系.原子核的電荷數(shù)即核內(nèi)質(zhì)子數(shù),與核外的電子數(shù)相等.4.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)等于原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù).【典例2】(2022·廣東江門)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)的點(diǎn)電荷.如圖所示,某次實(shí)驗(yàn)中,高速運(yùn)動(dòng)的α粒子被位于O點(diǎn)的金原子核散射,實(shí)線表示α粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡,M和N為軌跡上的兩點(diǎn),N點(diǎn)比M點(diǎn)離核遠(yuǎn),則 (

)A.α粒子在M點(diǎn)的加速度比在N點(diǎn)的小B.α粒子在M點(diǎn)的速度比在N點(diǎn)的小C.α粒子在M點(diǎn)的電勢能比在N點(diǎn)的小D.α粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn),靜電力對它做的總功為負(fù)功答案:

C

【典例3】如圖所示,M、N為原子核外的兩個(gè)等勢面,已知UNM=100V.一個(gè)α粒子以2.5×105m/s的速率從等勢面M上的A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到等勢面N上的B點(diǎn),求α粒子在B點(diǎn)時(shí)速度的大小.已知α粒子的質(zhì)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(jià)1.(多選)下圖為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(gè)位置時(shí)觀察到的現(xiàn)象,下列說法正確的是(

)A.放在A位置時(shí),相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B.放在B位置時(shí),相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置稍少些C.放在B位置時(shí),相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)要比A位置少很多D.放在C、D位置時(shí),屏上觀察不到閃光答案:AC解析:在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,α粒子穿過金箔后,絕大多數(shù)α粒子仍沿原來的方向前進(jìn),A正確.少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn),極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°,極個(gè)別α粒子被反彈回來,故B、D錯(cuò)誤,C正確.2.盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 (

)A.證實(shí)了質(zhì)子的存在B.證實(shí)了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C.證實(shí)了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核里D.說明了原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中解析:α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子內(nèi)存在一個(gè)集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核.數(shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)測核內(nèi)存在中子.答案:C3.(多選)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)的主要原因是原子中電子對α粒子產(chǎn)生了作用力B.使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖斥力C.原子核很小,α粒子接近它的機(jī)會(huì)很小,所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來的方向前進(jìn)D.能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是穿過原子時(shí)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(dāng)α粒子靠近原子核時(shí)受庫侖斥力而偏轉(zhuǎn),電子對它的影響可忽略,故A錯(cuò)誤,B正確.由于原子核非常小,絕大多數(shù)α粒子經(jīng)過時(shí)離核較遠(yuǎn),因而運(yùn)動(dòng)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(gè)等勢面,虛線為α粒子經(jīng)過原子核附近的運(yùn)動(dòng)軌跡.關(guān)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(dòng)能逐漸增大B.α粒子從K到R的過程中動(dòng)能逐漸減小C.α粒子從K到R的過程中動(dòng)能先減小后增大D.α粒子從K到R的過程中電勢能先