2021高中物理-2.1-2.2-電子-原子的核式結(jié)構(gòu)模型-學(xué)案(教科版選修3-5)

學(xué)案1電子學(xué)案2原子的核式結(jié)構(gòu)模型[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]1.知道陰極射線是由電子組成的，電子是原子的組成部分.2.了解湯姆孫發(fā)覺(jué)電子的爭(zhēng)辯方法及蘊(yùn)含的科學(xué)思想.3.了解α粒子散射試驗(yàn)的試驗(yàn)器材、試驗(yàn)原理和試驗(yàn)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.5.知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí)，原子的組成及帶電狀況．1．電子帶負(fù)電，帶電量e＝1.6×10－19_C.2．電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)電荷的作用力(1)電場(chǎng)力F＝qE，正電荷受力方向與場(chǎng)強(qiáng)E方向相同，負(fù)電荷受力方向與場(chǎng)強(qiáng)E方向相反．(2)洛倫茲力：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力F＝qvB，其方向可用左手定則推斷．3．陰極射線(1)陰極射線：科學(xué)家用真空度很高的真空管做放電試驗(yàn)時(shí)，發(fā)覺(jué)真空管的陰極會(huì)放射出一種射線，這種射線叫做陰極射線．(2)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫使陰極射線在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，確定了陰極射線是一種帶負(fù)電的粒子流．4．微粒比荷(荷質(zhì)比)的測(cè)定(1)比荷：帶電粒子的電荷量與質(zhì)量之比稱為比荷，又稱荷質(zhì)比．(2)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)覺(jué)了電子廣泛存在于各種不同的原子之中．電子的發(fā)覺(jué)使人們生疏到原子是可分的，2000多年來(lái)認(rèn)為“原子是物質(zhì)的不行分割的最小單元”這一傳統(tǒng)觀念最終被否定了，這標(biāo)志著人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的生疏進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段．5．電子電荷量的精確測(cè)定元電荷(1)電子電荷量的精確測(cè)定：電子電荷量的測(cè)量最早是由美國(guó)科學(xué)家密立根接受油滴試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的．(2)元電荷：元電荷就是電子所帶的電荷量，一般用e表示，e＝1.602×10－19C，任何帶電體的帶電荷量都是元電荷的整數(shù)倍．6．α粒子散射試驗(yàn)及其現(xiàn)象1909年，英籍新西蘭物理學(xué)家盧瑟福及蓋革等用α粒子轟擊金箔，爭(zhēng)辯α粒子被散射的狀況，其試驗(yàn)裝置如圖1所示．圖1盧瑟福的α散射試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)發(fā)覺(jué)，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)或只發(fā)生很小的偏轉(zhuǎn)，但是有少數(shù)α粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，有的α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)了90°，極少數(shù)α粒子甚至被反彈回來(lái)．這種試驗(yàn)結(jié)果完全出人意料．7．原子的核式結(jié)構(gòu)模型盧瑟福在α粒子散射試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了新的原子結(jié)構(gòu)模型，在原子的中間有一個(gè)體積很小、帶正電的核．8．原子核的大小和尺寸盧瑟福推算出原子核的直徑約為10－15_m，只有原子直徑的eq\f(1,100000).假如把原子線度放大到1000m，原子核的線度只有約1_cm.一、陰極射線和對(duì)陰極射線的爭(zhēng)辯[問(wèn)題設(shè)計(jì)]如圖2所示為測(cè)定陰極射線粒子比荷的裝置，從陰極K發(fā)出的陰極射線通過(guò)一對(duì)平行金屬板D1、D2間的勻強(qiáng)電場(chǎng)，發(fā)生偏轉(zhuǎn)．圖2(1)在D1、D2間加電場(chǎng)后射線偏到P2，則由電場(chǎng)方向知，該射線帶什么電？(2)再在D1、D2間加一磁場(chǎng)，電場(chǎng)與磁場(chǎng)垂直，讓射線恰好不偏轉(zhuǎn)．設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則電子的速度多大？(3)撤去電場(chǎng)，只保留磁場(chǎng)，使射線在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，若測(cè)出軌道半徑為r，則粒子的比荷eq\f(q,m)是多大？答案(1)負(fù)電(2)粒子受兩個(gè)力作用：電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力，兩個(gè)力平衡，即有qE＝qvB，得：v＝eq\f(E,B)(3)由洛倫茲力充當(dāng)向心力：qvB＝meq\f(v2,r)，得出：eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br).又v＝eq\f(E,B)，則eq\f(q,m)＝eq\f(E,B2r).測(cè)出E、B、r即可求出比荷eq\f(q,m).例1關(guān)于陰極射線的本質(zhì)，下列說(shuō)法正確的是()A．陰極射線的本質(zhì)是氫原子B．陰極射線的本質(zhì)是電磁波C．陰極射線的本質(zhì)是電子D．陰極射線的本質(zhì)是X射線解析陰極射線是原子受激發(fā)放射出的電子流，關(guān)于陰極射線是電磁波還是X射線，都是在爭(zhēng)辯陰極射線過(guò)程中的一些假設(shè)，是錯(cuò)誤的．答案C二、α粒子散射試驗(yàn)及原子核式結(jié)構(gòu)[問(wèn)題設(shè)計(jì)]閱讀課本“α粒子散射試驗(yàn)”及“原子的核式結(jié)構(gòu)模型”，說(shuō)明：(1)α粒子散射試驗(yàn)裝置由幾部分組成？試驗(yàn)過(guò)程是怎樣的？(2)有些α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，這些偏轉(zhuǎn)是電子造成的嗎？答案(1)試驗(yàn)裝置：①α粒子源：釙放在帶小孔的鉛盒中，放射出高能α粒子，其帶兩個(gè)單位的正電，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍．②金箔：特點(diǎn)是金原子的質(zhì)量大，且易延展成很薄的箔．③可移動(dòng)探測(cè)器：能繞金箔在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)．④整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程在真空中進(jìn)行．金箔很薄，α粒子(eq\o\al(4,2)He)很簡(jiǎn)潔穿過(guò)．試驗(yàn)過(guò)程：α粒子源封裝在鉛盒中，鉛盒壁上有一個(gè)小孔，α粒子可以從小孔中射出，打到前方的金箔上，由于金原子中的帶電粒子對(duì)α粒子有庫(kù)侖力作用，一些α粒子會(huì)轉(zhuǎn)變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向．可移動(dòng)探測(cè)器可以圍著金箔做圓周運(yùn)動(dòng)，從而探測(cè)到α粒子在各個(gè)方向上的散射狀況．(2)不是．α粒子的質(zhì)量比電子的質(zhì)量大得多，α粒子遇到電子就像子彈遇到灰塵一樣，不會(huì)造成α粒子大角度的偏轉(zhuǎn)．[要點(diǎn)提煉]1．核式結(jié)構(gòu)模型盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)的結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：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)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)．2．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)對(duì)散射試驗(yàn)的解釋：由于原子核很小，大部分α粒子穿過(guò)金箔時(shí)都離核很遠(yuǎn)，受到的帶有同種電荷的原子核的排斥力很小，它們的運(yùn)動(dòng)幾乎不受影響；只有極少數(shù)α粒子從原子核四周飛過(guò)，受到比較大的排斥力，才會(huì)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，如圖2所示．圖2例2如圖3所示為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射試驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)觀看到的現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是()圖3A．放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀看到屏上的閃光次數(shù)最多B．放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀看到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時(shí)稍少些C．放在C、D位置時(shí)，屏上觀看不到閃光D．放在D位置時(shí)，屏上仍能觀看到一些閃光，但次數(shù)極少解析依據(jù)α粒子散射現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于180°，也就是說(shuō)它們幾乎被“撞了回來(lái)”．故本題應(yīng)選擇A、B、D.答案ABD例3盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有()A．原子的中心有個(gè)核，叫原子核B．原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中C．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里D．帶負(fù)電的電子在核外圍著核旋轉(zhuǎn)解析盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容是：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，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)電的電子在核外空間圍著核旋轉(zhuǎn)，由此可見(jiàn)，B選項(xiàng)錯(cuò)誤，A、C、D選項(xiàng)正確．答案ACD電子原子的核式結(jié)構(gòu)模型eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電子的發(fā)覺(jué)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(陰極射線,湯姆孫發(fā)覺(jué),密立根測(cè)定電子的電荷量)),原子核式結(jié)構(gòu)模型\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(α粒子散射試驗(yàn),盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型,原子核的大小和尺寸))))1．盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)的依據(jù)是用α粒子轟擊金箔，試驗(yàn)中發(fā)覺(jué)α粒子()A．全部穿過(guò)或發(fā)生很小偏轉(zhuǎn)B．絕大多數(shù)穿過(guò)，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(guò)D．全部發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)答案B解析盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)結(jié)果是絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤．α粒子被散射時(shí)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)角度超過(guò)了90°，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角度幾乎達(dá)到180°，故選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．2．1897年英國(guó)物理學(xué)家__________通過(guò)爭(zhēng)辯__________發(fā)覺(jué)了電子.1910年美國(guó)物理學(xué)家__________通過(guò)出名的______________試驗(yàn)精確測(cè)定了電子的電荷量．答案湯姆孫陰極射線密立根油滴3．電子所帶電荷量的精確數(shù)值最早是由美國(guó)物理學(xué)家密立根通過(guò)油滴試驗(yàn)測(cè)得的，他測(cè)定了數(shù)千個(gè)帶電油滴的電荷量，發(fā)覺(jué)這些電荷量都等于某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍，這個(gè)最小電荷量就是電子所帶的電荷量．密立根試驗(yàn)的原理如圖4所示，A、B是兩塊平行放置的水平金屬板，A板帶正電，B板帶負(fù)電．從噴霧器嘴噴出的小油滴，落到A、B兩板之間的電場(chǎng)中，小油滴由于摩擦而帶負(fù)電，調(diào)整A、B兩板間的電壓，可使小油滴受到的電場(chǎng)力和重力平衡，已知小油滴靜止處的電場(chǎng)強(qiáng)度是1.92×105N/C，小油滴半徑是1.64×10－4cm，油的密度是0.851g/cm3，求：小油滴所帶的電荷量；這個(gè)電荷量是電子電荷量的多少倍？圖4答案8.02×10－19