4-3原子的核式结构模型(人教2019选择性必修第三册-)(原卷版)

第四章原子结构和波粒二象性第3节原子的核式结构模型【核心素养目标】物理观念知道阴极射线的组成，体会电子发现过程中所蕴含的科学方法，知道电荷是量子化的.科学思维了解α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容.科学探究知道原子和原子核大小的数量级，知道原子核的电荷数．科学态度与责任通过原子的核式结构模型知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。知识点一电子的发现【情境导入】如图所示为汤姆孙的气体放电管．(1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？(2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？【知识梳理】1．阴极射线：发出的一种射线．它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光．2．汤姆孙的探究根据阴极射线在电场和磁场中的情况断定，阴极射线的本质是带(填“正电”或“负电”)的粒子流，并求出了这种粒子的比荷．组成阴极射线的粒子被称为电子．3．密立根实验：电子电荷的精确测定是由密立根通过著名的“油滴实验”做出的．目前公认的电子电荷e的值为e＝(保留两位有效数字)．4．电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是的整数倍．【重难诠释】1．对阴极射线的认识(1)对阴极射线本质的认识——两种观点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判断方法①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位置的变化和电场的情况确定阴极射线的带电性质．②方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据荧光屏上亮点位置的变化和左手定则确定阴极射线的带电性质．(3)实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电．2．带电粒子比荷的测定(1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，如图所示，使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)，得到粒子的运动速度v＝eq\f(E,B).(2)撤去电场，如图所示，保留磁场，让粒子在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝meq\f(v2,r)，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r.(3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：eq\f(q,m)＝eq\f(E,B2r).3．电子发现的意义(1)电子发现以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒．(2)现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分．(3)电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的．【典例精析】例1．在再现汤姆孙测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中心出现光斑．若在D、G间加上方向向上、场强为E的匀强电场，阴极射线将向下偏转；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，阴极射线向上偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：(1)说明阴极射线的电性；(2)说明磁场沿什么方向；(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷．【规律方法】带电粒子的比荷常见的三种测量方法1．利用磁偏转测比荷：由qvB＝meq\f(v2,R)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,BR)，只需知道磁感应强度B、带电粒子的初速度v和偏转半径R即可．2．利用电偏转测比荷：偏移量y＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)·eq\f(qU,md)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,v)))2，故eq\f(q,m)＝eq\f(2ydv2,UL2)，所以在偏转电场电压U、d、L已知时，只需测量v和y即可．3．利用加速电场测比荷：由动能定理qU＝eq\f(1,2)mv2得eq\f(q,m)＝eq\f(v2,2U)，在加速电场电压U已知时，只需测出v即可．知识点二原子的核式结构模型【情境导入】如图所示为1909年英国物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的实验装置，阅读课本，回答以下问题：(1)什么是α粒子？(2)实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？(3)实验现象如何？(4)少数α粒子发生大角度散射的原因是什么？【知识梳理】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，弥漫性地在整个球体内，电子其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“模型”，如图．2．α粒子散射实验：(1)α粒子散射实验装置由α粒子源、、显微镜等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于中．(2)实验现象①α粒子穿过金箔后，基本上仍沿的方向前进；②α粒子发生了偏转；极少数偏转的角度甚至，它们几乎被“”．(3)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了模型．3．核式结构模型：原子中带电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动．【重难诠释】1．实验现象的分析(1)核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．(2)少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量比它本身大得多的物质的作用．汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射．(3)绝大多数α粒子在穿过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，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内．2．卢瑟福的原子核式结构模型在原子的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原子核里，带负电的电子在核外空间内绕着核旋转．【典例精析】例2．1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是()A．在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子发生了较大角度的偏转B．α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞C．α粒子散射实验说明原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有原子的全部质量D．通过α粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10－10m知识点三原子核的电荷与尺度【知识梳理】1．原子核的电荷数：各种元素的原子核的电荷数，即原子内的数，非常接近它们的，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的来排列的．2．原子核的组成：原子核是由和组成的，原子核的电荷数就是核中的．3．原子核的大小：用核描述核的大小．一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为m，而整个原子半径的数量级是m，两者相差十万倍之多．【典例精析】例3．(多选)对原子的认识，正确的是()A．原子由原子核和核外电子组成B．原子核的质量就是原子的质量C．原子核的电荷数就是核中的质子数D．原子序数等于核电荷与电子电荷量大小的比值针对训练一、单选题1．在粒子散射实验中，使少数粒子产生大角度偏转的作用力是（

）A．原子核对粒子的万有引力 B．原子核对粒子的库仑斥力C．原子核对粒子的磁场力 D．核外电子对粒子的引力2．卢瑟福指导他的助手进行的α粒子散射实验所用仪器的示意图如图所示。放射源发射的α粒子打在金箔上，通过显微镜观察散射的α粒子。实验发现，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数的角度甚至大于90°，于是，卢瑟福大胆猜想（）A．原子半径的数量级是10－10mB．原子核内存在质子和中子C．原子内部有体积很小、质量很大的核D．造成α粒子偏转的主要原因是它受到了原子中电子的作用3．关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有（）A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内B．汤姆孙通过著名的“油滴实验”精确测定电子电荷C．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好的解释原子中带正电部分的体积、质量占比都很小D．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据4．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是（）A．原子中的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B．正电荷在原子中是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中5．下列关于原子模型及其建立过程叙述正确的是（）A．阴极射线是电子流，J.J.汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电荷量B．J.J.汤姆孙认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布于球内，电子镶嵌其中;该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代C．通过α粒子散射实验可以估算出原子核尺度数量级为10-10mD．卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域——原子核6．1909年，英籍物理学家卢瑟福和他的学生盖革·马斯顿一起进行了著名的“α粒子散射实验”，实验中大量的粒子穿过金属箔前后的运动情形如图所示，下列关于该实验的描述正确的是（）A．“α粒子散射实验”现象中观察到绝大多数粒子发生了大角度偏转B．“α粒子散射实验”现象能够说明原子中带正电的物质占据的空间很小C．根据α粒子散射实验不可以估算原子核的大小D．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性7．在粒子散射实验中，没有考虑粒子跟电子的碰撞，其原因是（）A．粒子不跟电子发生相互作用B．粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽略C．电子的体积很小，粒子不会跟电子相碰D．由于电子是均匀分布的，粒子所受电子作用的合力为零8．关于粒子散射实验及核式结构模型，下列说法正确的是（）A．实验装置从粒子源到荧光屏的空间处于真空环境中B．绝大多数粒子穿过金箔后发生大角度偏转C．粒子接近金原子核时，受到很强的吸引力才可能发生大角度偏转D．粒子散射实验否定了原子的核式结构模型9．下列说法正确的是（）A．阴极射线是高速的质子流B．阴极射线可以用人眼直接观察到C．阴极射线是高速运动的电子流D．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在核内10．如图所示为α粒子散射实验装置的示意图，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，关于观察到的现象，下列说法不正确的是（）A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多C．放在C、D位置时屏上观察不到闪光D．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少11．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为（）A．α粒子与电子根本无相互作用B．因为电子是均匀分布的，粒子受电子作用的合力为零C．α粒子和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12．关于原子结构，下列说法正确的是（）A．原子中的原子核很小，核外很“空旷” B．原子核半径的数量级是10-10mC．原子的全部电荷都集中在原子核里 D．原子的全部质量都集中在原子核里13．粒子散射实验中，有部分大角度偏转的粒子，说明了（）A．由于原子中的电子碰撞造成的 B．受到金原子核库仑引力C．原子核由质子和中子组成 D．原子中有带正电的原子核14．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五个区域，不考虑其他原子核对该粒子的作用