原子结构之谜全章课件粤教版选修3-5

汤姆生的原子模型
正电荷
在汤姆生的原 子模型中，原子是 一个球体；正电核 均匀分布在整个球 内，而电子都象布 丁中的葡萄干那样 镶嵌在内。
电子
原子内部是什么样子的？
• 既然带负电的粒子(电子)质量这么小，那么 带正电的部分是如何分布的呢？
西瓜模型 枣糕模型
α粒子散射实验
1909～1911年，英国物
2、 如图,为密立根测量电量实验的示意图,油滴
从喷雾器喷出后,落到两平行板间,油滴由于摩擦
而带电,调节两板间的电压,可使油滴悬浮.通过显
微镜观察到某个半径r=1.6×10-4cm的油滴恰
静止在电场中, 此时两金属板间匀强电场
E=1.9×105N/C. 已知油滴的密度为
ρ=0.85×103kg/m3.
喷雾器
求：该油滴所带的电荷量 E
是元电荷的多少倍？
显微镜
二、电子的发现
汤姆生发现，对于不同的放电气体，或者用 不同的金属材料制作电极，都测得相同的荷质 比，随后又发现在气体电离和电光效应等现象 中，可从不同物体中击出这种带电粒子，这表 明它是构成各种物体的共同成分。随后，汤姆 生直接测量出粒子的电荷，发现该粒子的电荷 与氢离子的电荷大基本上相同，说明它的质量 比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此， 汤姆生完全确认了电子的存在。
美国科学家密立根又精确地测定了电子的电 量：
e=1.6022×10－19 C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量 为：
m=9.1094×10－31 kg 由于发现电子的杰出贡献，汤姆生在1906 年获得诺贝尔物理学奖。电子的发现打破了传 统的“原子不可分”的观念，使人类对自然世 界的认识又向前迈进了一步。
入磁场B中, m v2 evB r
M
N
在平行板MN间产生竖直向上的电场E,在垂直电场向 外的方向上加一磁场B,适当地调节电场和磁场的强
度,可以测出速度大小V= E/B
设平行板MN之间的距离为h,板的水平长度为d,首先使阴极仅 受电场作用并达到最大偏转,测得此时的场强E,随后保持E不变,外 加磁场使射线恢复水平不再偏转,测得此时的磁场的强度B
物理：第三章第一节
《敲开原子的大门》 课件PPT（粤教版选
修３－５）
第一节
敲开原子的大门
知识回顾
相当长时间,人们认为原子不可分，英国科 学家汤姆生对阴极射线中发现电子!敲开了原
子的大门! 一、探索阴极射线
实验装置:电源,感应圈,阴极射线管,磁铁
产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两 极。当两极间加一定电压时，阴极便发出一种 射线，这种射线为阴极射线。
卢
理学家卢瑟福和他的助
瑟
手们进行了 粒子散射
福
实验
著名的 粒子散射实验
著名的 粒子散射实验
卢瑟福 α粒子散射实验
• 卢瑟福从1909年起做了著名的α粒子散射实验，实 验的目的是想证实汤姆孙原子模型的正确性 。
• α粒子是什么粒子？
– 氦核（两个单位正电、质量是氢原子质量的4倍）
• 如果汤姆孙的枣糕模型是正确的，你预计实验的结 果会是什么样子？
原子的核式结构的提出
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．
带负电的电子在核外空间绕着核旋转．
• 因为射线的穿透能力不强，一张普通的纸就可以挡住，所以这个重金属靶必须要让射线穿过，不然如何 来研究散射现象，首先重金属靶必须要薄，那么哪种重金属可以压的比纸还薄而不破呢？也就是这种金 属的延展性要非常的好，那么就只有金这种重金属是符合条件的，我们知道金有很好的延展性，当时卢 瑟福把金压成金箔，金箔薄的可以透过光，金箔的厚度大约有3000层金原子的厚度。当做粒子散射实 验时，粒子穿过有3000层金原子的厚度的金箔，绝大多数的粒子仍是保持原来的方向前进，说明原子 中是很空旷的。
电子离开阴极时速度可以忽略，电子经加速后从K的小孔中射
出时的速度大小为v，下面说法正确的是：( )
A、如果A、K间距离减半，电压U、不变，则离开时速率变为
2v
B、如果A、
K间距离减半，电压U、不变，则离开时速率变为v/2
C、如果A、K间距离不变，电压U减半，则离开时速率变为2v
D、如果A、K间距离不变，电压U减半，则离开时速率变为
O，y轴向上，x轴垂直纸面向外，一束速度、
荷质比相同的粒子沿OO’方向从O’射入，打在
屏上P（- 3 L,）L 点，求：
36
（1）粒子带何种电荷？
M
（2）B的方向？
O’
O
（3）粒子的荷质比？
N
习题2：示波管中电子枪的原理图如图。管内为空，A为发射热
电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，A、K间电压为U。
卢瑟福粒子散射实验中为何使用的是金箔？
• 方颖 浙江省宁波市奉化中学 /user1/fhfy/2007115155023.html
• 英国物理学家欧内斯特·卢瑟福在汤姆逊的指导下，卢瑟福在做他的第一个实验——放射性吸收实验时 发现了α射线。
• 卢瑟福设计的巧妙的实验，他把铀、镭等放射性元素放在一个铅制的容器里，在铅容器上只留一个小孔。 由于铅能挡住放射线，所以只有一小部分射线从小孔中射出来，成一束很窄的放射线。卢瑟福在放射线 束附近放了一块很强的磁铁，结果发现有一种射线不受磁铁的影响，保持直线行进。第二种射线受磁铁 的影响，偏向一边，但偏转得不厉害。第三种射线偏转得很厉害。卢瑟福在放射线的前进方向放不同厚 度的材料，观察射线被吸收的情况。第一种射线不受磁场的影响，说明它是不带电的，而且有很强的穿 透力，一般的材料如纸、木片之类的东西都挡不住射线的前进，只有比较厚的铅板才可以把它完全挡住， 称为γ射线。第二种射线会受到磁场的影响而偏向一边，从磁场的方向可判断出这种射线是带正电的， 这种射线的穿透力很弱，只要用一张纸就可以完全挡住它。这就是卢瑟福发现的α射线。第三种射线由 偏转方向断定是带负电的，性质同快速运动的电子一样，称为β射线。卢瑟福对他自己发现的α射线特 别感兴趣。他经过深入细致的研究后指出，α射线是带正电的粒子流，这些粒子是氦原子的离子，即少 掉两个电子的氦原子。 卢瑟福对于汤姆逊提出的原子模型加以证实，他用α射线轰击其他物质，因为 卢瑟福通过实验发现了α射线并已经知道α射线的穿透力很弱，为了使实验中的现象明显，所以卢瑟福 在做著名的粒子散射实验之前卢瑟福先是用射线打击云母片，因为云母片可以做的薄足以让射线穿过， 但做了实验发现粒子的偏转很小，经测定偏角在2o以下．他让助手盖革也在做这方面的实验，盖革发现 射线的散射角与靶材料的原子量成正比，也就是被打物体的原子量越大，那么出现大角度散射现象越明 显，因为我们知道原子量越大的材料原子核所带正电荷量越大，那么射线在穿行时所受到的库仑力就大， 另外原子量大的元素原子核的质量也大，那么当粒子打到比自己质量大的多的原子核时会出现反弹现象。 所以他们要选择重金属靶进行散射实验．原子量大的金属比较多，那么选择那一种呢？
5.质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量相同，而质量有微小 差别，由公式q/m=2U/B2r2，它们进入磁场后将沿不同的半径做圆 周运动，打在照相底片的不同位置，在底片上形成若干谱线条的细 条，叫质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。
一个质量为m,电量为e的带电粒子,以速度v垂直进
直线运动： v E B
2、让粒子垂直射入匀强电场仅受电场力作 用达到最大偏转
d2 r
h
密立根油滴实验的原理图
• 密立根测量出电子的电量
e 1.60221019C
根据荷质比，可以精确地计算出 电子的质量
m 9.1094 10 31kg
课堂练习
1、关于阴极射线的本质，说法对的是（C） A、阴极射线的本质是氢原子 B、阴极射线的本质是电磁波 C、阴极射线的本质是电子 D、阴极射线的本质是X射线
– 电子对α 粒子的作用忽略不计。 – 因为原子核很小，大部分α 粒子穿
过原子时离原子核很远，受到较小 的库仑斥力，运动几乎不改变方向。 – 极少数α 粒子穿过原子时离原子核 很近，因此受到很强的库仑斥力， 发生大角度散射。
• 卢瑟福按照这个模型，利用经典力学计算了向 各个方向散射的α 粒子比例，结果与实验相符。
h
d2 d r
h
证明:当阴极射线只受电场力时,做抛体运动
h Ee t2 2 2m
d=vt 得: v2 Eed 2 mh
v2 m evB
mveBr erE
r
V
得出
d2 r
h
所以:
e m

Eh B2d 2
实验结果：荷质比约为质子的2000倍
汤姆生如何测定出粒子速度v和半径r？
• 1、让粒子垂直射入正交的电磁场做匀速
课堂小结
1897年,汤姆生在研究阴极射线: 1.测出了阴极射线的电性 2.测出了它的速度和偏转情况 3.测出了它的荷质比 4.发现用不同的金属做电极所有的射线一样 的性质.
思考与研讨
习题1：如图，在两平行板间有平行的均匀电
场E，匀强磁场B。MN是荧光屏，中心为O，
OO’=L，在荧光屏上建立一个坐标系，原点是
卢瑟福 α粒子散射实验
• 实验结果：
– 绝大多数 α 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的 方向前进。
– 少数α 粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转， 甚至超过了90o,也就说几乎被“撞了回来”。
• 实验结果说明了什么？
卢瑟福 原子模型
• 原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质 量，电子在正电体的外面运动。正电的体积很小， 被称为原子核。这个模型被称为核式结构模型。
1906年，汤姆生由于在气体8月30日汤姆生在剑桥逝世。
§2 原子的核式结构模型
汤姆生的原子模型
十九世纪末，汤姆生发现了电子，并 知道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．那么这两种物质是怎样构 成原子的呢？
当大真空管中加 入磁场时,射线就会 偏转,被接收器接收 到
经检验为负电荷
荷质比的测定
1.荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的基 本参量。 2.测定荷质比的装置： A：电离室:S1—S2：加速电场
S2—S3：速度选择器
B：匀强磁场 D：照相底片
3.电子就是通过测定荷质比而被发现的。 4.测定荷质比的装置――质谱仪（最初由汤姆生 发现的）。
现象:1.阴极射线使荧光屏发光（特点）
2.当加入磁场后射线偏转
发光原理:在强电场中,气体被电离而导电
汤姆生如何测定出粒子的荷质比？
• 让带电粒子垂直射入匀强磁场，如果仅受磁 场力作用，将做匀速圆周运动，洛仑兹力提 供向心力：
m v2 evB r
A
电荷接收器
当阴极A产生的射 线进入大真空管D时 ,可以看到管壁上有 荧光出现.
当时，关于阴极射线的研究，有两派学说，一派是 克鲁克斯、佩兰等人的微粒说，认为阴极射线是带负电 的“分子流”；另一派是哥德斯坦、赫兹等人的波动说， 认为阴极射线是一种电磁波。汤姆生用旋转镜法测量了
他又通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出了阴极射线 是带负电的粒子流的结论。他进一步测定了这种粒子的比荷， 与当时已知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较，他假定阴 极射线的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反，从而得出阴极 射线粒子的质量约为氢原子的千分之一。他还给放电管中充入 各种气体进行试验，发现其荷质比跟管中气体的种类无关。他 又用铅和铁分别作电极，其结果也不改变。由此他得出结论， 这种粒子必定是所有物质的共同组成成分。汤姆生把这种粒子 叫做“电子”。1897年汤姆生的发现，使人类认识了第一个基 本粒子，这在物理学史上是有划时代意义的。
0.707v
A
K
U
物理学家对阴极射线的研究，引发了19世 纪末的三大发现：
1895年伦琴发现了X射线。 1896年贝克勒尔发现了天然放射现象。 1897年汤姆生发现了电子。
汤姆生
约瑟夫·约翰·汤姆生(Joseph John Thomson)1856年12月18日生于英国曼彻斯特郊区， 父亲是苏格兰人，以卖书为业。汤姆生14岁进曼彻斯 特欧文学院学习工程。1876年入剑桥大学三一学院， 毕业后，进入卡文迪许实验室，在瑞利指导下进行电磁 场理论的实验研究工作。1884年，年仅28岁便当选为 皇家学会会员。同年末，又继瑞利之后担任卡文迪许实 验室教授。