【高中物理】原子的核式结构模型成品.pptx

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1、4.3原子的核式结构模型阴极射线阴极射线 科学家在科学家在研究稀薄气体研究稀薄气体放电时发现，放电时发现，当玻璃管内的当玻璃管内的气体足够稀薄气体足够稀薄时，阴极就发时，阴极就发出一种射线。出一种射线。它能使对着阴它能使对着阴极的玻璃管壁极的玻璃管壁发出荧光，这发出荧光，这种射线的本质种射线的本质是什么呢？是什么呢？1876 1876年德国物理学家戈德斯坦年德国物理学家戈德斯坦把把这种未知射线称之为这种未知射线称之为阴极射线阴极射线。阴极射线的本质阴极射线的本质1919世纪，对阴极射线本质的认识有两种观点世纪，对阴极射线本质的认识有两种观点一种观点认为阴极射线像一种观点认为阴极射线像X X射线

2、一射线一样是样是电磁辐射电磁辐射代表人物赫兹代表人物赫兹另一种观点认为阴极射线是另一种观点认为阴极射线是带带电微粒电微粒代表人物汤姆孙代表人物汤姆孙赫兹赫兹 德国德国汤姆孙汤姆孙英国英国 如果是你如果是你，你将设计怎样的实验，来探，你将设计怎样的实验，来探究阴极射线的本质是电磁波还是带电粒子流究阴极射线的本质是电磁波还是带电粒子流？让阴极射线沿垂直场的方向通过电场或让阴极射线沿垂直场的方向通过电场或磁场，观察它是否偏转磁场，观察它是否偏转阴极射线的本质阴极射线的本质阴极射线的本质阴极射线的本质阴极射线的本质阴极射线的本质 自自18901890年起开始研究年起开始研究。J.J.J.J.汤姆孙对阴

3、极射线汤姆孙对阴极射线进行了一系列的进行了一系列的实验研究。他确认阴极射线是带电的粒子实验研究。他确认阴极射线是带电的粒子。阴极射线的本质阴极射线的本质由此推断阴极射线带由此推断阴极射线带有什么性质的电荷？有什么性质的电荷？带负电带负电+-+-1.1.金属板金属板D D1 1D D2 2之间未加电场时之间未加电场时 不偏转，射在不偏转，射在P P1 1点点2.2.金属板金属板D D1 1D D2 2之间加上电场时之间加上电场时 偏转，射在偏转，射在P P2 2点点P2KABP1P3D1D2所以这种射线的本质是一种所以这种射线的本质是一种高速带电粒子流高速带电粒子流。阴极射线的本质阴极射线的本质

4、3.3.加一个磁场使射线不偏转，磁场方向怎样？加一个磁场使射线不偏转，磁场方向怎样？+-+-P2KABP1P3D1D2垂直纸面向外垂直纸面向外怎怎样样测测电电荷荷的的速速度度+-P2KABP1P3D1D24.4.去掉电场，只用磁场去掉电场，只用磁场射线会落在射线会落在P P3 3处处在磁场中的轨迹是半径为在磁场中的轨迹是半径为r r的圆弧的圆弧+-所以高速粒子流的比荷所以高速粒子流的比荷垂直纸面向外垂直纸面向外3.3.加一个磁场使射线不偏转，磁场方向怎样？加一个磁场使射线不偏转，磁场方向怎样？怎怎样样测测电电荷荷的的荷荷质质比比汤姆孙的进一步研究汤姆孙的进一步研究汤姆孙的进一步研究汤姆孙的进一

5、步研究正离子的轰击正离子的轰击正离子的轰击正离子的轰击紫外线照射紫外线照射紫外线照射紫外线照射放射性物质放射性物质放射性物质放射性物质阴极射线阴极射线阴极射线阴极射线光电流光电流光电流光电流 射线射线射线射线电子电子金属受热金属受热金属受热金属受热热离子流热离子流热离子流热离子流 （1 1 1 1）产生电子的方法）产生电子的方法）产生电子的方法）产生电子的方法 （2 2 2 2）汤姆孙通过进一步的研究证明：）汤姆孙通过进一步的研究证明：）汤姆孙通过进一步的研究证明：）汤姆孙通过进一步的研究证明：电子是原子的组成部分，是比原电子是原子的组成部分，是比原电子是原子的组成部分，是比原电子是原子的组成

6、部分，是比原子更基本的单元。子更基本的单元。子更基本的单元。子更基本的单元。由由实实验验测测得得的的阴阴极极射射线线粒粒子子的的比比荷荷是是氢氢离离子子比比荷荷的的近近20002000倍倍。电电荷荷量量确确是是与与氢氢离离子子的电荷量差别不大的电荷量差别不大。密立根油滴实验密立根油滴实验密立根密立根由于研究基本电荷和光由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的电效应，特别是通过著名的油油滴实验滴实验，证明电荷有最小单位。，证明电荷有最小单位。获得获得19231923年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖密立根油滴实验密立根油滴实验1.1.密立根测：密立根测：2.2.根据荷质比，可以精确地计算出电子

7、的质量：根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量：3.3.质子与电子质量的比值：质子与电子质量的比值：电荷是量子化的电荷是量子化的任何带电体的电量为任何带电体的电量为e的整数倍。的整数倍。汤姆孙的伟大发现 汤姆孙发现电子，汤姆孙发现电子，敲开了原子的大门敲开了原子的大门。电子带负电，质量远小于原子质量，电子带负电，质量远小于原子质量，而原子又是不呈电性的，所以还应该含有而原子又是不呈电性的，所以还应该含有带正电的物质，正点物质几乎占有原子的带正电的物质，正点物质几乎占有原子的全部质量。全部质量。汤姆孙的原子模型汤姆孙的原子模型电子电子正电荷正电荷原子是一个球体，原子是一个球体，正电荷均匀正电荷均

8、匀正电荷均匀正电荷均匀分布在球体中分布在球体中分布在球体中分布在球体中，电子镶嵌在，电子镶嵌在正正电荷电荷之之中中，就象枣点缀在一块，就象枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人们称蛋糕里一样，所以又被人们称为为“枣糕模型枣糕模型”。解释原子是电中性，解释原子是电中性，电子在原子里是怎样分电子在原子里是怎样分布，解释了原子为什么布，解释了原子为什么会发光。会发光。原子电子v19031903年年勒纳德勒纳德实验实验：使：使电子束射到金属膜上。电子束射到金属膜上。1 1 1 1、现象：、现象：、现象：、现象：较高速度的电子束很容易穿透原子。较高速度的电子束很容易穿透原子。2 2 2 2、推断：、推断：、

9、推断：、推断：说明原子内部很空，或者说原子不是一个实心球体。说明原子内部很空，或者说原子不是一个实心球体。3 3 3 3、矛盾：、矛盾：、矛盾：、矛盾：与汤姆孙的原子模型（实心）不符。与汤姆孙的原子模型（实心）不符。说明汤姆孙的枣糕模型是有问题的。说明汤姆孙的枣糕模型是有问题的。说明汤姆孙的枣糕模型是有问题的。说明汤姆孙的枣糕模型是有问题的。勒纳德卢瑟福卢瑟福粒子散射粒子散射卢瑟福卢瑟福粒子散射粒子散射2、粒子散射实验粒子散射实验现象现象绝大多数绝大多数粒子穿过金箔后，粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进基本上仍沿原来的方向前进。极少数极少数偏转的角度甚至大于偏转的角度甚至大于90，也就是

10、说，它们几乎被，也就是说，它们几乎被“撞了回来撞了回来”。少数少数粒子（约占粒子（约占 ）发生了）发生了大角度偏转大角度偏转，3、对对粒子散射实验的解释粒子散射实验的解释J.J.汤姆孙的模型汤姆孙的模型无法解释大角度散射的实验结果。无法解释大角度散射的实验结果。占原子质量绝大部分的占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围带正电的物质集中在很小的空间范围。这样才会使。这样才会使粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转。粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转。大角度的偏转不可能是电子造成的大角度的偏转不可能是电子造成的粒子偏转主要是具有原子的大部分质量的带正电部分造成

11、的粒子偏转主要是具有原子的大部分质量的带正电部分造成的 因为电子的质量只有因为电子的质量只有粒子的粒子的 ，它对，它对粒子速度的大小和方向的影响就粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。4、卢瑟福核式结构模型卢瑟福核式结构模型带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核原子核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里都集中在原子核里原子原子原子核原子核核外电子核外电子质

12、子质子中子中子 原子核的电荷数原子核的电荷数:电荷数电荷数(Z)=(Z)=质子数质子数=原子序数原子序数原子核的符号原子核的符号:原子核的质量数原子核的质量数:质量数质量数(A)=(A)=核子数核子数=质子数质子数+中子数中子数X X为元素符号，为元素符号，Z Z为质子数，为质子数，A A 为质量数。为质量数。核电荷核电荷数质子数数质子数(Z)(Z)元素的原子序数核外电子数元素的原子序数核外电子数质量数质量数（A A）核子数质子数中子）核子数质子数中子数数H H的三种同位素：的三种同位素：原子核的半径是很难测量的，原子核的半径是很难测量的，一般通过一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。其他粒子

13、与核的相互作用来确定。粒子散粒子散射可以用来估算核半径。射可以用来估算核半径。对于一般的原子核，对于一般的原子核，实验确定实验确定的核半径的数量级为的核半径的数量级为10-15 m，而整，而整个原子半径的数量级是个原子半径的数量级是10-10 m，两者相差十，两者相差十万倍之多。万倍之多。原子内部是十分原子内部是十分“空旷空旷”的的通常用核半径描述核的大小通常用核半径描述核的大小2、原子核的尺度原子核的尺度核半径的数量核半径的数量级为级为10-15 m原子半径的数原子半径的数量级是量级是10-10 m18951895年在新西兰大学毕业后，获得英国剑桥大学的奖学金进年在新西兰大学毕业后，获得英国

14、剑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模型，为原子结构的研究做出很大的贡献。核式模型，为原子结构的研究做出很大的贡献。18981898年，在汤姆孙的推荐下，担任加拿大麦吉尔大学的物理年，在汤姆孙的推荐下，担任加拿大麦吉尔大学的物理教授。教授。19071907年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。19191919年接替退休的汤姆孙，担任卡文迪许实验室主任。年接替退休的汤姆孙，担任卡文迪许实验室主任。19251925年当选为英国皇家学会主席。年当选为英国皇家学会主席。1

15、9311931年受封为纳尔逊男爵。年受封为纳尔逊男爵。19371937年年1010月月1919日因病在剑桥逝世，与牛顿和法拉第并排安葬，日因病在剑桥逝世，与牛顿和法拉第并排安葬，享年享年6666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）。卢瑟福生平简介卢瑟福生平简介杰出贡献杰出贡献:1899年年命名命

16、名 射线、射线、射线；射线；1902年提出原子自然衰变理论年提出原子自然衰变理论；19091911年年，卢瑟福，卢瑟福指导他的学生指导他的学生盖革盖革和马和马斯顿进行了斯顿进行了粒子散射实验粒子散射实验。1911年提出原子的核式结构模型；年提出原子的核式结构模型；1919年发现质子，预言中子；年发现质子，预言中子；实现人工核反应。实现人工核反应。直接培养了直接培养了11名诺贝尔奖获得者。名诺贝尔奖获得者。被誉为原子物理学之父。被誉为原子物理学之父。卢瑟福卢瑟福(18711937)桃李满天下桃李满天下 在卢瑟福的悉心培养下，他的学生和助手有多人获得了在卢瑟福的悉心培养下，他的学生和助手有多人获得

17、了诺贝尔奖金：诺贝尔奖金：19211921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；19221922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；19221922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；19271927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；19351935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；19481948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；19511951年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同获得年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同获得诺贝尔物理奖；诺贝尔物理奖；19781978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。卢瑟福卢瑟福(18711937)