4.3 原子的核式结构模型 课件 高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册 (2).pptx

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4.3 原子的核式结构模型 问题:科学家在研究稀薄气体放电时发现,当玻璃管内的气体足够稀薄时,阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光,这种射线的本质是什么呢?这种射线称为阴极射线。对这种射线本质的认识有两种观点:一种观点认为,它是一种电磁辐射;另一种观点认为,它是带电微粒。如何用实验判断哪一种观点正确呢?电子的发现 当时,两种观点的支持者争执不下,谁也说服不了谁。为了找到有利于自己的证据,双方都做了许多实验。英国物理学家J. J. 汤姆孙认为阴极射线是带电粒子流。J. J. 汤姆孙气体放电管的示意图。 为了证实这一点,从1890年起他和他的助手进行了一系列实验研究。左图是他当时使用的气体放电管的示意图。电子的发现 由阴极K发出的带电粒子通过缝隙A、B形成一束细细的射线。它穿过两片平行的金属板D1、D2 之间的空间,到达右端带有标尺的荧光屏上。根据射线产生的荧光的位置(如P1,P2,P3,…),可以研究射线的径迹。J. J. 汤姆孙气体放电管的示意图。 图中产生阴极射线的机理是:管中残存气体分子中的正负电荷在强电场的作用下被“拉开”(即气体分子被电离),正电荷(即正离子)在电场加速下撞击阴极,于是阴极释放更多粒子流,形成了阴极射线。电子的发现1897年,J. J.汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定,它的本质是带负电的粒子流,并求出了这种粒子的比荷。他进一步发现,用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都是相同的。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。由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子①(也就是质子)比荷的近两千倍。J. J.汤姆孙认为,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,他直接测到了阴极射线粒子的电荷量,尽管测量不很准确,但足以证明这种粒子电荷量的大小与氢离子大致相同,这就表明他当初的猜测是正确的。后来,组成阴极射线的粒子被称为电子。电子电荷的精确测定是在1909?1913年间由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。 目前公认的电子电荷e的值为 e = 1.602 176 634 × 10 -19 C密立根实验更重要的发现是:电荷是量子化的,即任何带电体的电荷只能是 e 的整数倍。从实验测到的比荷及e 的数值,可以确定电子的质量。现在人们普遍认为电子的质量为me = 9.109 383 56 × 10 -31 kg质子质量与电子质量的倍数关系为 m p= 1 836me 电子的发现是物理学史上的重要事件。人们由此认识到原子不是组成物质的最小微粒,原子本身也有结构。 发现电子以后, J. J.汤姆孙又进一步研究了许多新现象,如光电效应、热离子发射效应和β射线等。他发现,不论阴极射线、光电流、热离子流还是β射线,它们都包含电子。也就是说,不论是由于正离子的轰击、紫外光的照射、金属受热还是放射性物质的自发辐射,都能发射同样的带电粒子——电子电子的发现J. J.汤姆孙对证实电子的存在有很大贡献,因此公认他是电子的发现者。他因气体导电的研究获得1906年的诺贝尔物理学奖。思考与讨论:通常情况下,物质是不带电的,因此,原子应该是电中性的。既然电子是带负电的,质量又很小,那么,原子中一定还有带正电的部分,而且它应该具有大部分的原子质量。原子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的呢?汤姆孙的原子模型在J. J. 汤姆孙发现电子之后,对于原子中正负电荷如何分布的问题,科学家们提出了许多模型。J. J. 汤姆孙本人于 1898 年提出了一种模型。他认为,原子是一个球体,正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内,电子镶嵌其中(图4.3-2)。有人形象地把他的这个模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”汤姆孙原子模型(枣糕模型)英国物理学家汤姆孙汤姆孙的原子模型“枣糕模型”这个模型能够解释一些实验现象。但德国物理学家勒纳德 1903 年做了一个实验,使电子束射到金属膜上,发现较高速度的电子很容易穿透原子。这说明原子不是一个实心球体,这个“枣糕模型”可能不正确。之后不久,α 粒子散射实验则完全否定了这个模型汤姆孙原子模型(枣糕模型)英国物理学家汤姆孙原子的核式结构模型 粒子散射实验 α 粒子是从放射性物质(如铀和镭)中发射出来的快速运动的粒子,质量为氢原子质量的 4 倍、电子质量的 7 300 倍。1909 年,英国物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行 α 粒子散射实验的研究时,所用仪器的示意图如图所示。 粒子散射实验 α 粒子源 R 是被铅块包围的,它发射的 α 粒子经过一条细通道,形成一束射线,打在金箔 F 上。显微镜 M 带有荧光屏 S ,可以在水平面内转到不同的方向对散射的 α 粒子进行观察。 被散射的 α 粒子打在荧光屏上会有微弱的闪

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