2019年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 第1節(jié) 第2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型 電子的發(fā)現(xiàn)學(xué)案 新人教版選修3-5

《2019年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 第1節(jié) 第2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型 電子的發(fā)現(xiàn)學(xué)案 新人教版選修3-5》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 第1節(jié) 第2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型 電子的發(fā)現(xiàn)學(xué)案 新人教版選修3-5（9頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第1節(jié)　電子的發(fā)現(xiàn) 第2節(jié)　原子的核式結(jié)構(gòu)模型 　1.知道陰極射線是由電子組成的以及電荷量是量子化的．　2.了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)的原理和現(xiàn)象以及盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容．　3.知道原子和原子核的大小數(shù)量級(jí)，原子核的電荷數(shù)． 一、陰極射線 1．實(shí)驗(yàn)裝置：真空玻璃管、陰極、陽(yáng)極和感應(yīng)圈． 2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：感應(yīng)圈產(chǎn)生的高電壓加在兩極之間，玻璃管壁上發(fā)出熒光．　 3．陰極射線：熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線命名為陰極射線． 二、電子的發(fā)現(xiàn) 1．湯姆孫根據(jù)陰極射線分別通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況，證明了它的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流，并求出其比荷．

2、2．密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”精確地測(cè)出了電子電荷．電子電荷量一般取e＝1.6×10－19 C，電子質(zhì)量me＝9.1×10－31 kg. 三、α粒子散射實(shí)驗(yàn) 1．湯姆孫原子模型：湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌其中． 2．α粒子散射實(shí)驗(yàn) (1)α粒子 從放射性物質(zhì)(如鈾和鐳)中發(fā)射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，帶有兩個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7 300倍． (2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90°.

3、3．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型：1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核．它集中了全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外空間運(yùn)動(dòng)． 四、原子核的電荷與尺度 判一判　(1)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫認(rèn)為陰極射線是一種電磁輻射．(　　) (2)組成陰極射線的粒子是電子．(　　) (3)電子是原子的組成部分，電子電荷量可以取任意數(shù)值．　(　　) (4)α粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了湯姆孫的原子模型是符合事實(shí)的．(　　) (5)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中大多數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈．(　　) (6)α粒子大角度的偏轉(zhuǎn)是電子造成的．(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×

4、　(5)×　(6)× 做一做　關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，湯姆孫提出“葡萄干蛋糕模型”、盧瑟福提出“行星模型”，如圖甲和乙所示，都采用了類比推理的方法．下列事實(shí)中，主要采用類比推理的是(　　) A．人們?yōu)楸阌谘芯课矬w的運(yùn)動(dòng)而建立質(zhì)點(diǎn)模型 B．伽利略從教堂吊燈的擺動(dòng)中發(fā)現(xiàn)擺的等時(shí)性規(guī)律 C．庫(kù)侖根據(jù)牛頓的萬(wàn)有引力定律提出庫(kù)侖定律 D．托馬斯·楊通過(guò)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證實(shí)光是一種波 提示：選C．模型可以幫助我們理解一些無(wú)法直接觀察的事物，類比有助于我們更好地認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)．質(zhì)點(diǎn)模型是一種理想化的物理模型，是為研究物體的運(yùn)動(dòng)而建立的；伽利略的擺的等時(shí)性是通過(guò)自然現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的；托馬斯·楊是通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明光是

5、一種波，是建立在事實(shí)的基礎(chǔ)上的．故正確選項(xiàng)為C． 　電子的發(fā)現(xiàn) 1.→ 2．德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦將陰極發(fā)出的射線命名為陰極射線． 3．猜想 (1)陰極射線是一種電磁輻射． (2)陰極射線是帶電微粒． 4．英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫讓陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)． 5．密立根通過(guò)“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測(cè)定了電子的電荷量和電子的質(zhì)量． 　如圖所示，在陰極射線管正上方平行放一通有強(qiáng)電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線，則陰極射線將(　　) A．向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)　　　　　 B．向紙外偏轉(zhuǎn) C．向下偏轉(zhuǎn) D．向上偏轉(zhuǎn) [思路點(diǎn)撥] 由安培定則判定直導(dǎo)線在陰極射線處的磁場(chǎng)方向，再由左手定則判定受力方向． [解

6、析]　由題目條件不難判斷陰極射線所在處磁場(chǎng)垂直紙面向外，電子從負(fù)極射出，由左手定則可判定陰極射線(電子)向上偏轉(zhuǎn)．故正確選項(xiàng)為D． [答案]　D 陰極射線(電子)從電源的負(fù)極射出，用左手定則判斷其受力方向時(shí)四指的指向和射線的運(yùn)動(dòng)方向相反．　 　1.(多選)湯姆孫對(duì)陰極射線的探究，最終發(fā)現(xiàn)了電子，由此被稱為“電子之父”，關(guān)于電子的說(shuō)法正確的是(　　) A．電子是原子核的組成部分 B．電子電荷的精確測(cè)定最早是由密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”實(shí)現(xiàn)的 C．電子電荷量的數(shù)值約為1.602×10－19 C D．電子質(zhì)量與電荷量的比值稱為電子的比荷 解析：選BC．電子是原子的組成部分，電

7、子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明原子是可以再分的．電子的電荷量與質(zhì)量的比值稱為電子的比荷，也叫荷質(zhì)比． 　電子比荷的測(cè)定 1910年美國(guó)物理學(xué)家密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”，簡(jiǎn)練而又精確地測(cè)定了電子的電荷量．更重要的是密立根實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電荷是量子化的，即任何電荷的電荷量只能是元電荷e的整數(shù)倍，并求得了元電荷即電子所帶的電荷量e. 密立根實(shí)驗(yàn)的原理 (1)如圖所示，兩塊平行放置的水平金屬板A、B與電源相連接，使A板帶正電，B板帶負(fù)電，從噴霧器噴嘴噴出的小油滴經(jīng)上面金屬板中間的小孔，落到兩板之間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中． (2)小油滴由于摩擦而帶負(fù)電，調(diào)節(jié)A、B兩板間的電壓，可以使小油滴靜止在兩板之間，此時(shí)電場(chǎng)力和重力

8、平衡，即mg＝Eq，則電荷的電荷量q＝.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，q一定是某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍，這個(gè)最小的電荷量就是電子的電荷量． 　湯姆孫用來(lái)測(cè)定電子的比荷(電子的電荷量與質(zhì)量之比)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計(jì)初速度、重力和電子間的相互作用)經(jīng)加速電壓加速后，穿過(guò)A′中心的小孔沿中心軸O1O的方向進(jìn)入到兩塊水平正對(duì)放置的平行極板P和P′間的區(qū)域內(nèi)．當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成了一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到O′點(diǎn)(O′點(diǎn)與O點(diǎn)的豎直間距為d，水平間距可忽略不計(jì))．此時(shí)，在P和P′間的區(qū)域內(nèi)，再加上一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)

9、弱，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)．已知極板水平方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L(zhǎng)2(如圖所示)． (1)求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大?。? (2)推導(dǎo)出電子的比荷的表達(dá)式． [思路點(diǎn)撥] 此題中電子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，在電磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，受到的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，仔細(xì)分析其物理過(guò)程，不難求出結(jié)果． [解析]　(1)當(dāng)電子受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，亮點(diǎn)重新回到中心O點(diǎn)，設(shè)電子的速度為v， 則evB＝eE， 得v＝，即v＝. (2)當(dāng)極板間僅有偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，電子以速度v進(jìn)入后，在豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度a＝

10、 電子在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1＝ 這樣，電子在電場(chǎng)中，豎直向上偏轉(zhuǎn)的距離d1＝at＝ 離開電場(chǎng)時(shí)豎直向上的分速度v⊥＝at1＝ 電子離開電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)t2時(shí)間到達(dá)熒光屏幕t2＝ t2時(shí)間內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)的距離d2＝v⊥t2＝ 這樣，電子向上的總偏轉(zhuǎn)距離 d＝d1＋d2＝L1 可解得＝. [答案]　(1)　(2) 　2.密立根用噴霧的方法獲得了帶電液滴，然后把這些帶有不同電荷量和質(zhì)量的液滴置于電場(chǎng)中，通過(guò)電場(chǎng)力和重力平衡的方法最終測(cè)得了帶電液滴的電荷量，某次測(cè)量中，他得到了如下數(shù)據(jù) 液滴編號(hào) 電荷量/C 液滴編號(hào) 電荷量/C 1 6.41×

11、10－19 2 9.70×10－19 3 1.6×10－19 4 4.82×10－19 … … … … 則可得出結(jié)論： ________________________________________________________________________. 解析：根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)與電子電荷量的比值關(guān)系： ＝＝4；＝＝6； ＝＝1；＝＝3； 得出結(jié)論：電荷量是量子化的，電荷的電荷量都是元電荷e的整數(shù)倍． 答案：電荷量是量子化的，電荷的電荷量都是元電荷e的整數(shù)倍 　對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解 1．裝置：放射源、金箔、熒光屏等，如圖所示． 2．現(xiàn)象

12、 (1)絕大多數(shù)的α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)． (2)少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)． (3)極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90°，有的幾乎達(dá)到180°. 3．注意事項(xiàng) (1)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在真空中進(jìn)行． (2)α粒子是氦原子核，體積很小，金箔需要做得很薄，α粒子才能穿過(guò)． 4．湯姆孫的原子模型不能解釋?duì)亮Ｗ哟蠼嵌壬⑸涞膶?shí)驗(yàn)結(jié)果． 　如果α粒子以速度v與電子發(fā)生彈性正碰(假定電子原來(lái)是靜止的)，求碰撞后，α粒子的速度變化了多少？并由此說(shuō)明：為什么原子中的電子不能使α粒子發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)？ [思路點(diǎn)撥] 分析求解本題，需要運(yùn)用彈性碰撞知識(shí)．α粒子與電子發(fā)生彈性正碰時(shí)，遵循機(jī)械能守恒和動(dòng)量

13、守恒定律，通過(guò)列出兩個(gè)守恒方程進(jìn)行定量計(jì)算，從而作出判斷． [解析]　設(shè)α粒子初速度為v，質(zhì)量為M，與電子碰后速度為v1，電子質(zhì)量為m，與α粒子碰后速度為v2 由動(dòng)量守恒定律Mv＝Mv1＋mv2① 由能量守恒Mv2＝Mv＋mv② 由①②式得 v1＝v③ α粒子速度變化量 Δv1＝v1－v＝－v④ 把M＝7 300m代入④式得Δv1＝v＝－0.000 3v 可見α粒子的速度變化只有萬(wàn)分之三，說(shuō)明原子中的電子不能使α粒子發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)． [答案]　見解析 解決α粒子散射實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的技巧 (1)熟記實(shí)驗(yàn)裝置及原理． (2)理解建立核式結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)． ①核外電子不會(huì)使α

14、粒子的速度發(fā)生明顯改變． ②湯姆孫的原子模型不能解釋?duì)亮Ｗ拥拇蠼嵌壬⑸洌? ③少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來(lái)，表明這些α粒子在原子中的某個(gè)地方受到了質(zhì)量、電荷量均比它本身大得多的物體的作用． ④絕大多數(shù)α粒子在穿過(guò)厚厚的金原子層時(shí)運(yùn)動(dòng)方向沒有明顯變化，說(shuō)明原子中絕大部分是空的，原子的質(zhì)量、電荷量都集中在體積很小的核內(nèi)．　 　3.(多選)(2017·孝感高中高二檢測(cè))如圖所示為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)觀察到的現(xiàn)象，下述說(shuō)法中正確的是(　　) A．放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多

15、 B．放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置稍少些 C．放在C、D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光 D．放在D位置時(shí)，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少 解析：選AD．在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子穿過(guò)金箔后，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，故A正確；少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90°，極個(gè)別α粒子被反射回來(lái)，故B、C錯(cuò)誤，D正確． 　對(duì)盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型的理解 1．內(nèi)容：在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核內(nèi)，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)． 2．對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋 (1)當(dāng)α粒子穿過(guò)原子時(shí)，如果離

16、核較遠(yuǎn)，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿過(guò)“一片空地”一樣，無(wú)遮無(wú)擋，運(yùn)動(dòng)方向改變很小．因?yàn)樵雍撕苄?，所以絕大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)． (2)只有當(dāng)α粒子十分接近原子核穿過(guò)時(shí)，才受到很大的庫(kù)侖力作用，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，而這種機(jī)會(huì)很少，所以有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)． (3)如果α粒子正對(duì)著原子核射來(lái)，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°，這種機(jī)會(huì)極少，如圖所示，所以極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90°. 3．?dāng)?shù)量級(jí)：原子的半徑數(shù)量級(jí)為10－10 m，原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10－15 m，原子核的半徑只相當(dāng)于原子半徑的10－5，體積只相當(dāng)于原子體積的10－15. 　(多選)(2017·梅州高二檢測(cè))關(guān)

17、于原子核式結(jié)構(gòu)理論說(shuō)法正確的是(　　) A．是通過(guò)發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來(lái)的 B．原子的中心有個(gè)核，叫做原子核 C．原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中 D．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn) [解析]　原子的核式結(jié)構(gòu)模型是在α粒子的散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出的，A錯(cuò)誤．原子中絕大部分是空的，帶正電的部分集中在原子中心一個(gè)很小的范圍，稱為原子核，B正確，C錯(cuò)誤．原子核集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn)，D正確． [答案]　BD 應(yīng)用核式結(jié)構(gòu)模型分析求解問(wèn)題時(shí)，要注意從力的角度及功能關(guān)系角度入手． 1．α粒子的受力特點(diǎn) α粒子

18、與原子核間的作用力是庫(kù)侖斥力：F＝. (1)式中Q為原子核的電荷量，q為α粒子所帶電荷量，r為α粒子與原子核間的距離． (2)α粒子離原子核越近，庫(kù)侖力越大，運(yùn)動(dòng)加速度越大，反之，則越?。? (3)α粒子的受力方向沿原子核與α粒子的連線，由原子核指向α粒子． 2．庫(kù)侖力對(duì)α粒子的做功情況 (1)當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí)，庫(kù)侖斥力做負(fù)功，電勢(shì)能增加． (2)當(dāng)α粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí)，庫(kù)侖斥力做正功，電勢(shì)能減?。? 3．α粒子的能量轉(zhuǎn)化 僅有庫(kù)侖力做功時(shí)，能量只在電勢(shì)能和動(dòng)能之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，而總能量保持不變． 　4.1911年盧瑟福依據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中α粒子發(fā)生了________(選填“大”或“小”)角度散射現(xiàn)象，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型．若用動(dòng)能為1 MeV的α粒子轟擊金箔，其速度約為________m/s.(質(zhì)子和中子的質(zhì)量均為1.67×10－27 kg，1 MeV＝106 eV) 解析：設(shè)α粒子的速度為v，Ek＝mv2，v＝＝ m/s≈6.9×106 m/s. 答案：大　6.9×106 9