2018-2019版高中物理 第3章 原子世界探秘 3.1 电子的发现及其重大意义 3.2 原子模型的提出学案 沪科版选修3-5.docx

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一、阴极射线电子的发现导学探究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？图1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知识梳理1阴极射线的特点(1)在真空中沿直线传播；(2)碰到物体可使物体发出荧光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质量很小的粒子，物理学中称为电子，电子是原子的组成部分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、粒子散射实验导学探究如图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：图2(1)什么是粒子？(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)少数粒子发生大角度散射的原因是什么？答案(1)粒子(He)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7300倍(2)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)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)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知识梳理1粒子散射实验装置由粒子源、金箔、带有荧光屏的放大镜等几部分组成，实验时从粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中2实验现象(1)绝大多数的粒子穿过金箔后沿原来的方向前进；(2)少数粒子发生了大角度的偏转；(3)有的粒子偏转角超过90，有极少数粒子甚至被反弹回来3实验意义：卢瑟福通过粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型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()三、原子的核式结构模型原子核的电荷与尺度导学探究1.原子中的原子核所带电荷量有何特点？答案原子核带正电，原子是电中性的，原子核所带电荷量与核外电子所带的电荷量相等2核式结构模型是如何解释粒子散射实验结果的？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知识梳理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，叫原子核它集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间绕核旋转2原子核的电荷与尺度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()一、对阴极射线的认识例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答案CD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正确二、带电粒子比荷的测定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(BqvqE)，得到粒子的运动速度v.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Bqvm，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yat2()2，故，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：图5(1)说明阴极射线的电性(2)说明图中磁场沿什么方向(3)根据L、E、B和，求出阴极射线的比荷答案(1)负电(2)垂直纸面向外(3)解析(1)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(2)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(3)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qEBqv.当射线在D、G间的磁场中偏转时，有Bqv.同时又有Lrsin，如图所示，解得.针对训练1如图6所示，电子以初速度v0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OP距离为Y0，求电子的比荷图6答案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Y0at2()2，则.运用电磁场测定电子比荷的解题技巧1当电子在复合场中做匀速直线运动时，eEevB，可以测出电子速度大小2当电子在匀强磁场中偏转时，evBm，测出圆周运动半径，即可确定比荷3当电子在匀强电场中偏转时，yat2，测出电子在电场中的偏转量也可以确定比荷三、对粒子散射实验的理解例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()图7A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答案C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()答案D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)明确实验装置的组成及各部分的作用(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四、原子的核式结构分析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(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81(对阴极射线的认识)(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答案AD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错误最早精确测出电子电荷量的是美国物理学家密立根，D正确2(粒子散射实验的认识及解释)(多选)关于粒子散射实验，下列说法正确的是()A在实验中，观察到的现象是：绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，极少数发生了较大角度的偏转B使粒子发生明显偏转的力来自带正电的核和核外电子，当粒子接近核时，是核的斥力使粒子发生明显偏转；当粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转C实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积极小的一部分D实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量答案AC3(粒子散射实验的认识)X表示金原子核，粒子射向金核被散射，若它们入射时的动能相同，其偏转轨道可能是下图中的()答案D解析粒子离金核越远其所受斥力越小，轨道弯曲程度就越小，故选项D正确4(原子的核式结构模型)(多选)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绕着核旋转答案ACD一、选择题考点一对阴极射线及电子电荷的理解1关于阴极射线的实质，下列说法正确的是()A阴极射线实质是氢原子B阴极射线实质是电磁波C阴极射线实质是电子D阴极射线实质是X射线答案C解析阴极射线是原子受激发射出的电子关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的2下列说法中正确的是()A汤姆孙精确地测出了电子电荷量e1.6021019CB电子电荷量的精确值是卢瑟福测出的C物体所带电荷量可以是任意值D物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍答案D解析密立根通过油滴实验精确测得了电子的电荷量并提出了电荷量是量子化的，A、B错误；物体所带电荷量的最小值是e，所带电荷量只能是元电荷的整数倍，C错误，D正确3(多选)关于电子的发现，下列说法正确的是()A电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成B电子的发现，说明原子具有一定的结构C在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒D电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分答案BCD解析发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但它使人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A错误，B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到，原子中应该还有其他带正电的部分，D正确4(多选)如图1所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是()图1A若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点B若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转C若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转D若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转答案AC解析实验证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可知选项C正确，选项B错误加上磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要发生偏转，因而选项D错误当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A正确5(多选)下列说法中正确的是()A汤姆孙精确地测出了电子电荷量e1.60217733(49)1019CB电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的C油滴实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何电荷量只能是e的整数倍D通过实验测出电子的比荷和电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量答案BD解析电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的，电荷是量子化的也是密立根发现的，A、C错误，B正确；测出电子比荷的值和电子电荷量e的值，可以确定电子的质量，故D正确考点二粒子散射实验6(多选)关于粒子散射实验，下列说法正确的是()A该实验在真空环境中进行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粒子打在荧光屏上形成的D荧光屏只有正对粒子源发出的射线方向上才有闪光答案ABC7(多选)如图2为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，下述说法中正确的是()图2A相同时间内放在位置A时观察到屏上的闪光次数最多B相同时间内放在位置B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些C放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少D放在C、D位置时屏上观察不到闪光答案AC解析在粒子散射实验中，粒子穿过金箔后，绝大多数粒子仍沿原来的方向前进，故A对；少数粒子发生大角度偏转，极少数粒子偏转角度大于90，极个别粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、D错，C对8(多选)关于粒子的散射实验，下列说法中正确的是()A该实验说明原子中正电荷是均匀分布的B粒子发生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用C只有少数粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上D卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子核式结构理论答案BCD解析粒子散射实验中，有少数粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的物质存在；二是这一物质带有较大的正电荷；三是这一物质的体积很小，但不能说明原子中正电荷是均匀分布的，故A错误，B、C正确；卢瑟福依据粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构理论，D正确9粒子散射实验中，不考虑电子和粒子的碰撞影响，是因为()A粒子与电子根本无相互作用B粒子受电子作用的合力为零，电子是均匀分布的C粒子和电子碰撞损失的能量极少，可忽略不计D电子很小，粒子碰撞不到电子答案C解析在粒子散射实验中，电子与粒子存在相互作用，A错误；电子质量只有粒子的，电子与粒子碰撞后，电子对粒子的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可忽略不计，C正确，B、D错误二、非选择题10(粒子散射实验的估算)在粒子散射实验中，根据粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离可以估算原子核的大小现有一个粒子以2.0107m/s的速度去轰击金箔若金原子的核电荷数为79，求该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Epk，式中k为静电力常量k9.0109Nm2/C2，粒子的质量为6.641027kg)答案2.71014m解析当粒子靠近原子核运动时，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，所以粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离d为mv2k所以dm2.71014m.所以粒子与金原子核间的最近距离为2.71014m.