《2019年高中物理 第2章 第1、2節(jié) 電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫模型 原子的核式結構模型學案 魯科版選修3-5》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019年高中物理 第2章 第1、2節(jié) 電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫模型 原子的核式結構模型學案 魯科版選修3-5（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆孫模型 原子的核式結構模型　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.英國科學家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，并測出其比荷。 2．α粒子散射實驗結果：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，有極少數(shù)α粒子偏轉角超過了 90°，有的甚至被原路彈回。 3．盧瑟福原子模型(核式結構模型)：在原子的中心 有一個很小的核叫原子核，原子的所有正電荷和幾 乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核 外空間里繞核旋轉。 1．物質(zhì)結構的早期探究和電子的發(fā)現(xiàn) (1)1661年，玻意耳以化學實驗為基礎建立了科學的元

2、素論。 (2)19世紀初，道爾頓提出了原子論，認為原子是元素的最小單位。 (3)1811年，意大利化學家阿伏伽德羅提出了分子假說，指出分子可以由多個相同的原子組成。 (4)陰極射線的發(fā)現(xiàn)：研究稀薄氣體放電時，當玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時，陰極發(fā)出一種射線，這種射線能使玻璃管壁發(fā)出熒光，這種射線稱為陰極射線。 (5)湯姆孫的研究：1897年，英國科學家湯姆孫設計了一個巧妙實驗，實驗中通過靜電偏轉力和磁場偏轉力相抵消等方法，確定了陰極射線粒子的速度，測量出了射線粒子的比荷，證明陰極射線的電荷與氫離子的電荷大小基本相同，計算出陰極射線的質(zhì)量是氫離子質(zhì)量的。湯姆孫將這種帶電粒子稱為電子。 (6

3、)湯姆孫原子模型：原子帶正電的部分充斥整個原子，很小很輕的電子鑲嵌在球體的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那樣，這就是原子的葡萄干面包模型。 2．α粒子散射實驗 裝置 現(xiàn)象 絕大多數(shù)α粒子不改變方向 少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉 極少數(shù)α粒子偏轉角超過90°，有的甚至被原路彈回 原因 靠近原子核的α粒子受庫侖力作用使其發(fā)生了大角度偏轉 結論 原子中存在體積很小的帶正電的部分 1．自主思考——判一判 (1)19世紀初期形成的原子論觀點認為原子是構成物質(zhì)的最小顆粒是不可分的。(√) (2)電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子具有一定的結構。(√) (3)α粒子散射實驗主要實驗

4、器材有：放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡。(√) (4)金箔的厚薄對實驗無影響。(×) (5)α粒子大角度的偏轉是電子造成的。(×) (6)原子內(nèi)部正電荷是均勻分布的。(×) (7)原子的幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)。(√) 2．合作探究——議一議 (1)為什么湯姆孫要通過電場和磁場研究陰極射線？ 提示：當時對陰極射線本質(zhì)的認識存在兩種認識：一是認為是帶電粒子，二是認為是以太波。而湯姆孫認為陰極射線是帶電粒子，而帶電粒子可受電場力和磁場力。 (2)盧瑟福的原子模型是如何解釋α粒子散射實驗結果的？ 提示：α粒子穿過原子時，如果離核較遠，受到的庫侖斥力很小，運動方向也改變很小。只有當

5、α粒子十分接近核時，才受到很大的庫侖斥力，發(fā)生大角度的偏轉。由于核很小，α粒子十分接近的機會很小，所以絕大多數(shù)α粒子基本上仍沿原方向前進，只有極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉。 陰極射線的研究 1．陰極射線 (1)氣體的電離和導電：通常情況下，氣體是不導電的，但在強電場中， 氣體能夠被電離而導電。 (2)輝光放電現(xiàn)象：在研究氣體放電時一般都用稀薄氣體，稀薄氣體導電時玻璃管中可以看到輝光放電現(xiàn)象，這是由于玻璃受到陰極射線的撞擊而引發(fā)熒光。 2．電子的發(fā)現(xiàn) (1)湯姆孫在研究陰極射線時的實驗裝置如圖所示： (2)實驗過程和方法： ①從高壓電場的陰極發(fā)出的陰極射線，穿過C1C

6、2后沿直線打在熒光屏A′上。 ②當在平行極板上只加一如圖所示的電場，發(fā)現(xiàn)陰極射線打在熒光屏上的位置向下偏，則可判定，陰極射線帶有負電荷。 ③為使陰極射線不發(fā)生偏轉，需要在平行極板區(qū)域加一磁場，且磁場方向垂直紙面向外。當滿足條件qvB＝qE時，陰極射線不發(fā)生偏轉，則v＝。 ④使電場強度為0，帶電粒子在磁場區(qū)內(nèi)做圓周運動時洛倫茲力提供向心力，即qvB＝m。將v＝代入可得：＝。測量結果大約是1011 C/kg。 (3)實驗結論： 用不同材料的陰極和不同的方法做實驗，所得比荷的數(shù)值是相等的。這說明，這種粒子是構成各種物質(zhì)的共有成分，并由實驗測得的陰極射線粒子的比荷是氫離子比荷的近兩千倍。湯姆

7、孫把新發(fā)現(xiàn)的這種粒子稱之為電子。 [例1]　在湯姆孫測陰極射線比荷的實驗中，采用了如圖所示的陰極射線管，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間加上方向向下、場強為E的勻強電場，陰極射線將向上偏轉；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，陰極射線向下偏轉，偏轉角為θ。試解決下列問題： (1)說明陰極射線的電性； (2)說明圖中磁場的方向； (3)根據(jù)L、E、B和θ，求出陰極射線的比荷。 [思路點撥]　兩板間只加

8、電場時電子在電場力作用下做類平拋運動，同時加上電場和磁場后電場力和洛倫茲力相等，做勻速直線運動，只加磁場時做勻速圓周運動。 [解析]　(1)由于陰極射線向上偏轉，因此受電場力方向向上；又由于勻強電場方向向下，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下的洛倫茲力，由左手定則得磁場的方向垂直紙面向里。 (3)設此射線帶電荷量為q，質(zhì)量為m，當射線在D、G間做勻速直線運動時，由平衡條件得qE＝Bqv 當射線在D、G間的磁場中偏轉時，由洛倫茲力提供向心力得Bqv＝ 由幾何關系得L＝rsin θ 解得＝。 [答案]　(1)負電　(2)垂直紙面向

9、里　(3) (1)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動時，要注意確定圓心位置，利用幾何關系求出半徑。 (2)洛倫茲力提供向心力，列出牛頓第二定律方程求解問題。　　　　 1．英國物理學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 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 解析：選A　湯姆孫利用其設計的陰極射線管，將不同的氣體充入管內(nèi)，用多種不同的金屬分別制成陰極，結果證明比荷大體相同，C錯；湯姆孫和他的學生通過測量得知陰極射線粒子的電荷量與氫離子的

10、電荷量大小基本相同，D錯；陰極射線帶負電，A對，B錯。 2.[多選]如圖所示，一只陰極射線管，左側不斷有電子射出，若在管的正下方放一通電直導線AB時，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏轉，則(　　) A．導線中的電流由A流向B B．若要使電子束的徑跡往上偏轉，可以通過改變AB中的電流方向來實現(xiàn) C．電子束的徑跡與AB中的電流方向無關 D．若將直導線AB放在管的正上方，電流方向不變，則電子束的徑跡將向上偏 解析：選BD　陰極射線是高速電子流，由左手定則判斷可知，磁場垂直紙面向里，由安培定則可知，導線AB中的電流由B流向A，且改變AB中的電流方向時可以使電子束的軌跡往上偏。若電流方向不變，將導線AB

11、放在管的上方，由左手定則可以判斷，電子束的軌跡將向上偏。故B、D均正確。 對α粒子散射實驗的理解 1．α粒子的散射實驗的認識 (1)α粒子在穿過原子時，所受周圍的正、負電荷作用的庫侖力是平衡的，α粒子不會發(fā)生偏轉。 (2)α粒子正對著電子射來，質(zhì)量遠小于α粒子的電子不可能使α粒子發(fā)生明顯偏轉，更不可能使它反彈。 (3)熟練記憶α粒子散射實驗的實驗結果，重點把握幾個關鍵詞：“絕大多數(shù)”“少數(shù)”“甚至”等。 (4)α粒子散射實驗的現(xiàn)象和結果，只能推測出原子的結構，不能證明原子及原子核的組成。 2．原子的核式結構模型對α粒子散射實驗結果的解釋 (1)當α粒子穿過原子時，如

12、果離核較遠，受到原子核的斥力很小，α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)α粒子不發(fā)生偏轉。 (2)只有當α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，而這種機會很少，所以有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉。 (3)如果α粒子正對著原子核射來，偏轉角幾乎達到180°，這種機會極少，如圖所示，所以極少數(shù)粒子的偏轉角度甚至大于90°。 [例2]　[多選]關于α粒子散射實驗的下述說法中正確的是(　　) A．在實驗中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，仍沿原來方向前進，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉，極少數(shù)偏轉角超過90°，有的甚至被彈

13、回 B．使α粒子發(fā)生明顯偏轉的力是來自帶負電的核外電子；當α粒子接近電子時，是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉 C．實驗表明原子中心有一個極小的核，它占有原子體積的極小部分 D．實驗表明原子中心的核帶有原子的全部正電荷及全部質(zhì)量 [思路點撥]　正確理解α粒子散射實驗的現(xiàn)象、結論和原子核式結構模型的理論基礎。 [解析]　關于盧瑟福α粒子散射實驗的現(xiàn)象主要是理解性地記住結論，此實驗分析推理路線如下： 故A、C正確。 [答案]　AC (1)α粒子散射實驗中，絕大部分α粒子不偏轉，說明原子內(nèi)部絕大部分是空的。 (2)有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉，這一定不是電子作用的結果，而是原子中

14、質(zhì)量大的部分作用的結果。 (3)大角度偏轉的α粒子數(shù)很少，說明原子中質(zhì)量大的部分體積很小，只有少數(shù)α粒子接近這部分時，才發(fā)生大角度偏轉?！　　　? 1．[多選]盧瑟福原子核式結構理論的主要內(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的質(zhì)量都集中在原子核里 D．帶負電的電子在核外繞核旋轉 解析：選ACD　由盧瑟福依據(jù)α粒子散射實驗建立的原子的核式結構模型可知，A、C、D正確。 2．在α粒子散射實驗中，發(fā)現(xiàn)兩個具有相同能量的α粒子由不同的角度散射出去，如果只考慮原子核的散射情況，散射角度大的那個α粒子將

15、(　　) A．更接近原子核 B．更遠離原子核 C．可能更接近也可能更遠離原子核 D．無法判斷 解析：選A　動能轉化成電勢能的部分越多，則該α粒子離核越近，庫侖力對α粒子的沖量越大，動量變化量越大，散射角度越大。選項A正確。 對原子核式結構模型的分析 湯姆孫的原子結構模型與盧瑟福的原子核式結構模型對比 湯姆孫的 葡萄干面包模型 盧瑟福的原子核式結構模型 分布 情況 正電荷和質(zhì)量均勻分布，負電荷鑲嵌在其中 正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子中心的一個極小核內(nèi)，電子質(zhì)量很小，分布在很大空間內(nèi) 受力 情況 α粒子在原子內(nèi)部時，受到的庫侖斥力相互抵消，幾

16、乎為零 少數(shù)靠近原子核的α粒子受到的庫侖力大，而大多數(shù)離核較遠的α粒子受到的庫侖力較小 偏轉 情況 不會發(fā)生大角度偏轉，更不會被彈回 絕大多數(shù)α粒子運動方向不變，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉，極少數(shù)α粒子偏轉角度超過90°，有的甚至被彈回 分析 結論 不符合α粒子散射現(xiàn)象 符合α粒子散射現(xiàn)象 [例3]　在α粒子散射實驗中，根據(jù)α粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時能達到的最小距離可以估算原子核的大小?，F(xiàn)有一個α粒子以2.0×107 m/s的速度去轟擊金箔，若金原子的核電荷數(shù)為79。求α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Ep＝k，r為距點電荷的距

17、離。α粒子質(zhì)量為6.64×10－27 kg)。 [思路點撥]　解答本題應把握以下三點： (1)明確α粒子的運動為沿粒子與原子核連線的直線運動。 (2)當動能減為零時，電勢能最大，離原子核最近。 (3)原子核的大小應該比最近距離小一些。 [解析]　當α粒子靠近原子核運動時，α粒子的動能轉化為電勢能，達到最近距離時，動能全部轉化為電勢能，設α粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達到的最小距離為d，則mv2＝k。 d＝＝ m ＝2.7×10－14 m。 [答案]　2.7×10－14 m 估算原子核大小的方法 (1)應該選擇與被測原子核發(fā)生對心碰撞的α粒子為研究對象。 (2)根據(jù)能

18、量守恒原理知，當α粒子的動能減小為零時，其電勢能最大，此時α粒子與被測原子核的距離最近，如果已知α粒子的質(zhì)量和速度，即可求得被測原子核的大小。 (3)要注意原子核的實際大小應該比通過這種方法求得的原子核的大小要小?！　　　? 1.如圖所示，根據(jù)α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結構模型。圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線，實線表示一個α粒子的運動軌跡。在α粒子從a運動到b，再運動到c的過程中，下列說法中正確的是(　　) A．動能先增大，后減小 B．電勢能先減小，后增大 C．電場力先做負功，后做正功，總功等于零 D．加速度先變小，后變大 解析：選C　根據(jù)盧瑟福提出

19、的核式結構模型，原子核集中了原子的全部正電荷，即原子核外的電場分布與正點電荷電場類似。α粒子從a運動到b，電場力做負功，動能減小，電勢能增大；從b運動到c，電場力做正功，動能增大，電勢能減?。籥、c在同一條等勢線上，則電場力做的總功等于零，C正確，A、B錯誤；a、b、c三點的場強大小關系Ea＝Ec＜Eb，故α粒子的加速度先變大，后變小，D錯誤。 2．已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e。當氫原子核外的電子繞核旋轉時的軌道半徑為r時，求電子繞核運行的速度、頻率、動能和等效電流強度。 解析：由庫侖力提供向心力F向＝F庫＝＝m， 得速度v＝e ，頻率f＝＝＝ ， 動能Ek＝mv2＝， 等效電流強度I＝＝ef＝ 。 答案：見解析 10