《高中物理 第3章 原子世界探秘 3.1 電子的發(fā)現(xiàn)及其重大意義 3.2 原子模型的提出導(dǎo)學(xué)案 滬科版選修3-5》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第3章 原子世界探秘 3.1 電子的發(fā)現(xiàn)及其重大意義 3.2 原子模型的提出導(dǎo)學(xué)案 滬科版選修3-5（9頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 學(xué)案1　電子的發(fā)現(xiàn)及其重大意義 學(xué)案2　原子模型的提出 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.知道陰極射線的組成，電子是原子的組成部分.2.了解湯姆生發(fā)現(xiàn)電子的研究方法及蘊(yùn)含的科學(xué)思想.3.了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.4.知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容.5.知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí)，原子的組成及帶電情況． 1．電場和磁場對(duì)電荷的作用力 (1)電場力F＝qE，正電荷受力方向與場強(qiáng)E方向相同，負(fù)電荷受力方向與場強(qiáng)E方向相反． (2)洛倫茲力：磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力F＝qvB，其方向可用左手定則判斷． 2．關(guān)于陰極射線的爭論 圖1 如圖1所示，將

2、陰極射線管的陰極和陽極接上高壓電源后，用真空泵逐漸抽去管內(nèi)的空氣，管內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象，并發(fā)出光來，當(dāng)氣壓降得很低時(shí)，管內(nèi)變暗，不再發(fā)光，但此時(shí)由陰極發(fā)射出的射線，能使熒光物質(zhì)發(fā)光． 3．湯姆生對(duì)陰極射線本質(zhì)的探究 結(jié)論：湯姆生通過實(shí)驗(yàn)得出，陰極射線是一種帶負(fù)電的質(zhì)量很小的粒子，物理學(xué)中稱為電子，電子是原子的組成部分． 4．α粒子散射實(shí)驗(yàn) 絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，有的α粒子偏轉(zhuǎn)角超過90°，極少數(shù)α粒子甚至被反彈回來． 5．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型 核式結(jié)構(gòu)模型：原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子核集中了全部的正電荷和幾

3、乎全部質(zhì)量；帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)． 6．原子核的電荷和尺寸 (1)原子核電荷數(shù)非常接近于它們的原子序數(shù)，與核外電子數(shù)相等． (2)對(duì)于一般原子核，核半徑的數(shù)量級(jí)為10－15 m，而整個(gè)原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10 m. 一、對(duì)陰極射線及電子比荷的研究 [問題設(shè)計(jì)] 如圖2所示為測定陰極射線粒子比荷的裝置，從陰極K發(fā)出的陰極射線通過一對(duì)平行金屬板D1、D2間的勻強(qiáng)電場，發(fā)生偏轉(zhuǎn)． 圖2 (1)在D1、D2間加電場后射線偏到P2，則由電場方向知，該射線帶什么電？ (2)再在D1、D2間加一磁場，電場與磁場垂直，讓射線恰好不偏轉(zhuǎn)．設(shè)電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B

4、，則電子的速度多大？ (3)撤去電場，只保留磁場，使射線在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，若測出軌道半徑為r，則粒子的比荷是多大？ 答案　(1)負(fù)電 (2)粒子受兩個(gè)力作用：電場力和磁場力，兩個(gè)力平衡，即有qE＝qvB，得：v＝ (3)根據(jù)洛倫茲力充當(dāng)向心力：qvB＝m，得出：＝. 又v＝，則＝.測出E、B、r即可求出比荷. [要點(diǎn)提煉] 1．讓陰極射線通過一對(duì)平行板間的勻強(qiáng)電場，根據(jù)偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，證明它是帶負(fù)電的粒子流． 2．當(dāng)板間加電場時(shí)，電子在板間做類平拋運(yùn)動(dòng)． 3．當(dāng)既加電場又加磁場時(shí)，射線不偏轉(zhuǎn)，說明受到的電場力和洛倫茲力平衡． 4.通過實(shí)驗(yàn)：巧妙利用電場力與洛倫茲力平衡，確定了

5、陰極射線的速度，并測量出粒子的比荷． 5．改變陰極材料時(shí)，測得的比荷也相同，這表明這種粒子是多種材料的共同成份． 二、α粒子散射實(shí)驗(yàn)及原子核式結(jié)構(gòu)模型 [問題設(shè)計(jì)] 閱讀課本“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”，說明： (1)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置由幾部分組成？實(shí)驗(yàn)過程是怎樣的？ (2)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)是如何解釋的？ 答案　(1)實(shí)驗(yàn)裝置： ①放射源：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，質(zhì)量為氫原子質(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(dòng)． ④熒光屏：熒光屏裝在放大鏡上． ⑤整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程在

6、真空中進(jìn)行．金箔很薄，α粒子(He)很容易穿過． 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(duì)α粒子有庫侖力作用，一些α粒子會(huì)改變?cè)瓉淼倪\(yùn)動(dòng)方向．帶有放大鏡的熒光屏可以沿圖中虛線轉(zhuǎn)動(dòng)，以統(tǒng)計(jì)向不同方向散射的α粒子的數(shù)目． (2)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋(如圖所示)： 由于原子核很小，大部分α粒子穿過金箔時(shí)都離核很遠(yuǎn)，受到的斥力很小，它們的運(yùn)動(dòng)幾乎不受影響；只有極少數(shù)α粒子從原子核附近飛過，明顯地受到原子核的庫侖斥力而發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)． [要點(diǎn)提煉] 1．α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 (1)絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后沿原來

7、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)有少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角超過90°，甚至有極少數(shù)α粒子被反彈回來． 2．核式結(jié)構(gòu)模型 盧瑟福依據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)． 例1　如圖3所示為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(gè)位置時(shí)，觀察到的現(xiàn)象，下列說法中正確的是(　　) 圖3 A．放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B．放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃

8、光次數(shù)只比A位置時(shí)稍少些 C．放在C、D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光 D．放在D位置時(shí)，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少 解析　根據(jù)α粒子散射現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞了回來”．故本題應(yīng)選擇A、B、D. 答案　ABD 例2　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(gè)核，叫原子核 B．原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中 C．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里 D．帶負(fù)電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn) 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(gè)很小的核，叫做原子

9、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繞著核旋轉(zhuǎn)，由此可見，B選項(xiàng)錯(cuò)誤，A、C、D選項(xiàng)正確． 答案　ACD 電子的發(fā)現(xiàn)和原子的核式結(jié)構(gòu)模型 1．盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的依據(jù)是用α粒子轟擊金箔，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤． α粒子被散射時(shí)只有少數(shù)發(fā)生了較大角度偏轉(zhuǎn)，并且

10、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(xiàng)B正確，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤． 2．盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)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10－10 m C．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)量都集中在原子核里 答案　D 解析　根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后沿原來方向前進(jìn)，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A、C錯(cuò)．而實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能判定原子的大小為10－10 m，B錯(cuò)，故選D. 3．電子所帶電荷量的精確數(shù)值最早是由美國物理學(xué)家密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測得的

11、，他測定了數(shù)千個(gè)帶電油滴的電荷量，發(fā)現(xiàn)這些電荷量都等于某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍，這個(gè)最小電荷量就是電子所帶的電荷量．密立根實(shí)驗(yàn)的原理如圖4所示，A、B是兩塊平行放置的水平金屬板，A板帶正電，B板帶負(fù)電．從噴霧器嘴噴出的小油滴，落到A、B兩板之間的電場中，小油滴由于摩擦而帶負(fù)電，調(diào)節(jié)A、B兩板間的電壓，可使小油滴受到的電場力和重力平衡，已知小油滴靜止處的電場強(qiáng)度是1.92×105 N/C，油滴半徑是1.64×10－4 cm，油的密度是0.851 g/cm3，求：油滴所帶的電荷量；這個(gè)電荷量是電子電荷量的多少倍？(電子電荷量e＝1.6×10－19 C) 圖4 答案　8.02×10－19 C　

12、5 解析　小油滴的質(zhì)量m＝ρV＝ρ·πr3① 由題意知mg＝Eq② 由①②兩式可得： q＝＝ C ＝8.02×10－19 C 小油滴所帶電荷量q是電子電荷量e的≈5倍 [基礎(chǔ)題] 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(cuò)誤的． 2．關(guān)于電子的下列說法中，正確的是(　　) A．發(fā)現(xiàn)電子是從研究陰極射線開始的 B．任何物質(zhì)中均有電子，它

13、是原子的組成部分 C．電子發(fā)現(xiàn)的意義是：使人們認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu) D．電子是帶正電的，它在電場中受到的電場力方向與電場線的切線方向相同 答案　ABC 3．關(guān)于盧瑟福核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容，下列說法中正確的是(　　) A．原子是一個(gè)質(zhì)量均勻分布的球體 B．原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi) C．原子的正電荷全部集中在一個(gè)很小的核內(nèi) D．原子核的半徑約為10－10m 答案　BC 解析　原子由原子核和電子組成，原子核集中了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，原子半徑數(shù)量級(jí)為10－10m，原子核半徑數(shù)量級(jí)為10－15m. 4．α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮

14、電子和α粒子的碰撞影響，是因?yàn)?　　) A．α粒子與電子根本無相互作用 B．α粒子受電子作用的合力為零，是因?yàn)殡娮邮蔷鶆蚍植嫉? C．α粒子和電子碰撞損失能量極少，可忽略不計(jì) D．電子很小，α粒子碰撞不到電子 答案　C 解析　α粒子與電子之間存在著相互作用力，這個(gè)作用力是庫侖引力，但由于電子質(zhì)量很小，只有α粒子質(zhì)量的七千三百分之一，碰撞時(shí)對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)影響極小，幾乎不改變運(yùn)動(dòng)方向，就像一顆子彈撞上一顆塵埃一樣，故正確選項(xiàng)是C. 5．盧瑟福提出原子核式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)是α粒子散射實(shí)驗(yàn)，在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)α粒子穿越金箔后仍然沿著原來的方向運(yùn)動(dòng)，其較為合理的解釋是(　　) A．α

15、粒子穿越金箔時(shí)距離原子核較近 B．α粒子穿越金箔時(shí)距離原子核較遠(yuǎn) C．α粒子穿越金箔時(shí)沒有受到原子核的作用力 D．α粒子穿越金箔時(shí)受到原子核與電子的作用力構(gòu)成平衡力 答案　B 解析　根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)，他認(rèn)為原子的中心有一個(gè)很小的核，聚集了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量．大多數(shù)α粒子穿越金箔時(shí)距離金原子核較遠(yuǎn)，所以受到原子核的作用力較小，仍然沿著原來的方向運(yùn)動(dòng)． 6．在α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(duì)α粒子的(　　) A．萬有引力 B．庫侖力 C．磁場力 D．核力 答案　B 解析　金原子核和α粒

16、子在距離很近時(shí)，產(chǎn)生較大的庫侖力而使少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)． 7．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(shí)的動(dòng)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)其斥力越小，軌道彎曲程度就越小，故選項(xiàng)D正確． [能力題] 8．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是(　　) A．α粒子穿過原子時(shí)，由于α粒子的質(zhì)量比電子大得多，電子不可能使α粒子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生明顯的改變 B．由于絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍按原來方向前進(jìn)，所以使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是在原子中極小的區(qū)域內(nèi)集中著對(duì)α粒子產(chǎn)生庫侖力的正電荷 C．α粒子穿過原子時(shí)，只有少

17、數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是原子核很小，α粒子接近原子核的機(jī)會(huì)很小 D．使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是α粒子穿過原子時(shí)，原子內(nèi)部兩側(cè)的正電荷對(duì)α粒子的斥力不相等 答案　ABC 解析　電子的質(zhì)量很小，當(dāng)和α粒子作用時(shí)，對(duì)α粒子運(yùn)動(dòng)的影響極其微小，A正確．α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子核的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量集中在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)，所以B、C正確，D錯(cuò)誤． 9．若氫原子的核外電子繞核做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則其角速度ω＝________；電子繞核的運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流，則電子運(yùn)動(dòng)的等效電流I＝________.(已知電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，靜電力常量用k表示) 答案　 　　 解析　電子繞核運(yùn)動(dòng)的向心力是庫侖引力提供的 因?yàn)椋絤ω2r，所以ω＝ 其運(yùn)動(dòng)周期為T＝＝ 其等效電流I＝＝ 9