第一节 敲开原子结构的大门

高一化学_第一章_打开原子世界的大门_知识点梳理【知识梳理】一、原子结构学说的发展历程及原子结构模型的演变1、古代朴素的原子观：我国战国时期的惠施认为物质是无限可分的；我国战国时期的墨翟认为物质被分割是有条件的；古希腊哲学家德谟克利特提出古典原子论（原子是构成物质的微粒，万物是由间断的、不可分割的微粒即原子构成的，原子的结合和分割是万物变化的根本原因）。

2、英国科学家道尔顿提出近代原子学说——实心球模型：①物质由原子组成；②原子不能创造，也不能被毁灭；③原子在化学变化中不可再分割，它们在化学变化中保持本性不变。

3、汤姆生的“葡萄干面包式”原子结构模型：①原子中存在电子，电子的质量为氢原子质量的1/1836；②原子中平均分布着带正电荷的粒子，这些粒子之间镶嵌着许多电子。

4、英国物理学家卢瑟福的“行星式”原子结构模型(核式原子结构模型)：①原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电荷，位于原子的中心，电子带负电荷，在原子核周围作高速运动；②电子的运动形态就像行星绕太阳运转一样。

5、丹麦物理学家玻尔的轨道原子结构模型：他引入量子论观点，提出原子核外，电子不是随意占据在原子核的周围，而是在固定的层面上运动，当电子从一个层面跃迁到另一个层面时，原子便吸收或释放能量。

6、现代原子结构学说——电子云模型：用电子在给定时间内在空间的几率分布的图像来描述电子的运动，这些图像就是电子云。

电子出现几率密度大的地方，“浓密”一些；几率密度小的地方，电子云“稀薄”一些。

但电子云的正确意义并不是说电子真的像云那样分散，电子云只是一种几率云。

二、原子结构和相对原子质量1、元素：具有相同核电荷数（即质子数）的同一类原子叫做元素。

2、原子的构成：3、质量数：忽略电子的质量，将原子核内所有的质子和中子相对质量取近似整数值，加起来所得的数值，X）叫做质量数，用符号A表示。

（AZ注：4、构成原子或离子粒子间的数量关系①质量数(A)=质子数(Z)+中子数（N）②原子中：核电荷数（Z）=质子数=原子序数=核外电子数③阳离子中：核电荷数（Z）=质子数=原子序数=核外电子数+离子电荷数④阴离子中：核电荷数（Z）=质子数=原子序数=核外电子数-离子电荷数5、（1）同位素：具有相同质子数和不同中子数的同一种元素的原子互称为同位素。

高二物理选修3-5第三章第一节?敲开原子的大门?教学设计学生在选修3-1的学习时就知道阴极射线的本质就是电子，但对这一研究过程并不清楚。

并且在选修3-1已经学习过电磁学的内容，学生可以结合电磁学的知识设法判断阴极射线的电荷，根底较好的同学也可以尝试设法测出阴极射线的荷质比〔灵活应用要求比拟高〕。

本课内容是第三章原子结构之谜的第一节，人类对原子结构的认识是逐步深入的。

而电子的发现，对人类认识原子的结构有重大的意义，它使人类改变了原子使组成物体的最小微粒的看法，它使人们认识到原子是有结构的。

电子的发现是科学家进行了一个长时间的科学探索。

探索的结果不仅弄清楚了阴极射线的本质，还意外得出了原子是可分的，电子为其组成的一局部的结论。

本课内容为后面对原子结构的探索奠定了根底。

〔一〕知识与技能2.知道什么是阴极射线，了解它的实质。

〔二〕过程与方法1.通过对阴极射线的探究，知道如何利用已有的电磁学知识判断未知粒子的电荷，测定未知粒子荷质比的方法。

2.通过讨论与交流，培养学生灵活的迁移知识解决实际问题的能力。

〔三〕情感态度与价值观1.通过学习电子发现的历史，使学生体会到科学是会改变的，是在不断的失败与成功中前进的，并培养学生对未知世界浓厚的兴趣。

2.体会科学探究的艰难，感恩科学家们的无私奉献，才有我们今天科技兴旺，多姿多彩的文明社会。

讲授法，讨论法。

1课时〔一〕新课引入：通过师生问答引入课题：敲开原子的大门师问：物质是由什么构成的？学生通过思考，答复：物质由分子构成，分子由原子构成，原子由原子核和核外电子构成。

师问：我们并看不见原子，那科学家是如何推断出原子的内部结构的呢？现在让我们一起追寻着科学家们的足迹，探寻微观世界的奥秘！设计意图：通过引导学生回忆已有知识，抛出问题，引发学生的疑惑，激起学生的求知欲，引入本课内容。

〔二〕新课内容：在相当长的一段时间里，人们都认为原子就是组成物体的最小微粒，直到英国科学家汤姆生在研究阴极射线时发现了电子，从此敲开了原子的大门，开始了对原子内部结构的探索！1.1858年德国科学家普吕克尔发现了阴极射线！师：阴极射线的本质是什么？生：学生大胆的猜测阴极射线的本质。

第一节 敲开原子的大门
课前预习
情景导入
在历史上做了这么一个实验，装置如图3-1-1所示，给阴极射线管加上高压，将一磁铁靠近阴极射线管，发现射线发生了弯曲.你结合前边所学知识，认为阴极射线是中性还是带电的？
图3-1-1
简答:在磁场中发生了弯曲，一定受到了力的作用——洛伦兹力，据弯曲的情况则说明阴极射线带了负电.后来证实是电子流，从而揭开了原子结构的秘密.
知识预览
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⨯⨯=⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=⎪⎩⎪⎨⎧•===--原子可以再分电子发现的重大意义质量为电子电量阴极射线为电子流汤姆生的发现动磁场复合场中做直线运在电场遵循在电场中发生了偏转系是弯曲半径与洛伦兹力关在磁场中射线发生弯曲阴极射线子电:101094.9,106.1,21,,3119202
kg C e B E v t md eU y t v s evB r v m。

第一节敲开原子的大门1．实验装置真空玻璃管、阴极、阳极和高压电源．2．实验现象及阴极射线在一个被抽成真空的玻璃管两端加上高电压，这时阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现绿色荧光．这种奇妙的射线被称为阴极射线．3．阴极射线的本质汤姆生通过实验证明阴极射线本质上是由带负电的微粒组成的．1．阴极射线的本质是由带正电的微粒组成．(×)2．在阴极射线所在的区域加一磁场，可判断阴极射线的性质．(√)3．阴极射线在真空中沿直线传播．(√)产生阴极射线的玻璃管为什么是真空的？【提示】在高度真空的放电管中，阴极射线中的粒子主要来自阴极，对于真空度不高的放电管，粒子还有可能来自管中的气体，为了使射线主要来自阴极，一定要把玻璃管抽成真空．1．对阴极射线本质的认识——两种观点(1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射．(2)粒子说，代表人物——汤姆生，他认为这种射线是一种带电粒子流．2．阴极射线带电性质的判断方法(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质．(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质．3．实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电．1．如图3-1-1所示，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会向偏转．图3-1-1【解析】阴极射线方向水平向右，说明其等效电流的方向水平向左，与导线中的电流方向相反，由左手定则，两者相互排斥，阴极射线向上偏转．【答案】上2．如图3-1-2是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，可采用加磁场或电场的方向．图3-1-2若加一磁场，磁场方向沿方向，若加一电场，电场方向沿方向．【解析】若加磁场，由左手定则可判定其方向应沿y轴正方向；若加电场，根据受力情况可知其方向应沿z轴正方向．【答案】y轴正z轴正注意阴极射线(电子)从电源的负极射出，用左手定则判断其受力方向时四指的指向和射线的运动方向相反.1．汤姆生的探究方法及结论(1)根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的荷质比．(2)换用不同材料的阴极做实验，所得荷质比的数值都相同，汤姆生计算出的荷质比大约比当时已知的质量最小的氢离子的荷质比大2 000倍．(3)结论：汤姆生直接测量出粒子的电荷，发现该粒子的电荷与氢离子的电荷大小基本上相同，说明它的质量比任何一种分子和原子的质量都小得多，至此，汤姆生完全确认了电子的存在．2．电子的电荷量和质量(1)电荷量：美国科学家密立根精确地测定了电子的电量e＝1.602_2×10－19C.(2)质量：根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为m＝9.109_4×10－31 .1．阴极射线实际上是高速运动的电子流．(√)2．电子的电荷量是汤姆生首先精确测定的．(×)3．带电体的电荷量可以是任意值．(×)汤姆生怎样通过实验确定阴极射线是带负电的粒子？【提示】汤姆生通过气体放电管研究阴极射线的径迹，未加电场时，射线不偏转，施加电场后，射线向偏转电场的正极板方向偏转，由此确定阴极射线是带负电的粒子．1．电子荷质比(或电荷量)的测定方法根据电场、磁场对电子的偏转测量比荷(或电荷量)，可按以下方法：(1)让电子通过正交的电磁场，如图3-1-3甲所示，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(＝)得到电子的运动速度v＝.甲(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，如图3-1-3乙所示，保留磁场让电子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即＝，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由＝得＝＝.乙图3-1-32．密立根油滴实验(1)装置密立根实验的装置如图3-1-4所示．图3-1-4①两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上板带正电，下板带负电．油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中．②大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降．观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察．(2)方法①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E.但是由于油滴太小，其质量很难直接测出．密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量．没加电场时，由于空气的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空气给油滴的摩擦力而使油滴匀速下落，可测得速度v1.②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡．根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量．(3)结论带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e.3．(多选)关于电荷的电荷量，下列说法正确的是()【导学号：55272074】A．物体所带电荷量可以是任意值B．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19 CC．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍D．电子就是元电荷【解析】密立根的油滴实验测出了电子的电量为1.6×10－19 C，并提出了电荷量子化的观点，因而故A错，B对；任何物体的电荷量都是e的整数倍，故C对，D错．【答案】4．密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性．如图3-1-5所示是密立根油滴实验的原理示意图，设小油滴的质量为m，调节两极板间的电势差U，当小油滴悬浮不动时，测出两极板间的距离为d.则可求出小油滴的电荷量q＝.图3-1-5【解析】由平衡条件得＝，解得q＝.【答案】5．如图3-1-6所示为汤姆生用来测定电子比荷的装置．当极板P和P′间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O′点，O′点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与P′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2.【导学号：55272075】图3-1-6(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小．(2)推导出电子比荷的表达式．【解析】(1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有＝＝e，得v＝即打到荧光屏O点的电子速度的大小为.(2)由d＝2＋·可得＝＝.【答案】(1)(2)巧妙运用电磁场测定电子比荷1．当电子在复合场中做匀速直线运动时，＝，可以测出电子速度的大小．2．电子在荧光屏上的落点到屏中心的距离等于电子在电场中的偏转位移与电子出电场到屏之间的倾斜直线运动偏转位移的和．。

第一章打开原子世界的大门一、教学内容及学习水平1．1 从葡萄干面包原子模型到原子结构的行星模型1.1 连线，将下列哲学家与他们对应的观点连起来惠施物质分割有条件，分割到“端”后不可再分墨子物质是由极小的称为“原子”的微粒构成的德谟克利特物质是无限可分的内容水平 1.1.2 原子结构模型（A）具体要求列举古代哲学家对微观微粒认识的观点1.2 填表具体要求列举道尔顿、汤姆孙、卢瑟福在探究原子结构的过程中形成的主要观点1.3 19世纪末20世纪初首先发现原子具有可分性的科学家是（）A.道尔顿B.汤姆孙C.卢瑟福D.德谟克利特内容水平 1.1.2 原子结构模型（A）具体要求列举道尔顿、汤姆孙、卢瑟福在探究原子结构的过程中形成的主要观点1.4下面是道尔顿古典原子理论的主要观点，在现在看来，说法还正确的是（）化学元素均由不可再分的称为原子微粒构成；②原子在一切化学变化中均保持其不可再分性；③同一元素的原子在质量与性质上都相同，不同元素的原子在质量和性质上都不相同；④不同元素化合时，这些元素的原子按简单整数比例结合成化合物。

A.②③④B.③④C.无D.只有④内容水平 1.1.2 原子结构模型（A）具体要求列举道尔顿、汤姆孙、卢瑟福在探究原子结构的过程中形成的主要观点1.5 α粒子的散射实验表明，原子中存在（）A.运动极快且带负电的电子B.质量较大而体积较小的核C.由质子和中子两种微粒构成的核D.做高速运动的原子核内容水平 1.1.2 原子结构模型（A）具体要求列举道尔顿、汤姆孙、卢瑟福在探究原子结构的过程中形成的主要观点1.6在探究原子结构的过程中，科学家使用的主要的科学方法是（）A.实验法和想象法B.实验法和模型法C.推理法D.模型法内容水平 1.1.2 原子结构模型（A）具体要求列举道尔顿、汤姆孙、卢瑟福在探究原子结构的过程中形成的主要观点1．2 原子结构和相对原子质量2.1 填写原子的组成（带电）(带电)原子（不带电）（带电）内容水平 1.1.1原子和原子核的组成（A）具体要求说出原子、原子核的组成2.2下列微粒：①质子；②中子；③电子，在所有原子中均含有的微粒是（）A.①②③B.仅①C.①和③D.①和②内容水平 1.1.1原子和原子核的组成（A）具体要求说出原子和原子核的组成2.3下列对于右方元素符号角标的说法中不正确的是（）A.X原子的中子数为A-ZB.该元素的原子序数为ZC.若右上角标为2+，则表示该元素的离子带两个单位正电荷D.X原子的核外电子数为A-Z内容水平 1.1.4 质量数（A）具体要求说出质量数、质子数和中子数三者之间的关系2.4科学家发现了质子数为118,中子数为175的元素,该元素原子核内中子与核外电子数之差为（）A.57B.47C.61D.293内容水平 1.1.4 质量数（A）具体要求说出质量数、质子数和中子数三者之间的关系2.5铯有两种放射性微粒13455Cs、13755Cs，下列说法正确的是（）A13455Cs、13755Cs的性质都相同 B.13455Cs、13755Cs互为同位素C.13455Cs的电子数为79D.13455Cs、13755Cs互为同素异形体内容水平 1.1.3 同位素（B）具体要求比较属于同位素的不同原子2.6判断下列关于同位素说法不正确的是（）A.同位素原子的物理性质不相同，化学性质也不相同B.同种元素的不同同位素原子的质量数一定不同C.氢元素有三种同位素D.具有相同质子数和不同中子数的同一种元素的原子互称为同位素内容水平 1.1.3 同位素（B）具体要求（1）复述同位素的概念（2）比较属于同位素的不同原子2.7下列各组物质中，互为同位素的是（），互为同素异形体的是（）A.金刚石和C60B.37Cl和35ClC.D2和T2D.H218O和H216OE.O2和O3内容水平 1.1.3 同位素（B）具体要求比较属于同位素的不同原子2.8关于下列微粒的说法，正确的是（）A. 40K和40Ca的中子数相同B. D218O的中子数为10C. H218O和H216O的质子数相同D. O2和O3的质量数相同内容水平 1.1.4 质量数（A）具体要求说出质量数、质子数和中子数三者之间的关系2.9一个氧原子的质量为m克，一个碳-12原子的质量为n克，则此氧原子的相对原子质量可表示为（）A. B. C. D.2.10下列关于元素的说法正确的是（）A.人们已经知道了118种元素，所以自然界中也有118种原子B.在天然存在的元素中，各种同位素所占的原子百分率是不断变化的C.元素的相对原子质量是它的各种同位素的相对原子质量根据其所占原子百分率计算而得的平均值D.某种元素的相对原子质量取整数，就是其质量数内容水平 1.1.5 元素的相对原子质量（A）具体要求说出元素相对原子质量的概念2.11氯元素有两种同位素分别是和，已知氯元素相对原子质量的计算式如下所示，填写表中空格写为（计算式中硼元素的相对原子质量用符号表示）。

第三章原子结构之谜第一节敲开原子的大门A 级抓基础1．阴极射线是( )A .光子流B.电子流C.质子流D.中子流解析：阴极射线是电子流，电子带负电.而丫射线是光子流，故B 正确，A、C、D 错误．答案：B2．以下说法正确的是( )A .密立根用摩擦起电的实验发现了电子B .密立根用摩擦起电的实验测定了电子的电荷量C.密立根用油滴实验发现了电子D .密立根用油滴实验测定了电子的电荷量解析：密立根用油滴实验测定了电子的电荷量，故 D 正确．答案：D3．(多选)1897 年英国物理学家汤姆生发现了电子，被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是( )A.汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的荷质比B .汤姆生通过对光电效应的研究，发现了电子C.电子的质量无法测定D .汤姆生通过对不同材料的阴极发出的射线的研究，并研究了光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元解析：汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的荷质比，故A 正确；汤姆生通过对阴极射线的研究，发现了电子，故B 错误；根据电子的电荷量及荷质比，可以测出电子的质量，故C 错误；汤姆生通过对不同材料的阴极发出的射线的研究，并研究了光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元，故 D 正确．答案：AD4．阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为()A .平行于纸面向左B .平行于纸面向上C.垂直于纸面向外 D .垂直于纸面向里解析：由于阴极射线的本质是电子流，电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则，使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外，故 C 正确.答案：CB 级提能力5. 下列说法正确的是( )A .阴极射线在电场中一定会受到电场力的作用B .阴极射线在磁场中一定会受到磁场力的作用C.阴极射线所受电场力的方向与电场的方向是相同的D .阴极射线所受磁场力的方向与磁场的方向是相同的解析：阴极射线是高速运动的电子流，在电场中一定要受到电场力的作用，所受电场力方向与电场方向相反，A对，C错.在磁场中如果电子运动方向与磁场方向平行则电子不受磁场力，当受磁场力时，由左手定则知所受磁场力方向与磁场方向垂直，B、D 错.答案：A6. 从阴极射线管发射出的一束电子，通过图示的磁场，以下四幅图中能正确描绘电子偏转情况的是（）A B C D解析：如题图，电子束从阴极（负极）射出，根据左手定则：伸开左手，磁感线穿过手心，四指指向电子运动的相反方向，拇指指向洛伦兹力方向，判断得知电子所受的洛伦兹力方向向下，则电子束向下偏转，故 B 正确.答案：B7. 如图是阴极射线管示意图.接通电源后，阴极射线由阴极沿x 轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下（z轴负方向）偏转，在下列措施中可采用的是（）A .加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B .加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C.加一电场，电场方向沿z轴负方向D .加一电场，电场方向沿y轴正方向解析：若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方向,故A 错误，B 正确；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿 z轴正方向，故C 、D 错误.答案：B8电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验 测出的.密立根实验的原理如图所示.两块水平放置的平行金属板 A 、 B 与电源相接，使上面的 A 板带正电，下面的B 板带负电.油滴从 喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场 E 中.大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电 场力、重力和空气阻力的作用下下降， 观察者可在强光照射下，借助 显微镜进行观察.如图所示，在A 板上方用喷雾器将细油滴喷出，若干油滴从板 上的一个小孔中落下，喷出的油滴因摩擦而带负电.已知 A 、B 板间 电压为U 、间距为d 时，油滴恰好静止.撤去电场后油滴徐徐下落， 最后测出油滴以速度v 匀速运动，已知空气阻力正比于速度：f = kv , 则油滴所带的电荷量q= _______________ .某次实验得q 的测量值见下表（单位：10_19 C ）:分析这些数据可知： _________________________________________ mg —》q = 0, mg — kv = 0,解得q =罟.油滴的带电荷量 是1.6X 10-19 C 的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6X 10-19 C. 的最小电荷量为1.6X 10—19C解析: 答案:kvd 油滴的带电荷量是 1.6X 10—19C 的整数倍，故电荷。