18.1电子的发现18.2原子的核式结构模型.

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弹性碰撞和非弹性碰撞ⅡⅠ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ⅠⅠ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ⅠⅠⅠⅠⅠⅠ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18.2原子的核式结构模型第十八章原子结构18.1电子的发现学习目标1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分2.知道电子是由汤姆孙发现的。并测出了电子的比荷3.知道电子电荷量是由密立根根据油滴实验测出的，并且知道电荷是量子化的。4.了解α粒子散射实验的实验原理和实验现象5.知道卢瑟福的原子核式结构的主要内容6.知道原子和原子核的数量级，原子和原子核的组成及带电情况。18.1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…atomΑτομικής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kABD2P2p1p3D1（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D1、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=1.6022×10－19C根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为：m=9.1094×10－31kg1836pemm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原子可以分割。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。粒子质量小于氢原子的千分之一。18.2原子的核式结构模型第十八章原子结构电子是原子的组成部分，由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质，几乎占有原子的全部质量。me=9.109×10-31Kge=1.602×10-19C历史回顾J.J.汤姆孙，1857-1940，英国物理学家，电子的发现者。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，1906年获诺贝尔物理学奖。思考：那么，这两种物质是怎样构成原子的呢？电子正电荷原子是一个球体，里面充满了均匀分布的带正电的流体，电子镶嵌在正电荷液体中，就象枣点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为“枣糕模型”。一.汤姆孙的原子模型以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上所取得的这些惊人成就，使欧洲大陆上的物理学家都拜倒在他们的脚下。他的学生卢瑟福也接受了汤姆孙的原子模型，1909年卢瑟福建议其学生兼助手盖革和马斯顿用α粒子轰击金箔去验证汤姆孙原子模型。让我们来认识一下卢瑟福吧！从经典物理学的角度看，汤姆孙的模型是很成功的。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。1895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。1898年，在汤姆孙的推荐下，担任加拿大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系主任。1919年接替退休的汤姆孙，担任卡文迪许实验室主任。1925年当选为英国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵。1937年10月19日因病在剑桥逝世，与牛顿和法拉第并排安葬，享年66岁。欧内斯特·卢瑟福1871年8月30日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工人家庭。并在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷学院学习。23岁时获得了三个学位（文学学士、文学硕士、理学学士）。•科学成就1、他关于放射性的研究确立了放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。2、1909年起，卢瑟福根据a粒子散射试验现象提出原子核式结构模型。把原子结构的研究引上了正确的轨道，被誉为原子物理学之父。3、1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验，从而发现了质子。4、用粒子或γ射线轰击原子核来引起核反应实现人工核反应，成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。•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诺贝尔奖金：•1921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；•1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；•1922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；•1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；•1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；•1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；•1951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；•1978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。二.α粒子散射实验1.实验装置放射源——放射性元素钋（Po）放出α粒子，α粒子是氦核，带2e正电荷，质量是氢原子的4倍，具有较大的动能。金箔——作为靶子，厚度1μm,重叠了3000层左右的金原子。荧光屏——α粒子打在上面发出闪光。显微镜——通过显微镜观察闪光，且可360°转动观察不同角度α粒子的到达情况。二.α粒子散射实验2.实验现象绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数α粒子（约占8000分之一）发生了较大的偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎被撞了回来。二.α粒子散射实验卢瑟福对于上述实验的结果感到十分惊奇，他说：“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，结果被发弹回来而打到自己身上。。。。。”3.实验分析思考：为什么会这样说？汤姆逊枣糕原子模型能否解释这种现象？二.α粒子散射实验（1）粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的？（2）按照枣糕模型，粒子出现大角度散射有没有可能是原子中正电荷造成的？请你来回答吧！！二.α粒子散射实验卢瑟福根据他的导师汤姆生模型计算的结果：电子质量很小，对α粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，α粒子所受库仑力也很小，散射角不超过零点几度，发生大角度偏转的几率几乎是零．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!实验结果却是有八千分之一的粒子发生了大角度偏转！！！卢瑟福思考1微米厚的金箔内含3000层原子层，绝大多数α粒子穿过金箔仍沿原方向前进说明什么？少数α粒子的大角度偏转甚至反弹是怎么造成的？（1）在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核．（2）原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里．（3）带负电的电子在核外空间绕着核旋转．三.原子的核式结构1.原子的核式结构模型内容α粒子穿过原子时，电子对α粒子运动的影响很小，影响α粒子运动的主要因素是带正电的原子核。而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数α粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转。三.原子的核式结构2.对α粒子散射实验现象解释根据卢瑟福的原子核式模型和α粒子散射的实验数据，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。（1）原子的半径约为10-10m、原子核半径约是10-15m，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。（2）原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期表内的原子序数相等。四.原子核的电荷与尺度根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分“空旷”的，举一个简单的例子：露珠和体育场体育场原子原子核四.原子核的电荷与尺度1、在用α粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的α粒子的运动情况是（）A、全部α粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进B、绝大多数α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C、少数α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D、全部α粒子都发生很大偏转B课堂练习2、卢瑟福α粒子散射实验的结果（）A、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C、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D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动C课堂练习3、当α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（）课堂练习BC4、利用α粒子散射实验，可以估算出（）A．原子核外电子大小B．电子运动速度C．原子的大小D．原子核的大小．课堂练习D5．在α粒子散射实验中，没有考虑α粒子跟电子的碰撞，其原因是（）A．α粒子不跟电子发生相互作用．B．α粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽略．C．电子的体积很小，α粒子不会跟电子相碰．D．由于电子是均匀分布的，α粒子所受电子作用的合力为零．课堂练习B小结：1.阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分2.电子是由汤姆孙发现的。并测出了电子的比荷3.电子电荷量是由密立根根据油滴实验测出的，电荷是量子化的。4.α粒子散射实验的实验原理和实验现象5.卢瑟福的原子核式结构的主要内容6.原子和原子核的数量级，原子和原子核的组成及带电情况。