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

1、1電子的發(fā)現(xiàn)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，電子是原子的組成部分，知道電子的電荷量和比荷.2.知道粒子散射實驗的實驗方法和實驗現(xiàn)象及盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容.3.能說出原子和原子核大小的數(shù)量級 一、陰極射線1實驗：如圖181、21所示，圖181、21真空玻璃管中K是金屬板制成的陰極，接感應(yīng)線圈的負(fù)極，A是金屬環(huán)制成的陽極，在K、A間加近萬伏的高電壓，可觀察到玻璃壁上淡淡的熒光及管中物體在玻璃壁上的影2陰極射線：熒光的實質(zhì)是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線被命名為陰極射線二、電子的發(fā)現(xiàn)1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

2、的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流，并求出其比荷2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e1.61019_C，電子質(zhì)量me9.11031_kg想一想電子發(fā)現(xiàn)的重大意義是什么？答案電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個比原子小的粒子電子的發(fā)現(xiàn)，打破了原子不可再分的傳統(tǒng)觀念，使人們認(rèn)識到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也有內(nèi)部結(jié)構(gòu)從此，原子物理學(xué)飛速發(fā)展，人們對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識進(jìn)入了一個新時代三、粒子散射實驗1粒子從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來的快速運(yùn)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7 300倍2實驗結(jié)果絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，基本沿原方向前

3、進(jìn)少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角甚至大于90.3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)動四、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原子核的大小對于一般的原子核，實驗確定的原子核半徑R的數(shù)量級為1015m，而整個原子半徑的數(shù)量級是1010m因而原子內(nèi)部十分“空曠”一、探究電子發(fā)現(xiàn)的歷程1真空玻璃管兩極加上高電壓玻璃管壁上發(fā)出熒光2德國物理學(xué)家戈德斯坦將陰極

4、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英國物理學(xué)家湯姆孫讓陰極射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn) 5密立根通過“油滴實驗”精確測定了電子的電荷量和電子的質(zhì)量例1湯姆孫對陰極射線的探究，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電子電荷的精確測定最早是由密立根通過著名的“油滴實驗”實現(xiàn)的C電子電荷量的數(shù)值約為1.6021019 CD電子質(zhì)量與電荷量的比值稱為電子的比荷答案BC解析電子是原子的組成部分，電子的發(fā)現(xiàn)說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)比二、對粒子散射實驗的理解1裝置：放

5、射源、金箔、熒光屏等，如圖181、22所示 圖181、222現(xiàn)象：(1)絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)(2)少數(shù)粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)(3)極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90，有的幾乎達(dá)到180.3注意事項：(1)整個實驗過程在真空中進(jìn)行(2)粒子是氦原子核，體積很小，金箔需要做得很薄，粒子才能穿過4湯姆孫的原子模型不能解釋粒子的大角度散射圖181、23例2如圖181、23為盧瑟福所做的粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，下述說法中正確的是()A相同時間內(nèi)在A時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B相同時間內(nèi)在B時觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A時稍少些C放在D

6、位置時屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少D放在C、D位置時屏上觀察不到閃光答案ABC解析在盧瑟福粒子散射實驗中，粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)粒子仍沿原來的方向前進(jìn)，故A正確；少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度大于90，極個別粒子反彈回來，所以在B位置只能觀察到少數(shù)的閃光，在C、D兩位置能觀察到的閃光次數(shù)極少，故D錯，B、C對借題發(fā)揮解決粒子散射實驗問題的技巧(1)熟記裝置及原理(2)理解建立核式結(jié)構(gòu)模型的要點核外電子不會使粒子的速度發(fā)生明顯改變湯姆孫的原子模型不能解釋粒子的大角度散射少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些粒子在原子中的某個地方受到了質(zhì)量、電量均比它本身大得多的物體

7、的作用絕大多數(shù)粒子在穿過厚厚的金原子層時運(yùn)動方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的，原子的質(zhì)量、電量都集中在體積很小的核內(nèi)針對訓(xùn)練1(2013福建高考)在盧瑟福粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是() 答案C解析粒子與原子核相互排斥，A、D錯；運(yùn)動軌跡與原子核越近，力越大，運(yùn)動方向變化越明顯，B錯，C對三、盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型1內(nèi)容：在原子中心有一個很小的核，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對粒子散射實驗結(jié)果的解釋(1)當(dāng)粒子穿過原子時，如果離核較遠(yuǎn)，受到原子核

8、的斥力很小，運(yùn)動方向改變很小，因為原子核很小，所以絕大多數(shù)粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)(2)只有當(dāng)粒子十分接近原子核穿過時，才受到很大的庫侖力作用，偏轉(zhuǎn)角才很大，而這種機(jī)會很少(3)如果粒子正對著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180，這種機(jī)會極少，如圖181、24所示 圖181、243數(shù)量級：原子的半徑數(shù)量級為1010 m，原子核半徑的數(shù)量級為1015 m，原子核的半徑只相當(dāng)于原子半徑的十萬分之一，體積只相當(dāng)于原子體積的1015.例3下列對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識中，錯誤的是()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)，向心力為庫侖力C原子的全部正電荷都集中在原子核里D原子核的直徑大約為1010 m答案D解

9、析盧瑟福粒子散射實驗的結(jié)果否定了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的湯姆孫模型，盧瑟福提出了關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，并估算出原子核直徑的數(shù)量級為1015 m，而原子直徑的數(shù)量級為1010 m，是原子核直徑的十萬倍，所以原子內(nèi)部是十分“空曠”的，核外帶負(fù)電的電子由于受到帶正電的原子核的庫侖引力而繞核旋轉(zhuǎn)，所以本題應(yīng)選D.針對訓(xùn)練2在盧瑟福粒子散射實驗中，只有少數(shù)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(fù)電的電子D原子的質(zhì)量在原子核內(nèi)是均勻分布的答案A解析本題考查了學(xué)生對粒子散射實驗結(jié)果與原子的核式結(jié)構(gòu)關(guān)系的理解原子的核式結(jié)構(gòu)正

10、是建立在粒子散射實驗結(jié)果基礎(chǔ)上的，C、D的說法沒有錯，但與題意不符電子的發(fā)現(xiàn)及對電子的認(rèn)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(fù)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(fù)電，其比荷比氫原子的比荷大得多，故A、C正確2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181、25所示若要使射線向上偏轉(zhuǎn)，所加磁場的方向應(yīng)為() 圖181、25A平行于紙面向左 B平行于紙面向上C垂直于紙面向外 D垂直于紙面向里答案C解析由于陰極射線的本質(zhì)是電子流，陰極射線方向向右傳

11、播，說明電子的運(yùn)動方向向右，相當(dāng)于存在向左的電流，利用左手定則，使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上，由此可知磁場方向應(yīng)為垂直于紙面向外，故選項C正確 粒子散射實驗的理解3在粒子的散射實驗中，使少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的作用力是原子核對粒子的()A萬有引力 B庫侖力C磁場力 D核力答案B 原子的核式結(jié)構(gòu)模型4盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有()A原子的中心有個核，叫原子核B原子的正電荷均勻分布在整個原子中C原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)D帶負(fù)電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn)答案ACD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很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全

12、部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)，由此可見，B選項錯誤，A、C、D選項正確5盧瑟福對粒子散射實驗的解釋是()A使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要原因是原子中電子對粒子的作用力B使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力C原子核很小，粒子接近它的機(jī)會很小，所以絕大多數(shù)的粒子仍沿原來的方向前進(jìn)D能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的粒子是穿過原子時離原子核近的粒子答案BCD解析原子核帶正電，與粒子間存在庫侖力，當(dāng)粒子靠近原子核時受庫侖力而偏轉(zhuǎn)，電子對它的影響可忽略，故A錯、B對；由于原子核非常小，絕大多數(shù)粒子經(jīng)過時離核較遠(yuǎn)因而運(yùn)動方向幾乎不變，只有離核很近的粒子受到的庫侖力較大，方向改變較多，故C、D對題組一電子的發(fā)現(xiàn)及對

13、電子的認(rèn)識1關(guān)于陰極射線的本質(zhì)，下列說法正確的是()A陰極射線本質(zhì)是氫原子B陰極射線本質(zhì)是電磁波C陰極射線本質(zhì)是電子D陰極射線本質(zhì)是X射線答案C解析陰極射線是原子受激發(fā)射出的電子，關(guān)于陰極射線是電磁波、X射線都是在研究陰極射線過程中的一些假設(shè)，是錯誤的2關(guān)于陰極射線，下列說法正確的是()A陰極射線就是稀薄氣體導(dǎo)電的輝光放電現(xiàn)象B陰極射線是在真空管內(nèi)由陰極發(fā)出的電子流C陰極射線是組成物體的原子D陰極射線沿直線傳播，但可被電場、磁場偏轉(zhuǎn)答案BD解析陰極射線是在真空管中由陰極發(fā)出的電子流，B正確，A錯誤；電子是原子的組成部分，C錯誤；電子可被電場、磁場偏轉(zhuǎn)，D正確3關(guān)于電荷的電荷量下列說法錯誤的是(

14、)A電子的電量是由密立根油滴實驗測得的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1.61019 CD物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍答案B解析密立根的油滴實驗測出了電子的電量為1.61019 C，并提出了電荷量子化的觀點，因而A對，B錯，C對；任何物體的電荷量都是e的整數(shù)倍，故D對因此選B.4如圖181、26是陰極射線管示意圖接通電源后，陰極射線由陰極沿x軸正方向射出，在熒光屏上會看到一條亮線要使熒光屏上的亮線向下(z軸負(fù)方向)偏轉(zhuǎn)，在下列措施中可采用的是() 圖181、26A加一磁場，磁場方向沿z軸負(fù)方向B加一磁場，磁場方向沿y軸正方向C加一電場，電場方向沿z軸負(fù)方向D加一電場，

15、電場方向沿y軸正方向答案 B解析若加磁場，由左手定則可知，所加磁場方向沿y軸正方向，B正確；若加電場，因電子向下偏轉(zhuǎn)，則電場方向沿z軸正方向題組二對粒子散射實驗的理解5盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型的依據(jù)是用粒子轟擊金箔，實驗中發(fā)現(xiàn)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解析盧瑟福的粒子散射實驗結(jié)果是絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，故選項A錯誤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)粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180，故選項B正確，選項

16、C、D錯誤6如圖所示，X表示金原子核，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)軌道可能是圖中的() 答案D解析粒子離金核越遠(yuǎn)，其所受斥力越小，軌道彎曲的就越小，故D對7當(dāng)粒子穿過金箔發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的過程中，下列說法正確的是()A粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用B粒子一直受到原子核的斥力作用C粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用D粒子一直受到庫侖斥力，速度一直減小答案B解析粒子與金原子核帶同種電荷，兩者相互排斥，故A、C錯誤，B正確；粒子在靠近金原子核時斥力做負(fù)功，速度減小，遠(yuǎn)離時斥力做正功，速度增大，故D錯誤題組三盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型8盧瑟福的粒子散射

17、實驗的結(jié)果顯示了下列哪些情況()A原子內(nèi)存在電子B原子的大小為1010 mC原子的正電荷均勻分布在它的全部體積上D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)答案D解析根據(jù)粒子散射實驗現(xiàn)象，絕大多數(shù)粒子穿過金箔后沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過90，可知C錯，A與題意不符；而實驗結(jié)果不能判定原子的大小為1010 m，B錯，故選D.9關(guān)于盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容，下列敘述正確的是()A原子是一個質(zhì)量分布均勻的球體B原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)C原子的正電荷和負(fù)電荷全部集中在一個很小的核內(nèi)D原子半徑的數(shù)量級是1010 m，原子核半徑的數(shù)量級是1015 m答案BD解析

18、根據(jù)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，可知選項B、D正確10粒子散射實驗中，當(dāng)粒子最接近原子核時，粒子符合下列哪種情況()A動能最小B勢能最小C粒子與金原子組成的系統(tǒng)的能量小D所受原子核的斥力最大答案AD解析該題考查了原子的核式結(jié)構(gòu)、動能、電勢能、庫侖定律及能量守恒等知識點粒子在接近金原子核的過程中，要克服庫侖斥力做功，動能減少，電勢能增加，兩者相距最近時，動能最小，電勢能最大，總能量守恒根據(jù)庫侖定律，距離最近時，斥力最大11已知金的原子序數(shù)為79，粒子離金原子核的最近距離為1013m，則粒子離金核最近時受到的庫侖力多大？對粒子產(chǎn)生的加速度多大？已知粒子的電荷量q2e，質(zhì)量m6.641027kg.答案3.64 N5.481026 m/s2解析分別根據(jù)庫侖定律和牛頓第二定律可算出：粒子離核最近時受到的庫侖力Fkk9109 N3.64 N.庫侖斥力對粒子產(chǎn)生的加速度大小a m/s25.481026 m