資源簡介

(共27張PPT)
4.1　電子的發現與湯姆孫原子模型
4.2　原子的核式結構模型
1.知道發現電子的意義，體會電子發現過程中蘊含的科學方法。
2.了解α粒子散射實驗原理和實驗現象。
3.了解盧瑟福的原子核式結構模型，知道原子和原子核大小的數量級。
4.認識原子核式結構模型建立的科學推理與論證方法。
學習目標
從古人的物質觀可知，人們很早就在探索構成物質的最小微粒。古希臘哲學家德謨克利特等人建立了早期的原子論，認為宇宙間存在一種或多種微小的實體，即“原子”(在希臘語中，原子的含義是“不可分割的東西”)，這些“原子”在虛空中運動，并可按照不同的方式重新結合或分散；我國戰國時期的思想家墨子認為物體是由不可分割的最小單元——“端”構成的。
大約在17世紀中葉，人們開始通過實驗來了解物質的結構
(1)1661年，玻意耳以化學實驗為基礎建立了科學的元素論。
(2)19世紀初，道爾頓提出了原子論，認為原子是元素的最小單元。
(3)1811年，意大利化學家阿伏伽德羅提出了分子假說，指出分子可以由多個相同的原子組成。
一、電子的發現及湯姆孫原子模型
科學家在研究稀薄氣體 放電時發現，當玻璃管內的氣體足夠稀薄時，陰極發出一種射線，這種射線能使玻璃管壁發出熒光，這種射線稱為陰極射線。
當時科學家對這種射線的認識有分歧，有的認為陰極射線是帶負電的粒子，有的則認為是以太波。為了探究陰極射線的本質，人們都在尋找實驗支持。
那么陰極射線到底是什么呢？
英國科學家湯姆孫，從1890年開始對陰極射線進行研究。1897年，他設計了一個巧妙的實驗，通過使陰極射線粒子受到的靜電力和洛倫茲力平衡等方法，確定了陰極射線粒子的本質是帶負電的粒子流，并確定了其速度，測量出了這些粒子的比荷。

1.實驗裝置：真空玻璃管、陰極、陽極和感應圈。
2.實驗現象：感應圈產生的高電壓加在兩極之間，玻璃管壁上發出熒光。
3.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。
4. 陰極射線是帶負電的粒子
在金屬板D1D2之間未加電場時，射線不偏轉，射在P1點。
施加如圖電場后射線偏轉，射在P2點。
發現陰極射線帶負電
為了使射線回到P1點
5.測定帶電粒子的比荷
需在D1D2之間施加
垂直紙面向外的磁場
去掉D1D2之間的電場
射線在磁場作用下偏轉，射在P3點。
湯姆孫還發現，用不同材料的陰極做實驗，所得的比荷數值是相同的，這說明不同物質都能夠發射這種帶電粒子，它是構成各種物質的共有成分。
湯姆孫測得了這種粒子的電荷量與氫離子電荷量大致相同，后來組成陰極射線的粒子就被稱為電子。
電子的發現不只是說明原子是組成物質的最小微粒，更重要的是對揭示原子結構有重大意義。
湯姆孫的原子模型
湯姆孫認為，原子帶正電的部分充斥整個原子，很小很輕的電子鑲嵌在球體的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那樣，這就是原子的 “葡萄干面包”模型。
α 粒子散射實驗
1.實驗裝置
α粒子：從放射性物質（如鈾和鐳）中發射出來的快速運動的粒子，帶有兩個單位的正電荷，質量為氫原子質量的4倍、電子質量的7300倍。
二、原子的核式結構模型
α粒子放射源
金箔
帶有熒光屏的顯微鏡
熒光屏
1909～1911年，英國物理學家盧瑟福和他的助手們進行了α粒子散射實驗，實驗裝置如圖所示。
2.實驗結果
(1)絕大多數α粒子穿過金箔后基本上沿原來的方向前進或發生很小的偏轉。
(2)少數α粒子發生了較大的偏轉。
(3)極少數α粒子的偏轉角超過了90度，有極個別甚至接近180度，就像被彈回來了一樣。
盧瑟福和他的學生驚呼：“這件事情是如此的不可能，就好像你用炮彈射向一層薄紙，但炮彈卻被紙彈了回來”。
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。
4.實驗的注意事項
(1)整個實驗過程在真空中進行。
(2)金箔需要做得很薄，α粒子才能穿過。
(3)使用金箔的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粒子與金核間的庫侖斥力大，偏轉明顯。
5.α粒子散射實驗的分析
粒子大角度散射甚至被彈回的原因是什么呢？
因為帶負電的電子質量太小，如果質量大的α粒子與電子發生碰撞，那么電子對α粒子的速度大小和方向的影響就像灰塵對炮彈的影響，完全可以忽略。
“葡萄干面包”模型能否解釋粒子在穿越原子內部后發生的大角度偏嗎？
按照湯姆孫的“葡萄干面包”模型正電荷在原子內部均勻分布，那么α粒子穿過原子時，由于粒子兩側正電荷對它的斥力大部分互相抵消，使α粒子偏轉的力不會很大，這樣，湯姆孫的“葡萄干面包”模型雖然能夠解釋絕大多數的α粒子基本上仍沿原方向進行，但是卻無法解釋大角度散射的實驗結果。
客觀的實驗結果分析讓盧瑟福對導師湯姆孫的“葡萄干面包”模型的觀點產生了質疑并大膽否定。1911年，盧瑟福提出原子的核式結構模型。
在原子中心有一個很小的核，叫原子核。原子的全部正電荷和幾乎全部的質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞核運動。
原子核式結構模型對α粒子散射實驗的解釋
當α粒子接近原子時，電子對它的影響仍如前述可以忽略，但是帶正電的原子核則不同。因為原子核很小，原子內部非常“空曠”，所以絕大多數α粒子從離核較遠的地方經過時，受到的庫侖斥力就很小，運動方向幾乎不改變。只有極少數的α粒子有機會從離核很近的地方經過，受到比較大的斥力，才會發生大角度的偏轉。
思考：為什么盧瑟福認為電子一定要繞核運動呢？為什么電子不能靜止呢？
提示：如果電子是靜止的，那么電子在正電荷的庫侖力的作用下，要落在原子核上。所以，電子應繞核運動，庫侖力正好充當向心力。
1.兩種原子模型
湯姆孫原子模型　　盧瑟福原子模型
盧瑟福的原子模型有些像太陽系，電子繞核運動就像太陽系的行星繞太陽運動一樣，因此，盧瑟福的核式結構模型又被稱為行星模型。
要點歸納
2.兩種原子模型的對比
湯姆孫的葡萄干面包模型 盧瑟福的原子核式模型
分布 情況 正電荷和質量均勻分布，負電荷鑲嵌在其中 正電荷以及幾乎全部質量集中在原子中心的一個極小核內，電子質量很小，分布在很大空間內
受力 情況 α粒子在原子內部時，受到的庫侖斥力相互抵消，幾乎為零 少數靠近原子核的α粒子受到的庫侖力大，而大多數離核較遠的α粒子受到的庫侖力較小
偏轉 情況 不會發生大角度偏轉，更不會彈回 絕大多數α粒子運動方向不變，少數α粒子發生大角度偏轉，極少數α粒子偏轉角度超過90°，有的甚至被彈回
分析 結論 不符合α粒子散射現象 符合α粒子散射現象
3.原子核式結構的理解
(1)原子內的電荷關系：原子核的電荷數與核外的電子數相等，非常接近它們的原子序數。
(2)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的質子數。
(3)原子半徑的數量級是10－10 m，原子核半徑的數量級是10－15 m，兩者相差十萬倍之多。
1.人們對原子結構的認識有一個不斷深化的過程，下列先后順序中符合史實的是(　　)
①道爾頓提出的原子論　
②德謨克利特的古典原子論　
③湯姆孫提出的“葡萄干面包”原子模型
A．①②③ B．②①③
C．③②① D．③①②
隨堂檢測
B
2.(多選)根據α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結構模型．如圖所示為原子核式結構模型的α粒子散射圖景，圖中實線表示α粒子運動軌跡。其中一個α粒子在從a運動到b，再運動到c的過程中，α粒子在b點時距原子核最近。下列說法正確的是(　　)
A．盧瑟福在α粒子散射實驗中發現了電子
B．α粒子出現較大角度偏轉的原因是α粒子運動到b時受到的庫侖斥力較大
C．α粒子從a到c的運動過程中電勢能先減小后變大
D．α粒子從a到c的運動過程中加速度先變大后變小
BD
3.(多選)下列關于原子核式結構理論說法正確的是(　　)
A．是通過發現電子現象得出來的
B．原子的中心有個核，叫作原子核
C．原子的正電荷均勻分布在整個原子中
D．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外旋轉
BD
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．原子核的直徑的數量級是10－10 m
AB

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