高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 原子的核式结构模型图文课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 原子的核式结构模型图文课件ppt，共37页。PPT课件主要包含了带负电，阴极射线，6×10-19，1×10-31，不可再分，仍沿原来，大角度，大于90°，核式结构，原子核等内容，欢迎下载使用。
3　原子的核式结构模型
知识点一 　电子的发现
1.如图所示,真空玻璃管中K是金属板制成的阴极,A是金属环制成的阳极,在K和A之间加上近万伏的高电压后,玻璃管壁上观察到什么现象?该现象说明了什么问题?
答案:玻璃管壁上观察到淡淡的荧光及管中物体在玻璃管壁上的影,这说明阴极能够发出某种射线,并且撞击玻璃引起荧光,这种射线叫作阴极射线.
汤姆孙通过对阴极射线的研究,揭示了阴极射线的本质,阴极射线的本质是什么?
答案:阴极射线的本质是带负电的粒子流,即电子流.
3.电子的发现汤姆孙让阴极射线分别通过电场或磁场,根据偏转情况,证明了它的本质是 的粒子流,并求出了其比荷,组成 的粒子被称为电子.4.密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子的电荷.电子电荷一般取e= C,电子质量me= kg.
汤姆孙发现电子的意义.电子的发现使人们认识到自然界还有比原子更小的实物粒子,打破了原子 的传统观念,使人们认识到原子 组成物质的最小微粒,原子本身也有内部结构,从而打开了通向原子物理学的大门,人们开始研究原子的结构.
知识点二　原子的核式结构模型
1.下图是J.J.汤姆孙提出的原子结构模型的示意图,简述其内容.
答案: J.J.汤姆孙认为,原子是一个球体,正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内,电子镶嵌其中,这个模型被称为“西瓜模型”或“枣糕模型”.
2.α粒子散射实验现象.(1)实验现象:绝大多数的α粒子穿过金箔后,基本上 .的方向前进;少数α粒子发生了 的偏转;极少数α粒子的偏转角度 ,甚至有极个别α粒子被反弹回来.(2)实验意义:卢瑟福通过α粒子散射实验,否定了J.J.汤姆孙的原子模型,建立了 模型.(3)原子核式结构模型.1911年,卢瑟福提出原子结构模型,称为核式结构模型.设想在原子中心有一个很小的核,叫 ,它集中了原子全部的 和几乎全部的 , 在核外空间运动.
知识点三　 原子核的电荷与尺度
1.原子核的电荷:原子核是由 和 组成的.原子核的电荷数就是核中的 .2.尺度:对于一般的原子核,实验确定的核半径的数量级为 m,而整个原子半径的数量级是 m,二者相差十万倍之多.可见原子内部是十分“空旷”的.
1.组成阴极射线的粒子是电子.( )2.电子的发现,说明原子具有一定的结构.( )3.α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹.( )4.α粒子大角度的偏转是由电子造成的.( )5.卢瑟福否定了J.J.汤姆孙的原子模型,建立了原子核式结构模型.( )6.原子中所有正电荷都集中在原子核内.( )7.电荷数等于质子数,也等于中子数.( )
下图是J.J.汤姆孙在研究阴极射线时的实验装置示意图,A、B之间加以高压,阴极K可以发出阴极射线,正对水平放置的金属板D1、D2之间存在偏转电场.
答案:D1、D2之间的电场方向向上,阴极射线向下偏转,故阴极射线带负电荷.
1.偏转电极D1、D2之间不加电压时,阴极射线沿直线运动打在屏幕的P1处,加上图中所示的电压时,阴极射线向下偏转,阴极射线带何种电荷?
2.为使阴极射线不发生偏转,需要在平行极板区域加一磁感应强度为B的磁场,且磁场方向垂直于纸面向外.若金属板D1、D2之间的电场强度为E,则阴极射线的速度如何?
3.若使D1、D2之间的电场强度为0,带电粒子在磁场区域内做圆周运动的半径为R,请推导带电粒子的比荷表达式.
汤姆孙用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都是相同的,这说明了什么问题?
答案:这说明不同物质都能发射这种带电粒子,它是构成各种物质的共有成分.
汤姆孙的探究方法.(1)让阴极射线分别通过电场和磁场,根据偏转情况,证明它是带负电的粒子流并求出了其比荷.(2)换用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都相同,是氢离子比荷的近两千倍.(3)J.J.汤姆孙又研究了许多新现象,如光电效应、热离子发射效应和β射线等.他发现不论阴极射线、β射线、光电流还是热离子流,它们都包含电子.
3.电子的电荷量和质量.e=1.602 176 634 × 10-19 Cme=9.109 383 56 × 10-31 kg
【典例1】(多选)下图是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图.显像管中有一个阴极,工作时它能发射阴极射线,荧光屏被阴极射线轰击就能发光.安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场,可以使阴极射线发生偏转,下列说法正确的是(　　)
A.若偏转线圈中没有电流,则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点B.若要使阴极射线在竖直方向偏离中心,打在荧光屏上的A点,则偏转磁场的方向应该垂直于纸面向里
C.若要使阴极射线在竖直方向偏离中心,打在荧光屏上的B点,则偏转磁场的方向应该垂直于纸面向里D.若要使阴极射线到达荧光屏上的位置由B点向A点移动,则偏转磁场的磁感应强度应该先由小到大,再由大到小
探究二　原子的核式结构模型
卢瑟福研究α 粒子散射实验的实验装置示意图如图所示.
答案:使用金箔的原因是金的延展性好,可以做得很薄.另外一点就是金的原子序数大,α粒子与金原子核间的库仑斥力大,偏转明显.
1.实验装置中为什么选用金箔,而不选择其他的金属材料?
2.α粒子散射实验中用的金箔大约1 μm厚,1 μm厚的金箔大约有3 300层金原子厚,绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,这说明了什么?
答案:金箔的厚度相当于几千层金原子的厚度,而绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进,说明原子中的绝大部分是空的.
3.按照J.J.汤姆孙的原子“枣糕模型”,α粒子穿过金箔后,会发生大角度偏转吗?为什么?
答案:不会.按照J.J.汤姆孙的“枣糕模型”,正电荷是均匀地分布在原子内的,α粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡,因此 α粒子不会发生大角度偏转.
4.卢瑟福为了解释α粒子大角度偏转问题,提出了什么理论?他是如何解释α粒子散射实验现象的?
答案:卢瑟福提出:原子中带正电部分的体积很小,但几乎占有全部质量,电子在正电体的外面运动,称为“原子核式结构模型”.当α粒子接近原子时,电子对它的影响可以忽略,进入原子区域后,由于原子中带正电荷的物质集中在一个很小的体积内,大部分α粒子离正电体很远,受到的库仑斥力很小,运动方向几乎不改变.只有极少数α粒子在穿过时距离正电体很近,因此受到很强的库仑斥力,发生大角度散射.
1.原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的区别.
2.对α粒子散射实验的理解.(1)分析α粒子散射实验的现象时,应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为.“大角度偏转”只是少数粒子的行为.(2)α粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础,对实验现象的分析是建立核式结构模型的关键.通过对α粒子散射实验这一宏观探测,间接地构建出原子结构的微观图景.3.原子内的电荷关系.原子核的电荷数即核内质子数,与核外的电子数相等.4.原子核的组成.原子核由质子和中子组成,原子核的电荷数等于原子核内的质子数.
【典例2】(2022·广东江门)卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动的点电荷.如图所示,某次实验中,高速运动的α粒子被位于O点的金原子核散射,实线表示α粒子运动的轨迹,M和N为轨迹上的两点,N点比M点离核远,则(　　)
A.α粒子在M点的加速度比在N点的小B.α粒子在M点的速度比在N点的小C.α粒子在M点的电势能比在N点的小D.α粒子从M点运动到N点,静电力对它做的总功为负功
【典例3】如图所示,M、N为原子核外的两个等势面,已知UNM=100 V.一个α粒子以2.5×105 m/s的速率从等势面M上的A点运动到等势面N上的B点,求α粒子在B点时速度的大小.已知α粒子的质量m=6.64×10-27 kg,电荷量q=3.2×10-19 C.
答案: 2.3×105 m/s
1.(多选)下图为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象,下列说法正确的是(　 )
A.放在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B.放在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些C.放在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多D.放在C、D位置时,屏上观察不到闪光
解析:在卢瑟福α粒子散射实验中,α粒子穿过金箔后,绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进,A正确.少数α粒子发生较大偏转,极少数α粒子偏转角度超过90°,极个别α粒子被反弹回来,故B、D错误,C正确.
2.卢瑟福α粒子散射实验的结果(　　)A.证实了质子的存在B.证实了原子核是由质子和中子组成的C.证实了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里D.说明了原子的正电荷均匀分布在整个原子中
解析:α粒子散射实验说明原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核.数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子.
3.(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是(　　)A.使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子产生了作用力B.使α粒子产生偏转的力是库仑斥力C.原子核很小,α粒子接近它的机会很小,所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进D.能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子
解析:原子核带正电,与α粒子之间存在库仑斥力,当α粒子靠近原子核时受库仑斥力而偏转,电子对它的影响可忽略,故A错误,B正确.由于原子核非常小,绝大多数α粒子经过时离核较远,因而运动方向几乎不变,只有离核很近的α粒子受到的库仑斥力较大,方向改变较大,故C、D正确.
4.(多选)如图所示,Q为金原子核,M、N为两个等势面,虚线为α粒子经过原子核附近的运动轨迹.关于α粒子,下列说法正确的是(　　)
A.α粒子从K到R的过程中动能逐渐增大B.α粒子从K到R的过程中动能逐渐减小C.α粒子从K到R的过程中动能先减小后增大D.α粒子从K到R的过程中电势能先增大后减小
解析:α粒子经过原子核附近的过程,可分为α粒子靠近原子核和远离原子核的过程,由动能定理和库仑斥力做功的情况判断动能的变化,同样由库仑斥力做功的情况判断电势能的变化.在α粒子从K到离原子核最近的过程中,库仑斥力做负功,动能逐渐减小,电势能逐渐增大;在α粒子从离原子核最近到R的过程中,库仑斥力做正功,动能增大,电势能减小.由此可知,C、D正确.
5.下图是卢瑟福的α粒子散射实验装置示意图,在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的α粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点.下列说法正确的是(　　)
A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B.该实验证实了J.J.汤姆孙原子模型的正确性C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转
解析:卢瑟福根据α粒子散射实验,提出了原子核式结构模型,选项A正确.卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设,从而否定了J.J.汤姆孙的原子模型的正确性,选项B错误.电子质量太小,对α粒子的影响不大,选项C错误.绝大多数α粒子穿过金箔后,几乎仍沿原方向前进,选项D错误.
答案: 2.7×10-14 m