第2节原子的核式结构模型.pptx

《第2节原子的核式结构模型.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2节原子的核式结构模型.pptx（42页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、福建省泰宁第一中学江小安福建省泰宁第一中学江小安 20182018年年5 5月月7 7日日鲁科版：选修鲁科版：选修3-53-5第第2 2章第章第2 2节节 原子的核式结构模型原子的核式结构模型问题1：用什么用什么办法能知道法能知道这只只鸡蛋的蛋壳里面有些什么呢？蛋的蛋壳里面有些什么呢？问题2：如果不打开它，但又想知道如果不打开它，但又想知道这里面是什么，里面是什么，还有什么有什么办法呢？法呢？我们经历了这样一个探究过程：我们经历了这样一个探究过程：提出问题提出问题观察物理现象观察物理现象猜想与假设猜想与假设构建物理模型构建物理模型实验验证实验验证分析与分析与论证论证得出结论得出结论对鸡蛋的探究

2、，给了我们什么启示对鸡蛋的探究，给了我们什么启示？一、回顾原子模型的科学探索历程一、回顾原子模型的科学探索历程1.1.汤姆孙原子模型的提出：汤姆孙原子模型的提出：一百多年前，科学家们探索原子结构就是用这样的科学思维方法。葡萄干面包模型或西瓜模型、枣糕模型 汤姆孙认为：原子带正电的部分应汤姆孙认为：原子带正电的部分应充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正象葡萄干在球体的某些固定位置，正象葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的葡萄嵌在面包中那样，这就是原子的葡萄干面包模型。干面包模型。2.2.汤姆孙原子模型遇到的困难：汤姆孙原子模型遇到的困难：德国实验

3、物理学家勒纳德1903年所做的电子束穿过金属箔的实验显示，高速电子很容易穿过金属中的原子，看看来来原原子子并并不不是是一个正电荷均匀分布的实心球体。一个正电荷均匀分布的实心球体。一种物理模型是否成立，须经得起实验的检验！看来，看来，汤姆孙原子模型在解释这个实验现象上汤姆孙原子模型在解释这个实验现象上真正遇到了困难！真正遇到了困难！那么，19世纪末、20世纪初，科学家又是用什么方法来进一步研究原子内部的信息呢？1919世世纪纪末末，射射线线（高高速速粒粒子子流流）、射射线线（高高速速电电子子流流）相相继继被被发发现现，尤尤其其某某些些放放射射性性物物质质释释放放的的粒粒子子具具有有很很大大的的动

4、动能能，可可以以做做轰轰击金属的击金属的“炮弹炮弹”。用这些已知的粒子与金属内的原子发生相互作用，由粒子偏转情况来获得原子内部的信息。3.3.卢瑟福卢瑟福粒子散射实验的理论依据：粒子散射实验的理论依据：卢瑟福正是利用这个重要的方法卢瑟福正是利用这个重要的方法-“-“碰撞碰撞”的实验方法，通过的实验方法，通过粒子的散射实验进一步研粒子的散射实验进一步研究原子内部的结构。究原子内部的结构。所所谓“散射散射”：指的是指的是偏离了原来的运偏离了原来的运动方向而分开方向而分开二、二、粒子散射实验粒子散射实验 欧欧内内斯斯特特卢卢瑟瑟福福是是汤汤姆姆逊逊的的学学生生。卢卢瑟瑟福福是是一一位位成成绩绩卓卓著

5、著的的实实验验物物理理学学家家，是是原原子子核核物物理理学学的的开创者。开创者。1909191119091911年年,在在他他的的带带领领下下，同同盖盖革革、马马斯斯登登在在卡卡文文迪迪许许实实验验室室（英英国国剑剑桥桥大大学学的的物物理理实实验验室室）内内做做了了用用高高速速飞飞行行的的粒粒子子去去轰轰击击金金箔箔的的实实验验。（卢卢瑟瑟福福用用这这种种轰轰击击的的方方式式还还发发现现了了质质子子，其其学生查德威克也是用这种轰击的方式发现了中子）学生查德威克也是用这种轰击的方式发现了中子）卢瑟福是怎瑟福是怎样通通过实验来研究原子内部来研究原子内部结构的？构的？卢瑟福粒子散射实验装置示意图射线

6、：某些放射性物质（如铀、镭、钋等）释放出的高速射线：某些放射性物质（如铀、镭、钋等）释放出的高速粒子流，其速度约为粒子流，其速度约为0.1C0.1C（其中（其中C C为光速，为光速，C=3.0C=3.0108m/s)。粒子（粒子（He原子核）：带有原子核）：带有2 2个单位的正电荷，质量是氢原子质量的个单位的正电荷，质量是氢原子质量的4 4倍，是电子质倍，是电子质量的量的73007300倍。倍。整个装置整个装置处于真空中于真空中粒子散射实验测得的数据散射角15o30o45o60o75o105o120o150o闪烁数13200078001435477211695133根据以上实验数据，你发现什么

7、现象？交流与交流与讨论：1m1m厚厚的的金金箔箔大大约约有有33003300层层原原子子，绝绝大大多多数数粒粒子子穿穿过过金金箔箔后后仍仍沿沿原原来来的的方方向向前进，这说明了什么？前进，这说明了什么？说明了原子内的绝大部分空间是空的！说明了原子内的绝大部分空间是空的！如如果果根根据据汤汤姆姆孙孙原原子子结结构构模模型型，高高速速运运动动的的粒粒子子穿穿过过金金箔箔后后偏偏离离原原来来方方向向的的角角度度应应该该是是很很小小的的，因因为为电电子子的的质质量量很很小小，不不到到粒粒子子的的1/7300，粒粒子子碰碰到到它它，就就像像飞飞行行着着的的子子弹弹碰碰到到一一粒粒尘尘埃埃一一样样，运运动

8、动方方向向不不会会发发生生明明显显的的改变。改变。汤姆孙模型预言的汤姆孙模型预言的粒子散射实验的结果是怎样的粒子散射实验的结果是怎样的？汤姆姆孙原子模型原子模型（枣糕模型）糕模型）建立在理建立在理论的基础上论的基础上交流与交流与讨论：按按照照汤汤姆姆孙孙原原子子模模型型，原原子子的的质质量量、正正电电荷荷在在原原子子内内均均匀匀分分布布，粒粒子子在在原原子子外外面面，在在原原子子附附近近或原子内部时，有没有可能出现大角度偏转？或原子内部时，有没有可能出现大角度偏转？分分析析：当当粒粒子子在在汤汤姆姆孙孙原原子子结结构构模模型型的的原原子子外外面面时时，由由于于质质子子呈呈电电中中性性，而而且且

9、是是球球形形对对称称分分布布，原原子子对对粒粒子子没没有有作作用用力力；当当粒粒子子接接近近原原子子或或进进入入原原子子内内部部时，时，粒子也不应发生大角度的散射。粒子也不应发生大角度的散射。事实上卢瑟福观察到什么现象呢？居然，在金箔正前方还能观察到闪烁点！建立在建立在实验的实验的基础上！基础上！D.D.有的甚至有的甚至被反弹回来（大量实验表明，反射回来被反弹回来（大量实验表明，反射回来的概率有的概率有1/80001/8000）。）。A.A.绝大多数绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进；粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进；卢瑟福观察到的实验现象：卢瑟福观察到的实验现象：B.B.有有少数少数粒

10、子发生了较大的偏转；粒子发生了较大的偏转；C.C.有有极少数极少数粒子偏转角超过了粒子偏转角超过了9090；交流与交流与讨论：粒粒子子出出现现大大角角度度散散射射是是否否是是与与电电子子碰碰撞造成的？撞造成的？分析：分析：粒粒子子具具有有相相当当大大的的质质量量和和很很大大的的动动能能，由由碰碰撞撞的的规规律律可可知知，电电子子不不可可能能使使粒粒子子发发生生大大角角度度的的偏偏转转。只可能是电子的速度发生大的改变。只可能是电子的速度发生大的改变。粒子质量约为电子质量的粒子质量约为电子质量的73007300倍，倍，粒子的速度约为粒子的速度约为0.1C=3.00.1C=3.0107m/s,以以氢

11、原子为例，电子绕核运动的速度约为氢原子为例，电子绕核运动的速度约为2.1106m/s，若，若粒子他和电子相向碰撞，粒子他和电子相向碰撞，则两者动量之比为则两者动量之比为104286104286：1 1交流与交流与讨论：据据你你推推测测少少数数粒粒子子大大角角度度散散射射的的原原因因可可能能有有哪些？哪些？分分析析：只只有有原原子子的的全全部部正正电电荷荷和和几几乎乎全全部部质质量量集集中中在在狭狭小小的的空空间间里里（形形成成原原子子核核），并并且且粒粒子子十十分接近它时，才能发生大角度的偏转。分接近它时，才能发生大角度的偏转。交流与交流与讨论：你你认认为为原原子子中中的的正正电电荷荷应应如如

12、何何分分布布，才才有有可可能能造成造成粒子大角度偏转？为什么？粒子大角度偏转？为什么？分分析析：实实验验中中发发现现极极少少数数粒粒子子发发生生了了大大角角度度偏偏转转，甚甚至至反反弹弹回回来来，表表明明这这些些粒粒子子在在原原子子中中某某个个地地方方受受到到了了质质量量、电电量量均均比比它它本本身身大大得得多多的的物物体体的的作作用用，可可见见原原子中的正电荷、质量应都集中在一个中心上。子中的正电荷、质量应都集中在一个中心上。3.3.有的甚至有的甚至被弹回被弹回分析：分析：1.1.绝大多数绝大多数粒子粒子不偏转不偏转 说明原子内部绝大部说明原子内部绝大部 分是分是“空空”的。的。2.2.少少

13、数数粒粒子子发发生生较较大大偏偏转转,极极少少数数粒粒子子偏转角超过了偏转角超过了9090 说明原子内部有说明原子内部有“核核”存在。存在。说明作用力很大且质说明作用力很大且质 量大电量集中。量大电量集中。在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核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集中在原子核里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间绕着核旋转带负电的电子在核外空间绕着核旋转三、三、卢瑟福原子卢瑟福原子结构结构模型模型1.1.卢瑟福原子卢瑟福原子的核式结构的核式结构模型模型（又称为行星模型）又称为行星模型）A.A.绝大多数绝大多数粒子

14、穿过金箔后仍沿原来的方向前进；粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进；2.2.粒子散射实验现象的解释：粒子散射实验现象的解释：分析思路：分析思路：按按照照卢卢瑟瑟福福原原子子核核式式结结构构模模型型，粒粒子子穿穿过过原原子子时时，电电子子对对粒粒子子运运动动的的影影响响很很小小，影影响响粒粒子子运运动动的的主主要要是带正电的原子核。是带正电的原子核。由于原子核很小，由于原子核很小，粒子接近它的粒子接近它的几率很小。几率很小。D.D.有的甚至有的甚至被反弹回来（大量实验表明，反射回来被反弹回来（大量实验表明，反射回来的概率有的概率有1/80001/8000）。）。B.B.有有少数少数粒子发生了较大的偏

15、转；粒子发生了较大的偏转；C.C.有有极少数极少数粒子偏转角超过了粒子偏转角超过了9090；少数或极少数少数或极少数粒子接近原子核时，在粒子接近原子核时，在库仑排斥力的作用下而发生了偏转。库仑排斥力的作用下而发生了偏转。当当粒子正对着原子核射入时，在库仑粒子正对着原子核射入时，在库仑排斥力的作用下发生了排斥力的作用下发生了180180的偏转。的偏转。半径大小（数量级）半径大小（数量级）质量（质量（以氢原子为例以氢原子为例）原子原子 1010-10-10m m 即原子核和电子的质量总和：即原子核和电子的质量总和：1.661.661010-27-27 Kg Kg 原子核原子核 10 10-15-1

16、51010-14-14m m 电子质量：电子质量：9.19.11010-31-31 KgKg从表中可以看出：从表中可以看出：原子核的直径只相当于原子直径的十万分之一！原子核的直径只相当于原子直径的十万分之一！原子核的质量是电子质量的原子核的质量是电子质量的18241824倍！倍！3.3.原子、原子核的直径和质量原子、原子核的直径和质量：什么“情况”？打个比方：打个比方：我校我校田径场田径场(400(400米标准跑道米标准跑道)面积大面积大约约14619.914619.9平方米，如果看成圆形的，则圆形的直径约为平方米，如果看成圆形的，则圆形的直径约为136.47136.47米，设想把这个直径看作

17、原子的直径，则以下图中各物件对应的米，设想把这个直径看作原子的直径，则以下图中各物件对应的尺寸哪个类似于原子核的直径？尺寸哪个类似于原子核的直径？（已知氢原子的直径约为（已知氢原子的直径约为1010-10-10米米,氢原子核的直径约为氢原子核的直径约为 310310-15-15米）米）鸡蛋蛋约43.0mm52.0mm直径直径20.8-21.4cm计算得计算得d=0.0040941md=0.0040941m4.1mm感悟：原子核的直径太小，原子的直径比原子核大原子核的直径太小，原子的直径比原子核大得多，得多，表明表明原子内部是十分原子内部是十分“空旷空旷”的的，难怪难怪粒子击中原子核的几率是非常

18、小的！粒子击中原子核的几率是非常小的！D.D.有的甚至有的甚至被反弹回来（大量实验表明，被反弹回来（大量实验表明，反射回来的概率有反射回来的概率有1/80001/8000）。）。四、拓展一步四、拓展一步 假定原子核静止不动，粒子以一定的初动能接近原子核，达到离原子核的最小距离时，初动能完成转变为原子核电场中的电势能，然后在粒子与原子核正电荷的排斥作用下以接近180角返回。(已已知知电电荷荷之间电势能之间电势能 )试讨论：若粒子与金原子核发生对心弹性碰撞时，粒子以接近180角返回。能否据此信息估算出原子核的直径？如何建立模型去分析？如图所示，若如图所示，若粒子的质量为粒子的质量为ma，初速度为，

19、初速度为v0,假定原子假定原子序数为序数为Z的原子核静止不动，当的原子核静止不动，当粒子最接近原子核时，动粒子最接近原子核时，动能全部转化为电势能，有能全部转化为电势能，有得故原子核的直径drmin。试计算：试计算：现现有有一一个个粒粒子子以以2 2107m/sm/s的的速速度度去去轰轰击击金金箔箔，若若金金原原子子的的核核电电荷荷数数为为7979。求求该该粒粒子子与与金金原原子子核核间间的的最最近近距距离离。(已已知知带带电电粒粒子子在在点点电电荷荷电电场场中中的的电电势势能能表表达达式式为为 ,粒粒子子质质量量为为6.646.6410-27kg)kg)由以上由以上讨论结果可知：果可知：可见

20、，金原子核的直径d2.710-14m【反馈练习】1.在用在用粒子粒子轰击金箔的金箔的实验中，中，卢瑟福瑟福观察到的察到的粒子的粒子的运运动情况是情况是 A.全部全部粒子穿粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前金属箔后仍按原来的方向前进 B.绝大多数大多数粒子穿粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前金属箔后仍按原来的方向前进，少，少数数发生生较大偏大偏转，极少数甚至被，极少数甚至被弹回回 C.少数少数粒子穿粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多大多数数发生生较大偏大偏转，甚至被，甚至被弹回回 D.全部全部粒子都粒子都发生很大偏生很大偏转答案：答案：B2.卢瑟福瑟福粒子散射粒子散射

21、实验的的结果果()A.证明了明了质子的存在子的存在B.证明了原子核是由明了原子核是由质子和中子子和中子组成的成的C.说明原子的全部正明原子的全部正电荷和几乎全部荷和几乎全部质量都集中在一个很小的量都集中在一个很小的核上核上D.说明原子的明原子的电子只能在某些不子只能在某些不连续的的轨道上运道上运动答案：答案：C3.当当粒子被重核散射粒子被重核散射时，如，如图所示的运所示的运动轨迹哪些是不可能存在的迹哪些是不可能存在的()答案：答案：BC4.如如图所示所示为粒子散射粒子散射实验装置，装置，粒子打到粒子打到荧光屏光屏上都会引起上都会引起闪烁，若将，若将带有有荧光屏的光屏的显微微镜分分别放在放在图中

22、中A、B、C、D四四处位置位置则这四四处位置在相等位置在相等时间内内统计的的闪烁次数可能符合事次数可能符合事实的是（的是（）A1305、25、7、1 B202、405、625、825 C1202、1010、723、203 D1202、1305、723、203课堂小结课堂小结(1)(1)粒子散射实验现象（注意几个关键词粒子散射实验现象（注意几个关键词“绝大多数绝大多数”、“少数少数”、“极少数极少数”、“有的甚至有的甚至”）；）；(2)(2)汤姆孙原子模型不能解释汤姆孙原子模型不能解释粒子散射实验现象；粒子散射实验现象；(3)(3)卢瑟福原子核式结构模型对卢瑟福原子核式结构模型对粒子散射实验现象的粒子散射实验现象的成功解释；成功解释；(4)(4)归纳从电子的发现到原子核式结构模型归纳从电子的发现到原子核式结构模型的提出的科学探索历程。的提出的科学探索历程。1.课本第31页13题；2.查阅了解信息：卢瑟福及卡文迪许实验室https:/