新教材人教版高中物理選擇性必修第三冊(cè)學(xué)案設(shè)計(jì)-原子的核式結(jié)構(gòu)模型

3．原子的核式構(gòu)造模型的核式構(gòu)造模型及原子核的電荷與尺度。2.[科學(xué)思維]把握電子的電荷量、原子的核式構(gòu)造模型，能夠通過科學(xué)推理解決相關(guān)的問題。3.[科學(xué)探究]探究陰極射線的本質(zhì)，理解α粒子散射試驗(yàn)，提示試驗(yàn)本質(zhì)，得出結(jié)論，體會(huì)科學(xué)家的探究方法，提高觀看與試驗(yàn)的力氣。4.[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]通過學(xué)習(xí)體驗(yàn)科學(xué)家探究科學(xué)的艱辛，堅(jiān)持實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培育樂觀探究科學(xué)的興趣。閱讀本節(jié)教材，答復(fù)第78頁“問題”并梳理必要的學(xué)問點(diǎn)。教P78“問題”提示：這種射線叫陰極射線，本質(zhì)是電子流。一、電子的覺察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。湯姆孫的探究方法及結(jié)論依據(jù)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)狀況斷定，它的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷。(3)結(jié)論：陰極射線粒子帶負(fù)電，其電荷量的大小與氫離子大致一樣，而質(zhì)量比氫離子小得多，后來組成陰極射線的粒子被稱為電子。換用不同材料的陰極做試驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值都一樣，是氫離子比荷的近兩千倍。(3)結(jié)論：陰極射線粒子帶負(fù)電，其電荷量的大小與氫離子大致一樣，而質(zhì)量比氫離子小得多，后來組成陰極射線的粒子被稱為電子。湯姆孫的進(jìn)一步爭(zhēng)論湯姆孫又進(jìn)一步爭(zhēng)論了很多現(xiàn)象，證明白電子是原子的組成局部。電子的電荷量及電荷量子化油滴試驗(yàn)電子電荷量：1910年前后由密立根通過著名的 得出，電子電荷油滴試驗(yàn)的現(xiàn)代值為＝1.60×1019。電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍。m＝9.1093835×1031kg

mp＝1me836。說明：陰極射線實(shí)質(zhì)是帶負(fù)電的電子流。二、原子的核式構(gòu)造模型α粒子散射試驗(yàn)湯姆孫原子模型1898年提出了原子模型，他認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷布滿性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌在球中。α粒子散射試驗(yàn)①試驗(yàn)裝置：α粒子源、金箔、放大鏡和熒光屏。②試驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)。少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)。極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角大于90°，甚至有極個(gè)別α粒子被反彈回來。3試驗(yàn)意義：盧瑟福通過α了核式構(gòu)造模型。盧瑟福的核式構(gòu)造模型核式構(gòu)造模型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。它集中了原子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)。三、原子核的電荷與尺度說明：原子半徑與原子核半徑相差十萬多倍，因此原子內(nèi)部是格外“空曠”的。1．思考推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)陰極射線撞擊玻璃管壁會(huì)發(fā)出熒光。電子的電荷量是湯姆孫首先準(zhǔn)確測(cè)定的。α粒子散射試驗(yàn)中，大多數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈。原子中全部正電荷都集中在原子核內(nèi)。2．(多項(xiàng)選擇)關(guān)于電荷的電荷量以下說法正確的選項(xiàng)是( A．電子的電荷量是由密立根油滴試驗(yàn)測(cè)得的B．物體所帶電荷量可以是任意值C．物體所帶電荷量最小值為1.6×10－19CD．物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍

(√)(×)(×)(√)ACD[密立根的油滴試驗(yàn)測(cè)出了電子的電荷量為1.6×10－19C，并提出了電荷量子化的觀點(diǎn)，故A、C正確，Be的整數(shù)倍，故D正確。]3．(多項(xiàng)選擇)如以下圖為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射試驗(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)觀看到的現(xiàn)象，下述說法中正確的選項(xiàng)是()放在A位置時(shí)，一樣時(shí)間內(nèi)觀看到屏上的閃光次數(shù)最多放在B位置時(shí)，一樣時(shí)間內(nèi)觀看到屏上的閃光次數(shù)只比A位置稍少些放在B位置時(shí)，一樣時(shí)間內(nèi)觀看到屏上的閃光次數(shù)要比A位置少很多放在C、D位置時(shí)，屏上觀看不到閃光AC[α粒子散射試驗(yàn)中，α粒子穿過金箔后α粒子仍沿原來的方向前進(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90°，α粒子被反彈回來，B、D錯(cuò)誤，C正確。]電子的覺察電子的覺察電子所帶電荷量最早是由美國科學(xué)家密立根通過油滴試驗(yàn)測(cè)出的。油滴試驗(yàn)的原理如以下圖，兩塊水平放置的平行金屬板與電源連接電子所帶電荷量最早是由美國科學(xué)家密立根通過油滴試驗(yàn)測(cè)出的。油滴試驗(yàn)的原理如以下圖，兩塊水平放置的平行金屬板與電源連接，上、下板分別帶正、負(fù)電荷。油滴從噴霧器噴出后，由于摩擦而帶電，油滴進(jìn)入上板中心小孔后落到勻強(qiáng)電場(chǎng)中通過顯微鏡可以觀看到油滴的運(yùn)動(dòng)狀況。兩金屬板間的距離為d，忽略空氣對(duì)油滴的浮力和阻力。摸索究：1．如何判定油滴的電性？m1的油滴恰q為多少？提示：1．因要求油滴勻速運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力與重力平衡，而電場(chǎng)上端為正極，故油滴帶負(fù)電。2．mg1＝dU0q，q＝U 。m1gd0(1)電磁波說，代表人物——赫茲，他認(rèn)為這種射線是一種電磁輻射。(2)粒子說，代表人物——湯姆孫，他認(rèn)為這種射線是一種帶電粒子流。2．陰極射線帶電性質(zhì)的推斷方法方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場(chǎng)，通過打在熒光屏上的亮點(diǎn)的變化和電場(chǎng)的狀況確定帶電的性質(zhì)。方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場(chǎng)，依據(jù)亮點(diǎn)位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果依據(jù)陰極射線在電場(chǎng)中和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)狀況，推斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж?fù)電。帶電油滴的電荷量都等于某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍，從而證明白電荷是量e?！纠?】如以下圖為湯姆孫用來測(cè)定電子比荷的裝置。當(dāng)極板P和P′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，形成一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓UO′點(diǎn)，O′Od，水平距離可無視不計(jì)；此時(shí)在P與P′之間的區(qū)域里再加上一個(gè)方向垂直于紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，調(diào)整磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)其大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重回到O點(diǎn)。極板水平方向長度為l1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為l2。求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大??；推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式。思路點(diǎn)撥：(1)在復(fù)合場(chǎng)中洛倫茲力與電場(chǎng)力是一對(duì)平衡力。(2)由類平拋規(guī)律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得表達(dá)式。[解析] (1)電子在正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有Bev＝U UBbEe＝be，v＝BbOU。Bb1Uel2 Uel1l2(2)d＝2bmv＋bmv·v可得e＝2dbv2 ＝ 2dU 。m Ul1(l1＋2l2) B2bl1(l1＋2l2)[答案](1)U

(2)

2dUBb B2bl1(l1＋2l2)奇異運(yùn)用電磁場(chǎng)測(cè)定電子比荷當(dāng)電子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，qE＝qvB，可以測(cè)出電子速度的大小。電子在熒光屏上的落點(diǎn)到屏中心的距離等于電子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)位移與電子出電場(chǎng)到屏之間的傾斜直線運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)位移的和。[[跟進(jìn)訓(xùn)練]U加速后進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，覺察離子向上偏轉(zhuǎn)，要使此離子沿直線穿過電場(chǎng)，則以下說法正確的選項(xiàng)是()增大電場(chǎng)強(qiáng)度E減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B減小加速電壓U，增大電場(chǎng)強(qiáng)度E適當(dāng)?shù)丶哟蠹铀匐妷篣D [正離子進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域中，F(xiàn)＝qE，方向向上，受到的洛倫茲力F

＝qB，方向向下，離子向上偏，說明電場(chǎng)力v洛v大于洛倫茲力，要使離子沿直線運(yùn)動(dòng)，須qE＝qvB，則可使洛倫茲力增大或電場(chǎng)力減小，增大洛倫茲力的途徑是增大加速電壓U或增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B，選項(xiàng)D正確。]2．(多項(xiàng)選擇)英國物理學(xué)家湯姆孫通過對(duì)陰極射線的試驗(yàn)爭(zhēng)論覺察( A．陰極射線在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè)B．陰極射線在磁場(chǎng)中受力狀況跟正電荷受力狀況一樣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散射試驗(yàn)的理解AD[陰極射線實(shí)質(zhì)上就是高速電子流所以在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè)選項(xiàng)A正確；由于電子帶負(fù)電，所以其受力狀況與正電荷不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；不同材料所產(chǎn)生的陰極射線都是電子流，所以它們的比荷是一樣的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在湯姆孫試驗(yàn)證明陰極射線就是帶負(fù)電的電子流時(shí)并未得出電子的電荷量，最早測(cè)量電子電荷量的是美國科學(xué)家密立根，D散射試驗(yàn)的理解如圖為盧瑟福所做的α如圖為盧瑟福所做的α粒子散射試驗(yàn)裝置的示意圖摸索究：(1)該試驗(yàn)中為什么用金箔作靶子？A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，哪個(gè)位置一樣時(shí)間內(nèi)觀看到屏上的閃光次數(shù)最多？提示：(1)金的延展性好，可以做得很薄而且金的原子序數(shù)大，產(chǎn)生的庫侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯。(2)A處一樣時(shí)間內(nèi)觀看到屏上的閃光次數(shù)最多。放射源、金箔、熒光屏等，如以下圖?，F(xiàn)象及解釋絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)。大多數(shù)α粒子離金原子核較遠(yuǎn)。少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)。發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)的α粒子是由于離金原子核較近，庫侖斥力較大。α90°180°。正對(duì)或根本正對(duì)著金原子核入射的α粒子在庫侖斥力作用下先減速至較小速度然后反向加速遠(yuǎn)離金原子核。試驗(yàn)的留意事項(xiàng)整個(gè)試驗(yàn)過程在真空中進(jìn)展。金箔需要做得很薄，α粒子才能穿過。使用金箔的緣由是金的延展性好，可以做得很薄。另外一點(diǎn)就是金的原子序數(shù)大，α粒子與金核間的庫侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯。【例2】在盧瑟福α粒子散射試驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng)，以下各圖畫出的是其中兩個(gè)α粒子經(jīng)受金箔散射過程的徑跡，其中符合試驗(yàn)事實(shí)的是( )C [α粒子與原子核相互排斥，運(yùn)動(dòng)軌跡與原子核越近，庫侖斥力越大，運(yùn)動(dòng)方向變化越明顯，C正確。]α粒子散射試驗(yàn)中的現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)留意是“絕大多數(shù)”“少數(shù)”還是“極少數(shù)”粒子的行為?！按蠼嵌绕D(zhuǎn)”只是少數(shù)粒子的行為。α粒子散射試驗(yàn)是得出原子核式構(gòu)造模型的試驗(yàn)根底，對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象的分析α粒子散射試驗(yàn)這一宏觀探測(cè)，間接地構(gòu)建出原子構(gòu)造的微觀圖景?！疽活}多變】依據(jù)上題，可以證明什么？[解析] 證明原子內(nèi)存在一個(gè)集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核叫原子核。[[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．(多項(xiàng)選擇)關(guān)于α粒子散射試驗(yàn)，以下說法正確的選項(xiàng)是( )A．該試驗(yàn)在真空環(huán)境中進(jìn)展B．帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內(nèi)的不同方向上移動(dòng)C．熒光屏上的閃光是散射的α粒子打在熒光屏上形成的D．熒光屏只有正對(duì)α粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光ABC[由于α粒子有很強(qiáng)的電離作用，其穿透力氣很弱，所以該試驗(yàn)要在真空中進(jìn)展，選項(xiàng)A正確；α粒子打在熒光屏上會(huì)有閃光，為了觀看大角度散射，帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內(nèi)的不同方向上移動(dòng)選項(xiàng)BC正確選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]原子的核式構(gòu)造模型與原子核的組成1909～1911年英籍物理學(xué)家盧瑟福指導(dǎo)其學(xué)生做了用α粒子轟擊金箔的試驗(yàn)。他覺察絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子卻發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過了90°，有的甚至被彈回。這就是粒子散射試驗(yàn)。為了解釋這個(gè)結(jié)果，1911年提出了原子的核式構(gòu)造模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫作原子核，原子的幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里(以下公式或數(shù)據(jù)為：原子的核式構(gòu)造模型與原子核的組成kQ點(diǎn)電荷的電勢(shì)U＝r，k＝9.0×109N·m2/C2，金原子序數(shù)為79，αmα＝6.65×10－27kg，αv＝1.6×107m/s，e＝1.6×10－19C)。請(qǐng)?zhí)骄浚?1)如何測(cè)定金原子核的半徑大??？(2)請(qǐng)估算金原子核的大小(保存一位有效數(shù)字)?提示：(1)α0時(shí)，α粒子與金原子核間的距離最小，這個(gè)距離近似認(rèn)為等于金原子核的半徑。1 2keQ 4keQ(2)此過程中動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能由2mαv2＝r 得r＝m－14m。原子的核式構(gòu)造與原子的棗糕模型的根本區(qū)分。

r＝4×10vα2v核式構(gòu)造 棗糕模型小的核里

電子繞核高速旋轉(zhuǎn)

原子是布滿了正電荷的球體電子均勻嵌在原子球體內(nèi)原子內(nèi)的電荷關(guān)系：原子核的電荷數(shù)即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，與核外的電子數(shù)相等。原子核的組成：原子核由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核的質(zhì)子數(shù)。原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10m，原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－15m，兩者相差10萬倍之多?！纠?】(多項(xiàng)選擇)關(guān)于原子的核式構(gòu)造學(xué)說，以下說法正確的選項(xiàng)是( A．原子中絕大局部是“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(duì)它的庫侖力C．原子的全部正電荷和質(zhì)量都集中在原子核里D．原子核的直徑約是10－10m思路點(diǎn)撥：(1)原子中心有很小的原子核集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量。(2)電子在核外繞核運(yùn)動(dòng)。[跟進(jìn)訓(xùn)練]AB[由于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)絕大局部區(qū)域是“空”的，選項(xiàng)A正確，C錯(cuò)誤；電子繞原子核的圓周運(yùn)動(dòng)是原子核與電子間的庫侖力供給向心力，選項(xiàng)B正確；原子核半徑10－15m，10－10m，D[跟進(jìn)訓(xùn)練]4．(多項(xiàng)選擇)盧瑟福對(duì)α粒子散射試驗(yàn)的解釋是( )α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要緣由是原子中電子對(duì)α粒子的作用力α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力原子核很小，α粒子接近它的時(shí)機(jī)很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來的方向前進(jìn)能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是穿過原子時(shí)離原子核近的α粒子物理觀念：電子、陰極射線、盧瑟福的核式構(gòu)造模型?？茖W(xué)思維：能用電子的理論、α粒子散射試驗(yàn)及核式構(gòu)造解決相關(guān)問題?？茖W(xué)方法：試驗(yàn)法、模型法、假設(shè)法。BCD [原子核帶正電，α粒子之間存在庫侖力，α粒子靠近原子核時(shí)受庫侖力而偏轉(zhuǎn)，電子對(duì)它的影響可無視，故A錯(cuò)誤，B正確；由于原子核格外小絕大多數(shù)粒子經(jīng)過時(shí)離核較遠(yuǎn)，因而運(yùn)動(dòng)方向幾乎不變，只有離核很近的α粒子受到的庫侖力較大，方向轉(zhuǎn)變較多物理觀念：電子、陰極射線、盧瑟福的核式構(gòu)造模型?？茖W(xué)思維：能用電子的理論、α粒子散射試驗(yàn)及核式構(gòu)造解決相關(guān)問題?？茖W(xué)方法：試驗(yàn)法、模型法、假設(shè)法。1．(多項(xiàng)選擇)X射線的“光子”不帶電，假設(shè)陰極射線像X射線一樣，則以下說法正確的選項(xiàng)是( )A．陰極射線管內(nèi)的高電壓不能夠?qū)ζ浼铀俣黾幽芰緽．陰極射線通過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．陰極射線通過磁場(chǎng)方向確定不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變D．陰極射線通過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)能夠轉(zhuǎn)變方向ABC[由于X射線的“光子”不帶電，故電場(chǎng)、磁場(chǎng)對(duì)X射線不產(chǎn)生作用力，A、B、C正確。]2．(多項(xiàng)選擇)關(guān)于電子的覺察，以下表達(dá)中正確的選項(xiàng)是( A．電子的覺察，說明原子是由電子和原子核組成的B．電子的覺察，說明原子具有確定的構(gòu)造C．電子是第一種被人類覺察的微觀粒子D．電子的覺察，比較好地解釋了物體的帶電現(xiàn)象BCD[覺察電子之前，人們認(rèn)為原子是不行再分的最小粒子，電子的覺察，說明原子有確定的構(gòu)造，B正確；電子是人類覺察的第一種微觀粒子，C正確；物體帶電的過程，就是電子的得失和轉(zhuǎn)移的過程，D正確。]3．(多項(xiàng)選擇)對(duì)α粒子散射試驗(yàn)裝置的描述，你認(rèn)為正確的有( A．試驗(yàn)器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡B．金箔的厚度對(duì)試驗(yàn)無影響