步步高3-5第十八章學(xué)案1、2

學(xué)案1電子的發(fā)現(xiàn)學(xué)案2原子的核式結(jié)構(gòu)模型[目標(biāo)定位]1.知道陰極射線是由電子組成的，知道電子的電荷量和比荷.2.了解湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子對揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義.3.知道α粒子散射實驗的實驗器材、實驗原理和實驗現(xiàn)象.4.知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容，能說出原子核的數(shù)量級．一、陰極射線電子的發(fā)現(xiàn)[問題設(shè)計]1．在圖1所示的演示實驗中，K和A之間加上近萬伏的高電壓后，玻璃管壁上觀察到什么現(xiàn)象？該現(xiàn)象說明了什么問題？圖1答案玻璃管壁上觀察到淡淡的熒光及管中物體在玻璃管壁上的影，這說明陰極能夠發(fā)出某種射線，并且撞擊玻璃引起熒光．2．人們對陰極射線的本質(zhì)的認識有兩種觀點，一種觀點認為是電磁輻射，另一種觀點認為是帶電微粒，你認為應(yīng)如何判斷哪種觀點正確？答案可以讓陰極射線通過電場或磁場，若射線垂直于磁場方向通過磁場后發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，則該射線是由帶電微粒組成的．[要點提煉]1．陰極射線科學(xué)家用真空度很高的真空管做放電實驗時，發(fā)現(xiàn)真空管陰極發(fā)射出的一種射線，叫做陰極射線．2．陰極射線的特點(1)在真空中沿直線傳播；(2)碰到物體可使物體發(fā)出熒光．3．電了的發(fā)現(xiàn)：湯姆孫讓陰極射線分別通過電場或磁場，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況，證明了它的本質(zhì)是帶負電的粒子流并求出了其比荷．4．密立根通過著名的“油滴實驗”精確地測出了電子電荷．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.二、α粒子散射實驗[問題設(shè)計]閱讀課本“α粒子散射實驗”，回答下列問題：(1)什么是α粒子？(2)α粒子散射實驗裝置由幾部分組成？實驗過程是怎樣的？(3)α粒子散射實驗的實驗現(xiàn)象是什么？答案(1)α粒子(eq\o\al(4,2)He)是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來的快速運動的粒子，實質(zhì)是失去兩個電子的氦原子核，帶有兩個單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7300倍．(2)實驗裝置：①α粒子源：釙放在帶小孔的鉛盒中，放射出高能α粒子，帶兩個單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍．②金箔：特點是金原子的質(zhì)量大，且易延展成很薄的箔．③放大鏡：能繞金箔在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動．④熒光屏：熒光屏裝在放大鏡上．⑤整個實驗過程在真空中進行．金箔很薄，α粒子很容易穿過．實驗過程：α粒子經(jīng)過一條細通道，形成一束射線，打在很薄的金箔上，由于金原子中的帶電粒子對α粒子有庫侖力的作用，一些α粒子會改變原來的運動方向．帶有放大鏡的熒光屏可以沿圖中虛線轉(zhuǎn)動，以統(tǒng)計向不同方向散射的α粒子的數(shù)目．(3)α粒子散射實驗的實驗現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°.[要點提煉]1．α粒子散射實驗裝置由α粒子源、金箔、放大鏡、熒光屏等幾部分組成，實驗時從α粒子源到熒光屏這段路程應(yīng)處于真空中．2．實驗現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°.3．α粒子散射實驗的結(jié)果用湯姆孫的“棗糕模型”無法解釋．4．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，電子在核外空間運動．三、原子核的電荷與尺度1．原子內(nèi)的電荷關(guān)系：各種元素的原子核的電荷數(shù)與原子內(nèi)含有的電子數(shù)相等，非常接近它們的原子序數(shù)．2．原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就等于原子核中的質(zhì)子數(shù)．3．原子核的大小：原子核半徑R的數(shù)量級為10－15m，而整個原子半徑的數(shù)量級是10－10m.因而原子內(nèi)部十分“空曠”．一、對陰極射線的認識例1陰極射線從陰極射線管中的陰極發(fā)出，在其間的高電壓下加速飛向陽極，如圖2所示．若要使射線向上偏轉(zhuǎn)，所加磁場的方向應(yīng)為()圖2A．平行于紙面向左B．平行于紙面向上C．垂直于紙面向外D．垂直于紙面向里解析由于陰極射線的本質(zhì)是電子流，陰極射線方向向右，說明電子的運動方向向右，相當(dāng)于存在向左的電流，利用左手定則，為使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上，磁場方向應(yīng)為垂直于紙面向外，故選項C正確．答案C二、帶電粒子比荷的測定例2為求得電子的比荷，設(shè)計實驗裝置如圖3所示．其中兩正對極板M1、M2之間的距離為d，極板長度為L.若M1、M2之間不加任何電場或磁場，可在熒光屏上P點觀察到一個亮點．圖3在M1、M2兩極板間加極性如圖所示的電壓，并逐步調(diào)節(jié)增大，使熒光屏上的亮點逐漸向熒光屏下方偏移，直到熒光屏上恰好看不見亮點為止，記下此時外加電壓為U.保持電壓U不變，對M1、M2區(qū)域再加一個大小、方向合適的磁場B，使熒光屏正中心處重現(xiàn)亮點．(1)外加磁場方向如何？(2)請用U、B、L等物理量表示出電子的比荷eq\f(q,m).解析(1)加上磁場后電子不偏轉(zhuǎn)，電場力等于洛倫茲力，且洛倫茲力方向向上，由左手定則可知磁場方向垂直紙面向外．(2)當(dāng)在熒光屏上看不到亮點時，電子剛好打在下極板M2靠近熒光屏端的邊緣，則eq\f(d,2)＝eq\f(Uq,2dm)(eq\f(L,v))2，eq\f(q,m)＝eq\f(d2v2,UL2).①由電場力等于洛倫茲力得eq\f(Uq,d)＝Bqv解得v＝eq\f(U,Bd)②將②式代入①式得eq\f(q,m)＝eq\f(U,B2L2).答案(1)磁場方向垂直紙面向外(2)eq\f(q,m)＝eq\f(U,B2L2)三、α粒子散射實驗及原子的核式結(jié)構(gòu)模型例3如圖4所示為盧瑟福α粒子散射實驗裝置的示意圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動，通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察α粒子在各個角度的散射情況．下列說法中正確的是()圖4A．在圖中的A、B兩位置分別進行觀察，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B．在圖中的B位置進行觀察，屏上觀察不到任何閃光C．盧瑟福選用不同金屬箔片作為α粒子散射的靶，觀察到的實驗結(jié)果基本相似D．α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子撞擊到金箔原子后產(chǎn)生的反彈解析α粒子散射實驗現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進，少數(shù)α粒子有大角度散射．所以A處觀察到的粒子數(shù)多，B處觀察到的粒子數(shù)少，所以選項A、B錯誤．α粒子發(fā)生散射的主要原因是受到原子核庫侖斥力的作用，所以選項D錯誤，C正確．答案C例4在盧瑟福α粒子散射實驗中，只有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是()A．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里B．正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的C．原子中存在著帶負電的電子D．原子的質(zhì)量在原子核內(nèi)是均勻分布的解析原子的核式結(jié)構(gòu)正是建立在α粒子散射實驗結(jié)果基礎(chǔ)上的，C、D的說法沒有錯，但與題意不符．答案A電子的發(fā)現(xiàn)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(陰極射線\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(產(chǎn)生,性質(zhì)：帶負電，真空中沿直線傳播)),電子的發(fā)現(xiàn)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(湯姆孫的研究方法,電子發(fā)現(xiàn)的意義,電子的電荷量和質(zhì)量))))原子的核式結(jié)構(gòu)模型eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(湯姆孫的原子模型,α粒子散射實驗\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(實驗裝置,實驗現(xiàn)象)),盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(內(nèi)容,對α粒子散射實驗現(xiàn)象的,解釋)),原子結(jié)構(gòu)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(組成,電荷數(shù)與尺度)),核外電子))))1．(對陰極射線的認識)英國物理學(xué)家湯姆孫通過對陰極射線的實驗研究發(fā)現(xiàn)()A．陰極射線在電場中偏向正極板一側(cè)B．陰極射線在磁場中受力情況跟正電荷受力情況相同C．不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷不同D．湯姆孫并未得出陰極射線粒子的電荷量答案AD解析陰極射線實質(zhì)上就是高速電子流，所以在電場中偏向正極板一側(cè)，A正確．由于電子帶負電，所以其在磁場中受力情況與正電荷不同，B錯誤．不同材料所產(chǎn)生的陰極射線都是電子流，所以它們的比荷是相同的，C錯誤．在湯姆孫實驗證實陰極射線就是帶負電的電子流時并未得出電子的電荷量，最早測出電子電荷量的是美國物理學(xué)家密立根，D正確．2．(帶電粒子比荷的測定)關(guān)于密立根“油滴實驗”，下列說法正確的是()A．密立根利用電場力和磁場力平衡的方法，測得了帶電體的最小帶電荷量B．密立根利用電場力和重力平衡的方法，推測出了帶電體的最小帶電荷量C．密立根利用磁偏轉(zhuǎn)的知識推測出了電子的電荷量D．密立根“油滴實驗”直接驗證了電子的質(zhì)量不足氫離子質(zhì)量的千分之一答案B3．(對α粒子散射實驗的理解)X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它們?nèi)肷鋾r的動能相同，其偏轉(zhuǎn)軌道可能是下圖中的()答案D解析α粒子離金核越遠其所受斥力越小，軌道彎曲程度就越小，故選項D正確．4．(原子的核式結(jié)構(gòu)模型)關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)模型，下列說法正確的是()A．原子中絕大部分是“空”的，原子核很小B．電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)的向心力是原子核對它的庫侖力C．原子的全部電荷和質(zhì)量都集中在原子核里D．原子核的半徑的數(shù)量級是10－10m答案AB解析因為原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，而原子核又很小，所以原子內(nèi)絕大部分區(qū)域是“空”的，A正確，C錯誤；電子繞原子核的圓周運動是原子核與電子間的庫侖力引提供向心力，B正確；原子核半徑的數(shù)量級是10－15m，原子半徑的數(shù)量級是10－10m，D錯誤．題組一對陰極射線的認識1．關(guān)于陰極射線的性質(zhì)，判斷正確的是()A．陰極射線帶負電B．陰極射線帶正電C．陰極射線的比荷比氫原子比荷大D．陰極射線的比荷比氫原子比荷小答案AC解析通過讓陰極射線在電場、磁場中的偏轉(zhuǎn)的研究發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負電，其比荷比氫原子的比荷大得多，故A、C正確．2.如圖1所示，一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時，發(fā)現(xiàn)射線徑跡下偏，則()圖1A．導(dǎo)線中的電流由A流向BB．導(dǎo)線中的電流由B流向AC．如要使電子束的徑跡向上偏，可以通過改變AB中電流的方向來實現(xiàn)D．電子的徑跡與AB中電流的方向無關(guān)答案BC解析陰極射線帶負電，由左手定則判斷管內(nèi)磁場垂直紙面向里；由安培定則判斷AB中電流的方向由B流向A.電流方向改變，管內(nèi)磁場方向改變，電子受力方向也改變．3．陰極射線管中的高電壓的作用()A．使管內(nèi)氣體電離B．使管內(nèi)產(chǎn)生陰極射線C．使管內(nèi)障礙物的電勢升高D．使電子加速答案D題組二比荷的測定4．密立根油滴實驗進一步證實了電子的存在，揭示了電荷的非連續(xù)性．如圖2所示是密立根油滴實驗的原理示意圖，設(shè)小油滴的質(zhì)量為m，調(diào)節(jié)兩極板間的電勢差U，當(dāng)小油滴懸浮不動時，測出兩極板間的距離為d.則可求出小油滴的電荷量q＝________.圖2答案eq\f(mgd,U)解析由平衡條件得mg＝qeq\f(U,d)，解得q＝eq\f(mgd,U).5．湯姆孫1897年用陰極射線管測量了電子的比荷(電子電荷量與質(zhì)量之比)，其實驗原理如圖3所示．電子流平行于極板射入，當(dāng)極板P、P′間同時存在勻強電場E和垂直紙面向里的勻強磁場B時，電子流不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)極板間只存在垂直紙面向里的勻強磁場B時，電子流穿出平行板電容器時的偏轉(zhuǎn)角θ＝eq\f(1,15)rad.已知極板長L＝3.0×10－2m，電場強度大小為E＝1.5×104V/m，磁感應(yīng)強度大小為B＝5.0×10－4T，求電子的比荷．圖3答案1.33×1011C/kg解析無偏轉(zhuǎn)時，有eE＝evB只存在磁場時，有evB＝meq\f(v2,r)(或r＝eq\f(mv,eB))，由幾何關(guān)系得偏轉(zhuǎn)角很小時，r≈eq\f(L,sinθ)≈eq\f(L,θ)聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得eq\f(e,m)＝eq\f(Eθ,B2L)≈1.33×1011C/kg.題組三α粒子散射實驗及原子的核式結(jié)構(gòu)模型6．在α粒子散射實驗中，關(guān)于選用金箔的原因下列說法不正確的是()A．金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔B．金核不帶電C．金原子核質(zhì)量大，被α粒子轟擊后不易移動D．金核半徑大，易形成大角度散射答案B7．盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型的依據(jù)是用α粒子轟擊金箔，實驗中發(fā)現(xiàn)α粒子()A．全部穿過或發(fā)生很小偏轉(zhuǎn)B．絕大多數(shù)穿過，只有少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，有的甚至被彈回C．絕大多數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回，只有少數(shù)穿過D．全部發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)答案B解析盧瑟福的α粒子散射實驗結(jié)果是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，故選項A錯誤．α粒子被散射時只有少數(shù)發(fā)生了較大角度偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90°，有的甚至被彈回，故選項B正確，C、D錯誤．8．盧瑟福在解釋α粒子散射實驗的現(xiàn)象時，不考慮α粒子與電子的碰撞影響，這是因為()A．α粒子與電子之間有相互排斥，但斥力很小，可忽略B．α粒子雖受電子作用，但電子對α粒子的合力為零C．電子體積極小，α粒子不可能碰撞到電子D．電子質(zhì)量極小，α粒子與電子碰撞時能量損失可忽略答案D解析α粒子與電子間有庫侖引力，電子的質(zhì)量很小，α粒子與電子相碰，運動方向不會發(fā)生明顯的改變，所以α粒子