新教材人教版高中物理選擇性必修第三冊學案設計-原子的核式結構模型

3．原子的核式構造模型的核式構造模型及原子核的電荷與尺度。2.[科學思維]把握電子的電荷量、原子的核式構造模型，能夠通過科學推理解決相關的問題。3.[科學探究]探究陰極射線的本質，理解α粒子散射試驗，提示試驗本質，得出結論，體會科學家的探究方法，提高觀看與試驗的力氣。4.[科學態(tài)度與責任]通過學習體驗科學家探究科學的艱辛，堅持實事求是的科學態(tài)度，培育樂觀探究科學的興趣。閱讀本節(jié)教材，答復第78頁“問題”并梳理必要的學問點。教P78“問題”提示：這種射線叫陰極射線，本質是電子流。一、電子的覺察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，這種射線命名為陰極射線。湯姆孫的探究方法及結論依據陰極射線在電場和磁場中的偏轉狀況斷定，它的本質是帶負電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷。(3)結論：陰極射線粒子帶負電，其電荷量的大小與氫離子大致一樣，而質量比氫離子小得多，后來組成陰極射線的粒子被稱為電子。換用不同材料的陰極做試驗，所得比荷的數(shù)值都一樣，是氫離子比荷的近兩千倍。(3)結論：陰極射線粒子帶負電，其電荷量的大小與氫離子大致一樣，而質量比氫離子小得多，后來組成陰極射線的粒子被稱為電子。湯姆孫的進一步爭論湯姆孫又進一步爭論了很多現(xiàn)象，證明白電子是原子的組成局部。電子的電荷量及電荷量子化油滴試驗電子電荷量：1910年前后由密立根通過著名的 得出，電子電荷油滴試驗的現(xiàn)代值為＝1.60×1019。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。m＝9.1093835×1031kg

mp＝1me836。說明：陰極射線實質是帶負電的電子流。二、原子的核式構造模型α粒子散射試驗湯姆孫原子模型1898年提出了原子模型，他認為原子是一個球體，正電荷布滿性地均勻分布在整個球體內，電子鑲嵌在球中。α粒子散射試驗①試驗裝置：α粒子源、金箔、放大鏡和熒光屏。②試驗現(xiàn)象：絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進。少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度的偏轉。極少數(shù)α粒子的偏轉角大于90°，甚至有極個別α粒子被反彈回來。3試驗意義：盧瑟福通過α了核式構造模型。盧瑟福的核式構造模型核式構造模型1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個很小的核，叫原子核。它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質量，電子在核外空間運動。三、原子核的電荷與尺度說明：原子半徑與原子核半徑相差十萬多倍，因此原子內部是格外“空曠”的。1．思考推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)陰極射線撞擊玻璃管壁會發(fā)出熒光。電子的電荷量是湯姆孫首先準確測定的。α粒子散射試驗中，大多數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉或反彈。原子中全部正電荷都集中在原子核內。2．(多項選擇)關于電荷的電荷量以下說法正確的選項是( A．電子的電荷量是由密立根油滴試驗測得的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1.6×10－19CD．物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍

(√)(×)(×)(√)ACD[密立根的油滴試驗測出了電子的電荷量為1.6×10－19C，并提出了電荷量子化的觀點，故A、C正確，Be的整數(shù)倍，故D正確。]3．(多項選擇)如以下圖為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射試驗的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中A、B、C、D四個位置時觀看到的現(xiàn)象，下述說法中正確的選項是()放在A位置時，一樣時間內觀看到屏上的閃光次數(shù)最多放在B位置時，一樣時間內觀看到屏上的閃光次數(shù)只比A位置稍少些放在B位置時，一樣時間內觀看到屏上的閃光次數(shù)要比A位置少很多放在C、D位置時，屏上觀看不到閃光AC[α粒子散射試驗中，α粒子穿過金箔后α粒子仍沿原來的方向前進，故A正確；少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉，極少數(shù)α粒子偏轉角度90°，α粒子被反彈回來，B、D錯誤，C正確。]電子的覺察電子的覺察電子所帶電荷量最早是由美國科學家密立根通過油滴試驗測出的。油滴試驗的原理如以下圖，兩塊水平放置的平行金屬板與電源連接電子所帶電荷量最早是由美國科學家密立根通過油滴試驗測出的。油滴試驗的原理如以下圖，兩塊水平放置的平行金屬板與電源連接，上、下板分別帶正、負電荷。油滴從噴霧器噴出后，由于摩擦而帶電，油滴進入上板中心小孔后落到勻強電場中通過顯微鏡可以觀看到油滴的運動狀況。兩金屬板間的距離為d，忽略空氣對油滴的浮力和阻力。摸索究：1．如何判定油滴的電性？m1的油滴恰q為多少？提示：1．因要求油滴勻速運動，電場力與重力平衡，而電場上端為正極，故油滴帶負電。2．mg1＝dU0q，q＝U 。m1gd0(1)電磁波說，代表人物——赫茲，他認為這種射線是一種電磁輻射。(2)粒子說，代表人物——湯姆孫，他認為這種射線是一種帶電粒子流。2．陰極射線帶電性質的推斷方法方法一：在陰極射線所經區(qū)域加上電場，通過打在熒光屏上的亮點的變化和電場的狀況確定帶電的性質。方法二：在陰極射線所經區(qū)域加一磁場，依據亮點位置的變化和左手定則確定帶電的性質。試驗結果依據陰極射線在電場中和磁場中的偏轉狀況，推斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж撾姟щ娪偷蔚碾姾闪慷嫉扔谀硞€最小電荷量的整數(shù)倍，從而證明白電荷是量e?！纠?】如以下圖為湯姆孫用來測定電子比荷的裝置。當極板P和P′間不加偏轉電壓時，電子束打在熒光屏的中心O點處，形成一個亮點；加上偏轉電壓UO′點，O′Od，水平距離可無視不計；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對里的勻強磁場，調整磁感應強度，當其大小為B時，亮點重回到O點。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。求打在熒光屏O點的電子速度的大??；推導出電子比荷的表達式。思路點撥：(1)在復合場中洛倫茲力與電場力是一對平衡力。(2)由類平拋規(guī)律及運動學公式可得表達式。[解析] (1)電子在正交的勻強電場和勻強磁場中做勻速直線運動，有Bev＝U UBbEe＝be，v＝BbOU。Bb1Uel2 Uel1l2(2)d＝2bmv＋bmv·v可得e＝2dbv2 ＝ 2dU 。m Ul1(l1＋2l2) B2bl1(l1＋2l2)[答案](1)U

(2)

2dUBb B2bl1(l1＋2l2)奇異運用電磁場測定電子比荷當電子在復合場中做勻速直線運動時，qE＝qvB，可以測出電子速度的大小。電子在熒光屏上的落點到屏中心的距離等于電子在電場中的偏轉位移與電子出電場到屏之間的傾斜直線運動偏轉位移的和。[[跟進訓練]U加速后進入相互垂直的勻強電場E和勻強磁場B中，覺察離子向上偏轉，要使此離子沿直線穿過電場，則以下說法正確的選項是()增大電場強度E減小磁感應強度B減小加速電壓U，增大電場強度E適當?shù)丶哟蠹铀匐妷篣D [正離子進入相互垂直的勻強電場和勻強磁場區(qū)域中，F(xiàn)＝qE，方向向上，受到的洛倫茲力F

＝qB，方向向下，離子向上偏，說明電場力v洛v大于洛倫茲力，要使離子沿直線運動，須qE＝qvB，則可使洛倫茲力增大或電場力減小，增大洛倫茲力的途徑是增大加速電壓U或增大磁感應強度B，選項D正確。]2．(多項選擇)英國物理學家湯姆孫通過對陰極射線的試驗爭論覺察( A．陰極射線在電場中偏向正極板一側B．陰極射線在磁場中受力狀況跟正電荷受力狀況一樣C．不同材料所產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散射試驗的理解AD[陰極射線實質上就是高速電子流所以在電場中偏向正極板一側選項A正確；由于電子帶負電，所以其受力狀況與正電荷不同，選項B錯誤；不同材料所產生的陰極射線都是電子流，所以它們的比荷是一樣的，選項C錯誤；在湯姆孫試驗證明陰極射線就是帶負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家密立根，D散射試驗的理解如圖為盧瑟福所做的α如圖為盧瑟福所做的α粒子散射試驗裝置的示意圖摸索究：(1)該試驗中為什么用金箔作靶子？A、B、C、D四個位置時，哪個位置一樣時間內觀看到屏上的閃光次數(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，產生的庫侖斥力大，偏轉明顯。(2)A處一樣時間內觀看到屏上的閃光次數(shù)最多。放射源、金箔、熒光屏等，如以下圖?，F(xiàn)象及解釋絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進。大多數(shù)α粒子離金原子核較遠。少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉。發(fā)生較大偏轉的α粒子是由于離金原子核較近，庫侖斥力較大。α90°180°。正對或根本正對著金原子核入射的α粒子在庫侖斥力作用下先減速至較小速度然后反向加速遠離金原子核。試驗的留意事項整個試驗過程在真空中進展。金箔需要做得很薄，α粒子才能穿過。使用金箔的緣由是金的延展性好，可以做得很薄。另外一點就是金的原子序數(shù)大，α粒子與金核間的庫侖斥力大，偏轉明顯?！纠?】在盧瑟福α粒子散射試驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，以下各圖畫出的是其中兩個α粒子經受金箔散射過程的徑跡，其中符合試驗事實的是( )C [α粒子與原子核相互排斥，運動軌跡與原子核越近，庫侖斥力越大，運動方向變化越明顯，C正確。]α粒子散射試驗中的現(xiàn)象時，應留意是“絕大多數(shù)”“少數(shù)”還是“極少數(shù)”粒子的行為?！按蠼嵌绕D”只是少數(shù)粒子的行為。α粒子散射試驗是得出原子核式構造模型的試驗根底，對試驗現(xiàn)象的分析α粒子散射試驗這一宏觀探測，間接地構建出原子構造的微觀圖景。【一題多變】依據上題，可以證明什么？[解析] 證明原子內存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質量的核叫原子核。[[跟進訓練]3．(多項選擇)關于α粒子散射試驗，以下說法正確的選項是( )A．該試驗在真空環(huán)境中進展B．帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內的不同方向上移動C．熒光屏上的閃光是散射的α粒子打在熒光屏上形成的D．熒光屏只有正對α粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光ABC[由于α粒子有很強的電離作用，其穿透力氣很弱，所以該試驗要在真空中進展，選項A正確；α粒子打在熒光屏上會有閃光，為了觀看大角度散射，帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內的不同方向上移動選項BC正確選項D錯誤。]原子的核式構造模型與原子核的組成1909～1911年英籍物理學家盧瑟福指導其學生做了用α粒子轟擊金箔的試驗。他覺察絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，少數(shù)α粒子卻發(fā)生了較大角度的偏轉，極少數(shù)α粒子偏轉角度超過了90°，有的甚至被彈回。這就是粒子散射試驗。為了解釋這個結果，1911年提出了原子的核式構造模型：在原子的中心有一個很小的核，叫作原子核，原子的幾乎全部質量都集中在原子核里(以下公式或數(shù)據為：原子的核式構造模型與原子核的組成kQ點電荷的電勢U＝r，k＝9.0×109N·m2/C2，金原子序數(shù)為79，αmα＝6.65×10－27kg，αv＝1.6×107m/s，e＝1.6×10－19C)。請?zhí)骄浚?1)如何測定金原子核的半徑大小？(2)請估算金原子核的大小(保存一位有效數(shù)字)?提示：(1)α0時，α粒子與金原子核間的距離最小，這個距離近似認為等于金原子核的半徑。1 2keQ 4keQ(2)此過程中動能轉化為電勢能由2mαv2＝r 得r＝m－14m。原子的核式構造與原子的棗糕模型的根本區(qū)分。

r＝4×10vα2v核式構造 棗糕模型小的核里

電子繞核高速旋轉

原子是布滿了正電荷的球體電子均勻嵌在原子球體內原子內的電荷關系：原子核的電荷數(shù)即核內質子數(shù)，與核外的電子數(shù)相等。原子核的組成：原子核由質子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核的質子數(shù)。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，兩者相差10萬倍之多?！纠?】(多項選擇)關于原子的核式構造學說，以下說法正確的選項是( A．原子中絕大局部是“空”的，原子核很小B．電子在核外繞核旋轉的向心力是原子核對它的庫侖力C．原子的全部正電荷和質量都集中在原子核里D．原子核的直徑約是10－10m思路點撥：(1)原子中心有很小的原子核集中了全部正電荷和幾乎全部質量。(2)電子在核外繞核運動。[跟進訓練]AB[由于原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核內而原子核又很小，所以原子內絕大局部區(qū)域是“空”的，選項A正確，C錯誤；電子繞原子核的圓周運動是原子核與電子間的庫侖力供給向心力，選項B正確；原子核半徑10－15m，10－10m，D[跟進訓練]4．(多項選擇)盧瑟福對α粒子散射試驗的解釋是( )α粒子產生偏轉的主要緣由是原子中電子對α粒子的作用力α粒子產生偏轉的力是庫侖力原子核很小，α粒子接近它的時機很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來的方向前進能產生大角度偏轉的α粒子是穿過原子時離原子核近的α粒子物理觀念：電子、陰極射線、盧瑟福的核式構造模型?？茖W思維：能用電子的理論、α粒子散射試驗及核式構造解決相關問題?？茖W方法：試驗法、模型法、假設法。BCD [原子核帶正電，α粒子之間存在庫侖力，α粒子靠近原子核時受庫侖力而偏轉，電子對它的影響可無視，故A錯誤，B正確；由于原子核格外小絕大多數(shù)粒子經過時離核較遠，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，方向轉變較多物理觀念：電子、陰極射線、盧瑟福的核式構造模型?？茖W思維：能用電子的理論、α粒子散射試驗及核式構造解決相關問題?？茖W方法：試驗法、模型法、假設法。1．(多項選擇)X射線的“光子”不帶電，假設陰極射線像X射線一樣，則以下說法正確的選項是( )A．陰極射線管內的高電壓不能夠對其加速而增加能量B．陰極射線通過偏轉電場不會發(fā)生偏轉C．陰極射線通過磁場方向確定不會發(fā)生轉變D．陰極射線通過偏轉電場能夠轉變方向ABC[由于X射線的“光子”不帶電，故電場、磁場對X射線不產生作用力，A、B、C正確。]2．(多項選擇)關于電子的覺察，以下表達中正確的選項是( A．電子的覺察，說明原子是由電子和原子核組成的B．電子的覺察，說明原子具有確定的構造C．電子是第一種被人類覺察的微觀粒子D．電子的覺察，比較好地解釋了物體的帶電現(xiàn)象BCD[覺察電子之前，人們認為原子是不行再分的最小粒子，電子的覺察，說明原子有確定的構造，B正確；電子是人類覺察的第一種微觀粒子，C正確；物體帶電的過程，就是電子的得失和轉移的過程，D正確。]3．(多項選擇)對α粒子散射試驗裝置的描述，你認為正確的有( A．試驗器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡B．金箔的厚度對試驗無影響