浙江專版2023-2024學(xué)年新教材高中物理新人教版選擇性必修第三冊 4.3 原子的核式結(jié)構(gòu)模型（課件+訓(xùn)練提升）（2份）

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課后·訓(xùn)練提升

基礎(chǔ)鞏固

一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個備選項(xiàng)中只有一個是符合題目要求的)

1.下列事例能說明原子具有核式結(jié)構(gòu)的是()

A.光電效應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

B.湯姆孫研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子

C.盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)

D.康普頓效應(yīng)

答案:C

解析:光電效應(yīng)現(xiàn)象和康普頓效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)都說明光的粒子性,選項(xiàng)A、D錯誤;湯姆孫研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子,說明原子還可以再分,選項(xiàng)B錯誤;盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),從而說明了原子具有核式結(jié)構(gòu),選項(xiàng)C正確。

2.盧瑟福利用鐳源所放出的α粒子作為炮彈,去轟擊金箔原子,測量α粒子的偏轉(zhuǎn)情況。下列敘述符合盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象的是()

A.大多數(shù)α粒子在穿過金箔后發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)

B.少數(shù)α粒子在穿過金箔后幾乎沒有偏轉(zhuǎn)

C.大多數(shù)α粒子在撞到金箔時被彈回

D.極個別α粒子在撞到金箔時被彈回

答案:D

解析:根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)規(guī)律,大多數(shù)α粒子在穿過金箔后沒有偏轉(zhuǎn),少部分發(fā)生了偏轉(zhuǎn),極少數(shù)幾乎原路返回,故選項(xiàng)D正確,A、B、C錯誤。

3.在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),其原因是()

A.原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上

B.正電荷在原子中是均勻分布的

C.原子中存在著帶負(fù)電的電子

D.金箔中的金原子間存在很大的空隙,只有極少數(shù)碰到金原子

答案:A

解析:原子核集中了原子的全部正電荷和絕大部分質(zhì)量,當(dāng)α粒子十分接近原子核時,就會受到很大的庫侖斥力,發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),由于原子核很小,α粒子穿過金箔時接近原子核的機(jī)會很少,所以只有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),選項(xiàng)A正確;若原子的正電荷是均勻分布的,α粒子穿過原子時,它受到原子內(nèi)部兩側(cè)正電荷的斥力大部分互相抵消,使α粒子偏轉(zhuǎn)的力不會很大,不會產(chǎn)生大角度的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象,選項(xiàng)B錯誤;原子中有電子,但電子的質(zhì)量很小,不到α粒子的七千分之一,α粒子碰到它,就像飛行的子彈碰到一粒塵埃一樣,運(yùn)動方向不會發(fā)生明顯的改變,選項(xiàng)C錯誤;實(shí)驗(yàn)中所使用的金箔盡管很薄,但也有上萬層原子,由此可知,少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)顯然不是碰到金原子,選項(xiàng)D錯誤。

4.在α粒子穿過金箔發(fā)生大角度散射的過程中,下列說法正確的是()

A.α粒子一直受到金原子核的斥力作用

B.α粒子的動能不斷減小

C.α粒子的電勢能不斷增大

D.α粒子發(fā)生散射,是與電子碰撞的結(jié)果

答案:A

解析:發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),是因?yàn)槭艿皆雍说膸靵龀饬?電子對α粒子的作用力可以忽略不計,故選項(xiàng)A正確,D錯誤;在散射的過程中,電場力先做負(fù)功再做正功,則動能先減小再增大,而電勢能先增大再減小,故選項(xiàng)B、C錯誤。

5.在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)在α粒子最接近原子核時,關(guān)于描述α粒子的有關(guān)物理量情況正確的是()

A.動能最大

B.勢能最小

C.勢能最大

D.α粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量最小

答案:C

解析:α粒子和金原子核都帶正電,庫侖力表現(xiàn)為斥力,兩者距離減小時,庫侖力做負(fù)功,故α粒子動能減小,電勢能增加,選項(xiàng)A、B錯誤,C正確;系統(tǒng)的能量守恒,選項(xiàng)D錯誤。

二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個備選項(xiàng)中至少有一個是符合題目要求的)

6.關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn),下列敘述正確的是()

A.電子的發(fā)現(xiàn),說明原子是由電子和原子核組成的

B.電子的發(fā)現(xiàn),說明原子具有一定的結(jié)構(gòu)

C.電子是第一種被人類發(fā)現(xiàn)的基本粒子

D.電子的發(fā)現(xiàn),比較好地解釋了物體的帶電現(xiàn)象

答案:BCD

解析:發(fā)現(xiàn)電子之前,人們認(rèn)為原子是不可再分的最小粒子,電子的發(fā)現(xiàn),說明原子有一定的結(jié)構(gòu),但并沒有證明原子核的存在,也不能說明原子是由電子和原子核組成的,故選項(xiàng)A錯誤,B正確;電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一種基本粒子,故選項(xiàng)C正確;物體帶電的過程,就是電子的得失和轉(zhuǎn)移的過程,故選項(xiàng)D正確。

7.關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是()

A.實(shí)驗(yàn)器材:放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡

B.金箔的薄厚對實(shí)驗(yàn)無影響

C.如果改用鋁箔就不能發(fā)生散射現(xiàn)象

D.實(shí)驗(yàn)裝置放在真空中

答案:AD

解析:α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,是用α粒子轟擊很薄的金箔,通過觀察α粒子穿過金箔后的偏轉(zhuǎn)情況,獲得原子結(jié)構(gòu)的信息,為了準(zhǔn)確觀察α粒子的偏轉(zhuǎn)情況,需要熒光屏和顯微鏡能夠圍繞金箔轉(zhuǎn)動,且整個實(shí)驗(yàn)裝置放在真空環(huán)境中,故選項(xiàng)A正確,B錯誤;如果改用鋁箔也能發(fā)生散射現(xiàn)象,只是鋁原子核的質(zhì)量和電荷數(shù)較小,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象沒有用金箔那么明顯,故選項(xiàng)C錯誤;為了避免其他原子的影響,α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)需要在真空條件下完成,故選項(xiàng)D正確。

8.在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,某一α粒子經(jīng)過某一原子核附近時的軌跡如圖中實(shí)線所示,圖中P、Q為軌跡上的點(diǎn),虛線是過P、Q兩點(diǎn)并與軌跡相切的直線,兩虛線和軌跡將平面分為五個區(qū)域,不考慮其他原子核對該α粒子的作用,下面說法正確的是()

A.α粒子受到斥力

B.該原子核的位置可能在①區(qū)域

C.根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算原子核的半徑

D.α粒子在P、Q間的運(yùn)動為勻速圓周運(yùn)動

答案:AC

解析: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,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,故選項(xiàng)A正確;根據(jù)曲線運(yùn)動的物體合力指向曲線內(nèi)側(cè)可知,若原子核的位置在①區(qū)域粒子軌跡將向上偏轉(zhuǎn),故選項(xiàng)B錯誤;α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以用來估算核半徑,故選項(xiàng)C正確;由庫侖力公式F=k可知,由于α粒子在P、Q間運(yùn)動時與原子核的距離變化導(dǎo)致庫侖力大小變化,則α粒子不可能做勻速圓周運(yùn)動,故選項(xiàng)D錯誤。

三、非選擇題

9.如圖所示,讓一束均勻的陰極射線以速率v垂直進(jìn)入正交的電場和磁場中,選擇合適的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電場強(qiáng)度E,帶電粒子將不發(fā)生偏轉(zhuǎn),然后撤去電場,粒子將做勻速圓周運(yùn)動,測得其半徑為R,求陰極射線中帶電粒子的比荷。

答案:

解析:因?yàn)閹щ娏Ｗ釉趶?fù)合場中不偏轉(zhuǎn),所以qE=Bqv,即v=,撤去電場后,粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動,則qvB=m,聯(lián)立可得。

能力提升

一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個備選項(xiàng)中只有一個是符合題目要求的)

1.根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn),盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景如圖所示,圖中實(shí)線表示α粒子的運(yùn)動軌跡。則關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是()

A.圖中大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子的電勢能先減小后增大

B.圖中的α粒子反彈是因?yàn)棣亮Ｗ优c金原子核發(fā)生了碰撞

C.絕大多數(shù)α粒子沿原方向繼續(xù)前進(jìn)說明了帶正電的原子核占據(jù)原子的空間很小

D.根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算原子大小

答案:C

解析:圖中大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子的電場力先做負(fù)功后做正功,則其電勢能先增大后減小,故選項(xiàng)A錯誤;圖中的α粒子反彈是因?yàn)棣亮Ｗ优c金原子核之間的庫侖斥力作用,并沒有發(fā)生碰撞,故選項(xiàng)B錯誤;從絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn),可以推測使粒子受到排斥力的核體積極小,所以帶正電的物質(zhì)只占整個原子的很小空間,故選項(xiàng)C正確;依據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算原子核的大小,故選項(xiàng)D錯誤。

2.下圖為α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置,α粒子打到熒光屏上都會引起閃爍。若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中A、B、C、D四處位置,則這四處位置在相等時間內(nèi)統(tǒng)計的閃爍次數(shù)可能符合事實(shí)的是()

A.1305、25、7、1

B.202、405、625、825

C.1202、1010、723、203

D.1202、1305、723、203

答案:A

解析:由于絕大多數(shù)粒子運(yùn)動方向基本不變,所以A位置閃爍次數(shù)最多,少數(shù)粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn),極少數(shù)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)。符合該規(guī)律的數(shù)據(jù)只有選項(xiàng)A。

3.下圖為密立根油滴實(shí)驗(yàn)裝置,關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的意義下列說法正確的是()

A.研究懸浮油滴所帶電性

B.測量懸浮油滴的電荷量

C.測出了基元電荷的值

D.利用二力平衡測出勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度的大小

答案:C

解析:密立根油滴實(shí)驗(yàn)的目的是測量單一電子的電荷,方法主要是平衡重力與電力,使油滴懸浮于兩片金屬電極之間,并根據(jù)已知的電場強(qiáng)度,計算出油滴的電荷量。重復(fù)對許多油滴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之后,密立根發(fā)現(xiàn)所有油滴的電荷量的值皆為同一數(shù)字的整數(shù)倍,因此認(rèn)定此數(shù)值為單一電子的電荷量的值,即元電荷的值,故選項(xiàng)C正確。

4.下列選項(xiàng)圖為在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,一束α粒子穿越金箔內(nèi)一個金原子的軌跡示意圖,正確的是()

答案:D

解析:選項(xiàng)A中2應(yīng)該比1有較大偏轉(zhuǎn),3應(yīng)該比4有較大偏轉(zhuǎn),故選項(xiàng)A錯誤;選項(xiàng)B中2、3的偏轉(zhuǎn)方向錯誤,故選項(xiàng)B錯誤;選項(xiàng)C中3的偏轉(zhuǎn)方向錯誤,故選項(xiàng)C錯誤;選項(xiàng)D中,2、4發(fā)生了明顯偏轉(zhuǎn),3離核最近,發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),故選項(xiàng)D正確。

二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個備選項(xiàng)中至少有一個是符合題目要求的)

5.1897年英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子,湯姆孫也被稱為“電子之父”。下列關(guān)于電子的說法正確的是()

A.湯姆孫通過對陰極射線在電場和磁場中的運(yùn)動得出了陰極射線是帶負(fù)電的粒子的結(jié)論,并求出了陰極射線的比荷

B.湯姆孫通過對光電效應(yīng)的研究,發(fā)現(xiàn)了電子

C.電子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1836倍

D.湯姆孫通過對不同材料做成的陰極發(fā)出射線的研究,并研究光電效應(yīng)等現(xiàn)象,說明電子是原子的組成部分,是比原子更基本的物質(zhì)單元

答案:AD

解析:湯姆孫根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況斷定陰極射線本質(zhì)上是帶負(fù)電的粒子流,并求出了比荷,從而發(fā)現(xiàn)了電子,故選項(xiàng)A正確,B錯誤;電子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的,故選項(xiàng)C錯誤;湯姆孫發(fā)現(xiàn)用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)研究陰極射線時均發(fā)出同一種粒子——電子,這就說明電子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元,而對光電效應(yīng)等現(xiàn)象的研究更加驗(yàn)證了這一點(diǎn),故選項(xiàng)D正確。

6.根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn),盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線,實(shí)線表示一個α粒子的運(yùn)動軌跡。在α粒子從a運(yùn)動到b、再運(yùn)動到c的過程中,下列說法正確的是()

A.動能先減小,后增大

B.電勢能先減小,后增大

C.電場力先做負(fù)功,后做正功,總功等于零

D.加速度先變大,后變小

答案:ACD

解析:粒子受到斥力作用,從a運(yùn)動到b過程中電場力做負(fù)功,電勢能增加,動能減小,從b運(yùn)動到c過程中,電場力做正功,電勢能減小,動能增加,整個過程中由于a與c在同一等勢線上,則電場力總功為零,故選項(xiàng)A、C正確,B錯誤;根據(jù)點(diǎn)電荷周圍電場可知,距離原子核近的地方電場強(qiáng)度大,故越靠近原子核加速度越大,因此α粒子加速度先變大后變小,故選項(xiàng)D正確。

7.下圖為α粒子散射實(shí)驗(yàn)的示意圖,A點(diǎn)為某α粒子運(yùn)動中離原子核最近的位置,則該α粒子在A點(diǎn)具有()

A.最大的速度

B.最大的加速度

C.最大的動能

D.最大的電勢能

答案:BD

解析:粒子在向原子核靠近時由于受到原子核的斥力作用,速度將越來越小;但由于越靠近原子核電場越強(qiáng),故加速度越大;同時由于電場力做負(fù)功,電勢能增大;而在離開的過程中,電場力做正功,速度開始增大,加速度減小,電勢能減小。故粒子在A點(diǎn)具有最大的加速度和最大的電勢能,而速度和動能最小,故選項(xiàng)A、C錯誤,B、D正確。

三、非選擇題

8.為了測定帶電粒子的比荷,讓這個帶電粒子垂直電場方向飛進(jìn)平行金屬板間,已知勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為E,在通過長為l的兩金屬板間后,測得豎直方向偏離入射點(diǎn)的距離為d,如果在兩板間加垂直于電場方向的勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于粒子的入射方向,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則粒子恰好不偏離原來的方向,求帶電粒子的比荷。

答案:

解析:設(shè)帶電粒子以速度v0垂直電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場

則d=at2=

此帶電粒子垂直入射到正交的電磁場區(qū)域時不發(fā)生偏轉(zhuǎn)

由平衡條件qE=qv0B

解得v0=

可得

聯(lián)立解得。(共61張PPT)

3原子的核式結(jié)構(gòu)模型

課前·基礎(chǔ)認(rèn)知

課堂·重難突破

素養(yǎng)·目標(biāo)定位

隨堂訓(xùn)練

模型方法·素養(yǎng)提升

素養(yǎng)目標(biāo)定位

目標(biāo)素養(yǎng)

1.了解陰極射線及湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的過程。

2.了解原子結(jié)構(gòu)模型建立的歷史過程及各種模型建立的依據(jù)。

3.知道α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。

知識概覽

課前·基礎(chǔ)認(rèn)知

一、電子發(fā)現(xiàn)

1.湯姆孫對陰極射線的研究。

(1)探究方法:根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況,斷定它的帶電性質(zhì),并求出這種粒子的比荷。

(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn),所得比荷的數(shù)值都相同,是氫離子比荷的近兩千倍。

(3)結(jié)論:①陰極射線粒子帶負(fù)電,其電荷量的大小與氫離子大致相同,而質(zhì)量比氫離子小得多,后來組成陰極射線的粒子被稱為電子;②電子是原子的組成部分,是比原子更基本的物質(zhì)單元。

2.電子的電荷量及電荷量子化。

(1)電子電荷量:1910年前后由密立根通過著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”得出,電子電荷的現(xiàn)代值為e=1.602×10-19C。

(2)電荷是量子化的,即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍。

(3)電子的質(zhì)量:me=9.10938356×10-31kg,質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比為=1836。

微思考哪些方法可以判斷運(yùn)動的帶電粒子所帶電荷的正負(fù)

提示:帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場時,正負(fù)電荷的偏轉(zhuǎn)方向不同,偏轉(zhuǎn)方向與電場方向相同(相反)的粒子帶正(負(fù))電,不帶電者不偏轉(zhuǎn)。

帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時,做勻速圓周運(yùn)動,所受的洛倫茲力提供向心力,根據(jù)左手定則可知其電性。

二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型

1.湯姆孫原子模型。

原子是一個球體,正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi),電子鑲嵌其中。

2.α粒子散射實(shí)驗(yàn)。

(1)實(shí)驗(yàn)的裝置:主要由放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡和轉(zhuǎn)動圓盤幾部分組成。

(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:絕大多數(shù)沿原來的方向前進(jìn),少數(shù)發(fā)生了

較大偏轉(zhuǎn),極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。

(3)原子的核式結(jié)構(gòu)的提出。

原子中帶正電部分的體積很小,但幾乎占有全部質(zhì)量,

電子在正電體的外面運(yùn)動。

(4)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋。

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,α粒子就像穿過“一片空地”一樣,無遮無擋,運(yùn)動方向改變很小,因?yàn)樵雍撕苄?所以絕大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

②只有當(dāng)α粒子穿過原子時,十分接近原子核才受到很大的庫侖力作用,偏轉(zhuǎn)角才很大,而這種機(jī)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(jī)會極少。

微探究下圖為盧瑟福所做的α粒子

散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。

(1)該實(shí)驗(yàn)中為什么用金箔作靶子

(2)當(dāng)把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,

哪個位置相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多

提示:(1)金的延展性好,可以做得很薄而且金的原子序數(shù)大,產(chǎn)生的庫侖斥力大,偏轉(zhuǎn)明顯。

(2)在A處相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多。

三、原子核的電荷與尺度

1.原子核的電荷:原子核是由質(zhì)子和中子組成的,原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)。

2.原子核的大小:原子半徑的數(shù)量級為10-10m,原子核半徑的數(shù)量級為10-15m。

微判斷(1)α粒子帶有一個單位的正電荷,質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的2倍。()

(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了湯姆孫的棗糕式原子模型。()

(3)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。()

(4)原子核的電荷數(shù)等于核中的中子數(shù)。()

(5)對于一般的原子,由于原子核很小,所以內(nèi)部十分空曠。

()

×

×

√

×

√

課堂·重難突破

重難歸納

1.對陰極射線的理解。

(1)陰極射線實(shí)際上就是電子流。

(2)陰極射線的來源:若真空度高,陰極射線的粒子主要來自陰極;若真空度不高,粒子還可能來自管中氣體。

(3)陰極射線不是X射線。

一對陰極射線的認(rèn)識

2.對陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識——兩種觀點(diǎn)。

(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粒子流。

3.湯姆孫對陰極射線的研究。

(1)根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況斷定,它的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流,并求出了這種粒子的比荷。

(2)換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn),所得比荷的數(shù)值都相同,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大致相同,而質(zhì)量比氫離子小得多,后來組成陰極射線的粒子被稱為電子。

(1)在如圖所示的演示實(shí)驗(yàn)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

(2)人們對陰極射線的本質(zhì)的認(rèn)識有兩種觀點(diǎn),一種觀點(diǎn)認(rèn)為是一種電磁波,另一種觀點(diǎn)認(rèn)為是帶電微粒。你認(rèn)為應(yīng)如何判斷哪種觀點(diǎn)正確

提示:(1)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)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),說明該射線是由帶電微粒組成的。

典例剖析

在湯姆孫測陰極射線比荷的

實(shí)驗(yàn)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、大小為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)加上一垂直紙面的磁感應(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。

(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。

答案:(1)負(fù)電

(2)垂直紙面向外

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,而與電場力平衡,由左手定則得磁場的方向垂直紙面向外。

(3)設(shè)此射線電荷量為q,質(zhì)量為m,當(dāng)射線在D、G間做勻速直線運(yùn)動時,有qE=Bqv

學(xué)以致用

陰極射線是從陰極射線管的陰極發(fā)出的高速運(yùn)動的粒子流,這些微觀粒子是。若在如圖所示的陰極射線管中部加上垂直于紙面向里的磁場,陰極射線將(選填“向上”“向下”“向里”或“向外”)偏轉(zhuǎn)。

答案:電子向下

解析:陰極射線管的陰極和電源的負(fù)極相連,發(fā)出的高速運(yùn)動的粒子流是電子流;由于電子帶負(fù)電,所以運(yùn)用左手定則時四指應(yīng)指向電子運(yùn)動的反方向,由左手定則可知陰極射線將向下偏轉(zhuǎn)。

重難歸納

1.α粒子散射實(shí)驗(yàn)。

(1)實(shí)驗(yàn)裝置:α粒子源、金箔、顯微鏡和熒光屏。

(2)實(shí)驗(yàn)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(jìn)。

②少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)。

③極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角大于90°,甚至有極個別α粒子被反彈回來。

二α粒子散射實(shí)驗(yàn)和原子的核式結(jié)構(gòu)模型

(3)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)。

①整個實(shí)驗(yàn)過程在真空中進(jìn)行。

②金箔需要做得很薄,α粒子才能穿過。

③使用金箔的原因是金的延展性好,可以做得很薄。另外一點(diǎn)就是金的原子序數(shù)大,α粒子與金核間的庫侖斥力大,偏轉(zhuǎn)明顯。

(4)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,建立了核式結(jié)構(gòu)模型。

2.原子的核式結(jié)構(gòu)模型。

(1)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,它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量,電子在核外空間運(yùn)動。

(2)原子核的電荷與尺度。

3.原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子的棗糕模型的比較。

項(xiàng)目棗糕模型核式結(jié)構(gòu)模型

特點(diǎn)原子是充滿了正電荷的球體,電子均勻鑲嵌在原子球體內(nèi)原子內(nèi)部是非?？諘绲?正電荷集中在一個很小的核里,電子繞核高速旋轉(zhuǎn)

項(xiàng)目棗糕模型核式結(jié)構(gòu)模型

對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋受力α粒子在原子內(nèi)部時,受到的庫侖斥力相互抵消,幾乎為零少數(shù)靠近原子核的α粒子受到的庫侖力大,而大多數(shù)離核較遠(yuǎn)的α粒子受到的庫侖力較小

偏轉(zhuǎn)不會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),更不會被彈回絕大多數(shù)α粒子運(yùn)動方向不變,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)角度超過90°,有的甚至被彈回

分析不符合α粒子散射現(xiàn)象符合α粒子散射現(xiàn)象

湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型為什么被盧瑟福否定掉

提示:按照湯姆孫的“棗糕”原子模型,α粒子如果從原子之間或原子的中心軸線穿過時,它受到周圍的正負(fù)電荷作用的庫侖力是平衡的,α粒子不產(chǎn)生偏轉(zhuǎn);如果α粒子偏離原子的中心軸線穿過,兩側(cè)電荷作用的庫侖力相當(dāng)于一部分被抵消,α粒子偏轉(zhuǎn)很小;如果α粒子正對著電子射來,質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子的電子不可能使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn),更不可能使它反彈。所以α粒子的散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定了湯姆孫的原子模型。

典例剖析

下圖是盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置,

在一個小鉛盒里放有少量的放射性元

素釙,它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射

出,形成很細(xì)的一束射線,射到金箔上,最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點(diǎn)。下列說法正確的是()

A.該實(shí)驗(yàn)是盧瑟福建立核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)

B.該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了湯姆孫原子模型的正確性

C.α粒子與原子中的電子碰撞會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)

D.絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)

A

解析:α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn),少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn),極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)(偏轉(zhuǎn)角度超過90°,有的甚至達(dá)到180°,被反彈回來),是盧瑟福建立核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù),故選項(xiàng)A正確,B、D錯誤;發(fā)生α粒子偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象,主要是由于α粒子和原子核發(fā)生碰撞,故選項(xiàng)C錯誤。

規(guī)律總結(jié)1.分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象時,應(yīng)注意是“絕大多數(shù)”“少數(shù)”還是“極少數(shù)”粒子的行為?！按蠼嵌绕D(zhuǎn)”只是少數(shù)粒子的行為。

2.α粒子散射實(shí)驗(yàn)是得出核式結(jié)構(gòu)模型的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析是建立盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵。通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)這一宏觀探測,間接地構(gòu)建出原子結(jié)構(gòu)的微觀圖景。

學(xué)以致用

(多選)在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,如果兩個具有相同能量的α粒子,從不同大小的角度散射出來,則散射角度大的α粒子()

A.更接近原子核

B.更遠(yuǎn)離原子核

C.受到一個以上的原子核作用

D.受到原子核較大的沖量作用

答案:AD

解析:由于原子的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子核的體積,當(dāng)α粒子穿越某一個原子的空間時,其他原子核距α粒子相對較遠(yuǎn),而且其他原子核對α粒子的作用力也可以近似相互抵消,所以散射角度大的這個α粒子并非由于受到多個原子核作用,選項(xiàng)C錯誤;由庫侖定律可知,α粒子受到的斥力與距離的二次方成反比,α粒子距原子核越近,斥力越大,運(yùn)動狀態(tài)改變越大,即散射角度越大,選項(xiàng)A正確,B錯誤;當(dāng)α粒子受到原子核較大的沖量作用時,速度的變化量就大,則散射角度就大,選項(xiàng)D正確。

模型方法素養(yǎng)提升

對陰極射線的研究——科學(xué)思維培養(yǎng)

方法歸納

1.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(diǎn)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(diǎn)位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)。

2.電子比荷(或電荷量)的測定方法。

根據(jù)電場、磁場對電子的偏轉(zhuǎn)測量比荷(或電荷量),可按以下方法。

(1)讓電子通過正交的電磁場,如圖甲所示,讓其做勻速直線運(yùn)動,根據(jù)二力平衡,即Bqv=qE,得到電子的運(yùn)動速度v=。

如圖所示,陰極射線管中電子束由陰極沿x軸正方向射出,在熒光屏上出現(xiàn)一條亮線,要使該亮線向z軸正方向偏轉(zhuǎn),可加上怎樣的電場或磁場

提示:可加一沿z軸負(fù)方向的電場,電子受沿z軸的正方向電場力作用,將向z軸正方向偏轉(zhuǎn);加一沿y軸負(fù)方向的磁場,根據(jù)左手定則,洛倫茲力方向沿z軸正方向,亮線向z軸正方向偏轉(zhuǎn)。

典例剖析

下圖為湯姆孫用來測定電子比

荷的裝置。當(dāng)極板P和P'間不

加偏轉(zhuǎn)電壓時,電子束打在熒光

屏的中心O點(diǎn)處,形成一個亮點(diǎn);加上偏轉(zhuǎn)電壓U后,亮點(diǎn)偏離到O'點(diǎn),O'點(diǎn)到O點(diǎn)的豎直距離為d,水平距離可忽略不計;此時在P與P'之間的區(qū)域里再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場,調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度,當(dāng)其大小為B時,亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)。已知極板水平方向長度為l1,極板間距為b,極板右端到熒光屏的距離為l2。

(1)求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大小。

(2)推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式。

規(guī)律總結(jié)巧妙運(yùn)用電磁場測定電子比荷

1.當(dāng)電子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動時,qE=qvB,可以測出電子速度的大小。

2.電子在熒光屏上的落點(diǎn)到屏中心的距離等于電子在電場中的偏轉(zhuǎn)位移與電子出電場到屏之間的傾斜直線運(yùn)動偏轉(zhuǎn)位移的和。

3.也可以讓電子勻速通過復(fù)合場進(jìn)入勻強(qiáng)磁場,測出在磁場中的運(yùn)動半徑,進(jìn)而求得電子比荷。

學(xué)以致用

19世紀(jì)后期,對陰極射線的本質(zhì)的認(rèn)識有兩種觀點(diǎn),一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線是電磁輻射,另一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線是帶電粒子。1897年,湯姆孫判斷出該射線的電性,并求出了這種粒子的比荷,為確定陰極射線的本質(zhì)做出了重要貢獻(xiàn)。假設(shè)你是當(dāng)年“陰極射線是帶電粒子”觀點(diǎn)的支持者,請回答下列問題。

(1)如圖所示的真空玻璃管內(nèi),陰極K發(fā)出的粒子經(jīng)加速后形成一細(xì)束射線,以平行于金屬板CD的速度進(jìn)入該區(qū)域,射在屏上O點(diǎn)。如何判斷射線粒子的電性

(2)已知C、D間的距離為d,在C、D間施加電壓U,使極板D的電勢高于極板C,同時施加一個磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,可以保持射線依然射到O點(diǎn),求該勻強(qiáng)磁場的方向和此時陰極射線的速度v。

(3)撤去磁場,射線射在屏上P點(diǎn)。已知極板的長度為l1,極板區(qū)的中點(diǎn)M到熒光屏中點(diǎn)O的距離為l2,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,P到O的距離為y,求該粒子的比荷。

答案:(1)根據(jù)帶電粒子從電場的負(fù)極向正極加速的特點(diǎn)判斷出射線粒子帶負(fù)電

解析:(1)根據(jù)帶電粒子從電場的負(fù)極向正極加速的特點(diǎn),所形成的電場方向由正極指向負(fù)極,即可判斷射線粒子帶負(fù)電。

(2)極板D的電勢高于極板C,形成的電場豎直向上,當(dāng)電子受到的電場力與洛倫茲力平衡時,電子做勻速直線運(yùn)動,亮點(diǎn)重新回復(fù)到中心O點(diǎn),由左手定則可知,磁場方向