初中物理沪科版（五四制）(2024)九年级下册（2024）第1节 原子 原子结构作业ppt课件

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第1节 原子 原子结构
2300 多年前的中国古代哲学家认为，“一尺之棰，日取其半，万世不竭”，提出了物质无限可分的思想。而同时代的古希腊哲学家则认为，物质存在不可再分的最小微粒，即原子。在希腊语中原子一词即有不可分之意。
那么，构成物质的最小微粒真的存在吗？
1. 原子19 世纪初，英国科学家道尔顿（1766—1844）在研究化学反应时发现，物质是由在化学反应中保持不变的最小单元构成的，或者说，构成物质的最小单元在化学反应中保持不变。道尔顿把这个最小单元称为原子。
如图所示，碳完全燃烧时，与氧气反应生成二氧化碳，但碳原子和氧原子在燃烧前后都没有发生变化。我们所知道的常见物质是由分子、原子构成的，而分子又是由原子构成的。道尔顿通过科学实验将原子变成了一个科学概念，是对物质结构认识的一个飞跃。
碳和氧气反应生成二氧化碳
2. 原子的大小（1）一个原子的直径约为10-10m 原子非常小，小到什么程度呢？平均来说，一个原子的直径约为 10-10m；100000000个原子紧密地排列成一行，长度也大约只有1cm；一根头发的直径大约可以排列60万个以上的原子。
（2）使用扫描隧道显微镜或原子力显微镜观察原子要想看到原子，普通的显微镜是无能为力的。图是我国物理学家利用扫描隧道显微镜拍摄的单层碳原子照片。
我们在表示各种物理量的时候，为了方便，会使用一些前缀（称为数量级词头）来表示不同的量级，如毫米即千分之一米，纳米即十亿分之一米，等等。具体可见下表。
1. 电子的发现原子概念被提出后，人们一开始认为原子是没有内部结构、不可再分的实心小球。1897年英国物理学家汤姆孙（1856 —1940）通过对阴极射线的研究，发现了比原子小得多的带负电的粒子，称为电子，这是人类发现的第一个比原子更小的微观粒子。
电子带负电，质量很小，大约只有氢原子质量的二千分之一。
2. 原子的结构模型—枣糕模型电子的发现说明原子并不是构成物质的最小微粒，原子是有结构的，电子是原子的构成部分。由于电子带负电，而原子是电中性（对外不显电性）的，因此原子必定包含带正电的部分。汤姆孙由此提出了原子的结构模型—枣糕模型，即原子中的正电荷均匀分布在整个原子球体内，而电子则嵌在其中，如图所示。这个模型虽然能解释原子的电中性，但并没有得到更多实验的支持。
3. 原子的核式结构模型（1） α 粒子散射实验英国物理学家卢瑟福（1871— 1937）做“用一束高速α粒子（质量接近氦原子质量的带正电的粒子）轰击非常薄的金箔”的实验，如图所示。大量实验发现：绝大多数α粒子的运动方向不发生改变，极少数α粒子的运动方向发生了较大的改变，个别α粒子甚至原路返回。
（2）原子的核式结构模型（即行星模型）卢瑟福对实验结果进行了分析，认为在原子的中心有一个很小的核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在这个核里，称为原子核，汤姆孙的原子结构模型—枣糕模型，不能解释上述现象。卢瑟福根据α粒子散射实验的研究在1911年提出了原子的核式结构模型，也称行星模型。卢瑟福的核式结构模型能很好地解释一些实验现象。
原子的核式结构模型：原子核带正电，半径约为10-15m，电子在核外绕原子核运动，原子的质量几乎全部集中在原子核。
原子的尺度要比原子核大近 10 万倍，如果把原子比作体育场，那原子核就只有蚂蚁那么大。
视频讲解——《卢瑟福α粒子散射实验》
【例题1】人类探索微观世界的脚步从未停止，科学家对原子的结构进行猜想和实验，并提出了多种模型。在如图所示的两种模型中，卢瑟福提出的原子模型是_____（选填“A”或“B”），其中位于原子中心位置的粒子叫_____ ，这种粒子_____ （选填“带正电”、“带负电”或“不带电”）。
【解析】由图可知，A是由汤姆生提出的葡萄干蛋糕模型；B是由卢瑟福提出的原子核式模型，其中位于原子中心位置的粒子是原子核，带正电；核外带负电的电子在绕核旋转。
1. 质子与中子的发现（1）质子的发现原子的核式结构被发现之后，物理学家又开始探索原子核的结构。为此，卢瑟福做了大量用α粒子轰击各种原子核的实验，并于1919年发现了一个新的带正电的粒子，称为质子。
因为各种不同的原子核都能打出质子，所以可以确认质子是原子核的构成部分。质子实际上就是最简单的原子核—氢原子核。
（2）中子的发现根据对质子质量和电荷的测量，卢瑟福预言原子核中一定还有另一种粒子—中子。1932年，英国物理学家查德威克（1891—1974）在实验中发现了中子。中子的发现不仅确立了原子核的结构，也敲开了人类开发利用核能的大门，具有重大的科学意义。实验发现，中子不带电，质量比质子稍大。α粒子实际上就是氦原子核，由2个质子和2个中子构成。
2. 夸克模型随着物理学的不断发展，人们对物质结构的认识也在不断深入。1964 年，美国物理学家盖尔曼（1929—2019）又提出了夸克模型，认为质子和中子都是由更小的微粒—夸克构成的。电子和夸克是目前已知构成常见物质的最小微粒。
图是原子及原子核结构的示意图。电子和夸克是否还有结构，是否由更小的微粒构成，将是未来物理学进一步研究探索的目标。
卢瑟福，英国著名物理学家，为近代物理学的发展作出了极为重要的贡献。他开创了原子物理学这一新的学科，物理学从此进入了原子时代。他也是核物理及现代核技术的开创者。卢瑟福是一位出色的实验物理学家，有着非凡的物理直觉。在他指导下进行的α粒子散射实验本来是想证明其导师汤姆孙的枣糕模型，实验结果却否定了枣糕模型。卢瑟福不迷信权威，而是进行了进一步研究，并由此提出了原子的核式结构模型。
原子结构模型的建立过程
卢瑟福的核式原子结构模型虽然取得了很大的成功，但也存在严重的缺陷，即无法解释原子的稳定性。在这一模型的基础上，丹麦物理学家玻尔（1885—1962）在1913年提出了原子结构的玻尔模型，不仅解决了原子结构的稳定性问题，也为20世纪物理学最伟大的理论之一——量子力学的诞生奠定了基础。
视频讲解——《质子和中子的发现》
【例题2】题图是氦的原子模型示意图，原子核是_____，核外电子是______，其中带负电的是_____。（均选填“A”或“B”）
【解析】原子是由原子核和核外电子组成，核外电子绕着原子核运动，原子核是由质子和中子组成的，其中质子带正电，中子不带电，电子带负电。
【例题3】如图所示是用来说明原子及原子核结构情况的示意图。原子是由原子核和核外带____电的电子组成的，原子核内的_____带正电， _____不带电。由此图提供的信息可知：原子核内的质子和中子_____ （选填“有”或“没有”）更精细的结构。
【解析】原子是由原子核和核外电子组成的。核外电子带负电。原子核是由质子和中子组成的。质子带有正电荷，与电子的负电荷相对应。而中子不带电，它是电中性的。根据题目中给出的示意图，我可以看到质子和中子再被细分成更小的粒子，即夸克。
①原子：构成物质的基本单元，由原子核及核外电子构成。②原子核：原子的主要部分，由质子和中子构成。③核式结构模型：原子核集中了原子的绝大部分质量并处于原子中心很小的区域，电子在核外绕原子核运动。④质子和中子的组成：都是由更小的微粒—夸克构成的。
1．在α 粒子散射实验的基础上，提出了原子核式结构模型的科学家是（　　）A．阿伏加德罗B．卢瑟福C．汤姆孙 D．道尔顿
【解析】在 α 粒子散射实验的基础上，提出了原子核式结构模型的科学家是卢瑟福，他通过实验发现了原子核的存在，并提出了原子核式结构模型，即原子由原子核和核外电子组成；阿伏加德罗、汤姆孙和道尔顿分别在其他领域做出了重要贡献，但与原子核式结构模型的提出无关，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。
【解析】原子由带正电的原子核和带负电的核外电子组成，原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。
2．下列各组粒子中，能构成原子的是（　　）A．质子、中子 B．中子、电子C．原子核、中子D．原子核、电子
3．从17世纪开创近代物理后的几百年来，人们对物质结构的探索日益深入，目前，其中Y应该是（　　）A．中子B．原子 C．电子 D．元素
【解析】物质由分子或原子组成，原子由原子核和核外电子组成，质子和中子由更小的微粒夸克组成。故选B。
4．原子的中心是原子核，周围有电子绕核运动，如图是四种原子的结构示意图。根据下图，你认为下列说法正确的是（　　）A．原子的电子数和中子数相等B．所有原子核的中子数与质子数一定相等C．所有的原子都一定是由电子、质子、中子组成D．原子核所带的正电荷与核外所有电子所带的负电荷在数量上相等
【解析】AC．由图知，H原子核有一个质子，核外有一个电子。即H原子中只有质子而没有中子，故A、C错误；B．由图知道，Li原子核中有3个质子和4个中子组成，核外有3个电子，故B错误；D．由图知，四种原子核内带正电的质子和核外带负电的电子数目都相等，故D正确。故选D.
【解析】卢瑟福原子核式结构模型为：原子核处于原子的中心，就像太阳系中的太阳，而绕核做圆周运动的电子就像太阳系中绕太阳运动的行星，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。
5．自从汤姆孙发现了电子，人们开始研究原子内部结构。随着科学家对原子结构的研究，提出了许多原子结构的模型，下列符合卢瑟福原子核式结构模型的是（　　）A．实心球模型 B．西瓜模型 C．面包模型 D．行星模型
6．物理学中一个基本的观念是“世界是由物质组成的”。（1）1811年，意大利物理学家阿伏加德罗将组成物质的仍能保持其化学性质不变的最小微粒命名为________。1911年，著名物理学家_________在进行了α粒子散射实验后，提出了原子核式结构模型。该模型认为，原子是由带_____电的原子核和带_____电的核外电子构成。 （2）以氢原子为例，四个图中能正确示意氢原子核式结构的是图____（甲/乙/丙/丁）。