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,第,3,章,3.1,电子的发现及其重大意义,3.2,原子模型的提出,学习目标,1.,知道阴极射线的组成，电子是原子的组成部分,.,2.,了解汤姆生发现电子的研究方法及蕴含的科学思想,.,3.,了解,粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象,.,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，原子的组成及带电情况,.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、阴极射线电子的发现,1.,在图,1,所示的实验中，将阴极射线管的阴极和阳极接上高压电源后，用真空泵逐渐抽去管中的空气，会产生什么现象？当气压降得很低时，又有什么现象发生？,导学探究,答案,答案,接上高压电源后，管内会产生气体放电现象，当气压降得很低时，管内不再发光，但由阴极发射出的射线，能使荧光物质发光,.,图,1,2.,人们对阴极射线的本质的认识有两种观点，一种观点认为是一种电磁波，另一种观点认为是带电微粒，你认为应如何判断哪种观点正确？,答案,答案,可以让阴极射线通过电场,(,磁场,),，若射线垂直于电场,(,磁场,),方向射入之后发生了偏转，则该射线是由带电微粒组成的,.,1.,阴极射线的特点,(1),在真空中沿,_,传播；,(2),碰到物体可使物体发出,_.,2.,汤姆生对阴极射线本质的探究,结论：汤姆生通过实验得出，阴极射线是一种带负电的,_,的粒子，物理学中称为电子，电子是原子的组成部分,.,直线,荧光,知识梳理,质量很小,即学即用,判断下列说法的正误,.,(1),阴极射线在真空中沿直线传播,.(,),(2),英国物理学家汤姆生认为阴极射线是一种电磁辐射,.(,),(3),组成阴极射线的粒子是电子,.(,),(4),电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值,.(,),二、,粒子散射实验,如图,2,所示为,1909,年英籍物理学家卢瑟福指导他的学生盖革和马斯顿进行,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,粒子？,导学探究,答案,答案,粒子,(),是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的,4,倍、电子质量的,7 300,倍,.,图,2,2.,实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？,答案,答案,粒子源：把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能的,粒子,.,带荧光屏的放大镜：观察,粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光,.,实验过程：,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,粒子有库仑力的作用，一些,粒子会改变原来的运动方向,.,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,粒子的数目,.,3.,实验现象如何？,答案,答案,绝大多数的,粒子穿过金箔后沿原来的方向前进，少数,粒子发生了大角度的偏转，有的,粒子偏转角超过,90,，极少数,粒子甚至被反弹回来,.,4.,少数,粒子发生大角度散射的原因是什么？,答案,粒子带正电，,粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射,.,1.,粒子散射实验装置由,_,、,_,、,_,等几部分组成，实验时从,粒子源到荧光屏这段路程应处于,_,中,.,2.,实验现象,(1),绝大多数的,粒子穿过金箔后沿,_,的方向前进；,(2),少数,粒子发生了,_,的偏转；,(3),有的,粒子偏转角超过,_,，有极少数,粒子甚至被反弹回来,.,3.,粒子散射实验的结果用汤姆生的,“,枣糕模型,”,无法解释,.,粒子源,金箔,知识梳理,带有荧光屏的放大镜,真空,原来,大角度,90,即学即用,判断下列说法的正误,.,(1),粒子散射实验证明了汤姆生的原子模型是符合事实的,.(,),(2),粒子散射实验中大多数,粒子发生了大角度偏转或反弹,.(,),(3),粒子大角度的偏转是电子造成的,.(,),(4),粒子带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的,2,倍,.(,),导学探究,答案,答案,原子核带正电，所带电荷量与核外电子所带的电荷量相等,.,三、原子的核式结构模型原子核的电荷与尺度,1.,原子中的原子核所带电荷量有何特点？,答案,由于原子核很小，大多数,粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动方向几乎不改变,.,只有极少数,粒子有机会与原子核接近，受到原子核较大的斥力而发生明显的偏转,.,2.,核式结构模型是如何解释,粒子散射实验结果的？,1.,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,_.,它集中了原子的全部,_,和几乎全部的,_,，,_,在核外空间绕核旋转,.,2.,原子核的电荷与尺度,原子核,知识梳理,质量,正电荷,电子,原子核电荷数等于核外电子数，非常接近原子序数,.,原子半径数量级是,_,，原子核半径,R,的数量级为,_,10,10,m,10,15,m,即学即用,判断下列说法的正误,.,(1),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,.(,),(2),对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷,.(,),题型探究,例,1,(,多选,),下面对阴极射线的认识正确的是,A.,阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的,B.,只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生,C.,阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线,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,答案,一、对阴极射线的认识,解析,阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线，故,A,错误，,C,正确；,只有当两极间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，故,B,错误，,D,正确,.,1.,利用磁偏转测量,(1),让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场,(,如图,3),，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即,F,洛,F,电,(,Bq,v,qE,),，得到粒子的运动速度,v,.,二、带电粒子比荷的测定,图,3,(2),撤去电场,(,如图,4),，保留磁场，让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即,Bq,v,m,，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径,r,.,图,4,(3),由以上两式确定粒子的比荷表达式：,2.,利用电偏转测量,带电粒子在匀强电场中运动，偏转量,所以在偏转电场中，,U,、,d,、,L,已知时，只需测量,v,和,y,即可,.,例,2,在再现汤姆生测阴极射线比荷的实验中，采用了如图,5,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,),，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,，试解决下列问题：,(1),说明阴极射线的电性,.,图,5,答案,负电,解析,答案,解析,由于阴极射线在电场中向下偏转，因此阴极射线受电场力方向向下，又由于匀强电场方向向上，则电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电,.,答案,垂直纸面向外,解析,答案,(2),说明图中磁场沿什么方向,.,解析,由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外,.,答案,解析,答案,(3),根据,L,、,E,、,B,和,，求出阴极射线的比荷,.,解析,设此射线带电量为,q,，质量为,m,，当射线在,D,、,G,间做匀速直线运动时，有,qE,Bq,v,.,当射线在,D,、,G,间的磁场中偏转时，有,Bq,v,.,同时又有,L,r,sin,，如图所示，解得,图,6,答案,解析,答案,针对训练,1,如图,6,所示，电子以初速度,v,0,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,O,P,距离为,Y,0,，求电子的比荷,.,解析,由于电子在电场中做类平抛运动，沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动，满足,解决带电粒子在电场中运动的三个步骤,(1),确定研究对象，并根据题意判断是否可以忽略带电粒子的重力,.,(2),对研究对象进行受力分析，必要时要画出力的示意图；分析判断粒子的运动性质和过程，画出运动轨迹示意图,.,(3),选用恰当的物理规律列方程求解,.,归纳总结,例3,如图7所示为卢瑟福粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察粒子在各个角度的散射情况下列说法中正确的是,三、对,粒子散射实验的理解,A,.,在图中的,A,、,B,两位置分别进行观察，相同时间内,观察到屏上的闪光次数一样多,B,.,在图中的,B,位置进行观察，屏上观察不到任何闪光,C,.,卢瑟福选用不同金属箔片作为,粒子散射的靶，观,察到的实验结果基本相似,D,.,粒子发生散射的主要原因是,粒子撞击到金箔原子,后产生的反弹,图7,解析,答案,解析,粒子散射实验现象：绝大多数,粒子沿原方向前进，少数,粒子有大角度散射,.,所以,A,处观察到的粒子数多，,B,处观察到的粒子数少，所以选项,A,、,B,错误,.,粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项,D,错误，,C,正确,.,针对训练,2,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,答案,解析,粒子轰击金箔后偏转，越靠近金原子核，偏转的角度越大，所以,A,、,B,、,C,错误，,D,正确,.,解决这类问题的关键是理解并熟记以下两点：,(1),明确实验装置中各部分的组成及作用,.,(2),弄清实验现象，知道,“,绝大多数,”,、,“,少数,”,和,“,极少数,”,粒子的运动情况及原因,.,总结提升,1.,原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子序数,.,2.,原子的核式结构模型对,粒子散射实验结果的解释：,(1),当,粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，,粒子就像穿过,“,一片空地,”,一样，无遮无挡，运动方向改变很小,.,因为原子核很小，所以绝大多数,粒子不发生偏转,.,(2),只有当,粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，所以有少数粒子发生了大角度偏转,.,四、原子的核式结构分析,(3),如果,粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到,180,，这种机会极少，如图,8,所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于,90.,图,8,例,4,(,多选,),下列对原子结构的认识中，正确的是,A.,原子中绝大部分是空的，原子核很小,B.,电子在核外运动，库仑力提供向心力,C.,原子的全部正电荷都集中在原子核里,D.,原子核的直径大约为,10,10,m,解析,答案,解析,卢瑟福,粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型，提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核直径的数量级为,10,15,m,，原子直径的数量级为,10,10,m,，原子直径是原子核直径的十万倍，所以原子内部是十分,“,空旷,”,的，核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引而绕核旋转，所以,A,、,B,、,C,正确，,D,错误,.,达标检测,1.(,多选,),英国物理学家汤姆生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.,汤姆生并未精确得出阴极射线粒子的电荷量,1,2,3,解析,答案,4,解析,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，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，,B,错误,.,不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，,C,错误,.,
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