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1、第十八章第十八章 原子结构原子结构18.218.2原子的核式结构模型原子的核式结构模型教学目标知识与技能知识与技能1 1、了解、了解粒子散射实验原理和实验现象；粒子散射实验原理和实验现象；2 2、知道卢瑟福的原子核式结构的主要内容；、知道卢瑟福的原子核式结构的主要内容；3 3、知道原子核和原子的大小数量级，原子核的电荷、知道原子核和原子的大小数量级，原子核的电荷数；数；过程与方法过程与方法1 1、通过小组讨论完成知识点、通过小组讨论完成知识点1 1；2 2、通过预习检测，掌握知识点、通过预习检测，掌握知识点2/3 2/3；情感态度价值观情感态度价值观领会卢瑟福提出原子核式结构的实验和思维过程，
2、培领会卢瑟福提出原子核式结构的实验和思维过程，培养学生抽象思维能力和想象力。养学生抽象思维能力和想象力。电子是原子的组成部电子是原子的组成部分，由于电子是带负分，由于电子是带负电的，而原子又是中电的，而原子又是中性的，因此推断出原性的，因此推断出原子中还有带正电的物子中还有带正电的物质，几乎占有原子的质，几乎占有原子的全部质量。全部质量。me=9.10910-31Kge=1.60210-19C历史回顾历史回顾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
3、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，正电荷弥漫性正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，所以又被人们称为镶嵌其中，所以又被人们称为“枣糕模型枣糕模型”或或“西瓜模型西瓜模型”。电子等间隔地排列在与正电球同电子等间隔地排列在与正电球同心的圆周上，并以一定的速度做心的圆周上，并以一定的速度做圆周运动从而发出电磁辐射，原圆周运动从而发出电磁辐射，原子光谱所反映的就是这些电子的子光谱所反映的就是这些电子的辐
4、射频率。辐射频率。一一.汤姆孙的原子模型汤姆孙的原子模型问题问题1、简述汤姆孙的原子模型？、简述汤姆孙的原子模型？以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上以汤姆孙为首的英国剑桥学派，在原子物理学上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所取得的这些惊人成就，使欧洲大陆上的物理学所取得的这些惊人成就，使欧洲大陆上的物理学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家都拜倒在他们的脚下。他的学生卢瑟福也接受家都拜倒在他们的脚下。他的学生卢瑟福也接受家都拜倒在他们的脚下。他
5、的学生卢瑟福也接受了汤姆孙的原子模型，了汤姆孙的原子模型，了汤姆孙的原子模型，了汤姆孙的原子模型，19091909年卢瑟福建议其学生年卢瑟福建议其学生年卢瑟福建议其学生年卢瑟福建议其学生兼助手盖革和罗斯顿用兼助手盖革和罗斯顿用兼助手盖革和罗斯顿用兼助手盖革和罗斯顿用 粒子轰击金箔去粒子轰击金箔去粒子轰击金箔去粒子轰击金箔去验证验证验证验证汤姆汤姆汤姆汤姆孙原子模型。孙原子模型。孙原子模型。孙原子模型。让我们来认识一下卢瑟福吧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，
6、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。问题问题2、汤姆孙的原子模型可以解释哪些现象？、汤姆孙的原子模型可以解释哪些现象？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。1898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
7、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
8、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
9、，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，从而发现了质子。发现了质子。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；19
10、22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，共同获得诺贝尔物理奖；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年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。物理奖。二二.粒子散射实验粒子散射实验1.1.实验装置实验装置放
11、射源放射源放射源放射源放射性放射性放射性放射性元素钋（元素钋（元素钋（元素钋（PoPo）放出）放出）放出）放出 粒子，粒子，粒子，粒子，粒子粒子粒子粒子是是是是氦核，带氦核，带氦核，带氦核，带2e2e正电荷，正电荷，正电荷，正电荷，质量是氢原子的质量是氢原子的质量是氢原子的质量是氢原子的4 4倍，倍，倍，倍，电子的电子的电子的电子的73007300倍，具倍，具倍，具倍，具有较大的动能。速有较大的动能。速有较大的动能。速有较大的动能。速度达度达度达度达10107 7m/sm/s。金箔金箔金箔金箔作为靶子，作为靶子，作为靶子，作为靶子，厚度厚度厚度厚度1m,1m,重叠了重叠了重叠了重叠了30003
12、000层左右的金原层左右的金原层左右的金原层左右的金原子。子。子。子。荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏粒子打粒子打粒子打粒子打在上面发出微弱的在上面发出微弱的在上面发出微弱的在上面发出微弱的闪光。闪光。闪光。闪光。放大镜放大镜放大镜放大镜通过放通过放通过放通过放大镜观察闪光，且大镜观察闪光，且大镜观察闪光，且大镜观察闪光，且可可可可360360转动观察不同转动观察不同转动观察不同转动观察不同角度角度角度角度 粒子的到达情粒子的到达情粒子的到达情粒子的到达情况况况况。问题问题3、粒子散射实验的实验装置粒子散射实验的实验装置及各部分的作用？实验条件？及各部分的作用？实验条件？问题问题4、粒子散射实验的为什
13、么用金箔、铂箔等重金粒子散射实验的为什么用金箔、铂箔等重金属箔，而不用轻金属箔？属箔，而不用轻金属箔？金、铂等重金属的原子的质量比粒子大得多，粒子不会使金原子核发生明显的运动问题问题5：如果原子的结构确实如汤姆生所假设的枣糕模：如果原子的结构确实如汤姆生所假设的枣糕模型，用型，用 粒子轰击原子应得到怎样的结果？（课本粒子轰击原子应得到怎样的结果？（课本粒子轰击原子应得到怎样的结果？（课本粒子轰击原子应得到怎样的结果？（课本5252页页页页的思考与讨论）的思考与讨论）的思考与讨论）的思考与讨论）根据汤姆生模型计算的根据汤姆生模型计算的结果：电子质量很小，结果：电子质量很小，对对粒子的运动方向不粒
14、子的运动方向不会发生明显影响；由于会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，正电荷均匀分布，粒粒子所受库仑力也很小，子所受库仑力也很小，故故 粒子偏转角度不会粒子偏转角度不会很大很大二二.粒子散射实验粒子散射实验2.实验现象实验现象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。问题问题6、实际的实验结果是如何的实际的实验结果是如何的实际的实验结果是如何的实际的实验结果是如何的?卢瑟
15、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？二二.粒子散射实验粒子散射实验3.实验分析实验分析问题问题7、分析实验结果得到怎样的原子模型分析实验结果得到怎样的原子模型分析实验结果得到怎样的原子模型分析实验结果得到怎样的原子模型?1.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2.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都都集集
16、中中在在原原子子核里核里3.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.原子的核式结构的提出原子的核式结构的提出 1.原子的核式结构模型原子的核式结构模型为什么？为什么？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是带带正正电电的的原子核。原子核。而而绝绝大大多多数数的的粒粒子子穿穿过过原原子子时时离离核核较较远远，受受到到的的库库仑仑斥斥力力很很小小，运运动动方方向向几几乎乎没没有有改改变变，只只有有极极少少数数粒粒子子可可能能与与核核十十分分接接近近，受受到到较较大大的的库库仑仑斥斥力力，才
17、才会会发发生生大大角角度度的的偏偏转转。三三.原子的核式结构的提出原子的核式结构的提出 2.对对粒子散射实验现象粒子散射实验现象解释解释问题问题8、如何解释实验现象如何解释实验现象如何解释实验现象如何解释实验现象?原子核的组成原子核的组成 1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，得到了质子，进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认质子中子核子质子数原子核的电荷数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实验数据，可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
18、。核的大小。（1 1）原子核的尺度：原子的半径约为）原子核的尺度：原子的半径约为1010-10-10m m、原子核半径、原子核半径约是约是1010-15-15m m，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。一。（2 2）原子核的电荷：）原子核的电荷：原子核的电荷数：电荷数（原子核的电荷数：电荷数（Z Z）=质子数质子数=核外电子数核外电子数=原子原子序数序数原子核的质量数：质量数（原子核的质量数：质量数（A A）=核子数核子数=质子数质子数+中子数中子数四四.原子核的电荷与尺度原子核的电荷与尺度 根据卢瑟福的原子结构模型，原子内部是十分根据卢瑟福的原子结构
19、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四四.原子核的电荷与尺度原子核的电荷与尺度成功解释了成功解释了 粒子散射实验粒子散射实验,为人类为人类认识原子结构增添了光辉的一页。认识原子结构增添了光辉的一页。正确地回答了原子的组成问题；正确地回答了原子的组成问题；【卢瑟福有核原子模型的优越性】【卢瑟福有核原子模型的优越性】1.粒子散射实验装置、现象、意义粒子散射实验装置、现象、意义 2卢瑟福原子核式结构模型卢瑟福原子核式结构模型 3原子核与原子大小的数量级原子核与原子大小的数量级课堂小结课堂小结你掌握了吗？你掌
20、握了吗？课堂练习：课堂练习：1 1、提出原子核式结构模型的科学家是（、提出原子核式结构模型的科学家是（）A A、汤姆孙、汤姆孙 B B、法拉第、法拉第 C C、卢瑟福、卢瑟福 DD、奥斯特、奥斯特 C C2.在用在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察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，极少数甚至被弹回C、少数、少数粒子穿过金属箔后
21、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B3、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C4、当、当粒子被重核散射时，如图所示的运动粒子被重
22、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（）BC5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，粒子所受电子作用粒子所受电子作用的合力为零的合力为零B6 6、卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（、卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（）A A、原子的中心有个核
23、，叫做原子核、原子的中心有个核，叫做原子核 B B、原子的正负电荷都均匀分布在整个原子中、原子的正负电荷都均匀分布在整个原子中 C C、原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中、原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里在原子核里 D D、带负电的电子在核外绕核旋转、带负电的电子在核外绕核旋转ACDACD 7 7、（、（9797全国）在卢瑟福的全国）在卢瑟福的 粒子散射实验中，粒子散射实验中，有少数有少数 粒子发生大角度偏转，其原因是（粒子发生大角度偏转，其原因是（）A A、原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很、原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上小的核上 B B、正电荷在原子中是均匀分布的、正电荷在原子中是均匀分布的 C C、原子中存在着带负电的电子、原子中存在着带负电的电子 DD、原子只能处于一系列不连续的能量状态中、原子只能处于一系列不连续的能量状态中A