高中物理人教版5第十八章原子結(jié)構(gòu)1電子的發(fā)現(xiàn) 第十八章學(xué)案

1電子的發(fā)現(xiàn)2原子的核式結(jié)構(gòu)模型[目標(biāo)定位]1.知道陰極射線是由電子組成的，電子是原子的組成部分，知道電子的電荷量和比荷.2.知道α粒子散射實驗的實驗方法和實驗現(xiàn)象及盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容.3.能說出原子和原子核大小的數(shù)量級．一、陰極射線1．實驗：如圖18－1、2－1所示，圖18－1、2－1真空玻璃管中K是金屬板制成的陰極，接感應(yīng)線圈的負(fù)極，A是金屬環(huán)制成的陽極，在K、A間加近萬伏的高電壓，可觀察到玻璃壁上淡淡的熒光及管中物體在玻璃壁上的影．2．陰極射線：熒光的實質(zhì)是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線被命名為陰極射線．二、電子的發(fā)現(xiàn)1．讓陰極射線分別通過電場或磁場，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況，證明了它的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流，并求出其比荷．2．密立根通過著名的“油滴實驗”精確地測出了電子電荷．電子電荷量一般取e＝×10－19__C，電子質(zhì)量me＝×10－31__kg．想一想電子發(fā)現(xiàn)的重大意義是什么？答案電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個比原子小的粒子．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)．從此，原子物理學(xué)飛速發(fā)展，人們對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識進入了一個新時代．三、α粒子散射實驗1．α粒子從放射性物質(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)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7300倍．2．實驗結(jié)果絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本沿原方向前進．少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角甚至大于90°.3．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個很小的核，叫原子核．它集中了全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外空間運動．四、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．原子核的大小對于一般的原子核，實驗確定的原子核半徑R的數(shù)量級為10－15m，而整個原子半徑的數(shù)量級是10－10m．因而原子內(nèi)部十分“空曠”．一、探究電子發(fā)現(xiàn)的歷程1．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)．5．密立根通過“油滴實驗”精確測定了電子的電荷量和電子的質(zhì)量．例1湯姆孫對陰極射線的探究，最終發(fā)現(xiàn)了電子，由此被稱為“電子之父”，關(guān)于電子的說法正確的是()A．電子是原子核的組成部分B．電子電荷的精確測定最早是由密立根通過著名的“油滴實驗”實現(xiàn)的C．電子電荷量的數(shù)值約為×10－19CD．電子質(zhì)量與電荷量的比值稱為電子的比荷答案BC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．電子的電荷量與質(zhì)量的比值稱為電子的比荷，也叫荷質(zhì)比．二、對α粒子散射實驗的理解1．裝置：放射源、金箔、熒光屏等，如圖18－1、2－2所示．圖18－1、2－22．現(xiàn)象：(1)絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進．(2)少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)．(3)極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的幾乎達(dá)到180°.3．注意事項：(1)整個實驗過程在真空中進行．(2)α粒子是氦原子核，體積很小，金箔需要做得很薄，α粒子才能穿過．4．湯姆孫的原子模型不能解釋α粒子的大角度散射圖18－1、2－3例2如圖18－1、2－3為盧瑟福所做的α粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，下述說法中正確的是()A．相同時間內(nèi)在A時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．相同時間內(nèi)在B時觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A時稍少些C．放在D位置時屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少D．放在C、D位置時屏上觀察不到閃光答案ABC解析在盧瑟福α粒子散射實驗中，α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來的方向前進，故A正確；少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度大于90°，極個別α粒子反彈回來，所以在B位置只能觀察到少數(shù)的閃光，在C、D兩位置能觀察到的閃光次數(shù)極少，故D錯，B、C對．借題發(fā)揮解決α粒子散射實驗問題的技巧(1)熟記裝置及原理．(2)理解建立核式結(jié)構(gòu)模型的要點．①核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯改變．②湯姆孫的原子模型不能解釋α粒子的大角度散射．③少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些α粒子在原子中的某個地方受到了質(zhì)量、電量均比它本身大得多的物體的作用．④絕大多數(shù)α粒子在穿過厚厚的金原子層時運動方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的，原子的質(zhì)量、電量都集中在體積很小的核內(nèi)．針對訓(xùn)練1(2023·福建高考)在盧瑟福α粒子散射實驗中，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α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是()答案C解析α粒子與原子核相互排斥，A、D錯；運動軌跡與原子核越近，力越大，運動方向變化越明顯，B錯，C對．三、盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型1．內(nèi)容：在原子中心有一個很小的核，叫原子核．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核內(nèi)，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)．2．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，如果離核較遠(yuǎn)，受到原子核的斥力很小，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穿過時，才受到很大的庫侖力作用，偏轉(zhuǎn)角才很大，而這種機會很少．(3)如果α粒子正對著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°，這種機會極少，如圖18－1、2－4所示．圖18－1、2－43．?dāng)?shù)量級：原子的半徑數(shù)量級為10－10m，原子核半徑的數(shù)量級為10－15m，原子核的半徑只相當(dāng)于原子半徑的十萬分之一，體積只相當(dāng)于原子體積的10－15.例3下列對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識中，錯誤的是()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)，向心力為庫侖力C．原子的全部正電荷都集中在原子核里D．原子核的直徑大約為10－10m答案D解析盧瑟福α粒子散射實驗的結(jié)果否定了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的湯姆孫模型，盧瑟福提出了關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，并估算出原子核直徑的數(shù)量級為10－15m，而原子直徑的數(shù)量級為10－10m，是原子核直徑的十萬倍，所以原子內(nèi)部是十分“空曠”的，核外帶負(fù)電的電子由于受到帶正電的原子核的庫侖引力而繞核旋轉(zhuǎn)，所以本題應(yīng)選D.針對訓(xùn)練2在盧瑟福α粒子散射實驗中，只有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是()A．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里B．正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的C．原子中存在著帶負(fù)電的電子D．原子的質(zhì)量在原子核內(nèi)是均勻分布的答案A解析本題考查了學(xué)生對α粒子散射實驗結(jié)果與原子的核式結(jié)構(gòu)關(guān)系的理解．原子的核式結(jié)構(gòu)正是建立在α粒子散射實驗結(jié)果基礎(chǔ)上的，C、D的說法沒有錯，但與題意不符．電子的發(fā)現(xiàn)及對電子的認(rèn)識1．關(guān)于陰極射線的性質(zhì)，判斷正確的是()A．陰極射線帶負(fù)電B．陰極射線帶正電C．陰極射線的比荷比氫原子比荷大D．陰極射線的比荷比氫原子比荷小答案AC解析通過讓陰極射線在電場、磁場中的偏轉(zhuǎn)的研究發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電，其比荷比氫原子的比荷大得多，故A、C正確．2．陰極射線從陰極射線管中的陰極發(fā)出，在其間的高電壓下加速飛向陽極，如圖18－1、2－5所示．若要使射線向上偏轉(zhuǎn)，所加磁場的方向應(yīng)為()圖18－1、2－5A．平行于紙面向左B．平行于紙面向上C．垂直于紙面向外D．垂直于紙面向里答案C解析由于陰極射線的本質(zhì)是電子流，陰極射線方向向右傳播，說明電子的運動方向向右，相當(dāng)于存在向左的電流，利用左手定則，使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上，由此可知磁場方向應(yīng)為垂直于紙面向外，故選項C正確．α粒子散射實驗的理解3．在α粒子的散射實驗中，使少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的作用力是原子核對α粒子的()A．萬有引力B．庫侖力C．磁場力D．核力答案B原子的核式結(jié)構(gòu)模型4．盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)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質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)D．帶負(fù)電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn)答案ACD解析盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容是：在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)，由此可見，B選項錯誤，A、C、D選項正確．5．盧瑟福對α粒子散射實驗的解釋是()A．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要原因是原子中電子對α粒子的作用力B．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力C．原子核很小，α粒子接近它的機會很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來的方向前進D．能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是穿過原子時離原子核近的α粒子答案BCD解析原子核帶正電，與α粒子間存在庫侖力，當(dāng)α粒子靠近原子核時受庫侖力而偏轉(zhuǎn)，電子對它的影響可忽略，故A錯、B對；由于原子核非常小，絕大多數(shù)粒子經(jīng)過時離核較遠(yuǎn)因而運動方向幾乎不變，只有離核很近的α粒子受到的庫侖力較大，方向改變較多，故C、D對．題組一電子的發(fā)現(xiàn)及對電子的認(rèn)識1．關(guān)于陰極射線的本質(zhì)，下列說法正確的是()A．陰極射線本質(zhì)是氫原子B．陰極射線本質(zhì)是電磁波C．陰極射線本質(zhì)是電子D．陰極射線本質(zhì)是X射線答案C解析陰極射線是原子受激發(fā)射出的電子，關(guān)于陰極射線是電磁波、X射線都是在研究陰極射線過程中的一些假設(shè)，是錯誤的．2．關(guān)于陰極射線，下列說法正確的是()A．陰極射線就是稀薄氣體導(dǎo)電的輝光放電現(xiàn)象B．陰極射線是在真空管內(nèi)由陰極發(fā)出的電子流C．陰極射線是組成物體的原子D．陰極射線沿直線傳播，但可被電場、磁場偏轉(zhuǎn)答案BD解析陰極射線是在真空管中由陰極發(fā)出的電子流，B正確，A錯誤；電子是原子的組成部分，C錯誤；電子可被電場、磁場偏轉(zhuǎn)，D正確．3．關(guān)于電荷的電荷量下列說法錯誤的是()A．電子的電量是由密立根油滴實驗測得的B．物體所帶電荷量可以是任意值C．物體所帶電荷量最小值為×10－19CD．物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍答案B解析密立根的油滴實驗測出了電子的電量為×10－19C，并提出了電荷量子化的觀點，因而A對，B錯，C對；任何物體的電荷量都是e的整數(shù)倍，故D對．因此選B.4．如圖18－1、2－6是陰極射線管示意圖．接通電源后，陰極射線由陰極沿x軸正方向射出，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()圖18－1、2－6A．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軸正方向答案B解析若加磁場，由左手定則可知，所加磁場方向沿y軸正方向，B正確；若加電場，因電子向下偏轉(zhuǎn)，則電場方向沿z軸正方向．題組二對α粒子散射實驗的理解5．盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型的依據(jù)是用α粒子轟擊金箔，實驗中發(fā)現(xiàn)α粒子()A．全部穿過或發(fā)生很小偏轉(zhuǎn)B．絕大多數(shù)穿過，只有少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，有的甚至被彈回C．絕大多數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回，只有少數(shù)穿過D．全部發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)答案B解析盧瑟福的α粒子散射實驗結(jié)果是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，故選項A錯誤．α粒子被散射時只有少數(shù)發(fā)生了較大角度偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90°，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°，故選項B正確，選項C、D錯誤．6．如圖所示，X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它們?nèi)肷鋾r的動能相同，其偏轉(zhuǎn)軌道可能是圖中的()答案D解析α粒子離金核越遠(yuǎn)，其所受斥力越小，軌道彎曲的就越小，故D對．7．當(dāng)α粒子穿過金箔發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的過程中，下列說法正確的是()A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用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粒子一直受到庫侖斥力，速度一直減小答案B解析α粒子與金原子核帶同種電荷，兩者相互排斥，故A、C錯誤，B正確；α粒子在靠近金原子核時斥力做負(fù)功，速度減小，遠(yuǎn)離時斥力做正功，速度增大，故D錯誤．題組三盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型8．盧瑟福的α粒子散射實驗的結(jié)果顯示了下列哪些情況()A．原子內(nèi)存在電子B．原子的大小為10－10mC．原子的正電荷均勻分布在它的全部體積上D．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)答案D解析根據(jù)α粒子散射實驗現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后沿原來方向前進，少數(shù)發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過90°，可知C錯，A與題意不符；而實驗結(jié)果不能判定原子的大小為10－10m，B錯，故選D.9．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．原子的正電荷和負(fù)電荷全部集中在一個很小的核內(nèi)D．原子半徑的數(shù)量級是10－10m，原子核半徑的數(shù)量級是10－15m答案BD解析根據(jù)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，可知選項B、D正確．10．α粒子散射實驗中，當(dāng)α粒子最接近原子核時，α粒子符合下列哪種情況()A．動能最小B．勢能最小C．α粒子與金原子組成的系統(tǒng)的能量小D．所受原子核的斥力最大答案AD解析該題考查了原子的核式結(jié)構(gòu)、動能、電勢能、庫侖定律及能量守恒等知識點．α粒子在接近金原子核的過程中，要克服庫侖斥力做功，動能減少，電勢能增加，兩者相距最近時，動能最小，電勢能最大，總能量守恒．根據(jù)庫侖定律，距離最近時，斥力最大．11．已知金的原子序數(shù)為79，α粒子離金原子核的最近距離為10－13m，則α粒子離金核最近時受到的庫侖力多大？對α粒子產(chǎn)生的加速度多大？已知α粒子的電荷量qα＝2e，質(zhì)量mα＝×10