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。(物理觀念)2.了解湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的研究方法及蘊含的科學(xué)思想,領(lǐng)會電子的發(fā)現(xiàn)對揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義。(科學(xué)思維)3.知道α粒子散射實驗的實驗器材、實驗原理和實驗現(xiàn)象。(物理觀念)4.知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容,能說出原子核半徑的數(shù)量級。(物理觀念)
基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)
重難探究·能力素養(yǎng)全提升
學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)
一、電子的發(fā)現(xiàn)1.陰極射線在研究稀薄氣體放電時發(fā)現(xiàn),當(dāng)玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時,陰極就發(fā)出一種射線,它能使對著陰極的玻璃管壁發(fā)出熒光,這種射線稱為　　　 　。?2.湯姆孫的探究方法及結(jié)論(1)根據(jù)陰極射線在　　　　和　　　　中的偏轉(zhuǎn)情況斷定,它的本質(zhì)是帶　　電的粒子流,并求出了這種粒子的比荷。?(2)換用　　　　　　　的陰極做實驗,所得比荷的數(shù)值都　　　　,是氫離子比荷的近兩千倍?！?br/>(3)結(jié)論:陰極射線粒子帶負(fù)電,其電荷量的大小與氫離子　　　　　　　,而質(zhì)量比氫離子　　　　　　,后來組成陰極射線的粒子被稱為　　　　。?
等于元電荷的帶電量?
3.電子的電荷量及電荷量子化(1)電子電荷量:在1909~1913年間由　　　　　通過著名的　　　　　得出,目前公認(rèn)的電子電荷e的值為e=　　　　　　　　。?(2)電荷是量子化的,即任何帶電體的電荷只能是　　　　　　　　。?(3)電子的質(zhì)量:me=9.109 383 56×10-31 kg,質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值為
1.602×10-19 C
二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型1.α粒子散射實驗(1)湯姆孫原子模型湯姆孫于1898年提出了一種原子模型,他認(rèn)為原子是一個　　　　,　　　　　　彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi),　　　　鑲嵌其中。?(2)α粒子散射實驗①實驗裝置:α粒子源、　　　　、顯微鏡和　　　　　　。?②實驗現(xiàn)象a.絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后　　　　　　的方向前進(jìn)。?b.少數(shù)α粒子發(fā)生了　　　　　　偏轉(zhuǎn)。??
能夠解釋一些實驗現(xiàn)象,但有些現(xiàn)象也解釋不了
c.極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)的角度　　　　　　,甚至有極個別α粒子被反彈回來。?③實驗意義:盧瑟福通過α粒子散射實驗,否定了湯姆孫的原子模型,建立了　　　　　　　　模型。
2.盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型1911年,盧瑟福提出了自己的原子結(jié)構(gòu)模型。原子中帶正電部分的體積很小,但幾乎占有全部　　 　,　 　　在正電體的外面運動。?
三、原子核的電荷與尺度
情境鏈接人們對于物質(zhì)結(jié)構(gòu)一直進(jìn)行著探究,我國的五行說,古希臘的四元素說等。對于物質(zhì)結(jié)構(gòu)你能不能列舉出歷史上的幾種不同的觀點呢?
提示 19世紀(jì)初,道爾頓提出原子論。1811年,阿伏加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。
教材拓展閱讀教材P81思考與討論,思考:假設(shè)α粒子以速率v0與靜止的電子發(fā)生彈性正碰,電子質(zhì)量 ,求α粒子與電子碰撞后的速度變化。
提示 α粒子與靜止的粒子發(fā)生彈性碰撞,動量和能量均守恒,由動量守恒定
易錯辨析(1)英國物理學(xué)家湯姆孫認(rèn)為陰極射線是一種電磁輻射。(　　)(2)組成陰極射線的粒子是電子。(　　)(3)α粒子散射實驗證實了湯姆孫的棗糕式原子模型。(　　)(4)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為原子中帶正電的部分體積很小,電子在正電體外面運動。(　　)(5)原子核的電荷數(shù)等于核中的中子數(shù)。(　　)(6)對于一般的原子,由于原子核很小,所以內(nèi)部十分“空曠”。(　　)
提示湯姆孫認(rèn)為陰極射線是一種帶電粒子流。
提示α粒子的散射實驗否定了棗糕式原子模型。
提示原子核的電荷數(shù)等于核中的質(zhì)子數(shù)。
(1)在如圖所示的演示實驗中,K是金屬板制成的陰極,A是金屬環(huán)制成的陽極。K和A之間加上近萬伏的高電壓后,管端玻璃壁上能觀察到什么現(xiàn)象?該現(xiàn)象說明了什么問題?
要點提示 能看到玻璃壁上淡淡的熒光及管中物體在玻璃壁上的影,這說明陰極能夠發(fā)出某種射線,并且撞擊玻璃引起熒光。
(2)人們對陰極射線的本質(zhì)的認(rèn)識有兩種觀點,一種觀點認(rèn)為是一種電磁波,另一種觀點認(rèn)為是帶電微粒。你認(rèn)為應(yīng)如何判斷哪種觀點正確?
要點提示 可以讓陰極射線通過電場或磁場,若射線垂直于磁場(電場)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。
1.對陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識——兩種觀點(1)電磁波說,代表人物——赫茲,他認(rèn)為這種射線是一種電磁輻射。(2)粒子說,代表人物——湯姆孫,他認(rèn)為這種射線是一種帶電微粒。2.陰極射線帶電性質(zhì)的判斷方法(1)方法一:在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場,通過打在熒光屏上的亮點的變化和電場的情況確定帶電的性質(zhì)。(2)方法二:在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場,根據(jù)亮點位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)。
3.實驗結(jié)果根據(jù)陰極射線在電場中和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況,判斷出陰極射線是粒子流,并且?guī)ж?fù)電。4.帶電油滴的電荷量都等于某個最小電荷量的整數(shù)倍,從而證實了電荷是量子化的,并求得了其最小值即電子所帶的電荷量e。
【例1】 在再現(xiàn)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間加上方向向上、電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)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、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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)說明圖中磁場沿什么方向;(3)根據(jù)L、E、B和θ,求出陰極射線的比荷。
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(qiáng)電場方向向上,則陰極射線受電場力的方向與電場方向相反,所以陰極射線帶負(fù)電。
(2)由于所加磁場使陰極射線受到向上的洛倫茲力,由左手定則得磁場的方向垂直紙面向外。
1.(多選)(2023山東安丘月考)英國物理學(xué)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(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.湯姆孫并未得出陰極射線粒子的電荷量
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),選項A正確;由于電子帶負(fù)電,所以其受力情況與正電荷不同,選項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,選項C錯誤;在湯姆孫實驗證實陰極射線就是帶負(fù)電的電子流時并未得出電子的電荷量,最早測量電子電荷量的是美國科學(xué)家密立根,選項D正確。
探究點二　原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子核的組成
“在探究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的過程中,可以將它想象成一個小的太陽系?！蹦闶窃鯓永斫膺@段話的?
要點提示 在原子的中心有一個很小的核,叫作原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里,帶負(fù)電的電子在核外空間運動,這就像行星繞太陽運轉(zhuǎn)一樣,原子內(nèi)部就像一個小型的太陽系。
1.關(guān)于α粒子散射實驗的相關(guān)問題(1)α粒子的實質(zhì):α粒子 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)量約為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7 300倍。
(2)實驗裝置①α粒子源:釙放在帶小孔的鉛盒中,放射出高能α粒子。②金箔:特點是金原子的質(zhì)量大,且易延展成很薄的箔,α粒子易穿過。③顯微鏡:能繞金箔在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。④熒光屏:熒光屏裝在顯微鏡上。⑤整個實驗過程在真空中進(jìn)行。
(3)實驗過程:α粒子經(jīng)過一條細(xì)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α粒子有庫侖力的作用,一些α粒子會改變原來的運動方向。帶有熒光屏的顯微鏡可以沿圖中虛線轉(zhuǎn)動,以統(tǒng)計向不同方向散射的α粒子的數(shù)目。(4)實驗現(xiàn)象: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(jìn),但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°。
2.原子的核式結(jié)構(gòu)模型(1)原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子的棗糕模型的比較
(2)核式結(jié)構(gòu)模型對α粒子散射實驗結(jié)果的解釋①當(dāng)α粒子穿過原子時,如果離原子核較遠(yuǎn),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(zhuǎn)。
②只有當(dāng)α粒子十分接近原子核時,才受到很大的庫侖斥力作用,發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),而這種機(jī)會很小。③如果α粒子正對著原子核射來,偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180° ,這種機(jī)會極小,如圖所示。
3.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:原子核半徑R的數(shù)量級為10-15 m,而整個原子半徑的數(shù)量級是10-10 m。因而原子內(nèi)部十分“空曠”。
【例2】 如圖為盧瑟福的α粒子散射實驗,①、②兩條線表示實驗中α粒子運動的軌跡,則沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的運動軌跡為(　　)A.軌跡aB.軌跡bC.軌跡cD.軌跡d
解析 盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,正電荷全部集中在原子核內(nèi),α粒子帶正電,同種電荷相互排斥,離原子核越近,受到的庫侖斥力越強(qiáng),則偏轉(zhuǎn)程度越大,所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的運動軌跡為a,故選A。
2.關(guān)于α粒子散射實驗,下列說法錯誤的是(　　)A.α粒子離開原子核的過程中,動能增加B.α粒子在接近原子核的過程中,動能減少C.絕大多數(shù)α粒子經(jīng)過金箔后,發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)D.對α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以估算出原子核的大小
解析 原子核與α粒子都帶正電,α粒子離開原子核的過程中,電場力做正功,所以動能增加,A正確,不符合題意;α粒子在接近原子核的過程中,電場力做負(fù)功,所以動能減少,B正確,不符合題意;絕大多數(shù)α粒子經(jīng)過金箔后,沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn),C錯誤,符合題意;對α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以估算出原子核的大小,D正確,不符合題意。
1.(陰極射線實驗)(多選)如圖所示,一只陰極射線管左側(cè)不斷有電子射出,若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時,發(fā)現(xiàn)射線徑跡下偏,則(　　)A.導(dǎo)線中的電流由A流向BB.導(dǎo)線中的電流由B流向AC.如要使電子束的徑跡向上偏,可以通過改變AB中電流的方向來實現(xiàn)D.電子的徑跡與AB中電流的方向無關(guān)
解析 陰極射線帶負(fù)電,由左手定則判斷管內(nèi)磁場垂直紙面向里;由安培定則判斷AB中電流的方向由B流向A,故A錯誤,B正確。AB中電流的方向改變,管內(nèi)磁場方向改變,電子受力方向也改變,故C正確,D錯誤。
2.(α粒子散射實驗)盧瑟福α粒子散射實驗裝置的示意圖如圖所示,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α粒子在各個角度的散射情況。下列說法正確的是(　　)A.在圖中的B位置進(jìn)行觀察,屏上觀察不到任何閃光B.在圖中的A、B兩位置分別進(jìn)行觀察,相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)幾乎一樣多C.盧瑟福選用不同金屬箔片作為α粒子散射的靶,觀察到的實驗結(jié)果基本相似D.盧瑟福通過該實驗得到了原子的“棗糕模型”
解析 在B位置進(jìn)行觀察時,相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)較少,而在A位置進(jìn)行觀察時,相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多,A、B錯誤;選用不同金屬箔片作為α粒子散射的靶,觀察到的實驗結(jié)果基本相似,故C正確;盧瑟福根據(jù)此實驗得出原子的核式結(jié)構(gòu)模型,D錯誤。
3.(α粒子散射實驗)(2023湖南益陽高二期末)α粒子散射實驗被評為世界十大經(jīng)典物理實驗之一,此實驗開創(chuàng)了原子結(jié)構(gòu)研究的先河,關(guān)于α粒子散射實驗,下列說法正確的是(　　)
A.該實驗的數(shù)據(jù)支持了原子結(jié)構(gòu)的“西瓜模型”B.α粒子散射實驗證明了原子核是可以再分的C.該實驗選用金的原因之一是金的延展性好,可以制成很薄的金箔D.該實驗表明原子中心有一個體積極大的核,它占有原子體積的極大部分

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3 原子的核式結(jié)構(gòu)模型

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