2021高中物理-2.1-2.2-电子-原子的核式结构模型-学案(教科版选修3-5)

学案1电子学案2原子的核式结构模型[学习目标定位]1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分.2.了解汤姆孙发觉电子的争辩方法及蕴含的科学思想.3.了解α粒子散射试验的试验器材、试验原理和试验现象.4.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容.5.知道原子和原子核大小的数量级，原子的组成及带电状况．1．电子带负电，带电量e＝1.6×10－19_C.2．电场和磁场对电荷的作用力(1)电场力F＝qE，正电荷受力方向与场强E方向相同，负电荷受力方向与场强E方向相反．(2)洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力F＝qvB，其方向可用左手定则推断．3．阴极射线(1)阴极射线：科学家用真空度很高的真空管做放电试验时，发觉真空管的阴极会放射出一种射线，这种射线叫做阴极射线．(2)英国物理学家汤姆孙使阴极射线在磁场和电场中产生偏转，确定了阴极射线是一种带负电的粒子流．4．微粒比荷(荷质比)的测定(1)比荷：带电粒子的电荷量与质量之比称为比荷，又称荷质比．(2)英国物理学家汤姆孙发觉了电子广泛存在于各种不同的原子之中．电子的发觉使人们生疏到原子是可分的，2000多年来认为“原子是物质的不行分割的最小单元”这一传统观念最终被否定了，这标志着人类对物质结构的生疏进入了一个崭新的阶段．5．电子电荷量的精确测定元电荷(1)电子电荷量的精确测定：电子电荷量的测量最早是由美国科学家密立根接受油滴试验实现的．(2)元电荷：元电荷就是电子所带的电荷量，一般用e表示，e＝1.602×10－19C，任何带电体的带电荷量都是元电荷的整数倍．6．α粒子散射试验及其现象1909年，英籍新西兰物理学家卢瑟福及盖革等用α粒子轰击金箔，争辩α粒子被散射的状况，其试验装置如图1所示．图1卢瑟福的α散射试验结果：试验发觉，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进或只发生很小的偏转，但是有少数α粒子却发生了较大的偏转，有的α粒子偏转角度超过了90°，极少数α粒子甚至被反弹回来．这种试验结果完全出人意料．7．原子的核式结构模型卢瑟福在α粒子散射试验的基础上提出了新的原子结构模型，在原子的中间有一个体积很小、带正电的核．8．原子核的大小和尺寸卢瑟福推算出原子核的直径约为10－15_m，只有原子直径的eq\f(1,100000).假如把原子线度放大到1000m，原子核的线度只有约1_cm.一、阴极射线和对阴极射线的争辩[问题设计]如图2所示为测定阴极射线粒子比荷的装置，从阴极K发出的阴极射线通过一对平行金属板D1、D2间的匀强电场，发生偏转．图2(1)在D1、D2间加电场后射线偏到P2，则由电场方向知，该射线带什么电？(2)再在D1、D2间加一磁场，电场与磁场垂直，让射线恰好不偏转．设电场强度为E，磁感应强度为B，则电子的速度多大？(3)撤去电场，只保留磁场，使射线在磁场中做圆周运动，若测出轨道半径为r，则粒子的比荷eq\f(q,m)是多大？答案(1)负电(2)粒子受两个力作用：电场力和磁场力，两个力平衡，即有qE＝qvB，得：v＝eq\f(E,B)(3)由洛伦兹力充当向心力：qvB＝meq\f(v2,r)，得出：eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br).又v＝eq\f(E,B)，则eq\f(q,m)＝eq\f(E,B2r).测出E、B、r即可求出比荷eq\f(q,m).例1关于阴极射线的本质，下列说法正确的是()A．阴极射线的本质是氢原子B．阴极射线的本质是电磁波C．阴极射线的本质是电子D．阴极射线的本质是X射线解析阴极射线是原子受激发放射出的电子流，关于阴极射线是电磁波还是X射线，都是在争辩阴极射线过程中的一些假设，是错误的．答案C二、α粒子散射试验及原子核式结构[问题设计]阅读课本“α粒子散射试验”及“原子的核式结构模型”，说明：(1)α粒子散射试验装置由几部分组成？试验过程是怎样的？(2)有些α粒子发生了较大角度的偏转，这些偏转是电子造成的吗？答案(1)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，其带两个单位的正电，质量为氢原子质量的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可移动探测器：能绕金箔在水平面内转动．④整个试验过程在真空中进行．金箔很薄，α粒子(eq\o\al(4,2)He)很简洁穿过．试验过程：α粒子源封装在铅盒中，铅盒壁上有一个小孔，α粒子可以从小孔中射出，打到前方的金箔上，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力作用，一些α粒子会转变原来的运动方向．可移动探测器可以围着金箔做圆周运动，从而探测到α粒子在各个方向上的散射状况．(2)不是．α粒子的质量比电子的质量大得多，α粒子遇到电子就像子弹遇到灰尘一样，不会造成α粒子大角度的偏转．[要点提炼]1．核式结构模型卢瑟福依据α粒子散射试验的结果，提出了原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，叫原子核．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．2．卢瑟福的核式结构对散射试验的解释：由于原子核很小，大部分α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的带有同种电荷的原子核的排斥力很小，它们的运动几乎不受影响；只有极少数α粒子从原子核四周飞过，受到比较大的排斥力，才会发生大角度的偏转，如图2所示．图2例2如图3所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射试验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观看到的现象，下列说法中正确的是()图3A．放在A位置时，相同时间内观看到屏上的闪光次数最多B．放在B位置时，相同时间内观看到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些C．放在C、D位置时，屏上观看不到闪光D．放在D位置时，屏上仍能观看到一些闪光，但次数极少解析依据α粒子散射现象，绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子发生较大偏转，偏转的角度甚至大于180°，也就是说它们几乎被“撞了回来”．故本题应选择A、B、D.答案ABD例3卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有()A．原子的中心有个核，叫原子核B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D．带负电的电子在核外围着核旋转解析卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间围着核旋转，由此可见，B选项错误，A、C、D选项正确．答案ACD电子原子的核式结构模型eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(电子的发觉\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(阴极射线,汤姆孙发觉,密立根测定电子的电荷量)),原子核式结构模型\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(α粒子散射试验,卢瑟福的核式结构模型,原子核的大小和尺寸))))1．卢瑟福提出原子的核式结构学说的依据是用α粒子轰击金箔，试验中发觉α粒子()A．全部穿过或发生很小偏转B．绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回C．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过D．全部发生很大偏转答案B解析卢瑟福的α粒子散射试验结果是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，故选项A错误．α粒子被散射时只有少数发生了较大角度偏转，并且有极少数α粒子偏转角度超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角度几乎达到180°，故选项B正确，选项C、D错误．2．1897年英国物理学家__________通过争辩__________发觉了电子.1910年美国物理学家__________通过出名的______________试验精确测定了电子的电荷量．答案汤姆孙阴极射线密立根油滴3．电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴试验测得的，他测定了数千个带电油滴的电荷量，发觉这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量就是电子所带的电荷量．密立根试验的原理如图4所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电．从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中，小油滴由于摩擦而带负电，调整A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡，已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105N/C，小油滴半径是1.64×10－4cm，油的密度是0.851g/cm3，求：小油滴所带的电荷量；这个电荷量是电子电荷量的多少倍？图4答案8.02×10－19