資源簡介

4.3 原子的核式結構模型
學習目標
1、知道陰極射線是由電子組成的，電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質單元。
2、體會電子的發現過程體現的科學方法。
3、知道電荷是量子化的，即任何電荷只能是e的整數倍。
4、體會電子的發現對揭示原子結構的重大意義。
5、了解α粒子散射實驗原理和實驗現象。
6、知道原子的核式結構模型的主要內容。
7、知道原子和原子核的大小數量級，原子核的電荷數。
8、領會盧瑟福提出原子核式結構模型的實驗和思維過程，培養學生抽象思維能力和想象力。
重點難點
1、了解α粒子散射實驗原理和實驗現象。（重點）
2、知道原子的核式結構模型的主要內容。（難點）
自主探究
一、電子的發現
1、陰極射線
熒光是由于玻璃受到陰極發出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線命名為陰極射線。
2、湯姆孫的探究方法及結論
(1)根據陰極射線在電場和磁場中的偏轉情況斷定，它的本質是帶負電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷。
(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)結論：陰極射線粒子帶負電，其電荷量的大小與氫離子大致相同，而質量比氫離子小得多，后來組成陰極射線的粒子被稱為電子。
3、湯姆孫的進一步研究
湯姆孫又進一步研究了許多新現象，證明了電子是原子的組成部分。
4、電子的電荷量及電荷量子化
(1)電子電荷量：1910年前后由密立根通過著名的得出，電子電荷的現代值為e＝1.602×10－19 C。
(2)電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數倍。
(3)電子的質量：me＝9.109 383 56×10－31 kg，質子質量與電子質量的比為1 836。
說明：陰極射線實質是帶負電的電子流。
二、原子的核式結構模型
1．α粒子散射實驗
(1)湯姆孫原子模型
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，電子鑲嵌在球中。
(2)α粒子散射實驗
①實驗裝置：α粒子源、金箔、放大鏡和熒光屏。
②實驗現象：
a.絕大多數的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進。
b.少數α粒子發生了大角度的偏轉。
c.極少數α粒子的偏轉角大于90°，甚至有極個別α粒子被反彈回來。
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，建立了核式結構模型。
2．盧瑟福的核式結構模型
核式結構模型
1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個很小的核，叫原子核。它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質量，電子在核外空間運動。
三、原子核的電荷與尺度
1．原子內的電荷關系：各種元素的原子核的電荷數與含有的電子數相等，非常接近于它們的原子序數。
2．原子核的組成：原子核是由質子和中子組成的，原子核的電荷數就等于原子核中的質子數。
3．原子核的大?。簩嶒灤_定的原子核半徑R的數量級為10－15m，而原子的半徑的數量級是10－10m，因而原子內部十分“空曠”。
探究思考
一、電子電荷量及比荷的測定
1、電子的電荷量
1909~1913年間美國物理學家密立根通過著名的“油滴實驗”簡練精確地測定了電子的電荷量。電子電荷量目前公認的值為e=1.602 176 634 x 10-19 C。
2、帶電粒子比荷的測定
(1)電荷量的量子化
帶電體所帶電荷是量子化的，即任何帶電體所帶電荷量只能是電子電荷量的整數倍，即q=ne ( n為自然數)。
(2) 比荷的測定
根據電場、磁場對電子(帶電粒子)的偏轉測量比荷，分以下兩步：
①讓粒子通過正交的電磁場(如圖)，讓其做直線運動，根據二力平衡，即F洛=F電(Bqv=qE )，得到粒子的運動速度。
②在其他條件不變的情況下，撤去電場(如圖)，保留磁場讓粒子在磁場中運動，由洛倫茲力提供向心力即，根據軌跡偏轉情況，由幾何知識求出其半徑r，得。
【典例一】1、當α粒子被原子核散射時,如圖所示的運動軌跡中不可能存在的是( )
A.a B.b C.c D.d
解題思路：因為α粒子要受到原子核的庫侖斥力作用,根據曲線運動的條件很容易得出b、c是不可能的,故選BC。
答案：BC
二、α粒子散射實驗
1、實驗過程：α粒子從鉛盒射出，形成細射線打在金箔上，被散射的α粒子打在熒光屏上產生閃光，用可轉動的顯微鏡從不同角度進行觀察。
2、現象
(1)絕大多數的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進；
(2)少數α粒子發生較大的偏轉；
(3)極少數α粒子偏轉角度超過90°，有的幾乎被“撞了回來”。如圖所示。
3、α粒子散射實驗與湯姆孫的原子模型的沖突分析
(1)由于電子質量遠小于α粒子質量，所以電子不可能使α粒子發生大角度偏轉。
(2)使α粒子發生大角度偏轉的只能是原子中帶正電的部分，按照湯姆孫原子模型，正電荷在原子內是均勻分布的，α粒子穿過原子時，它受到的兩側斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子發生大角度偏轉，更不可能使α粒子反向彈回，這與α粒子的散射實驗相矛盾。
(3)實驗現象表明原子絕大部分是空的，除非原子的幾乎全部質量和所有正電荷都集中在原子中心的一個很小的核上，否則，α粒子大角度散射是不可能的。
4、實驗意義：否定了湯姆孫的原子結構模型，提出了原子核式結構模型，明確了原子核大小的數量級。
【典例二】2、粒子散射實驗又稱金箔實驗、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.大多數粒子穿過金箔后，其運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，電子鑲嵌在其中
D.占原子質量絕大部分的帶正電的那部分物質集中在很小的空間范圍內
解題思路： ACD、正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內，電子鑲嵌其中是湯姆孫的認為，盧瑟福設計了粒子散射證明帶正電的那部分物質占原子質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、當粒子穿過原子時，電子對粒子影響很小，影響粒子運動的主要是原子核，離核遠則粒子受到的庫侖斥力很小，運動方向改變小。只有當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，所以粒子接近它的機會就很少，所以只有極少數大角度的偏轉，而絕大多數基本按直線方向前進，故B錯誤；
故選：D。
答案： D
三、原子的核式結構模型
1、原子的核式結構與原子的棗糕式結構的根本區別
核式結構 棗糕式結構
原子內部是非?？諘绲模空姾杉皫缀跞抠|量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、原子核式結構模型
(1)在原子中心有一個很小的核，叫原子核。
(2)原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在這個核里。
(3)帶負電的電子在核外空間繞核旋轉。
隨堂訓練
1、盧瑟福提出原子的核式結構模型的依據是用α粒子轟擊金箔,實驗中發現α粒子( )
A.全部穿過或發生很小偏轉
B.絕大多數發生很大偏轉,甚至被彈回,只有少數穿過
C.全部發生很大偏轉
D.絕大多數穿過,只有少數發生很大偏轉,極少數甚至被彈回
答案：D
2、下列關于原子結構的說法正確的是( )
A.電子的發現說明了原子內部還有復雜結構
B.α粒子散射實驗揭示了原子的核式結構
C.α粒子散射實驗中絕大多數α粒子都發生了較大偏轉
D.α粒子散射實驗中有的α粒子發生較大偏轉是α粒子與原子發生碰撞所致
答案：B
3、湯姆孫對陰極射線的探究,最終發現了電子,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
答案：AD
4、關于原子的核式結構學說，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.原子的全部正電荷和質量都集中在原子核里
D.原子核的直徑約是
答案：AB
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