新课标创新人教物理选修第十八章第节电子的发现原子的核式结构模型

1、一、电子的发现1阴极射线(1)实验研究如图所示，真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，接感应圈的负极，A是金属环制成的阳极，接感应圈的正极，接电源后，感应圈会产生近万伏的高电压加在两极间。可观察到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影子。(2)阴极射线荧光的实质是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴极射线。(3)阴极射线的特点在真空中沿直线传播；碰到物体可使物体发出荧光。(4)对阴极射线认识的两种观点电磁辐射；带电微粒。2电子的发现(1)汤姆孙的探究方法让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转现象，证明它是带负电的粒子流并求出了其比荷；换用不同的阴极做实验，所得比荷的

2、数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍；汤姆孙研究的新现象：如光电效应、热离子发射效应和射线等。发现不论阴极射线、射线、光电流还是热离子流，它们都包含电子。(2)结论说明1汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，发现了阴极射线就是电子流。2电子是构成物质的基本粒子，任何物质中都有电子。判一判1英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射()2组成阴极射线的粒子是电子()3电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值()二、原子的结构1汤姆孙的原子模型汤姆孙于1898年提出一种模型。他认为，原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，图中的小圆点代表正电荷，大圆点代表电子

3、。有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。2原子的核式结构模型(1)粒子散射实验粒子：是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍；实验装置如图所示(俯视)，整个装置放在真空中，其中：R：放射源释放粒子；F：厚度极小的金箔；M：带有荧光屏S的放大镜，能够围绕金箔F在水平面内转动，观察不同方向上的粒子的散射情况；实验结果：绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90，也就是说它们几乎被“撞了回来”；实验意义：卢瑟福通过粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了原子

4、的核式结构模型。(2)原子的核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核，它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。注意1粒子散射实验并不能观察到原子的实际结构，它只能通过粒子通过金箔时的散射情况，推断出金原子的核式结构模型。2卢瑟福的原子核式结构模型是比汤姆孙枣糕模型更科学的原子模型，但不是最科学的模型。随着人们认识水平的不断提高，原子结构模型也在不断更新。,选一选多选如图为卢瑟福所做的粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一直分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下列说法中正确的是()A相同时间内在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B相同时间内在

5、B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时稍少些C放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少D放在C、D位置时屏上观察不到闪光解析：选AC在卢瑟福粒子散射实验中，粒子穿过金箔后，绝大多数粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数粒子发生大角度偏转，极少数粒子偏转角度大于90，极个别粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、D错误，C正确。1.让粒子通过正交的电磁场(如图所示)，让其做直线运动，根据二力平衡，即F洛F电(BqvqE)，得到粒子的运动速度veq f(E,B)。2在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图所示)，保留磁场让粒子单纯地在磁场

6、中运动，由洛伦兹力提供向心力即Bqveq f(mv2,r)，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvBmeq f(v2,r)得，eq f(q,m)eq f(v,Br)eq f(E,B2r)。典型例题例1.在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑。若在D、G间加上方向向下，场强为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏

7、转角为。试解决下列问题：(1)说明阴极射线的电性；(2)说明所加磁场沿什么方向；(3)根据L、E、B和，求出阴极射线的比荷。解析(1)由于匀强电场方向向下，而阴极射线向上偏转，因此其所受电场力方向向上，即电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电。(2)由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里。(3)设此射线带电量为q，质量为m，当射线在DG间做匀速直线运动时，有qEBqv当射线在DG间的磁场中偏转时(如图所示)，有Bqveq f(mv2,r)同时又有Lrsin 联立以上各式解得eq f(q,m)eq f(Esin ,B2L)答案(1)负电(2)垂直纸面

8、向里(3)eq f(Esin ,B2L)点评运用电磁场测定电子比荷的解题技巧1当电子在复合场中做匀速直线运动时，qEqvB，可以测出电子速度大小。2当电子在磁场中偏转时，qvBmeq f(v2,r)，测出圆周运动半径，即可确定比荷。3当电子在匀强电场中偏转时，yeq f(1,2)at2eq f(qUL2,2mvoal(2,0)d)，测出电场中的偏转量也可以确定比荷。即时巩固1如图所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的平行板电容器中，出电场时打在屏上P点，经测量OP距离为Y0，求电子的比荷。解析：由于电子在电场中做类平抛运动，沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动，

9、满足Y0eq f(1,2)at2eq f(1,2)eq f(ef(U,d),m)eq blc(rc)(avs4alco1(f(l,v0)2eq f(eUl2,2dmvoal(2,0)，则eq f(e,m)eq f(2dY0voal(2,0),Ul2)。答案：eq f(2dY0voal(2,0),Ul2)1.实验装置(1)放射源：放出粒子(eq oal(4,2)He)。(2)金箔：靶子。(3)显微镜、荧光屏(可转动)：观察工具。2实验注意事项(1)整个实验过程需在真空中进行。(2)粒子是氦核，本身很小，金箔需很薄，粒子才能很容易穿过。(3)实验中用的是金箔而不是铝箔，这是因为金的原子序数大，粒子

10、受到金核库仑力大，偏转明显；另外金的延展性好，容易做成极薄的金箔。3卢瑟福的核式结构模型对粒子散射分析(1)分布情况：原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的。(2)受力情况：少数粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；大多数粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。(3)偏转情况：绝大多数粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于粒子很小)；少数粒子发生大角度偏转，甚至被弹回；如果粒子几乎正对着原子核射来，偏转角就几乎达到180，这种机会极少。典型例题例2.多选(2016南京高二检测)根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的粒子散射

11、图景，图中实线表示粒子运动轨迹。其中一个粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，粒子在b点时距原子核最近。下列说法正确的是()A卢瑟福在粒子散射实验中发现了电子B粒子出现较大角度偏转的原因是粒子运动到b时受到的库仑斥力较大C粒子从a到c的运动过程中电势能先变小后变大D粒子从a到c的运动过程中加速度先变大后变小解析汤姆孙在对阴极射线的探究中发现了电子，A错误；粒子出现大角度偏转的原因是靠近原子核时受到较大的库仑斥力作用，B正确；粒子从a到c受到的库仑力先增大后减小，加速度先变大后变小，电势能先变大后变小，C错误，D正确。答案BD点评解决有关粒子散射问题应注意的事项1核外电子不会使粒子的速度发生明显

12、改变。2汤姆孙模型不能解释粒子的大角度散射。3少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用。4绝大多数粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的。原子的质量、电量都集中在体积很小的核上。即时巩固2在卢瑟福进行的粒子散射实验中，少数粒子发生大角度偏转的原因是()A正电荷在原子中是均匀分布的B原子的正电荷以及绝大部分质量都集中在一个很小的核上C原子中存在带负电的电子D原子核中有中子存在 解析：选B粒子散射实验证明了原子的核式结构模型，卢瑟福认为只有原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小

13、的区域，才有可能出现粒子的大角度散射，选项B正确。1关于阴极射线，下列说法正确的是()A阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象B阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流C阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的D阴极射线就是X射线解析：选C阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故A、B错误；最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线，故C正确；阴极射线本质是电子流，故D错误。2多选(2016烟台高二检测)如图是电子射线示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是()A加一磁场，磁场

14、方向沿z轴正方向B加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C加一电场，电场方向沿z轴正方向D加一电场，电场方向沿y轴正方向解析：选BC由于电子沿x轴正方向运动，使电子射线向下偏转，则所受洛伦兹力方向向下，由左手定则可知磁场方向应沿y轴正方向；若加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，电场方向应沿z轴正方向，故B、C正确。3卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是()解析：选D粒子轰击金箔后偏转，越靠近金箔，偏转的角度越大，A、B、C错误，D正确。4多选用粒子轰击金箔，粒子在接近金原子核时发生偏转的情况如图所示，则粒子的路径可能是()AaBbCc Da、b、c都是不可能的

15、解析：选AC粒子散射的原因是原子核对其有库仑斥力的作用，离核越近，斥力越大，偏转越明显，当正好击中原子核时，由于粒子质量较小而反弹。5如图所示，让一束均匀的阴极射线垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B和电场强度E，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，测得其半径为R，求阴极射线中带电粒子的比荷。解析：因为穿过正交的电磁场时带电粒子不偏转，所以受到的电场力与洛伦兹力平衡，即qEqBv，所以veq f(E,B)，撤去电场后，粒子进入磁场后做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力qvBmeq f(v2,R)，所以，其半径为Req f(mv,qB)。解得eq f(q,m)eq

16、f(E,RB2)。答案：eq f(E,RB2)基础练一、选择题1多选1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子并被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是()A汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷B汤姆孙通过光电效应的研究，发现了电子C电子的质量是质子质量的1 836倍D汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更小的基本的物质单元解析：选AD由汤姆孙发现电子的过程可知A、D正确，B错误；质子的质量是电子质量的1 836倍，C错误。2卢瑟福利用镭源所放出的粒子，作为炮弹去轰击金箔

17、原子，测量散射粒子的偏转情况。下列叙述中符合卢瑟福的粒子散射事实的是()A大多数粒子在穿过金箔后发生明显的偏转B少数粒子在穿过金箔后几乎没有偏转C大多数粒子在撞到金箔时被弹回D极个别粒子在撞到金箔时被弹回解析：选D根据粒子散射实验规律，易判定只有D符合实验事实。3多选英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现()A阴极射线在电场中偏向正极板一侧B阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量解析：选AD阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确；由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，B错误；不

18、同材料所产生的阴极射线都是电子，所以它们的比荷是相同的，C错误；在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，D正确。4关于粒子散射实验，下列说法中正确的是()A绝大多数粒子经过金箔后，发生了角度很大的偏转B粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少C粒子远离原子核的过程中，动能增大，电势能也增大D对粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小解析：选D由于原子核占整个原子很小的一部分，十分接近核的粒子很少，所以绝大多数粒子几乎不偏转，A错误；由粒子散射实验数据，卢瑟福估算出了原子核的大小，D正确；粒子接近原子核的过程中，克服

19、库仑力做功，所以动能减小，电势能增大，远离原子核时，库仑力做正功，动能增大，电势能减小，B、C错误。5多选(2016佛山高二检测)用粒子撞击金原子核发生散射，图中关于粒子的运动轨迹正确的是()Aa Bb Cc Dd解析：选CD粒子受金原子核的排斥力，方向沿两者的连线方向，运动轨迹弯向受力方向的一侧，A、B均错误；离原子核越近，粒子受到的斥力越大，偏转越大，C、D正确。二、非选择题6如图所示，M、N为原子核外的两个等势面，已知UNM100 V。一个粒子以2.5105 m/s的速率从等势面M上的A点运动到等势面N上的B点，求粒子在B点时速度的大小。(已知m6.641027 kg)解析：粒子从A点运

20、动到B点，库仑力做的功WABqUMNqUNM，由动能定理WABeq f(1,2)mveq oal(2,B)eq f(1,2)mveq oal(2,A)，故vB eq r(voal(2,A)f(2qUNM,m) eq r(2.521010f(221.61019100,6.641027) m/s2.3105 m/s答案：2.3105 m/s提能练一、选择题1向荧光屏上看去，电子向我们飞来，在偏转线圈中通过如图所示的电流，电子的偏转方向为()A向上 B向下C向左 D向右解析：选A根据安培定则，偏转线圈右侧为N极、左侧为S极，在环内产生水平向左的匀强磁场，利用左手定则可知，电子向上偏转，选项A正确。2

21、(2016广州高二检测)在卢瑟福的粒子散射实验中，某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示。图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域。不考虑其他原子核对该粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是()A可能在区域B可能在区域C可能在区域D可能在区域解析：选A粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的粒子产生斥力，故原子核不会在区域；若原子核在、区域，粒子会向区域偏 ；若原子核在区域，可能会出现题图所示的轨迹，故应选A。3多选如图所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹往下偏，则

22、()A导线中的电流由A流向BB导线中的电流由B流向AC若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现D电子束的径迹与AB中的电流方向无关解析：选BC电子束的粒子带负电，由左手定则判断可知管内磁场垂直纸面向里，由安培定则可知AB中电流的方向由B向A；AB中的电流方向改变时可以使电子束的径迹往上偏，故B、C正确。4粒子散射实验中，不考虑电子和粒子的碰撞影响，是因为()A粒子与电子根本无相互作用B粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的C粒子受电子碰撞损失能量极少，可忽略不计D电子很小，粒子碰撞不到电子解析：选C粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有粒子质量的eq f(1,7 300)，碰撞时对粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，故C正确。5