新教材人教版高中物理选择性必修第三册学案设计-原子的核式结构模型

3．原子的核式构造模型的核式构造模型及原子核的电荷与尺度。2.[科学思维]把握电子的电荷量、原子的核式构造模型，能够通过科学推理解决相关的问题。3.[科学探究]探究阴极射线的本质，理解α粒子散射试验，提示试验本质，得出结论，体会科学家的探究方法，提高观看与试验的力气。4.[科学态度与责任]通过学习体验科学家探究科学的艰辛，坚持实事求是的科学态度，培育乐观探究科学的兴趣。阅读本节教材，答复第78页“问题”并梳理必要的学问点。教P78“问题”提示：这种射线叫阴极射线，本质是电子流。一、电子的觉察阴极射线荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线命名为阴极射线。汤姆孙的探究方法及结论依据阴极射线在电场和磁场中的偏转状况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子大致一样，而质量比氢离子小得多，后来组成阴极射线的粒子被称为电子。换用不同材料的阴极做试验，所得比荷的数值都一样，是氢离子比荷的近两千倍。(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子大致一样，而质量比氢离子小得多，后来组成阴极射线的粒子被称为电子。汤姆孙的进一步争论汤姆孙又进一步争论了很多现象，证明白电子是原子的组成局部。电子的电荷量及电荷量子化油滴试验电子电荷量：1910年前后由密立根通过著名的 得出，电子电荷油滴试验的现代值为＝1.60×1019。电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。m＝9.1093835×1031kg

mp＝1me836。说明：阴极射线实质是带负电的电子流。二、原子的核式构造模型α粒子散射试验汤姆孙原子模型1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷布满性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中。α粒子散射试验①试验装置：α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。②试验现象：绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。少数α粒子发生了大角度的偏转。极少数α粒子的偏转角大于90°，甚至有极个别α粒子被反弹回来。3试验意义：卢瑟福通过α了核式构造模型。卢瑟福的核式构造模型核式构造模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核。它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。三、原子核的电荷与尺度说明：原子半径与原子核半径相差十万多倍，因此原子内部是格外“空旷”的。1．思考推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)阴极射线撞击玻璃管壁会发出荧光。电子的电荷量是汤姆孙首先准确测定的。α粒子散射试验中，大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹。原子中全部正电荷都集中在原子核内。2．(多项选择)关于电荷的电荷量以下说法正确的选项是( A．电子的电荷量是由密立根油滴试验测得的B．物体所带电荷量可以是任意值C．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19CD．物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍

(√)(×)(×)(√)ACD[密立根的油滴试验测出了电子的电荷量为1.6×10－19C，并提出了电荷量子化的观点，故A、C正确，Be的整数倍，故D正确。]3．(多项选择)如以下图为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射试验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观看到的现象，下述说法中正确的选项是()放在A位置时，一样时间内观看到屏上的闪光次数最多放在B位置时，一样时间内观看到屏上的闪光次数只比A位置稍少些放在B位置时，一样时间内观看到屏上的闪光次数要比A位置少很多放在C、D位置时，屏上观看不到闪光AC[α粒子散射试验中，α粒子穿过金箔后α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子偏转角度90°，α粒子被反弹回来，B、D错误，C正确。]电子的觉察电子的觉察电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴试验测出的。油滴试验的原理如以下图，两块水平放置的平行金属板与电源连接电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴试验测出的。油滴试验的原理如以下图，两块水平放置的平行金属板与电源连接，上、下板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，油滴进入上板中心小孔后落到匀强电场中通过显微镜可以观看到油滴的运动状况。两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力。摸索究：1．如何判定油滴的电性？m1的油滴恰q为多少？提示：1．因要求油滴匀速运动，电场力与重力平衡，而电场上端为正极，故油滴带负电。2．mg1＝dU0q，q＝U 。m1gd0(1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射。(2)粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流。2．阴极射线带电性质的推断方法方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的状况确定带电的性质。方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，依据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。试验结果依据阴极射线在电场中和磁场中的偏转状况，推断出阴极射线是粒子流，并且带负电。带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证明白电荷是量e。【例1】如以下图为汤姆孙用来测定电子比荷的装置。当极板P和P′间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压UO′点，O′Od，水平距离可无视不计；此时在P与P′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面对里的匀强磁场，调整磁感应强度，当其大小为B时，亮点重回到O点。极板水平方向长度为l1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为l2。求打在荧光屏O点的电子速度的大小；推导出电子比荷的表达式。思路点拨：(1)在复合场中洛伦兹力与电场力是一对平衡力。(2)由类平抛规律及运动学公式可得表达式。[解析] (1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，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)奇异运用电磁场测定电子比荷当电子在复合场中做匀速直线运动时，qE＝qvB，可以测出电子速度的大小。电子在荧光屏上的落点到屏中心的距离等于电子在电场中的偏转位移与电子出电场到屏之间的倾斜直线运动偏转位移的和。[[跟进训练]U加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，觉察离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过电场，则以下说法正确的选项是()增大电场强度E减小磁感应强度B减小加速电压U，增大电场强度E适当地加大加速电压UD [正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，F＝qE，方向向上，受到的洛伦兹力F

＝qB，方向向下，离子向上偏，说明电场力v洛v大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，须qE＝qvB，则可使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U或增大磁感应强度B，选项D正确。]2．(多项选择)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的试验争论觉察( 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状况跟正电荷受力状况一样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散射试验的理解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选项A正确；由于电子带负电，所以其受力状况与正电荷不同，选项B错误；不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是一样的，选项C错误；在汤姆孙试验证明阴极射线就是带负电的电子流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散射试验的理解如图为卢瑟福所做的α如图为卢瑟福所做的α粒子散射试验装置的示意图摸索究：(1)该试验中为什么用金箔作靶子？A、B、C、D四个位置时，哪个位置一样时间内观看到屏上的闪光次数最多？提示：(1)金的延展性好，可以做得很薄而且金的原子序数大，产生的库仑斥力大，偏转明显。(2)A处一样时间内观看到屏上的闪光次数最多。放射源、金箔、荧光屏等，如以下图。现象及解释绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。大多数α粒子离金原子核较远。少数α粒子发生较大的偏转。发生较大偏转的α粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大。α90°180°。正对或根本正对着金原子核入射的α粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后反向加速远离金原子核。试验的留意事项整个试验过程在真空中进展。金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过。使用金箔的缘由是金的延展性好，可以做得很薄。另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显。【例2】在卢瑟福α粒子散射试验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，以下各图画出的是其中两个α粒子经受金箔散射过程的径迹，其中符合试验事实的是( )C [α粒子与原子核相互排斥，运动轨迹与原子核越近，库仑斥力越大，运动方向变化越明显，C正确。]α粒子散射试验中的现象时，应留意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为。“大角度偏转”只是少数粒子的行为。α粒子散射试验是得出原子核式构造模型的试验根底，对试验现象的分析α粒子散射试验这一宏观探测，间接地构建出原子构造的微观图景。【一题多变】依据上题，可以证明什么？[解析] 证明原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核叫原子核。[[跟进训练]3．(多项选择)关于α粒子散射试验，以下说法正确的选项是( )A．该试验在真空环境中进展B．带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动C．荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的D．荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光ABC[由于α粒子有很强的电离作用，其穿透力气很弱，所以该试验要在真空中进展，选项A正确；α粒子打在荧光屏上会有闪光，为了观看大角度散射，带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动选项BC正确选项D错误。]原子的核式构造模型与原子核的组成1909～1911年英籍物理学家卢瑟福指导其学生做了用α粒子轰击金箔的试验。他觉察绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数α粒子却发生了较大角度的偏转，极少数α粒子偏转角度超过了90°，有的甚至被弹回。这就是粒子散射试验。为了解释这个结果，1911年提出了原子的核式构造模型：在原子的中心有一个很小的核，叫作原子核，原子的几乎全部质量都集中在原子核里(以下公式或数据为：原子的核式构造模型与原子核的组成kQ点电荷的电势U＝r，k＝9.0×109N·m2/C2，金原子序数为79，αmα＝6.65×10－27kg，αv＝1.6×107m/s，e＝1.6×10－19C)。请探究：(1)如何测定金原子核的半径大小？(2)请估算金原子核的大小(保存一位有效数字)?提示：(1)α0时，α粒子与金原子核间的距离最小，这个距离近似认为等于金原子核的半径。1 2keQ 4keQ(2)此过程中动能转化为电势能由2mαv2＝r 得r＝m－14m。原子的核式构造与原子的枣糕模型的根本区分。

r＝4×10vα2v核式构造 枣糕模型小的核里

电子绕核高速旋转

原子是布满了正电荷的球体电子均匀嵌在原子球体内原子内的电荷关系：原子核的电荷数即核内质子数，与核外的电子数相等。原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m，两者相差10万倍之多。【例3】(多项选择)关于原子的核式构造学说，以下说法正确的选项是( A．原子中绝大局部是“空”的，原子核很小B．电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力C．原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里D．原子核的直径约是10－10m思路点拨：(1)原子中心有很小的原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量。(2)电子在核外绕核运动。[跟进训练]AB[由于原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内而原子核又很小，所以原子内绝大局部区域是“空”的，选项A正确，C错误；电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑力供给向心力，选项B正确；原子核半径10－15m，10－10m，D[跟进训练]4．(多项选择)卢瑟福对α粒子散射试验的解释是( )α粒子产生偏转的主要缘由是原子中电子对α粒子的作用力α粒子产生偏转的力是库仑力原子核很小，α粒子接近它的时机很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子物理观念：电子、阴极射线、卢瑟福的核式构造模型。科学思维：能用电子的理论、α粒子散射试验及核式构造解决相关问题。科学方法：试验法、模型法、假设法。BCD [原子核带正电，α粒子之间存在库仑力，α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可无视，故A错误，B正确；由于原子核格外小绝大多数粒子经过时离核较远，因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向转变较多物理观念：电子、阴极射线、卢瑟福的核式构造模型。科学思维：能用电子的理论、α粒子散射试验及核式构造解决相关问题。科学方法：试验法、模型法、假设法。1．(多项选择)X射线的“光子”不带电，假设阴极射线像X射线一样，则以下说法正确的选项是( )A．阴极射线管内的高电压不能够对其加速而增加能量B．阴极射线通过偏转电场不会发生偏转C．阴极射线通过磁场方向确定不会发生转变D．阴极射线通过偏转电场能够转变方向ABC[由于X射线的“光子”不带电，故电场、磁场对X射线不产生作用力，A、B、C正确。]2．(多项选择)关于电子的觉察，以下表达中正确的选项是( A．电子的觉察，说明原子是由电子和原子核组成的B．电子的觉察，说明原子具有确定的构造C．电子是第一种被人类觉察的微观粒子D．电子的觉察，比较好地解释了物体的带电现象BCD[觉察电子之前，人们认为原子是不行再分的最小粒子，电子的觉察，说明原子有确定的构造，B正确；电子是人类觉察的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确。]3．(多项选择)对α粒子散射试验装置的描述，你认为正确的有( A．试验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜B．金箔的厚度对试验无影响