高中物理第18章原子结构1电子的发现2原子的核式结构模型学案新人教版选修3_5
- 格式:doc
- 大小:524.50 KB
- 文档页数:13
第十八章原子结构18.1电子的发现18.2原子的核式结构模型【教学目标】1.知道阴极射线的概念,了解电子的发现过程,知道电子是原子的组成部分。
2.知道α粒子散射实验。
3.知道原子的核式结构模型的主要内容,理解模型提出的主要思想。
4.知道原子的组成,了解原子核和原子大小的数量级【知识要点1】1.1897年,汤姆孙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________的粒子流并求出了这种粒子的________,后来汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的________,它的电荷量的大小与氢离子大致相同。
2.电子电荷的精确测定是在1910年前后由________通过著名的________做出的。
电子电荷的值一般取做e=________ C。
3.密立根实验更重要的发现是:电荷是________的,即任何带电体的电荷只能是e的________。
7.2.密立根的“油滴实验”,1910年密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷现代值为e=1.602 177 33(49)×10-19 C,有关计算中一般使用e=1.6×10-19 C。
该实验还发现:电荷是量子化的,即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
由比荷及e的数值确定电子的质量为m e=9.109 389 7×10-31 kg。
质子质量与电子质量的比值为m p/m e=1 836。
【典型例题】如图所示,在阴极射线管正下方平行放一通有强电流的长直导线,则阴极射线将() A.向纸内偏转 B.向纸外偏转C.向下偏转D.向上偏转【知识要点2】1.汤姆孙原子模型:原子是一个球体,正电荷弥漫性地________分布在整个球体内,电子________其中,有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“________模型”。
说明:汤姆孙的原子结构模型虽然能解释一些实验事实,但这一模型很快被新的实验事实——α粒子散射实验所否定。
2.α粒子散射实验现象:绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上________方向前进,但有少数α粒子(约占八千分之一)发生了________偏转,偏转的角度甚至大于90°,也就是说它们几乎被“撞了回来”3.卢瑟福原子结构模型:原子中带正电部分的体积很小,但几乎占有________质量,电子在正电体的________运动。
原子的核式结构模型(一)知识与技能1.了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据。
2.知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象,及原子核式结构模型的主要内容。
(二)过程与方法1.通过对α粒子散射实验结果的讨论与交流,培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力。
2.通过核式结构模型的建立,体会建立模型研究物理问题的方法,理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用。
3.了解研究微观现象。
(三)情感、态度与价值观1.通过对原子模型演变的历史的学习,感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。
2.通过对原子结构的认识的不断深入,使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的,领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。
★教学重点1.引导学生小组自主思考讨论在于对α粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型,得出原子的核式结构;2.在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法,渗透三个物理学方法:模型方法,黑箱方法和微观粒子的碰撞方法;★教学难点引导学生小组自主思考讨论在于对ɑ粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型,得出原子的核式结构★教学方法教师启发、引导,学生讨论、交流。
★教学用具:投影片,多媒体辅助教学设备★课时安排1 课时★教学过程(一)引入新课讲述:汤姆生发现电子,根据原子呈电中性,提出了原子的葡萄干布丁模型。
学生活动:师生共同得出汤姆生的原子葡萄干布丁模型。
点评:用动画展示原子葡萄干布丁模型。
(二)进行新课1.α粒子散射实验原理、装置(1)α粒子散射实验原理:汤姆生提出的葡萄干布丁原子模型是否对呢?原子的结构非常紧密,用一般的方法是无法探测它的内部结构的,要认识原子的结构,需要用高速粒子对它进行轰击。
而α粒子具有足够的能量,可以接近原子中心。
它还可以使荧光屏物质发光。
如果α粒子与其他粒子发生相互作用,改变了运动方向,荧光屏就能够显示出它的方向变化。
2 原子的核式结构模型课堂合作探讨问题导学一、α粒子散射实验活动与探讨11.1909年到1911年,卢瑟福用α粒子轰击金箔,进行著名的α粒子散射实验。
如下图为α粒子散射实验的示用意。
荧光屏能够沿着图中虚线转动,用来统计向不同方向散射的粒子的数量。
实验设备装在真空中。
在α粒子散射实验中为何选用金箔?2.你以为α粒子散射实验的意义是什么?3.试分析α粒子与原子核发生对心碰撞达到最小距离前的动能、电势能及加速度的转变情形。
4.α粒子射入金箔时不免与电子碰撞,试估量这种碰撞对α粒子速度影响的大小。
迁移与应用1关于α粒子散射实验,下列说法正确的是()A.该实验在真空环境中进行B.带有荧光屏的显微镜能够在水平面内的不同方向上移动C.荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的D.荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光对α粒子散射实验的理解1.装置:放射源、金箔、荧光屏等,如图所示。
2.现象:(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。
(2)少数α粒子发生较大的偏转。
(3)极少数α粒子偏转角度超过90°,有的几乎达到180°。
3.实验的注意事项(1)整个实验进程在真空中进行。
(2)α粒子是氦原子核,体积很小,金箔需要做得很薄,α粒子才能穿过。
二、原子的核式结构模型活动与探讨219世纪末以前,原子一直被以为是不可分割的最小物质单元。
枣糕模型1897年,英国物理学家汤姆孙(—1940)通过气体导电实验发觉了电子。
他提出:既然原子内部存在带负电的电子,而原子又呈电中性,就还应有带正电的不明粒子。
汤姆孙还提出了类似西瓜的原子结构模型(枣糕模型):带正电的粒子均匀散布并充满于原子内部,带负电的电子镶嵌其中。
但后来的α粒子散射实验却完全否定了汤姆孙的模型。
试分析α粒子散射实验结果与汤姆孙模型的矛盾在哪里。
迁移与应用2在α粒子散射实验中,若是两个具有相同能量的α粒子,从不同大小的角度散射出来,则散射角度大的那个α粒子()A.更接近原子核B.更远离原子核C.受到一个以上的原子核作用D.受到原子核较大的冲量作用1.对原子核式结构模型的理解原子的核式结构模型是在卢瑟福的α粒子散射实验的基础上提出的,成功地解释了α粒子散射实验。
第一节电子的发现第二节原子的核式结构模型[目标定位] 1.知道阴极射线是由电子组成的以及电荷量是量子化的.2.了解α粒子散射实验的原理和现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容.3.知道原子和原子核的大小数量级,原子核的电荷数.一、阴极射线1.实验如图1所示,真空玻璃管中K是金属板制成的阴极,接感应圈的负极,A是金属环制成的阳极,接感应圈的正极,会在K、A间产生近万伏的高电压,可观察到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影.图12.阴极射线荧光的实质是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的,这种射线被命名为阴极射线.深度思考阴极射线中的粒子全部来源于阴极吗?答案在通常情况下,气体是不导电的,在强电场条件下,气体能够被电离而导电.在高真空的放电管中,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,粒子还可能来自管中的气体.例1阴极射线管中的高电压的作用()A.使管内气体电离B.使管内产生阴极射线C.使管内障碍物的电势升高D.使电子加速解析在阴极射线管中,阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射出的电子流,通过高电压对电子加速使电子获得能量,与玻璃发生撞击而产生荧光.故D正确.答案 D金属的温度升高后,电子的热运动加剧,电子热运动足够大时可以在金属表面逸出,如果在阴阳两极加上高压后,逸出的电子可以被加速形成电子束,即阴极射线.二、电子的发现1.汤姆孙根据阴极射线分别通过电场或磁场,根据偏转情况,证明了它的本质是带负电的粒子流,并求出其比荷.2.换用不同材料的阴极做实验,所得比荷的数值都相同,证明这种粒子是构成各种物质的共有成分.3.密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子电荷.电子电荷量一般取e=1.6×10-19 C,电子质量m e=9.1×10-31 kg.例2 (多选)汤姆孙对阴极射线的探究,最终发现了电子,由此被称为“电子之父”,关于电子的说法正确的是( ) A.电子是原子核的组成部分B.电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的C.电子电荷量的数值约为1.602×10-19 C D.电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷解析 电子是原子的组成部分,电子的发现说明原子是可以再分的.电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷,也叫荷质比. 答案 BC例3 如图2所示,电子由静止从O 点经电场U 加速后垂直射入匀强磁场B ,经偏转后打在MN 板的P 点,射入点到P 点的距离为d ,求电子的比荷em的表达式.(不考虑电子的重力)图2解析 设电子的电荷量为e 、质量为m ,在加速电场U 中加速的过程,根据动能定理,有eU=12m v 2,解得v =2eUm. 垂直进入磁场后,电子受到的洛伦兹力提供向心力,电子做匀速圆周运动,故有qB v =m v 2R,由题意又知:R =d2由以上各式整理可得电子的比荷为e m =8UB 2d2.答案 8UB 2d 2测量带电粒子的比荷,常见的测量方法有两种:(1)利用磁偏转测比荷,由q v B =m v 2R 得q m =vBR,只需知道磁感应强度B 、带电粒子的初速度v和偏转半径R 即可.(2)利用电偏转测比荷,偏转量y =12at 2=12·qU md ⎝⎛⎭⎫L v 2,故q m =2yd v2UL 2,所以在偏转电场U 、d 、L已知时,只需测量v 和y 即可.三、α粒子散射实验1.α粒子从放射性物质(如铀和镭)中发射出来的快速运动的粒子,带有两个单位的正电荷,质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍. 2.实验装置和实验现象(1)装置:放射源、金箔、荧光屏等,如图3所示.图3(2)现象:①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进.②少数α粒子发生较大的偏转.③极少数α粒子偏转角度超过90°,有的几乎达到180°.深度思考α粒子散射实验现象能否定汤姆孙原子模型的依据是什么?答案(1)α粒子在穿过原子之间时,所受周围的正、负电荷作用的库仑力是平衡的,α粒子不会发生偏转.(2)α粒子正对着电子射来,质量远小于α粒子的电子不可能使α粒子发生明显偏转,更不可能使它反弹.例4(多选)如图4为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时,下述说法中正确的是()图4A.相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多B.相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些C.放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少D.放在C、D位置时屏上观察不到闪光解析在卢瑟福α粒子散射实验中,α粒子穿过金箔后,绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进,故A正确;少数α粒子发生大角度偏转,极少数α粒子偏转角度大于90°,极个别α粒子反弹回来,所以在B位置只能观察到少数的闪光,在C、D两位置能观察到的闪光次数极少,故D错,B、C对.答案ABCα粒子散射实验问题(1)明确实验装置中各部分的组成及作用.(2)弄清实验现象,知道“绝大多数”、“少数”和“极少数”粒子的运动情况.针对训练(多选)英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔,发现了α粒子的散射现象.下图中O表示金原子核的位置,则能正确表示该实验中经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹的图是()答案BD解析在α粒子的散射现象中粒子所受原子核的作用力是斥力,斥力指向轨迹的内侧,故A 错误;越靠近原子核的粒子受到的斥力越大,轨迹的偏转角越大,故B、D正确,C错误.四、卢瑟福原子核式结构模型1.内容:在原子中心有一个很小的核,叫原子核.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核内,带负电的电子在核外空间绕核旋转.2.对α粒子散射实验现象的解释(1)当α粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,运动方向改变很小,因为原子核很小,所以绝大多数α粒子不发生偏转.(2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时,才受到很大的库仑力作用,偏转角才很大,而这种机会很少.(3)如果α粒子正对着原子核射来,偏转角几乎达到180°,这种机会极少,如图5所示.图53.原子核的电荷与尺度(1)原子内的电荷关系各种元素的原子核的电荷数,即原子内含有的电子数,非常接近它们的原子序数.(2)原子核的组成原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数就是核中的质子数.(3)原子核的大小对于一般的原子核,实验确定的核半径R的数量级为10-15m,而整个原子半径的数量级是10-10 m.因而原子内部十分“空旷”.例5(多选)关于α粒子的散射实验,下列说法中正确的是()A.该实验说明原子中正电荷是均匀分布的B.α粒子发生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用C.只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上D.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构理论解析α粒子散射实验中,有少数α粒子发生大角度偏转说明三点:一是原子内有一质量很大的粒子存在;二是这一粒子带有较大的正电荷;三是这一粒子的体积很小,但不能说明原子中正电荷是均匀分布的,故A错误,B、C正确;卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构理论,D正确.答案BCD对α粒子散射实验要清楚两点:一是α粒子散射实验的实验现象;二是对实验现象的微观解释——原子的核式结构.1.(电子的发现及对电子的认识)(多选)关于阴极射线的性质,判断正确的是()A.阴极射线带负电B.阴极射线带正电C.阴极射线的比荷比氢原子比荷大D.阴极射线的比荷比氢原子比荷小答案AC解析通过让阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电,其比荷比氢原子的比荷大得多,故A、C正确.2.(电子的发现及对电子的认识)(多选)如图6所示,一只阴极射线管,左侧不断有电子射出,若在管的正下方放一通电直导线AB时,发现射线径迹下偏,则()图6A.导线中的电流由A流向BB.导线中的电流由B流向AC.如要使电子束的径迹向上偏,可以通过改变AB中电流的方向来实现D.电子的径迹与AB中电流的方向无关答案BC解析阴极射线带负电,由左手定则判断管内磁场垂直纸面向里;由安培定则判断AB中电流的方向由B流向A.电流方向改变,管内磁场方向改变,电子受力方向也改变.3.(α粒子散射实验的理解)(多选)关于α粒子散射实验,下列说法正确的是()A.在实验中,观察到的现象是:绝大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来的方向前进,极少数发生了较大角度的偏转B.使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核和核外电子,当α粒子接近核时,是核的斥力使α粒子发生明显偏转;当α粒子接近电子时,是电子的吸引力使之发生明显偏转C.实验表明:原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分D.实验表明:原子中心的核带有原子的全部正电荷和全部原子的质量答案AC解析α粒子散射实验的现象是:绝大多数α粒子几乎不发生偏转;少数α粒子发生了较大角度的偏转;极少数α粒子发生了大角度偏转,A正确;当α粒子接近核时,是核的斥力使α粒子发生明显偏转,B错误;从绝大多数α粒子几乎不发生偏转,推测使粒子受到排斥力的核体积极小,C正确;实验表明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量,D错误.4.(原子的核式结构模型)(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有()A.原子的中心有个核,叫原子核B.原子的正电荷均匀分布在整个原子中C.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内D.带负电的电子在核外绕着核旋转答案ACD解析卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是:在原子的中心有一个很小的核,叫做原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内,带负电的电子在核外空间绕着核旋转,由此可见,B选项错误,A、C、D选项正确.5.(原子的核式结构模型)(多选)关于α粒子散射实验和卢瑟福的原子核式结构,下列说法正确的是()A.α粒子散射实验揭示了原子核的组成B.少数α粒子发生了较大偏转,卢瑟福认为是环境的影响C.利用α粒子散射实验可以估算原子核的半径D.能发生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核较近的α粒子答案CD解析α粒子散射实验揭示了原子的核式结构模型,不能说明原子核的组成,A错误;实验中少数α粒子发生大角度偏转是由于受到了原子核的库仑斥力作用,利用α粒子散射实验现象,极少数α粒子大角度偏转,可以估算原子核的半径,故B错误,C正确;只有离原子核较近的α粒子受到的库仑力较大,方向改变的大.题组一电子的发现及对电子的认识1.关于阴极射线的本质,下列说法正确的是()A.阴极射线本质是氢原子B.阴极射线本质是电磁波C.阴极射线本质是电子D.阴极射线本质是X射线答案 C解析阴极射线是原子受激发射出的电子,关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设,是错误的.2.(多选)关于阴极射线,下列说法正确的是()A.阴极射线就是很微弱的荧光B.阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流C.阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的D.阴极射线沿直线传播,但可被电场、磁场偏转答案CD解析阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流,故A、B错;最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线,故C对;阴极射线本质是电子流,可被电场、磁场偏转,故D对.3.1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子,下列关于电子的说法正确的是()A.汤姆孙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,并没能求出阴极射线的比荷B.汤姆孙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.汤姆孙通过对不同材料的阴极发出的射线的研究,并研究光电效应等现象,说明电子是原子的组成部分,是比原子更基本的物质单元答案 D解析汤姆孙研究阴极射线发现了电子,并求出了比荷,A、B错误.电子的质量是可以测定的,C错误.汤姆孙证明了电子是原子的组成部分,D正确.4.(多选)如图1所示是阴极射线显像管及其偏转圈的示意图,显像管中有一个阴极,工作时它能发射阴极射线,荧光屏被阴极射线轰击就能发光.安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场,可以使阴极射线发生偏转.下列说法中正确的是( )图1A.如果偏转线圈中没有电流,则阴极射线应该打在荧光屏正中的O 点B.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心,打在荧光屏上A 点,则偏转磁场的磁感应强度的方向应该垂直纸面向里C.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心,打在荧光屏上B 点,则偏转磁场的磁感应强度的方向应该垂直纸面向里D.如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B 点向A 点移动,则偏转磁场的磁感应强度应该先由小到大,再由大到小 答案 AC解析 偏转线圈中没有电流,阴极射线沿直线运动,打在O 点,A 正确.由阴极射线的电性及左手定则可知B 错误,C 正确.由R =m vqB 可知,B 越小,R 越大,故磁感应强度应先由大变小,再由小变大,故D 错误.题组二 对α粒子散射实验的理解5.(多选)在α粒子散射实验中,选用金箔的原因下列说法正确的是( ) A.金具有很好的延展性,可以做成很薄的箔 B.金核不带电C.金原子核质量大,被α粒子轰击后不易移动D.金核半径大,易形成大角度散射 答案 ACD解析 α粒子散射实验中,选用金箔是因为金具有很好的延展性,可以做成很薄的箔,α粒子很容易穿过,A 正确.金原子核质量大,被α粒子轰击后不易移动,C 正确.金核带正电,半径大,易形成大角度散射.故D 正确,B 错误.6.在卢瑟福的α粒子散射实验中,某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图2所示,图中P 、Q 两点为轨迹上的点,虚线是过P 、Q 两点并与轨道相切的直线.两虚线和轨迹将平面分成四个区域,不考虑其他原子核对α粒子的作用,那么关于该原子核的位置,下列说法正确的是( )图2A.可能在①区域B.可能在②区域C.可能在③区域D.可能在④区域答案 A解析 因为α粒子与此原子核之间存在着斥力,如果原子核在②、③或④区,α粒子均应向①区偏折,所以不可能.7.当α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中,下列说法正确的是( ) A.α粒子先受到原子核的斥力作用,后受原子核的引力作用 B.α粒子一直受到原子核的斥力作用C.α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.α粒子一直受到库仑斥力,速度一直减小答案 B解析 α粒子与金原子核带同种电荷,两者相互排斥,故A 、C 错误,B 正确;α粒子在靠近金原子核时斥力做负功,速度减小,远离时斥力做正功,速度增大,故D 错误. 题组三 卢瑟福的核式结构模型8.关于原子结构,汤姆孙提出枣糕模型、卢瑟福提出行星模型(如图3甲、乙所示),都采用了类比推理的方法.下列事实中,主要采用类比推理的是( )图3A.人们为便于研究物体的运动而建立的质点模型B.伽利略从教堂吊灯的摆动中发现摆的等时性规律C.库仑根据牛顿的万有引力定律提出库仑定律D.托马斯·杨通过双缝干涉实验证实光是一种波 答案 C解析 质点的模型是一种理想化的物理模型,是为研究物体的运动而建立的;伽利略发现摆的等时性是通过自然现象发现的;托马斯·杨通过实验证明光是一种波,是建立在事实的基础上的.9.(多选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容,下列叙述正确的是( ) A.原子是一个质量分布均匀的球体 B.原子的质量几乎全部集中在原子核内C.原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内D.原子半径的数量级是10-10 m ,原子核半径的数量级是10-15 m 答案 BD10.(多选)α粒子散射实验中,当α粒子最接近原子核时,α粒子符合下列哪种情况( ) A.动能最小 B.势能最小C.α粒子与金原子组成的系统的能量小D.所受原子核的斥力最大 答案 AD解析 α粒子在接近金原子核的过程中,要克服库仑斥力做功,动能减少,电势能增加,两者相距最近时,动能最小,电势能最大,总能量守恒.根据库仑定律,距离最近时,斥力最大. 题组四 综合应用11.为了测定带电粒子的比荷qm,让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间,已知匀强电场的场强为E ,在通过长为L 的两金属板间后,测得偏离入射方向的距离为d ,如果在两板间加垂直于电场方向的匀强磁场,磁场方向垂直于粒子的入射方向,磁感应强度为B ,则粒子恰好不偏离原来的方向,求qm为多少?答案 2EdB 2L2解析 设带电粒子以速度v 0垂直电场方向进入匀强电场,则d =12at 2=qE 2m ⎝⎛⎭⎫Lv 0 2 ①此带电粒子垂直入射到正交的电磁场区域时不发生偏转, 由平衡条件qE =q v 0B ,得v 0=EB②由①②两式得qEL 22md =E 2B 2解得q m =2Ed B 2L2.12.在α粒子散射实验中,根据α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离可以估算原子核的大小.现有一个α粒子以2.0×107 m/s 的速度去轰击金箔.若金原子的核电荷数为79,求该α粒子与金原子核间的最近距离.(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为E p =k q 1q 2r,α粒子的质量为6.64×10-27 kg) 答案 2.7×10-14 m解析 当α粒子靠近原子核运动时,α粒子的动能转化为电势能,达到最近距离时,动能全部转化为电势能,所以α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离d 为12m v 2=k q 1q 2d所以d =2kq 1q 2m v 2=2×9.0×109×2×79×(1.6×10-19)26.64×10-27×(2.0×107)2 m ≈2.7×10-14 m.所以α粒子与金原子核间的最近距离为2.7×10-14 m.。
高中物理第十八章原子结构第二节原子的核式结构模型课堂探究学案新人教版选修32、原子的核式结构模型课堂探究探究一α粒子散射实验和核式结构模型问题导引汤姆孙发现电子之后,人们立刻进行建立各种原子模型的尝试,你都知道有哪些典型的模型呢?提示:汤姆孙的“枣糕模型”、卢瑟福的核式结构模型、玻尔模型。
名师精讲1、α粒子散射实验与汤姆孙的原子模型的冲突分析(1)由于电子质量远小于α粒子质量,所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转。
(2)使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分。
按照汤姆孙原子模型,正电荷在原子内是均匀分布的,α粒子穿过原子时,它受到的两侧斥力大部分抵消,因而也不可能使α粒子发生大角度偏转,更不可能使α粒子反向弹回,这与α粒子散射实验相矛盾。
(3)实验现象表明原子中绝大部分是空的,原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上,否则,α粒子大角度散射是不可能的。
2、原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别核式结构枣糕模型原子内部是非常空旷的,正电荷集中在一个很小的核里原子是充满了正电荷的球体电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体内3、原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释(1)当α粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,α粒子就像穿过“一片空地”一样,无遮无挡,运动方向改变很小。
因为原子核很小,所以绝大多数α粒子不发生偏转。
(2)只有当α粒子分接近原子核穿过时,才受到很大的库仑力作用,发生大角度偏转,而这种机会很少。
(3)如果α粒子正对着原子核射来,偏转角几乎达到180,这种机会极少,如图所示。
警示α粒子的质量是电子质量的七千多倍,α粒子与电子相碰类似于子弹与尘埃相碰,α粒子的运动方向也不会有明显的改变,更不可能使它反弹。
【例题1】如图所示为α粒子散射实验装置的示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时,关于观察到的现象,下列说法不正确的是()A、相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B、相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A 位置时稍少些C、放在C、D位置时屏上观察不到闪光D、放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少解析:在卢瑟福α粒子散射实验中,α粒子穿过金箔后,绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进,故A正确;少数α粒子发生大角度偏转,极少数α粒子偏转角度大于90,极个别α粒子被反弹回来,所以在B位置只能观察到少数的闪光,在C、D两位置能观察到的闪光次数极少,故B、C错误,D正确。
【单元内容】第一节电子的发现第二节原子的核式结构模型第三节氢原子光谱第四节波尔的原子模型【学习目标】(1)了解电子的发现过程(2)理解解原子的核式结构模型(3)了解氢原子光谱(4)理解波尔的原子模型,理解原子的能级【重点】1.原子核式结构模型2.氢原子光谱3.原子的能级【难点】1.氢原子光谱2.原子的能级【自主预习】1、知识铺垫①物质是由原子组成的②原子的核式结构2、课文预习(仔细阅读课本,并填写)(1).电子的发现:1897年,英国物理学家发现了电子,明确电子是原子的组成部分,揭开了研究原子结构的序幕.(2).原子的核式结构模型(卢瑟福的ɑ粒子散射实验)在原子中心有一个很小的核,叫原子核,原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在上,带负电的在核外空间绕核高速旋转.(3)稀薄气体放电所发出的光谱是的,它只发出几种确定频率的光,因此光谱线是的,这种分立的线状谱叫.形成的原因:不同原子的结构不同,能级不同,因此在辐射光子时,光子的不同.(4).光谱分析:每种元素光谱中的谱线分布都与其他元素不同,因此我们可以通过对光谱的分析知道发光的是什么元素,利用光谱分析可以确定样品中的组成.(5)玻尔原子模型,轨道假设:原子中的电子在库仑引力的作用下,绕原子核做圆周运动,电子绕核运动的轨道是的.(6)玻尔原子模型,定态假设:电子在不同的轨道上运动时,原子处于不同的状态,因而具有不同的能量,即原子的能量是的.这些不同的状态叫定态.在各个定态中,原子是的,不向外辐射能量.(7) 跃迁假设:原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要或一定频率的光子,该光子的能量等于两个状态的,即hν=.(8).能级:在玻尔理论中,原子的各个可能状态对应的叫能级.能量最低的状态叫;其他能量状态叫激发态.(9)用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率,画出图来,就像云雾一样.形象地把它称做电子云。
通过可以知道电子在原子核附近出现的概率.3、预习质疑(阅读课本当中有何疑惑,请提出问题写在下面)【课堂探究】问题1:汤姆孙在发现电子的过程中,主要依据了哪些实验现象?问题2:在卢瑟福做的 粒子散射实验当中,有什么令人惊奇的结果?卢瑟福是怎样依据实验结果得出著名的原子核式结构模型的?问题3:什么是线状谱?经典理论在解释原子光谱上遇到哪些困难啦?问题4:波尔原子理论的两个基本假设是什么?问题5:你能够使用氢原子能级图和波尔原子理论解释氢原子光谱吗?【例题精析】【例1】1.关于原子结构的认识历程,下列说法正确的有( )A.汤姆生发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内B.α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据C.对原子光谱的研究开辟了深入探索原子结构的道路D.玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象,说明玻尔提出的原子定态概念是错误的【例2】仔细观察氢原子的光谱,发现它只有几条分离的不连续的亮线,其原因是( ) A.氢原子只有几个能级B.氢原子只能发出平行光C.氢原子有时发光,有时不发光D.氢原子辐射的光子的能量是不连续的,所以对应的光的频率也是不连续的【例3】氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,下列说法中正确的是( )A.氢原子的能量增加B.氢原子的能量减少C.氢原子要吸收一定频率的光子D.氢原子要放出一定频率的光子【例4】汞原子的能级图如图所示.现让一束单色光照射到大量处于基态的汞原子上,汞原子只发出三种不同频率的单色光.那么,关于入射光的能量,下列说法正确的是( )A.可能大于或等于7.7 eVB.可能大于或等于8.8 eVC.一定等于7.7 eVD.包含2.8 eV、4.9 eV、7.7 eV三种【例5】用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子,停止照射后,发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子,它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3,由此可知,开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为:①hν1;②hν3;③h(ν1+ν2);④h(ν1+ν2+ν3) 以上表示式中( )A.只有①③正确B.只有②正确C.只有②③正确 D.只有④正确【例6】(2009·四川)氢原子能级的示意图如图所示,大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光a,从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b,则( )A. 氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线B. 氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫外线C. 在水中传播时,a光较b光的速度小D. 氢原子在n=2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离。
1.知道汤姆孙的原子结构模型。
2.了解α粒子散射实验的原理、现象和结论,领会卢瑟福原子核式结构实验的科学方法,培养抽象思维能力和想象能力。
3.知道卢瑟福的原子核式结构内容和意义。
4.知道原子和原子核大小的数量级以及原子核的电荷数和核外电子数的关系。
5.利用动力学观点与方法分析α粒子运动情形与轨迹,利用能量观点分析库仑力对α粒子做功情况。
一、汤姆孙的原子模型汤姆孙于1898年提出了一种原子模型,他认为原子是一个□01球体,□02正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内,□03电子镶嵌在球中,该模型被称为“西瓜模型”或“枣糕模型”,能够解释一些实验现象,但后来被□04α粒子散射实验否定了。
二、α粒子散射实验1.α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子,带两个单位□01正电荷,质量为□02氢原子质量的4倍。
2.实验结果(1)□03绝大多数α粒子穿过金箔后,基本沿原方向前进。
(2)□04少数α粒子发生大角度偏转,偏转角度甚至大于90°。
3.卢瑟福通过α粒子散射实验,否定了汤姆孙的原子模型,建立了原子的□05核式结构模型。
4.核式结构模型:1911年由卢瑟福提出,在原子中心有一个很小的核,叫□06原子核,它集中了全部的□07正电荷和几乎全部的□08质量,□09电子在核外空间运动。
三、原子核的电荷与尺度1.原子内的电荷关系:各种元素的原子核的电荷数与含有的□01电子数相等,非常接近于它们的□02原子序数。
2.原子核的组成:原子核是由□03质子和中子组成的,原子核的电荷数就等于原子核中的□04质子数。
3.原子核的大小:实验确定的原子核半径R的数量级为□0510-15_m,而原子的半径的数量级是□0610-10_m,因而原子内部十分“空旷”。
判一判(1)汤姆孙的原子模型不能解释α粒子散射实验中少数α粒子发生大角度偏转甚至反向弹回的现象。
( )(2)原子中心有一个很小的核,原子的全部正电荷和全部质量都集中在这个核里。
第1节电子的发现第2节原子的核式结构模型1.知道阴极射线是由电子组成的以及电荷量是量子化的.2.了解α粒子散射实验的原理和现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容.3.知道原子和原子核的大小数量级,原子核的电荷数.一、阴极射线1.实验装置:真空玻璃管、阴极、阳极和感应圈.2.实验现象:感应圈产生的高电压加在两极之间,玻璃管壁上发出荧光.3.阴极射线:荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的,这种射线命名为阴极射线.二、电子的发现1.汤姆孙根据阴极射线分别通过电场或磁场,根据偏转情况,证明了它的本质是带负电的粒子流,并求出其比荷.2.密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子电荷.电子电荷量一般取e=1.6×10-19 C,电子质量m e=9.1×10-31 kg.三、α粒子散射实验1.汤姆孙原子模型:汤姆孙于1898年提出了原子模型,他认为原子是一个球体,正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内,电子镶嵌其中.2.α粒子散射实验(1)α粒子从放射性物质(如铀和镭)中发射出来的快速运动的粒子,带有两个单位的正电荷,质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍.(2)实验现象绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子偏转角度甚至大于90°.3.卢瑟福的核式结构模型:1911年由卢瑟福提出,在原子中心有一个很小的核,叫原子核.它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量,电子在核外空间运动.四、原子核的电荷与尺度判一判(1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射.( )(2)组成阴极射线的粒子是电子.( )(3)电子是原子的组成部分,电子电荷量可以取任意数值.( )(4)α粒子散射实验证明了汤姆孙的原子模型是符合事实的.( )(5)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹.( )(6)α粒子大角度的偏转是电子造成的.( )提示:(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×做一做关于原子结构,汤姆孙提出“葡萄干蛋糕模型”、卢瑟福提出“行星模型”,如图甲和乙所示,都采用了类比推理的方法.下列事实中,主要采用类比推理的是( )A.人们为便于研究物体的运动而建立质点模型B.伽利略从教堂吊灯的摆动中发现摆的等时性规律C.库仑根据牛顿的万有引力定律提出库仑定律D.托马斯·杨通过双缝干涉实验证实光是一种波提示:选C.模型可以帮助我们理解一些无法直接观察的事物,类比有助于我们更好地认识事物的本质.质点模型是一种理想化的物理模型,是为研究物体的运动而建立的;伽利略的摆的等时性是通过自然现象发现的;托马斯·杨是通过实验证明光是一种波,是建立在事实的基础上的.故正确选项为C.电子的发现1.真空玻璃管两极加上高电压→玻璃管壁上发出荧光2.德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线.3.猜想(1)阴极射线是一种电磁辐射.(2)阴极射线是带电微粒.4.英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转.5.密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量.如图所示,在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线,则阴极射线将( )A.向纸内偏转B.向纸外偏转C.向下偏转D.向上偏转[思路点拨] 由安培定则判定直导线在阴极射线处的磁场方向,再由左手定则判定受力方向.[解析] 由题目条件不难判断阴极射线所在处磁场垂直纸面向外,电子从负极射出,由左手定则可判定阴极射线(电子)向上偏转.故正确选项为D.[答案] D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.(多选)汤姆孙对阴极射线的探究,最终发现了电子,由此被称为“电子之父”,关于电子的说法正确的是( )A.电子是原子核的组成部分B.电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的C.电子电荷量的数值约为1.602×10-19 CD.电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷解析:选BC.电子是原子的组成部分,电子的发现说明原子是可以再分的.电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷,也叫荷质比.电子比荷的测定1910年美国物理学家密立根通过著名的“油滴实验”,简练而又精确地测定了电子的电荷量.更重要的是密立根实验发现电荷是量子化的,即任何电荷的电荷量只能是元电荷e 的整数倍,并求得了元电荷即电子所带的电荷量e.密立根实验的原理(1)如图所示,两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接,使A板带正电,B板带负电,从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面金属板中间的小孔,落到两板之间的匀强电场中.(2)小油滴由于摩擦而带负电,调节A 、B 两板间的电压,可以使小油滴静止在两板之间,此时电场力和重力平衡,即mg =Eq ,则电荷的电荷量q =mg E .实验发现,q 一定是某个最小电荷量的整数倍,这个最小的电荷量就是电子的电荷量.汤姆孙用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示.真空管内的阴极K 发出的电子(不计初速度、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后,穿过A ′中心的小孔沿中心轴O 1O 的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P 和P ′间的区域内.当极板间不加偏转电压时,电子束打在荧光屏的中心O 点处,形成了一个亮点;加上偏转电压U 后,亮点偏离到O ′点(O ′点与O 点的竖直间距为d ,水平间距可忽略不计).此时,在P 和P ′间的区域内,再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场.调节磁场的强弱,当磁感应强度的大小为B 时,亮点重新回到O 点.已知极板水平方向的长度为L 1,极板间距为b ,极板右端到荧光屏的距离为L 2(如图所示).(1)求打在荧光屏O 点的电子速度的大小.(2)推导出电子的比荷的表达式.[思路点拨] 此题中电子在电场中做类平抛运动,在电磁场中做匀速直线运动,受到的电场力和洛伦兹力平衡,仔细分析其物理过程,不难求出结果.[解析] (1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时,电子做匀速直线运动,亮点重新回到中心O 点,设电子的速度为v ,则evB =eE ,得v =E B ,即v =U Bb .(2)当极板间仅有偏转电场时,电子以速度v 进入后,在竖直方向做匀加速运动,加速度a =eU mb电子在水平方向做匀速运动,在电场内的运动时间t 1=L 1v这样,电子在电场中,竖直向上偏转的距离d 1=12at 21=eL 21U 2mv 2b离开电场时竖直向上的分速度v ⊥=at 1=eL 1U mvb电子离开电场后做匀速直线运动,经t 2时间到达荧光屏幕t 2=L 2vt 2时间内向上运动的距离d 2=v ⊥t 2=eUL 1L 2mv 2b这样,电子向上的总偏转距离d =d 1+d 2=eU mv 2b L 1⎝⎛⎭⎪⎫L 2+L 12 可解得e m =2Ud B 2bL 1(L 1+2L 2). [答案] (1)U Bb (2)2Ud B 2bL 1(L 1+2L 2)2.密立根用喷雾的方法获得了带电液滴,然后把这些带有不同电荷量和质量的液滴置于电场中,通过电场力和重力平衡的方法最终测得了带电液滴的电荷量,某次测量中,他得到了如下数据________________________________________________________________________. 解析:根据表格中的数据与电子电荷量的比值关系: q 1e =6.41×10-191.6×10-19=4;q 2e =9.70×10-191.6×10-19=6; q 3e =1.6×10-191.6×10-19=1;q 4e =4.82×10-191.6×10-19=3; 得出结论:电荷量是量子化的,电荷的电荷量都是元电荷e 的整数倍.答案:电荷量是量子化的,电荷的电荷量都是元电荷e 的整数倍对α粒子散射实验的理解1.装置:放射源、金箔、荧光屏等,如图所示.2.现象(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进.(2)少数α粒子发生较大的偏转.(3)极少数α粒子偏转角度超过90°,有的几乎达到180°.3.注意事项(1)整个实验过程在真空中进行.(2)α粒子是氦原子核,体积很小,金箔需要做得很薄,α粒子才能穿过.4.汤姆孙的原子模型不能解释α粒子大角度散射的实验结果.如果α粒子以速度v 与电子发生弹性正碰(假定电子原来是静止的),求碰撞后,α粒子的速度变化了多少?并由此说明:为什么原子中的电子不能使α粒子发生明显的偏转?[思路点拨] 分析求解本题,需要运用弹性碰撞知识.α粒子与电子发生弹性正碰时,遵循机械能守恒和动量守恒定律,通过列出两个守恒方程进行定量计算,从而作出判断.[解析] 设α粒子初速度为v ,质量为M ,与电子碰后速度为v 1,电子质量为m ,与α粒子碰后速度为v 2由动量守恒定律Mv =Mv 1+mv 2①由能量守恒12Mv 2=12Mv 21+12mv 22② 由①②式得v 1=M -m M +mv ③ α粒子速度变化量Δv 1=v 1-v =-2m M +mv ④ 把M =7 300m 代入④式得Δv 1=-27 301v =-0.000 3v 可见α粒子的速度变化只有万分之三,说明原子中的电子不能使α粒子发生明显的偏转.[答案] 见解析解决α粒子散射实验问题的技巧(1)熟记实验装置及原理.(2)理解建立核式结构模型的要点.①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变.②汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射.③少数α粒子发生了大角度偏转,甚至反弹回来,表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用.④绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化,说明原子中绝大部分是空的,原子的质量、电荷量都集中在体积很小的核内.3.(多选)(2017·孝感高中高二检测)如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象,下述说法中正确的是( )A.放在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B.放在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些C.放在C、D位置时,屏上观察不到闪光D.放在D位置时,屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少解析:选AD.在卢瑟福α粒子散射实验中,α粒子穿过金箔后,绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进,故A正确;少数α粒子发生较大偏转,极少数α粒子偏转角度超过90°,极个别α粒子被反射回来,故B、C错误,D正确.对卢瑟福核式结构模型的理解1.内容:在原子中心有一个很小的核,叫原子核.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核内,带负电的电子在核外空间绕核旋转.2.对α粒子散射实验现象的解释(1)当α粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,α粒子就像穿过“一片空地”一样,无遮无挡,运动方向改变很小.因为原子核很小,所以绝大多数α粒子不发生偏转.(2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时,才受到很大的库仑力作用,发生大角度偏转,而这种机会很少,所以有少数粒子发生了大角度偏转.(3)如果α粒子正对着原子核射来,偏转角几乎达到180°,这种机会极少,如图所示,所以极少数粒子的偏转角度甚至大于90°.3.数量级:原子的半径数量级为10-10 m ,原子核半径的数量级为10-15 m ,原子核的半径只相当于原子半径的10-5,体积只相当于原子体积的10-15.(多选)(2017·梅州高二检测)关于原子核式结构理论说法正确的是( )A .是通过发现电子现象得出来的B .原子的中心有个核,叫做原子核C .原子的正电荷均匀分布在整个原子中D .原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外旋转[解析] 原子的核式结构模型是在α粒子的散射实验结果的基础上提出的,A 错误.原子中绝大部分是空的,带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围,称为原子核,B 正确,C 错误.原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量,带负电的电子在核外旋转,D 正确.[答案] BD应用核式结构模型分析求解问题时,要注意从力的角度及功能关系角度入手.1.α粒子的受力特点α粒子与原子核间的作用力是库仑斥力:F =kQq r 2. (1)式中Q 为原子核的电荷量,q 为α粒子所带电荷量,r 为α粒子与原子核间的距离.(2)α粒子离原子核越近,库仑力越大,运动加速度越大,反之,则越小.(3)α粒子的受力方向沿原子核与α粒子的连线,由原子核指向α粒子.2.库仑力对α粒子的做功情况(1)当α粒子靠近原子核时,库仑斥力做负功,电势能增加.(2)当α粒子远离原子核时,库仑斥力做正功,电势能减小.3.α粒子的能量转化仅有库仑力做功时,能量只在电势能和动能之间发生相互转化,而总能量保持不变.4.1911年卢瑟福依据α粒子散射实验中α粒子发生了________(选填“大”或“小”)角度散射现象,提出了原子的核式结构模型.若用动能为1 MeV 的α粒子轰击金箔,其速度约为________m/s.(质子和中子的质量均为1.67×10-27 kg ,1 MeV =106 eV) 解析:设α粒子的速度为v ,E k =12mv 2,v =2E k m =2×1×106×1.6×10-194×1.67×10-27 m/s ≈6.9×106 m/s.答案:大 6.9×106精美句子1、善思则能“从无字句处读书”。
1 电子的发现
2 原子的核式结构模型
[学习目标] 1.知道阴极射线是由电子组成的,电子是原子的组成部分,知道电子的电荷量和比荷.2.了解汤姆孙发现电子的研究方法及蕴含的科学思想,领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义.3.知道α粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象.4.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容,能说出原子核的数量级.
一、阴极射线电子的发现
[导学探究]
1.在如图1所示的演示实验中,K是金属板制成的阴极,A是金属环制成的阳极.K和A之间加上近万伏的高电压后,管端玻璃壁上能观察到什么现象?该现象说明了什么问题?
图1
答案能看到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影,这说明阴极能够发出某种射线,并且撞击玻璃引起荧光.
2.人们对阴极射线的本质的认识有两种观点,一种观点认为是一种电磁波,另一种观点认为是带电微粒,你认为应如何判断哪种观点正确?
答案可以让阴极射线通过电场或磁场,若射线垂直于磁场(电场)方向射入之后发生了偏转,则该射线是由带电微粒组成的.
[知识梳理]
1.阴极射线
科学家用真空度很高的真空管做放电实验时,发现真空管阴极发射出的一种射线,叫做阴极射线.
2.阴极射线的特点
(1)在真空中沿直线传播;
(2)碰到物体可使物体发出荧光.
3.电子的发现
汤姆孙让阴极射线分别通过电场或磁场,根据偏转情况,证明了它的本质是带负电的粒子流并求出了其比荷.
4.密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子电荷.电子电荷量一般取e=1.6×10
-19 C,电子质量m
-31 kg.
e=9.1×10
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(1)阴极射线在真空中沿直线传播.( √)
(2)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射.( ×)
(3)组成阴极射线的粒子是电子.( √)
(4)电子是原子的组成部分,电子电荷量可以取任意数值.( ×)
二、α粒子散射实验
[导学探究] 如图2所示为1909年英籍物理学家卢瑟福指导他的学生盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的实验装置,阅读课本,回答以下问题:
图2
(1)什么是α粒子?
答案α粒子(42He)是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子,实质是失去两个电子的氦原子核,带有两个单位的正电荷,质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍.(2)实验装置中各部件的作用是什么?实验过程是怎样的?
答案①α粒子源:把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中,放射出高能的α粒子.
②带荧光屏的放大镜:观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光.
实验过程:α粒子经过一条细通道,形成一束射线,打在很薄的金箔上,由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用,一些α粒子会改变原来的运动方向.带有放大镜的荧光屏可以沿图中虚线转动,以统计向不同方向散射的α粒子的数目.
(3)实验现象如何?
答案α粒子散射实验的实验现象:绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90°.
(4)少数α粒子发生大角度散射的原因是什么?
答案α粒子带正电,α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射.
[知识梳理]
1.α粒子散射实验装置由α粒子源、金箔、带有荧光屏的放大镜等几部分组成,实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中.
2.实验现象:绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90°.
3.α粒子散射实验的结果用汤姆孙的“枣糕模型”无法解释.
[即学即用] 判断下列说法的正误.。