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1、物理：第三章第一节敲开原子的大门课件PPT（粤教版选修）,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!,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。 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,一、探索阴极射线,电荷接收器,A,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
2、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:S1S2：加速电场 S2S3：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）。,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。,M,N,一个质量为m,电量为e的带电粒子,以速度v垂直进入磁场B中,
3、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,证明:当阴极射线只受电场力时,做抛体运动,d=vt 得:,得出,所以:,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直线运动：,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,密立根油滴实验的原理图,密立根测量出电子的电量,
4、根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量,1、关于阴极射线的本质，说法对的是（ ）,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,C,课堂练习,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=1.610-4cm的油滴恰静止在电场中, 此时两金属板间匀强电场E=1.9105N/C. 已知油滴的密度为=0.85103kg/m3. 求：该油滴所带的电荷量 是元电荷的多少倍？,二、电子的发现,汤姆生发现，对于不同的放电气体，或者用不
5、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=1.60221019 C 根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为： m=9.10941031 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
6、一步。,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.,课堂小结,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（- ）点，求： （1）粒子带何种电荷？ （2）B的方向？ （3）粒子的荷质比？,O,O,M N,思考与研讨,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
7、，A、K间电压为U。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(JosephJohnThomso
8、n)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。 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阴极射线的速度，否定了阴极射线是电磁波。,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
9、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。 1906年，汤姆生由于在气体导电方面的理论和实验研究而荣获诺贝尔物理学奖。 1940年8月30日汤姆生在剑桥逝世。,2 原子的核式结
10、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？,汤姆生的原子模型,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。,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,粒子散射实验,卢瑟福,著名的 粒子散射实验,著名的 粒子散射实验,卢瑟福 粒子散射实验,卢瑟福从1909年起做了著名的粒子散射实验，实验的目的是想证实汤姆孙原子模型的正确性 。
11、 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？,卢瑟福 粒子散射实验,实验结果： 绝大多数 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。 少数 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。,电子对 粒子的作用忽略不计。 因为原子核很小，大部分 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
12、。 极少数 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 粒子比例，结果与实验相符。,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 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
13、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，称为射线。卢瑟福对他自己发现的射线特别感兴趣。他经过深入细致的研究后指出，射线是带正电的粒子流，这
14、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，他用射线轰击其他物质，因为卢瑟福通过实验发现了射线并已经知道射线的穿透力很弱，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
15、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？ 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。,
16、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,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：,原子核的电荷和大小,根据卢瑟福的原子核式模型和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10-10米、原子核半径约是10-14米，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。 （3）电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。,原子核的电荷和大小,根据卢瑟福的原子核式模型和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
