2018-2019版高中物理 第3章 原子世界探秘 3.1 電子的發(fā)現(xiàn)及其重大意義 3.2 原子模型的提出學案 滬科版選修3-5.docx

3.1電子的發(fā)現(xiàn)及其重大意義3.2原子模型的提出學習目標1.知道陰極射線的組成，電子是原子的組成部分.2.了解湯姆生發(fā)現(xiàn)電子的研究方法及蘊含的科學思想.3.了解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.5.知道原子和原子核大小的數(shù)量級，原子的組成及帶電情況一、陰極射線電子的發(fā)現(xiàn)導學探究1.在圖1所示的實驗中，將陰極射線管的陰極和陽極接上高壓電源后，用真空泵逐漸抽去管中的空氣，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？當氣壓降得很低時，又有什么現(xiàn)象發(fā)生？圖1答案接上高壓電源后，管內(nèi)會產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象，當氣壓降得很低時，管內(nèi)不再發(fā)光，但由陰極發(fā)射出的射線，能使熒光物質(zhì)發(fā)光2人們對陰極射線的本質(zhì)的認識有兩種觀點，一種觀點認為是一種電磁波，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(磁場)，若射線垂直于電場(磁場)方向射入之后發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，則該射線是由帶電微粒組成的知識梳理1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2湯姆生對陰極射線本質(zhì)的探究結(jié)論：湯姆生通過實驗得出，陰極射線是一種帶負電的質(zhì)量很小的粒子，物理學中稱為電子，電子是原子的組成部分即學即用判斷下列說法的正誤(1)陰極射線在真空中沿直線傳播()(2)英國物理學家湯姆生認為陰極射線是一種電磁輻射()(3)組成陰極射線的粒子是電子()(4)電子是原子的組成部分，電子電荷量可以取任意數(shù)值()二、粒子散射實驗導學探究如圖2所示為1909年英籍物理學家盧瑟福指導他的學生蓋革和馬斯頓進行粒子散射實驗的實驗裝置，閱讀課本，回答以下問題：圖2(1)什么是粒子？(2)實驗裝置中各部件的作用是什么？實驗過程是怎樣的？(3)實驗現(xiàn)象如何？(4)少數(shù)粒子發(fā)生大角度散射的原因是什么？答案(1)粒子(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)粒子源：把放射性元素釙放在帶小孔的鉛盒中，放射出高能的粒子帶熒光屏的放大鏡：觀察粒子打在熒光屏上發(fā)出的微弱閃光實驗過程：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粒子有庫侖力的作用，一些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粒子的數(shù)目(3)絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后沿原來的方向前進，少數(shù)粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，有的粒子偏轉(zhuǎn)角超過90，極少數(shù)粒子甚至被反彈回來(4)粒子帶正電，粒子受原子中帶正電的部分的排斥力發(fā)生了大角度散射知識梳理1粒子散射實驗裝置由粒子源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡等幾部分組成，實驗時從粒子源到熒光屏這段路程應(yīng)處于真空中2實驗現(xiàn)象(1)絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后沿原來的方向前進；(2)少數(shù)粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)；(3)有的粒子偏轉(zhuǎn)角超過90，有極少數(shù)粒子甚至被反彈回來3實驗意義：盧瑟福通過粒子散射實驗，否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型即學即用判斷下列說法的正誤(1)粒子散射實驗證明了湯姆生的原子模型是符合事實的()(2)粒子散射實驗中大多數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈()(3)粒子大角度的偏轉(zhuǎn)是電子造成的()(4)粒子帶有兩個單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的2倍()三、原子的核式結(jié)構(gòu)模型原子核的電荷與尺度導學探究1.原子中的原子核所帶電荷量有何特點？答案原子核帶正電，原子是電中性的，原子核所帶電荷量與核外電子所帶的電荷量相等2核式結(jié)構(gòu)模型是如何解釋粒子散射實驗結(jié)果的？答案由于原子核很小，大多數(shù)粒子穿過金箔時都離核很遠，受到的斥力很小，它們的運動方向幾乎不改變只有極少數(shù)粒子有機會與原子核接近，受到原子核較大的斥力而發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)知識梳理1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，叫原子核它集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)2原子核的電荷與尺度即學即用判斷下列說法的正誤(1)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型認為原子中帶正電的部分體積很小，電子在正電體外面運動()(2)對于一般的原子，由于原子核很小，所以內(nèi)部十分空曠()一、對陰極射線的認識例1(多選)下面對陰極射線的認識正確的是()A陰極射線是由陰極發(fā)出的粒子撞擊玻璃管壁上的熒光粉而產(chǎn)生的B只要陰陽兩極間加有電壓，就會有陰極射線產(chǎn)生C陰極射線是真空玻璃管內(nèi)由陰極發(fā)出的射線D陰陽兩極間加有高壓時，電場很強，陰極中的電子受到很強的庫侖力作用而脫離陰極答案CD解析陰極射線是真空玻璃管內(nèi)由陰極直接發(fā)出的射線，故A錯誤，C正確；只有當兩極間有高壓且陰極接電源負極時，陰極中的電子才會受到足夠大的庫侖力作用而脫離陰極成為陰極射線，故B錯誤，D正確二、帶電粒子比荷的測定1利用磁偏轉(zhuǎn)測量(1)讓帶電粒子通過相互垂直的電場和磁場(如圖3)，讓其做勻速直線運動，根據(jù)二力平衡，即F洛F電(BqvqE)，得到粒子的運動速度v.圖3(2)撤去電場(如圖4)，保留磁場，讓粒子單純地在磁場中運動，由洛倫茲力提供向心力，即Bqvm，根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況，由幾何知識求出其半徑r.圖4(3)由以上兩式確定粒子的比荷表達式：.2利用電偏轉(zhuǎn)測量帶電粒子在勻強電場中運動，偏轉(zhuǎn)量yat2()2，故，所以在偏轉(zhuǎn)電場中，U、d、L已知時，只需測量v和y即可例2在再現(xiàn)湯姆生測陰極射線比荷的實驗中，采用了如圖5所示的陰極射線管，從C出來的陰極射線經(jīng)過A、B間的電場加速后，水平射入長度為L的D、G平行板間，接著在熒光屏F中心出現(xiàn)熒光斑若在D、G間加上方向向上、場強為E的勻強電場，陰極射線將向下偏轉(zhuǎn)；如果再利用通電線圈在D、G電場區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場(圖中未畫)，熒光斑恰好回到熒光屏中心，接著再去掉電場，陰極射線向上偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為，試解決下列問題：圖5(1)說明陰極射線的電性(2)說明圖中磁場沿什么方向(3)根據(jù)L、E、B和，求出陰極射線的比荷答案(1)負電(2)垂直紙面向外(3)解析(1)由于陰極射線在電場中向下偏轉(zhuǎn)，因此陰極射線受電場力方向向下，又由于勻強電場方向向上，則電場力的方向與電場方向相反，所以陰極射線帶負電(2)由于所加磁場使陰極射線受到向上的洛倫茲力，而與電場力平衡，由左手定則得磁場的方向垂直紙面向外(3)設(shè)此射線帶電量為q，質(zhì)量為m，當射線在D、G間做勻速直線運動時，有qEBqv.當射線在D、G間的磁場中偏轉(zhuǎn)時，有Bqv.同時又有Lrsin，如圖所示，解得.針對訓練1如圖6所示，電子以初速度v0從O點進入長為l、板間距離為d、電勢差為U的平行板電容器中，出電場時打在屏上P點，經(jīng)測量OP距離為Y0，求電子的比荷圖6答案解析由于電子在電場中做類平拋運動，沿電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動，滿足Y0at2()2，則.運用電磁場測定電子比荷的解題技巧1當電子在復(fù)合場中做勻速直線運動時，eEevB，可以測出電子速度大小2當電子在勻強磁場中偏轉(zhuǎn)時，evBm，測出圓周運動半徑，即可確定比荷3當電子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)時，yat2，測出電子在電場中的偏轉(zhuǎn)量也可以確定比荷三、對粒子散射實驗的理解例3如圖7所示為盧瑟福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粒子在各個角度的散射情況下列說法中正確的是()圖7A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粒子散射的靶，觀察到的實驗結(jié)果基本相似D粒子發(fā)生散射的主要原因是粒子撞擊到金箔原子后產(chǎn)生的反彈答案C解析粒子散射實驗現(xiàn)象：絕大多數(shù)粒子沿原方向前進，少數(shù)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正確針對訓練2盧瑟福利用粒子轟擊金箔的實驗研究原子結(jié)構(gòu)，正確反映實驗結(jié)果的示意圖是()答案D解析粒子轟擊金箔后偏轉(zhuǎn)，越靠近金原子核，偏轉(zhuǎn)的角度越大，所以A、B、C錯誤，D正確解決這類問題的關(guān)鍵是理解并熟記以下兩點：(1)明確實驗裝置的組成及各部分的作用(2)弄清實驗現(xiàn)象，知道“絕大多數(shù)”、“少數(shù)”和“極少數(shù)”粒子的運動情況及原因四、原子的核式結(jié)構(gòu)分析1原子內(nèi)的電荷關(guān)系：原子核的電荷數(shù)與核外的電子數(shù)相等，非常接近原子序數(shù)2原子的核式結(jié)構(gòu)模型對粒子散射實驗結(jié)果的解釋：(1)當粒子穿過原子時，如果離核較遠，受到原子核的斥力很小，粒子就像穿過“一片空地”一樣，無遮無擋，運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)只有當粒子十分接近原子核穿過時，才受到很大的庫侖力作用，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，而這種機會很少，所以有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)(3)如果粒子正對著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角幾乎達到180，這種機會極少，如圖8所示，所以極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90.圖81(對陰極射線的認識)(多選)英國物理學家湯姆生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湯姆生并未精確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錯誤最早精確測出電子電荷量的是美國物理學家密立根，D正確2(粒子散射實驗的認識及解釋)(多選)關(guān)于粒子散射實驗，下列說法正確的是()A在實驗中，觀察到的現(xiàn)象是：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，仍沿原來的方向前進，極少數(shù)發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)B使粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力來自帶正電的核和核外電子，當粒子接近核時，是核的斥力使粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)；當粒子接近電子時，是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)C實驗表明：原子中心有一個極小的核，它占有原子體積極小的一部分D實驗表明：原子中心的核帶有原子的全部正電荷和原子的全部質(zhì)量答案AC3(粒子散射實驗的認識)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)軌道可能是下圖中的()答案D解析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)(多選)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)量都集中在原子核里D帶負電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn)答案ACD一、選擇題考點一對陰極射線及電子電荷的理解1關(guān)于陰極射線的實質(zhì)，下列說法正確的是()A陰極射線實質(zhì)是氫原子B陰極射線實質(zhì)是電磁波C陰極射線實質(zhì)是電子D陰極射線實質(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下列說法中正確的是()A湯姆孫精確地測出了電子電荷量e1.6021019CB電子電荷量的精確值是盧瑟福測出的C物體所帶電荷量可以是任意值D物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍答案D解析密立根通過油滴實驗精確測得了電子的電荷量并提出了電荷量是量子化的，A、B錯誤；物體所帶電荷量的最小值是e，所帶電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍，C錯誤，D正確3(多選)關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn)，下列說法正確的是()A電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子是由電子和原子核組成B電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子具有一定的結(jié)構(gòu)C在電子被人類發(fā)現(xiàn)前，人們認為原子是組成物質(zhì)的最小微粒D電子帶負電，使人們意識到原子內(nèi)應(yīng)該還有帶正電的部分答案BCD解析發(fā)現(xiàn)電子時，人們對原子的結(jié)構(gòu)仍然不清楚，但它使人們意識到電子應(yīng)該是原子的組成部分，故A錯誤，B正確；在電子被人類發(fā)現(xiàn)前，人們認為原子是組成物質(zhì)的最小微粒，C正確；原子對外顯電中性，而電子帶負電，使人們意識到，原子中應(yīng)該還有其他帶正電的部分，D正確4(多選)如圖1所示是湯姆孫的氣體放電管的示意圖，下列說法中正確的是()圖1A若在D1、D2之間不加電場和磁場，則陰極射線應(yīng)打到最右端的P1點B若在D1、D2之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)C若在D1、D2之間加上豎直向下的電場，則陰極射線應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)D若在D1、D2之間加上垂直紙面向里的磁場，則陰極射線不偏轉(zhuǎn)答案AC解析實驗證明，陰極射線是電子，它在電場中偏轉(zhuǎn)時應(yīng)偏向帶正電的極板一側(cè)，可知選項C正確，選項B錯誤加上磁場時，電子在磁場中受洛倫茲力作用，要發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因而選項D錯誤當不加電場和磁場時，電子所受的重力可以忽略不計，因而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，選項A正確5(多選)下列說法中正確的是()A湯姆孫精確地測出了電子電荷量e1.60217733(49)1019CB電子電荷量的精確值是密立根通過“油滴實驗”測出的C油滴實驗更重要的發(fā)現(xiàn)是：電荷是量子化的，即任何電荷量只能是e的整數(shù)倍D通過實驗測出電子的比荷和電子電荷量e的值，就可以確定電子的質(zhì)量答案BD解析電子電荷量的精確值是密立根通過“油滴實驗”測出的，電荷是量子化的也是密立根發(fā)現(xiàn)的，A、C錯誤，B正確；測出電子比荷的值和電子電荷量e的值，可以確定電子的質(zhì)量，故D正確考點二粒子散射實驗6(多選)關(guān)于粒子散射實驗，下列說法正確的是()A該實驗在真空環(huán)境中進行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C熒光屏上的閃光是散射的粒子打在熒光屏上形成的D熒光屏只有正對粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光答案ABC7(多選)如圖2為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()圖2A相同時間內(nèi)放在位置A時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B相同時間內(nèi)放在位置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AC解析在粒子散射實驗中，粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)粒子仍沿原來的方向前進，故A對；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B、D錯，C對8(多選)關(guān)于粒子的散射實驗，下列說法中正確的是()A該實驗說明原子中正電荷是均勻分布的B粒子發(fā)生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用C只有少數(shù)粒子發(fā)生大角度散射的原因是原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在一個很小的核上D盧瑟福根據(jù)粒子散射實驗提出了原子核式結(jié)構(gòu)理論答案BCD解析粒子散射實驗中，有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)說明三點：一是原子內(nèi)有一質(zhì)量很大的物質(zhì)存在；二是這一物質(zhì)帶有較大的正電荷；三是這一物質(zhì)的體積很小，但不能說明原子中正電荷是均勻分布的，故A錯誤，B、C正確；盧瑟福依據(jù)粒子散射實驗的現(xiàn)象提出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論，D正確9粒子散射實驗中，不考慮電子和粒子的碰撞影響，是因為()A粒子與電子根本無相互作用B粒子受電子作用的合力為零，電子是均勻分布的C粒子和電子碰撞損失的能量極少，可忽略不計D電子很小，粒子碰撞不到電子答案C解析在粒子散射實驗中，電子與粒子存在相互作用，A錯誤；電子質(zhì)量只有粒子的，電子與粒子碰撞后，電子對粒子的影響就像灰塵對槍彈的影響，完全可忽略不計，C正確，B、D錯誤二、非選擇題10(粒子散射實驗的估算)在粒子散射實驗中，根據(jù)粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達到的最小距離可以估算原子核的大小現(xiàn)有一個粒子以2.0107m/s的速度去轟擊金箔若金原子的核電荷數(shù)為79，求該粒子與金原子核間的最近距離(已知帶電粒子在點電荷電場中的電勢能表達式為Epk，式中k為靜電力常量k9.0109Nm2/C2，粒子的質(zhì)量為6.641027kg)答案2.71014m解析當粒子靠近原子核運動時，粒子的動能轉(zhuǎn)化為電勢能，達到最近距離時，動能全部轉(zhuǎn)化為電勢能，所以粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達到的最小距離d為mv2k所以dm2.71014m.所以粒子與金原子核間的最近距離為2.71014m.