新教材适用2024-2025学年高中物理第4章原子结构和波粒二象性3.原子的核式结构模型学案新人教版选择性必修第三册

3.原子的核式结构模型课程标准1．领悟电子的发觉对揭示原子结构的重大意义。2．了解α粒子散射试验原理和试验现象，知道原子核式结构模型的主要内容。3．了解卢瑟福的原子核式结构模型，知道原子核大小的数量级。4．相识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程。素养目标1．知道阴极射线的组成，体会电子发觉过程中所蕴含的科学方法，知道电荷是量子化的。2．了解α粒子散射试验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容。3．知道原子和原子核大小的数量级，知道原子核的电荷数。学问点1电子的发觉1．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__。2．汤姆孙的探究方法及结论(1)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。(2)换用_不同材料__的阴极做试验，所得比荷的数值都_相同__，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_大致相同__，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__。3．汤姆孙的进一步探讨汤姆孙又进一步探讨了很多新现象，证明白_电子__是原子的组成部分。4．电子的电荷量及电荷量子化(1)电子电荷量：1910年前后由_密立根__通过闻名的_油滴试验__得出，电子电荷量的公认值为e＝1.602×10－19C。(2)电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是_e的整数倍__。(3)电子的质量：me＝9.10938356×10－31kg，质子质量与电子质量的比eq\f(mp,me)＝_1_836__。说明：阴极射线实质是高速电子流。『判一判』(1)阴极射线本质是电磁波。(×)『想一想』描述汤姆孙证明阴极射线是电子的思路。答案：(1)通过阴极射线在电场中的偏转证明它是带负电的粒子流。(2)通过奇妙试验，利用电场力与洛伦兹力平衡，确定了阴极射线的速度，并测出粒子的比荷。(3)变更阴极材料时，测得的比荷相同，这表明这种粒子是多种物质的共同成分。(4)依据阴极射线粒子的比荷与氢离子比荷的关系，证明阴极射线是质量远小于氢离子的粒子——电子。学问点2原子的核式结构模型1．α粒子散射试验(1)汤姆孙原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个_球体__，_正电荷__充溢性地匀称分布在整个球体内，_电子__镶嵌在球中。(2)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：a．绝大多数的α粒子穿过金箔后_仍沿原来__的方向前进。b．少数α粒子发生了_大角度__的偏转。c．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粒子散射试验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了_核式结构__模型。2．卢瑟福的核式结构模型核式结构模型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。『判一判』(2)汤姆孙的枣糕式模型认为原子是一个球体，正电荷充溢性地匀称分布在整个球体内。(√)(3)α粒子散射试验中绝大多数α粒子都发生了较大偏转。(×)(4)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动。(√)『选一选』(2024·吉林省试验中学高二月考)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，下列各图画出的是其中两个α粒子经验金箔散射过程的径迹，其中正确的是(C)解析：依据α粒子散射试验的现象可知，选C。学问点3原子核的电荷与尺度原子核的电荷数等于核外_电子__数等于原子序数，原子核大小的数量级为_10－15___m，原子大小数量级为_10－10___m，两者相差十万倍之多，可见原子内部特别“空旷”。若原子相当于一个立体的足球场的话，则原子核就像足球场中的一粒米。『判一判』(5)原子核的电荷数等于核中的中子数。(×)(6)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部特别空旷。(√)探究电子的发觉要点提炼对阴极射线管装置及其射线的理解(1)装置现象真空玻璃管两极加上高电压→玻璃管壁上发出荧光。(2)德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线。(3)猜想①阴极射线是一种电磁辐射。②阴极射线是带电微粒。(4)英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转，得知射线带负电并测出了其比荷。(5)密立根通过“油滴试验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。(6)电子发觉的意义电子是人类发觉的第一个比原子小的粒子。电子的发觉打破了原子不行再分的传统观念，使人们相识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构。这是人类对物质结构相识的一次飞跃，开创了探究原子结构奇妙的新时代。汤姆孙也由于发觉了电子，不仅荣获了1906年诺贝尔物理学奖，而且被后人誉为“最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。典例剖析典例1如图所示，是对光电管产生的光电子进行比荷测定的原理图。两块平行金属板间距为d，其中N为锌板，受紫外光照耀后将激发出沿不同方向运动的光电子，开关S闭合，电流表A有读数，若调整变阻器R，渐渐增大极板间的电压，A表读数渐渐减小，当电压表示数为U时，A表读数恰好为零；断开S，在MN间加上垂直纸面的匀强磁场，当磁感应强度为B时，A表读数也恰好为零。求光电子的比荷eq\f(e,m)的表达式。解题指导：(1)当电压表示数为U时，电流恰好为零，所以光电子的最大初动能为Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eU；(2)断开开关，当磁感应强度为B时，电流恰好为零，所以当磁感应强度为B时，具有最大初动能的电子做圆周运动的直径刚好为两块平行板的间距d。解析：由题意得eU＝eq\f(1,2)mv2①evB＝meq\f(v2,R)②R＝eq\f(d,2)③由①②③得eq\f(e,m)＝eq\f(8U,B2d2)。答案：eq\f(8U,B2d2)对点训练❶(2024·北京大兴区高二上期末)如图是电子射线管的示意图。接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，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，在下列措施中可采纳的是(B)A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向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轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向解析：若加一沿z轴负方向的磁场，依据左手定则，洛伦兹力方向沿y轴负方向，亮线在z轴方向不偏转，不符合题意，故A错误；若加一沿y轴正方向的磁场，依据左手定则，洛伦兹力方向沿z轴负方向，亮线向下偏转，符合题意，故B正确；若加一沿z轴负方向的电场，电子带负电，电场力方向沿z轴正方向，亮线向上偏转，不符合题意，故C错误；若加一沿y轴正方向的电场，电子带负电，电场力方向沿y轴负方向，亮线在z轴方向不偏转，不符合题意，故D错误。探究对α粒子散射试验的理解要点提炼关于α粒子散射试验的相关问题(1)α粒子的实质：α粒子(eq\o\al(4,2)He)是从放射性物质中放射出来的快速运动的粒子，实质是氦原子核，带有两个单位的正电荷，质量约为氢原子质量的4倍、电子质量的7300倍。(2)试验装置。①α粒子源：钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能α粒子，带两个单位的正电荷，质量约为氢原子质量的4倍。②金箔：特点是金原子的质量大，且易延展成很薄的箔。③放大镜：能绕金箔在水平面内转动。④荧光屏：荧光屏装在放大镜上。⑤整个试验过程在真空中进行。金箔很薄，α粒子穿过原子时受到各方向电荷斥力基本平衡，对α粒子运动影响不会很大，α粒子很简单穿过。(3)试验过程：α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子会变更原来的运动方向。带有放大镜的荧光屏可以沿图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目。(4)α粒子散射试验的试验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°。典例剖析典例2在α粒子散射试验中，不考虑电子和α粒子碰撞的影响，这是因为(C)A．α粒子和电子根本无相互作用B．电子是匀称分布的，α粒子受电子作用的合力为零C．α粒子在和电子碰撞过程中动量的变更量微小，可忽视不计D．电子体积很小，α粒子碰撞不到电子解析：α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α粒子质量的eq\f(1,7300)，碰撞时电子对α粒子的运动影响微小，可以忽视不计，故C正确，A、B、D错误。对点训练❷(2024·河北张家口宣化一中高二下月考)通过如图的试验装置，卢瑟福建立了原子核式结构模型。试验时，若将荧光屏和显微镜分别放在位置1、2、3，则能视察到粒子数量最多的是位置(C)A．1 B．2C．3 D．一样多解析：依据α粒子散射试验的统计结果，大多数粒子能按原来方向前进，少数粒子方向发生了偏转，极少数粒子偏转超过90°，甚至有的被反向弹回。所以在相等时间内3处闪耀次数最多，其次是2、1两处，并且数据相差比较大，故C正确，A、B、D错误。故选C。探究原子的核式结构模型与原子核的组成要点提炼1．原子的核式结构与原子的枣糕模型的对比核式结构枣糕模型原子内部是特别空旷的，正电荷集中在一个很小的核里原子是充溢了正电荷的球体电子绕核高速旋转电子匀称嵌在原子球体内2．原子内的电荷关系原子核的电荷数与核外的电子数相等，等于原子序数。3．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。4．原子核的大小原子的直径数量级为10－10m，原子核直径的数量级为10－15m，原子核的直径只相当于原子直径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10－15。典例剖析典例3(多选)关于卢瑟福的原子的核式结构模型，下列说法正确的是(AB)A．原子中绝大部分是“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．原子的全部电荷和质量都集中在原子核里D．原子核的直径的数量级是10－10m解题指导：正确理解卢瑟福原子核式结构模型是解题关键。解析：因为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，所以原子内绝大部分区域是“空”的，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引力供应向心力，B正确；原子核直径的数量级是10－15m，原子直径的数量级是10－10m，D错误。对点训练❸(多选)(2024·陕西咸阳武功高二下期中)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是(BD)A．原子是一个质量分布匀称的球体B．原子的质量几乎全部集中在原子核内C．原子正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内D．原子核半径的数量级是10－15m解析：原子的质量几乎全部集中在原子核内，所以A错误，B正确；原子的正电荷全部集中在一个很小的核内，负电荷绕原子核做圆周运动，所以C错误；原子核半径的数量级是10－15m，所以D正确。α粒子散射过程中的受力及能量转化状况1．α粒子的受力状况α粒子与原子核间的作用力是库仑斥力F＝eq\f(kQq,r2)。α粒子离原子核越近，库仑力越大，运动加速度越大；反之，则越小。方向：α粒子的受力沿原子核与α粒子的连线，由原子核指向α粒子。2．库仑力对α粒子的做功状况(1)当α粒子靠近原子核时，库仑力做负功，电势能增加。(2)当α粒子远离原子核时，库仑力做正功，电势能减小。3．α粒子的能量转化状况仅有库仑力做功，能量只在电势能和动能之间相互转化，而总能量保持不变。案例在α粒子散射试验中，依据α粒子与原子核发生对心碰撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小，现有一个α粒子以2.0×107m/s的速度去轰击金箔，金原子的核电荷数为79。求α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Ep＝keq\f(q1q2,r)，α粒子质量为6.64×10－27kg)。解析：当α粒子靠近原子核运动时，由于金原子核质量远远大于α粒子质量可以认为金原子核不受碰撞的影响。α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能。设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，则eq\f(1,2)mv2＝keq\f(q1q2,d)，d＝eq\f(2kq1q2,mv2)＝eq\f(2×9.0×109×2×79×(1.6×10－19)2,6.64×10－27×(2.0×107)2)m，≈2.7×10－14m。答案：2.7×10－14m一、电子的发觉1．关于阴极射线，下列说法正确的是(D)A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁产生的B．只要阴、阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生C．阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波D．阴、阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极解析：阴极射线是由阴极干脆发出的，A错误；只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，B错误，D正确；阴极射线可以穿透薄铝片，可能是电磁波，也可能是微小的粒子，C错误。2．(多选)(2024·辽宁阜新期末)如图所示，一只阴极射线管左侧不断有电子射出，若在管的正下方平行放置一通电直导线AB，发觉射线径迹向下偏，则(BC)A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．若要使射线的径迹往上偏，可以通过变更AB中的电流方一直实现D．射线的径迹与AB中的电流方向无关解析：AB中通有的电流在阴极射线管中产生磁场，电子受到洛伦兹力的作用而发生偏转，由左手定则可知，阴极射线管中的磁场方向垂直纸面对里，所以依据安培定则可知，AB中的电流方向应为从B流向A。当AB中的电流方向变为从A流向B时，AB上方的磁场方向变为垂直纸面对外，电子所受的洛伦兹力方向变为向上，射线的径迹变为向上偏转。故选BC。3．(2024·安徽铜陵一中高二下学期期中)下列说法错误的是(D)A．电子是原子的组成部分B．电子电荷的精确测定最早是由密立根通过闻名的“油滴试验”实现的C．电子电荷的数值约为1.602×10－19CD．电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷解析：电子是原子的组成部分，电子的发觉说明原子是可以再分的，选项A正确；电子电荷的精确测定是由密立根通过闻名的“油滴试验”做出的，其测得电子电荷的值约为1.602×10－19C，选项B、C正确；电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，选项D错误。二、原子的核式结构模型4．关于卢瑟福的α粒子散射试验，下列说法正确的是(C)A．大多数α粒子发生大角度偏转B．α粒子发生偏转的缘由是与电子发生碰撞C．穿过金箔的过程中，远离金原子