电子的发现182原子的核式结构模型ppt课件.ppt

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1、主题内容要求说明碰撞与动量守恒动量、动量守恒定律及其应用动量、动量守恒定律及其应用弹性碰撞和非弹性碰撞只限于一维原子结构氢原子光谱氢原子的能级结构、能级公式原子核原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期放射性同位素核力、核反应方程结合能、质量亏损裂变反应和聚变反应、裂变反应堆射线的危害和防护实验验证动量守恒定律见实验能力要求2014年山东卷考试说明年山东卷考试说明18.2 18.2 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18.1 电子的发现电子的发现学习目标学习目标 1.知道知道阴极射线阴极射线是由是由电子电子组成的，电子是原子组成的，电子是原子的组成部分的组

2、成部分2.知道知道电子是由汤姆孙电子是由汤姆孙发现的。并测出了电子发现的。并测出了电子的的比荷比荷3.知道电子知道电子电荷量电荷量是由是由密立根密立根根据油滴实验测根据油滴实验测出的，并且知道出的，并且知道电荷是量子化电荷是量子化的。的。4.了解了解 粒子散射实验的实验原理和粒子散射实验的实验原理和实验现象实验现象5.知道卢瑟福的知道卢瑟福的原子核式结构的主要内容原子核式结构的主要内容6.知道知道原子和原子核的数量级原子和原子核的数量级，原子和原子核，原子和原子核的组成及带电情况。的组成及带电情况。18.1 电子的发现电子的发现世间万物是由原子构成的原子是一种最后的不可分割的物质微粒 德谟克利

3、特Democritus 古希腊哲学家约前460前370 道尔顿英国化学家1766-1844 每种化学元素都有它对应的原子原子是最微小的不可分割的实心球体 很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。这种认识一直统治了人类思想近两千年。直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。一、阴极射线 1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的。所以他把这种未知射线称之为阴极射

4、线。 对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。（1）电磁波说：代表人物，赫兹。认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。认为这种射线的本质是一种高速粒子流。二、电子的发现 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。 实验装置如图所示， 汤姆孙的气体放电管的示意图k kA AB BD2D2P2P2p1p1p3p3D D1 1（1）K、A部分产生阴极射线（2）A、B只让水平运动的阴极射线通过（3）D1、D2之间加电场或磁场检测阴极射线是否带电和带电性质（4）荧光屏显示阴极射线到达的位置，对阴极射线的偏转做定量的测定1、当金属板D

5、1、D2之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上P1点。施加电场E之后，射线发生偏转并 射到屏上P2处。由此可以推断阴极射线带有什么性质的电荷？负电荷课本思考与讨论实验结论1. 1897年，汤姆孙得出阴极射线的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷。rdBUrBEmq22 当汤姆孙在测定比荷实验时发现，用不同材料的阴极做实验，所发出射线的粒子都有相同的比荷，这表明什么？ 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。 荷质比约为质子（氢离子）比荷的2000倍。是电荷比质子大？还是质量比质子小？ 汤姆孙猜测：这可能表示阴极射线粒子电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得

6、多。 后来汤姆孙测得了这种粒子的电荷量与氢离子电荷量大致相同，由此可以看出他当初的猜测是正确的。后来阴极射线的粒子被称为电子。实验结论 由此可见，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。2. 美国科学家密立根又精确地测定了电子的电量： e=1.60221019 C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为： m=9.10941031 kg1836pemm质子质量与电子质量的比值：带电物体所带的电荷量是量子化的带电物体所带的电荷量是量子化的 电子的发现有什么意义？ 电子是人类发现的第一个比原子小的粒子，电子的发现打破了原子不可再分的传统观念，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本

7、身也有内部结构。 因此汤姆孙被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”电子的发现之旅阴极射线汤姆孙发现电子n原子可以分割。n无论哪种材料作为阴极产生的粒子质量电荷相同，说明它们是原子的组成部分。n粒子质量小于氢原子的千分之一。18.2 18.2 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，而原子又是中性的，因此推断出原子中还因此推断出原子中还有带正电的物质，几有带正电的物质，几乎占有原子的全部质乎占有原子的全部质量。量。 me=9.10910-31Kg

8、 e=1.60210-19C J.J.汤姆孙，汤姆孙，1857-1940，英国物，英国物理学家，电子的发现者。理学家，电子的发现者。因通过气体电传导性的研究，测因通过气体电传导性的研究，测出电子的电荷与质量的比值，出电子的电荷与质量的比值，1906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？电子正电荷原子是一个球体，原子是一个球体，里面充里面充满了均匀分布的带正电的满了均匀分布的带正电的流体，流体，电子镶嵌在正电荷电子镶嵌在正电荷液体中液体中，就象枣点缀在一，就象枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被块蛋糕里一样，所以又

9、被人们称为人们称为“枣糕模型枣糕模型”。从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很成功成功的。 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，获得英国剑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验室，成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。提出原子结构的核式为汤姆孙的研究生。提出原子结构的核式模型，为原子结构的研究做出很大的贡献。模型，为原子结构的研究做出很大的贡献。18

10、98年，在汤姆孙的推荐下，担任加拿大年，在汤姆孙的推荐下，担任加拿大麦吉尔大学的物理教授。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物理年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。系主任。1919年接替退休的汤姆孙，担任卡文迪许年接替退休的汤姆孙，担任卡文迪许实验室主任。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年年受封为纳尔逊男爵。受封为纳尔逊男爵。1937年年10月月19日因病在剑桥逝世，与牛顿日因病在剑桥逝世，与牛顿和法拉第并排安葬，享年和法拉第并排安葬，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

11、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、他关于、他关于放射性的研究放射性的研究确立了放确立了放射性是发自原子内部的变化。为开射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、1909年起，卢瑟福根据年起，卢瑟福根据a粒子散粒子散射试验现象提出原子核式结构模型。射试验现象提出原子核式结构模型。把原子结构的研

12、究引上了正确的轨把原子结构的研究引上了正确的轨道，被誉为道，被誉为原子物理学之父原子物理学之父。 3、1919年，卢瑟福做了用年，卢瑟福做了用粒子粒子轰击氮核的实验，从而轰击氮核的实验，从而发现了质发现了质子。子。 4、用粒子或、用粒子或射线轰击原子核来射线轰击原子核来引起核反应引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重人们研究原子核和应用核技术的重要手段。要手段。 桃李满天下桃李满天下 在卢瑟福的悉心培养下，他的学生和助手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：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年，卢瑟福

13、的助手索迪获诺贝尔化学奖；学奖； 1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；化学奖； 1922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；理奖； 1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；物理奖； 1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；尔物理奖； 1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；尔物理奖； 1951年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同耳顿，共同 获得诺贝尔物理奖；获得诺贝尔物理奖； 19

14、78年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。物理奖。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。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

15、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？（1）粒子出现大角度散射）粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞有没有可能是与电子碰撞后造成的？后造成的？（2）按照枣糕模型，粒子）按照枣糕模型，粒子出现大角度散射有没有可出现大角度散射有没有可能是原子中正电荷造成的？能是原子中正电荷造成的？ 请你来回答吧！请你来回答吧！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

16、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 ！卢瑟福思考卢瑟福思考 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粒子穿过金箔仍沿原方向前进说明什么？仍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？（1）在原子的在原子的中心中心有一个很小的核，叫做原子核有一个很小的核，叫做原子核（2）原子的）原子的全部正电荷全部正电荷和和几乎全部质量几乎全部质量都集中在原子核都集中在原子核里里（3）带）带负电的电子负电的电子在在核

17、外核外空间绕着核旋转空间绕着核旋转三三. 原子的核式结构原子的核式结构 1. 原子的核式结构模型内容原子的核式结构模型内容 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动的主要因素主要因素是带是带正正电的原子核电的原子核。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，过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改运动方向几乎没有改变，只有变，只有极少数极少数粒子粒子可能与核十分接近，可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏才会发生大角度的偏转转 。三三. 原

18、子的核式结构原子的核式结构 2. 对对粒子散射实验现象粒子散射实验现象解释解释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

19、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、在用、在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的到的粒子的运动情况是（粒子的运动情况是（ ） A、全部、全部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进 B、绝大多数、绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来的方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，极少数甚至被弹回向前进，少数发生较大偏转，极少数甚

20、至被弹回 C、少数、少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，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回 D、全部、全部粒子都发生很大偏转粒子都发生很大偏转B2、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、证明了质子的存在、证明了质子的存在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、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、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、当

21、、当粒子被重核散射时，如图所示的运动粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的（轨迹哪些是不可能存在的（ ）BC4、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原子核外电子大小原子核外电子大小B电子运动速度电子运动速度C原子的大小原子的大小D原子核的大小原子核的大小D5在在粒子散射实验中，没有考虑粒子散射实验中，没有考虑粒子跟电子粒子跟电子的碰撞，其原因是（的碰撞，其原因是（ ）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粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽略略C电子的体积很小，电子的体积很小，粒子不会跟电子

22、相碰粒子不会跟电子相碰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 小结：小结： 1.阴极射线阴极射线是由是由电子电子组成的，电子是原子的组组成的，电子是原子的组成部分成部分2.电子是由汤姆孙电子是由汤姆孙发现的。并测出了电子的发现的。并测出了电子的比比荷荷3.电子电子电荷量电荷量是由是由密立根密立根根据油滴实验测出的，根据油滴实验测出的，电荷是量子化电荷是量子化的。的。4. 粒子散射实验的实验原理和粒子散射实验的实验原理和实验现象实验现象5.卢瑟福的卢瑟福的原子核式结构的主要内容原子核式结构的主要内容6.原子和原子核的数量级原子和原子核的数量级，原子和原子核的组，原子和原子核的组成及带电情况。成及带电情况。