人教版 高二物理 选修3-5 第十八章 第2节 原子的核式结构模型(共27张PPT)

2 2.原子的核式结构模型原子的核式结构模型第十八章第十八章 原子结构原子结构 电子是原子的组成部分，电子是原子的组成部分，由于电子是带负电的，由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带此推断出原子中还有带正电的物质，几乎占有正电的物质，几乎占有原子的全部质量。原子的全部质量。 me=9.10910-31Kg e=1.60210-19C J.J.J.J.汤姆孙，汤姆孙，1857-19401857-1940，英国物，英国物理学家，电子的发现者。理学家，电子的发现者。因通过气体导电传导性的研究，因通过气体导电传导性的研究，测出电子的电荷与质量的比值，测出电子的电荷与质量的比值，19061906年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。思考：那么，这两思考：那么，这两种物质是怎样构成种物质是怎样构成原子的呢？原子的呢？一、汤姆孙的原子模型一、汤姆孙的原子模型-枣糕模型枣糕模型 原子是一个球体，正电荷原子是一个球体，正电荷均匀分布均匀分布在在整个球体内，电子整个球体内，电子镶嵌镶嵌其中。其中。汤姆孙的汤姆孙的原子模型原子模型枣糕模型枣糕模型从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很成功成功的。的。 解释原子是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，解释解释原子是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，解释原子为什么会发光，能估计出原子的大小约为一亿分之一原子为什么会发光，能估计出原子的大小约为一亿分之一厘米。厘米。1895年在新西兰大学毕业后，获得英年在新西兰大学毕业后，获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许实国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许实验室，成为汤姆孙的研究生。提出原验室，成为汤姆孙的研究生。提出原子结构的核式模型，为原子结构的研子结构的核式模型，为原子结构的研究做出很大的贡献。究做出很大的贡献。1898年，在汤姆孙的推荐下，担任加年，在汤姆孙的推荐下，担任加拿大麦吉尔大学的物理教授。拿大麦吉尔大学的物理教授。 1907年返回英国出任曼彻斯特大学的年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。物理系主任。1919年接替退休的汤姆孙，担任卡文年接替退休的汤姆孙，担任卡文迪许实验室主任。迪许实验室主任。1925年当选为英国皇家学会主席。年当选为英国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵。年受封为纳尔逊男爵。1937年年10月月19日因病在剑桥逝世，与日因病在剑桥逝世，与牛顿和法拉第并排安葬，享年牛顿和法拉第并排安葬，享年66岁。岁。欧内斯特欧内斯特卢瑟福卢瑟福1871年年8月月30日生于新西日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工兰纳尔逊的一个手工业工人家庭。并在新西兰长大。人家庭。并在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷他进入新西兰的坎特伯雷学院学习。学院学习。23岁时获得了三个学位岁时获得了三个学位（文学学士、文学硕士、（文学学士、文学硕士、理学学士）。理学学士）。科学成就科学成就1.1.他关于他关于放射性的研究放射性的研究确立了放射确立了放射性是发自原子内部的变化。为开性是发自原子内部的变化。为开辟原子物理学做了开创性的工作。辟原子物理学做了开创性的工作。2.2.19091909年起，卢瑟福根据年起，卢瑟福根据a a粒子散粒子散射试验现象提出原子核式结构模射试验现象提出原子核式结构模型。把原子结构的研究引上了正型。把原子结构的研究引上了正确的轨道，被誉为确的轨道，被誉为原子物理学之原子物理学之父父。3.19193.1919年，卢瑟福做了用年，卢瑟福做了用粒子轰粒子轰击氮核的实验，从而击氮核的实验，从而发现了质发现了质子。子。 4.4.用粒子或用粒子或射线轰击原子核来引射线轰击原子核来引起核反应起核反应实现人工核反应实现人工核反应，成为，成为人们研究原子核和应用核技术的人们研究原子核和应用核技术的重要手段。重要手段。桃李满天下桃李满天下 在卢瑟福的悉心培养下，在卢瑟福的悉心培养下，他的学生和助手有多人获得了诺贝尔奖金：他的学生和助手有多人获得了诺贝尔奖金：1921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖； 1922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；1951年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同 获得诺贝获得诺贝尔物理奖；尔物理奖；1978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。汤姆孙模型预言的汤姆孙模型预言的粒子散射实验的粒子散射实验的结果是怎样的？结果是怎样的？正电荷在原子内部均匀分布，正电荷在原子内部均匀分布， 粒子穿过原粒子穿过原子时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力大部子时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力大部分互相抵消，使分互相抵消，使粒子偏转的力不会很大。粒子偏转的力不会很大。绝大多数绝大多数粒子穿过粒子穿过金箔后仍沿原来方向金箔后仍沿原来方向前进，前进，少数少数粒子（约占粒子（约占8000分之一）发生了分之一）发生了较大的偏转，较大的偏转，极少数极少数粒子的偏转粒子的偏转超过了超过了90，有的甚，有的甚至几乎被撞了回来。至几乎被撞了回来。结果分析： 电子能否使电子能否使粒子大角度偏转？粒子大角度偏转？ 1 1微米厚的金箔内含微米厚的金箔内含30003000层原子层原子层，绝大多数层，绝大多数粒子穿过金箔仍粒子穿过金箔仍沿原方向前进说明什么？沿原方向前进说明什么？ 少数少数粒子的大角度偏转甚至反粒子的大角度偏转甚至反弹是怎么造成的？弹是怎么造成的？卢瑟福对于上述实验的结果感到十分惊奇，卢瑟福对于上述实验的结果感到十分惊奇，他说：他说：“这是我一生中从未有的最难以置信这是我一生中从未有的最难以置信的事，它好比你对一张纸发射炮弹，结果被的事，它好比你对一张纸发射炮弹，结果被发弹回来而打到自己身上。发弹回来而打到自己身上。”思考：为什么会这样说？汤姆逊枣思考：为什么会这样说？汤姆逊枣糕原子模型能否解释这种现象？糕原子模型能否解释这种现象？卢瑟福卢瑟福根据他的导师汤姆生模型计算的结果：根据他的导师汤姆生模型计算的结果：实验结果与之前预测完全不一致，实验结果与之前预测完全不一致，所以原子结构模型必须重新构思所以原子结构模型必须重新构思! 实验结果却是有八千分之一的粒子发生了大实验结果却是有八千分之一的粒子发生了大角度偏转角度偏转 ！在原子的中心有一个很小的核，叫做原子在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核。原子的全部正电荷和几乎全部质量都核。原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕着核旋转。间绕着核旋转。三三. 原子的核式结构的提出原子的核式结构的提出 1. 原子的核式结构模型原子的核式结构模型 粒子穿过原子时，粒子穿过原子时，电子对电子对粒子运动的影粒子运动的影响很小，影响响很小，影响粒子运粒子运动的主要是带正电的原动的主要是带正电的原子核。子核。而而绝大多数的绝大多数的粒子粒子穿穿过原子时离核较远，受过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，动方向几乎没有改变，只有只有极少数极少数粒子粒子可能可能与核十分接近，受到较与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转生大角度的偏转 。三三. 原子的核式结构的提出原子的核式结构的提出 2. 对对粒子散射实验现象粒子散射实验现象解释解释统计类型统计类型穿透金箔后粒子的行为穿透金箔后粒子的行为核式结构模型核式结构模型绝大多数绝大多数基本上仍沿原来基本上仍沿原来方向前进方向前进少数少数发生了较大的偏转发生了较大的偏转极少数极少数偏转角超过偏转角超过9090个别的个别的被反弹回来被反弹回来课堂小结课堂小结根据卢瑟福的原子核式模型和根据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的粒子散射的实验数据，可以推算出各种元素原子核的实验数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核的大小。电荷数，还可以估计出原子核的大小。（1 1）原子的半径约为）原子的半径约为1010-10-10m m、原子核半径约、原子核半径约是是1010-15-15m m，原子核的体积只占原子的体积，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。的万亿分之一。（2 2）原子核所带）原子核所带正电荷数正电荷数与核外与核外电子数电子数以以及该元素在周期表内的及该元素在周期表内的原子序数相等原子序数相等。 根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空旷空旷”的，举一个简单的例子：的，举一个简单的例子：露珠和体育场露珠和体育场体育场体育场原子原子原子核原子核 1 1、在用、在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的的粒子的运动情况是（粒子的运动情况是（ ） A.A.全部全部粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进 B.B.绝大多数绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回 C.C.少数少数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回 D.D.全部全部粒子都发生很大偏转粒子都发生很大偏转B2 2、卢瑟福、卢瑟福粒子散射实验的结果（粒子散射实验的结果（ ）A A、证明了质子的存在、证明了质子的存在B B、证明了原子核是由质子和中子组成的、证明了原子核是由质子和中子组成的C C、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上在一个很小的核上D D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动动C3 3、当、当粒子被重核散射时，如图所示的运粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的（动轨迹哪些是不可能存在的（ ）BC4 4、利用、利用粒子散射实验，可以估算出（粒子散射实验，可以估算出（ ） A A原子核外电子大小原子核外电子大小B B电子运动速度电子运动速度C C原子的大小原子的大小D D原子核的大小原子核的大小D5 5在在粒子散射实验中，没有考虑粒子散射实验中，没有考虑粒子跟电粒子跟电子的碰撞，其原因是（子的碰撞，其原因是（ ）A A粒子不跟电子发生相互作用粒子不跟电子发生相互作用B B粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽略忽略C C电子的体积很小，电子的体积很小，粒子不会跟电子相碰粒子不会跟电子相碰D D由于电子是均匀分布的，由于电子是均匀分布的，粒子所受电子作粒子所受电子作用的合力为零用的合力为零B 6 6、 粒子散射实验用的是金箔、铂粒子散射实验用的是金箔、铂箔等重金属箔，为什么不用轻金属箔，箔等重金属箔，为什么不用轻金属箔，例如铝箔？例如铝箔？（1 1）、金（铂）的延展性很）、金（铂）的延展性很好，金箔（铂箔）可以碾展好，金箔（铂箔）可以碾展得极薄（都可以达到对可见得极薄（都可以达到对可见光透明的程度）。这样，在光透明的程度）。这样，在厚度方向上金原子的个数很厚度方向上金原子的个数很少。（少。（2 2）金核（铂核）比铝）金核（铂核）比铝核重，对核重，对粒子的作用更强粒子的作用更强26 7 7、卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有、卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有 （ ） A A、原子的中心有个核，叫做原子核、原子的中心有个核，叫做原子核 B B、原子的正负电荷都均匀分布在整个原子中、原子的正负电荷都均匀分布在整个原子中 C C、原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中、原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里在原子核里 D D、带负电的电子在核外绕核旋转、带负电的电子在核外绕核旋转ACD