3. 原子的核式結(jié)構(gòu)模型
1．領(lǐng)會電子的發(fā)現(xiàn)對揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義。2．了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，知道原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。3．了解盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，知道原子核大小的數(shù)量級。4．認(rèn)識原子核式結(jié)構(gòu)模型建立的科學(xué)推理與論證過程。
1．知道陰極射線的組成，體會電子發(fā)現(xiàn)過程中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法，知道電荷是量子化的。2．了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。3．知道原子和原子核大小的數(shù)量級，知道原子核的電荷數(shù)。
1．陰極射線熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線命名為___________。
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(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值都_______，是氫離子比荷的近兩千倍。(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_______。
3．湯姆孫的進(jìn)一步研究湯姆孫又進(jìn)一步研究了許多新現(xiàn)象，證明了_______是原子的組成部分。
4．電子的電荷量及電荷量子化(1)電子電荷量：1910年前后由_________通過著名的___________得出，電子電荷量的公認(rèn)值為e＝_________________。(2)電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是_____________。
說明：陰極射線實(shí)質(zhì)是高速電子流。
1.602×10－19 C
『判一判』(1)陰極射線本質(zhì)是電磁波。(　　)
『想一想』描述湯姆孫證明陰極射線是電子的思路。答案：(1)通過陰極射線在電場中的偏轉(zhuǎn)證明它是帶負(fù)電的粒子流。(2)通過巧妙實(shí)驗(yàn)，利用電場力與洛倫茲力平衡，確定了陰極射線的速度，并測出粒子的比荷。(3)改變陰極材料時(shí)，測得的比荷相同，這表明這種粒子是多種物質(zhì)的共同成分。(4)根據(jù)陰極射線粒子的比荷與氫離子比荷的關(guān)系，證明陰極射線是質(zhì)量遠(yuǎn)小于氫離子的粒子——電子。
1．α粒子散射實(shí)驗(yàn)(1)湯姆孫原子模型湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認(rèn)為原子是一個(gè)_______，_________彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，_______鑲嵌在球中。
(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)①實(shí)驗(yàn)裝置：α粒子源、_______、放大鏡和_________。②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：a．絕大多數(shù)的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_________的偏轉(zhuǎn)。c．極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角_____________，甚至有極個(gè)別α粒子被反彈回來。③實(shí)驗(yàn)意義：盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，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)模型核式結(jié)構(gòu)模型1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個(gè)很小的核，叫________。它集中了原子全部的_________和幾乎全部的_______，_______在核外空間運(yùn)動。
『判一判』(2)湯姆孫的棗糕式模型認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)。(　　)(3)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中絕大多數(shù)α粒子都發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)。(　　)(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(yùn)動。(　　)
『選一選』(2023·吉林省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二月考)在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個(gè)α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是(　　)解析：根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象可知，選C。
原子核的電荷數(shù)等于核外_______數(shù)等于原子序數(shù)，原子核大小的數(shù)量級為__________m，原子大小數(shù)量級為__________m，兩者相差十萬倍之多，可見原子內(nèi)部十分“空曠”。若原子相當(dāng)于一個(gè)立體的足球場的話，則原子核就像足球場中的一粒米。
『判一判』(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。(　　)
要|點(diǎn)|提|煉對陰極射線管裝置及其射線的理解(1)裝置現(xiàn)象真空玻璃管兩極加上高電壓→玻璃管壁上發(fā)出熒光。(2)德國物理學(xué)家戈德斯坦將陰極發(fā)出的射線命名為陰極射線。(3)猜想①陰極射線是一種電磁輻射。②陰極射線是帶電微粒。
(4)英國物理學(xué)家湯姆孫讓陰極射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)，得知射線帶負(fù)電并測出了其比荷。(5)密立根通過“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測定了電子的電荷量和電子的質(zhì)量。(6)電子發(fā)現(xiàn)的意義電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)比原子小的粒子。電子的發(fā)現(xiàn)打破了原子不可再分的傳統(tǒng)觀念，使人們認(rèn)識到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這是人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識的一次飛躍，開創(chuàng)了探索原子結(jié)構(gòu)奧秘的新時(shí)代。湯姆孫也由于發(fā)現(xiàn)了電子，不僅榮獲了1906年諾貝爾物理學(xué)獎，而且被后人譽(yù)為“最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”。
　　　　　　　　(2022·北京大興區(qū)高二上期末)如圖是電子射線管的示意圖。接通電源后，電子射線由陰極沿x軸方向射出，在熒光屏上會看到一條亮線。要使熒光屏上的亮線向下(z軸負(fù)方向)偏轉(zhuǎn)，在下列措施中可采用的是(　　)A．加一磁場，磁場方向沿z軸負(fù)方向B．加一磁場，磁場方向沿y軸正方向C．加一電場，電場方向沿z軸負(fù)方向D．加一電場，電場方向沿y軸正方向
解析： 若加一沿z軸負(fù)方向的磁場，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向沿y軸負(fù)方向，亮線在z軸方向不偏轉(zhuǎn)，不符合題意，故A錯誤；若加一沿y軸正方向的磁場，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向沿z軸負(fù)方向，亮線向下偏轉(zhuǎn)，符合題意，故B正確；若加一沿z軸負(fù)方向的電場，電子帶負(fù)電，電場力方向沿z軸正方向，亮線向上偏轉(zhuǎn)，不符合題意，故C錯誤；若加一沿y軸正方向的電場，電子帶負(fù)電，電場力方向沿y軸負(fù)方向，亮線在z軸方向不偏轉(zhuǎn)，不符合題意，故D錯誤。
對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解
要|點(diǎn)|提|煉關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的相關(guān)問題
(2)實(shí)驗(yàn)裝置。①α粒子源：釙放在帶小孔的鉛盒中，放射出高能α粒子，帶兩個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量約為氫原子質(zhì)量的4倍。②金箔：特點(diǎn)是金原子的質(zhì)量大，且易延展成很薄的箔。③放大鏡：能繞金箔在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。
④熒光屏：熒光屏裝在放大鏡上。⑤整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程在真空中進(jìn)行。金箔很薄，α粒子穿過原子時(shí)受到各方向電荷斥力基本平衡，對α粒子運(yùn)動影響不會很大，α粒子很容易穿過。
(3)實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(jì)向不同方向散射的α粒子的數(shù)目。(4)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)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)α粒子偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°。
典|例|剖|析　　　　　在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和α粒子碰撞的影響，這是因?yàn)?　　)A．α粒子和電子根本無相互作用B．電子是均勻分布的，α粒子受電子作用的合力為零C．α粒子在和電子碰撞過程中動量的改變量極小，可忽略不計(jì)D．電子體積很小，α粒子碰撞不到電子
　　　　　　　　(2023·河北張家口宣化一中高二下月考)通過如圖的實(shí)驗(yàn)裝置，盧瑟福建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型。實(shí)驗(yàn)時(shí)，若將熒光屏和顯微鏡分別放在位置1、2、3，則能觀察到粒子數(shù)量最多的是位置(　　)A．1　　B．2　　C．3　　D．一樣多
解析： 根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，大多數(shù)粒子能按原來方向前進(jìn)，少數(shù)粒子方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)超過90°，甚至有的被反向彈回。所以在相等時(shí)間內(nèi)3處閃爍次數(shù)最多，其次是2、1兩處，并且數(shù)據(jù)相差比較大，故C正確，A、B、D錯誤。故選C。
原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子核的組成
要|點(diǎn)|提|煉1．原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕模型的對比
2．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，等于原子序數(shù)。3．原子核的組成原子核由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核的質(zhì)子數(shù)。4．原子核的大小原子的直徑數(shù)量級為10－10 m，原子核直徑的數(shù)量級為10－15 m，原子核的直徑只相當(dāng)于原子直徑的十萬分之一，體積只相當(dāng)于原子體積的10－15。
典|例|剖|析　　　　　(多選)關(guān)于盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型，下列說法正確的是(　　)A．原子中絕大部分是“空”的，原子核很小B．電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)的向心力是原子核對它的庫侖力C．原子的全部電荷和質(zhì)量都集中在原子核里D．原子核的直徑的數(shù)量級是10－10 m解題指導(dǎo)：正確理解盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型是解題關(guān)鍵。
解析：因?yàn)樵拥娜空姾珊蛶缀跞抠|(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，而原子核又很小，所以原子內(nèi)絕大部分區(qū)域是“空”的，A正確，C錯誤；電子繞原子核的圓周運(yùn)動是原子核與電子間的庫侖引力提供向心力，B正確；原子核直徑的數(shù)量級是10－15 m，原子直徑的數(shù)量級是　　10－10 m，D錯誤。
　　　　　　　　(多選)(2023·陜西咸陽武功高二下期中)關(guān)于盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容，下列敘述正確的是(　　)A．原子是一個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體B．原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)C．原子正電荷和負(fù)電荷全部集中在一個(gè)很小的核內(nèi)D．原子核半徑的數(shù)量級是10－15 m解析： 原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)，所以A錯誤，B正確；原子的正電荷全部集中在一個(gè)很小的核內(nèi)，負(fù)電荷繞原子核做圓周運(yùn)動，所以C錯誤；原子核半徑的數(shù)量級是10－15 m，所以D正確。
α粒子散射過程中的受力及能量轉(zhuǎn)化情況1．α粒子的受力情況α粒子離原子核越近，庫侖力越大，運(yùn)動加速度越大；反之，則越小。方向：α粒子的受力沿原子核與α粒子的連線，由原子核指向α粒子。
2．庫侖力對α粒子的做功情況(1)當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí)，庫侖力做負(fù)功，電勢能增加。(2)當(dāng)α粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí)，庫侖力做正功，電勢能減小。3．α粒子的能量轉(zhuǎn)化情況僅有庫侖力做功，能量只在電勢能和動能之間相互轉(zhuǎn)化，而總能量保持不變。
答案：2.7×10－14 m
一、電子的發(fā)現(xiàn)1．關(guān)于陰極射線，下列說法正確的是(　　)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．陰極射線可以穿透薄鋁片，這說明它是電磁波D．陰、陽兩極間加有高壓時(shí)，電場很強(qiáng)，陰極中的電子受到很強(qiáng)的庫侖力作用而脫離陰極解析： 陰極射線是由陰極直接發(fā)出的，A錯誤；只有當(dāng)兩極間加有高壓且陰極接電源負(fù)極時(shí)，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，B錯誤，D正確；陰極射線可以穿透薄鋁片，可能是電磁波，也可能是極小的粒子，C錯誤。
2．(多選)(2023·遼寧阜新期末)如圖所示，一只陰極射線管左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方平行放置一通電直導(dǎo)線AB，發(fā)現(xiàn)射線徑跡向下偏，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．若要使射線的徑跡往上偏，可以通過改變AB中的電流方向來實(shí)現(xiàn)D．射線的徑跡與AB中的電流方向無關(guān)
解析： AB中通有的電流在陰極射線管中產(chǎn)生磁場，電子受到洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由左手定則可知，陰極射線管中的磁場方向垂直紙面向里，所以根據(jù)安培定則可知，AB中的電流方向應(yīng)為從B流向 A。當(dāng)AB中的電流方向變?yōu)閺腁 流向 B時(shí)，AB上方的磁場方向變?yōu)榇怪奔埫嫦蛲?，電子所受的洛倫茲力方向變?yōu)橄蛏?，射線的徑跡變?yōu)橄蛏掀D(zhuǎn)。故選BC。
3．(2023·安徽銅陵一中高二下學(xué)期期中)下列說法錯誤的是(　　)A．電子是原子的組成部分B．電子電荷的精確測定最早是由密立根通過著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”實(shí)現(xiàn)的C．電子電荷的數(shù)值約為1.602×10－19 CD．電子質(zhì)量與電荷量的比值稱為電子的比荷解析：電子是原子的組成部分，電子的發(fā)現(xiàn)說明原子是可以再分的，選項(xiàng)A正確；電子電荷的精確測定是由密立根通過著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”做出的，其測得電子電荷的值約為1.602×10－19 C，選項(xiàng)B、C正確；電子的電荷量與質(zhì)量的比值稱為電子的比荷，選項(xiàng)D錯誤。
二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型4．關(guān)于盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是(　　)A．大多數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)B．α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是與電子發(fā)生碰撞C．穿過金箔的過程中，遠(yuǎn)離金原子的帶正電部分時(shí)α粒子電勢能減小D．α粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了湯姆孫關(guān)于原子的結(jié)構(gòu)模型是正確的
解析： 本實(shí)驗(yàn)中只有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，A錯誤；α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是原子的帶正電部分對它有庫侖斥力的作用，故B錯誤；遠(yuǎn)離金原子的帶正電部分時(shí)，α粒子受到庫侖斥力作用，庫侖斥力做正功，α粒子的電勢能減小，故C正確；α粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了湯姆孫的原子模型(棗糕模型)是錯誤的，如果按照“棗糕模型”，不可能出現(xiàn)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，故D錯誤。
5．(多選)(2023·上海師范大學(xué)附屬中學(xué)期末)盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)推測出(　　)A．原子中除了質(zhì)子外還存在中子B．原子的質(zhì)量和其中正電荷是均勻分布的C．原子的結(jié)構(gòu)類似于太陽系的結(jié)構(gòu)D．原子幾乎全部的質(zhì)量和全部正電荷集中在很小的區(qū)域內(nèi)解析： α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子內(nèi)存在一個(gè)集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核，但是α粒子散射實(shí)驗(yàn)不能證明原子核是由質(zhì)子和中子組成的，故A、B錯誤，D正確；盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，該模型和太陽系的結(jié)構(gòu)類似，稱為“行星模型”，故C正確。

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