高考物理总复习3.2原子结构3.2.1_3.2.2电子的发现原子的核式结构模型学案新人教版.docx

3.2.1电子的发现3.2.2原子的核式结构模型学习目标核心提炼1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。2.知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍。3.了解粒子散射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，原子核的电荷数。1个过程电子的发现过程1个实验现象粒子散射实验现象2个原子模型汤姆孙原子结构模型卢瑟福核式结构模型一、阴极射线1.实验装置：如图1所示真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极；把它们分别连在感应圈的负极和正极上。图12.实验现象：玻璃壁上出现淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。3.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，这种射线被命名为阴极射线。思考判断(1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。()(2)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。()(3)阴极射线在真空中沿直线传播。()答案(1)(2)(3)二、电子的发现1.汤姆孙的探究(1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转情况，证明它是B(A.带正电B.带负电)的粒子流并求出了它的比荷。(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。(3)进一步研究新现象，不论是由于正离子的轰击，紫外光的照射，金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的带电粒子电子。由此可见，电子是原子的组成部分，是比原子更量子化的物质单元。2.密立根“油滴实验”(1)精确测定电子电荷。(2)电荷是量子化的。3.电子的有关常量思考判断(1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。()(2)组成阴极射线的粒子是电子。()(3)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。()答案(1)(2)(3)三、汤姆孙的原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中。图2汤姆孙的原子模型，小圆点代表正电荷，大圆点代表电子。汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型，该模型能解释一些实验现象，但后来被粒子散射实验否定了。思考判断汤姆孙的枣糕式模型认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内。()答案四、粒子散射实验1.粒子粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，含有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍。2.实验方法用粒子源发射的粒子束轰击金箔，用带有荧光屏的放大镜，在水平面内不同方向对散射的粒子进行观察，根据散射到各方向的粒子所占的比例，可以推知原子中正、负电荷的分布情况。3.实验装置图34.实验现象(1)绝大多数的粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。(2)少数粒子发生了大角度偏转；偏转的角度甚至大于90，它们几乎被“撞了回来”。5.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。思考判断(1)粒子带有一个单位的正电荷，质量为氢原子质量的2倍。()(2)粒子实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。()答案(1)(2)五、卢瑟福的核式结构模型1.核式结构模型：1911年由卢瑟福提出，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。2.原子核的电荷与尺度思考判断(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)原子核的电荷数等于核中的中子数。()(3)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷。()答案(1)(2)(3)对阴极射线的认识精典示例例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生的射线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阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线，故选项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，故选项B错误，D正确。答案CD针对训练1 关于阴极射线，下列说法正确的是()A.阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象B.阴极射线是在真空管内由正极发出的电子流C.阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的D.阴极射线的比荷比氢原子的比荷小解析阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故选项A、B错误；最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线，故选项C正确；阴极射线本质是电子流，故其比荷比氢原子比荷大，故选项D错误。答案C带电粒子比荷的测定要点归纳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4)，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4(2)撤去电场(如图5)，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5(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，故，所以在偏转电场中，U、d、L已知时，只需测量v和y即可。精典示例例2 在汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图6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间加上方向向下、场强为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；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，阴极射线向下偏转，偏转角为，试解决下列问题：图6(1)说明阴极射线的电性；(2)说明图中磁场的方向；(3)根据L、E、B和，求出阴极射线的比荷。审题指导解答本题时应注意以下三点：(1)由电场中的偏转方向确定电性。(2)由电场中的运动情况确定磁场方向。(3)由磁场中的圆周运动知识确定比荷。解析(1)由于阴极射线向上偏转，因此受电场力方向向上，又由于匀强电场方向向下，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下的洛伦兹力，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里。(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。答案见解析针对训练2 如图7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的电场，出电场时打在屏上P点，经测量OP为X0，求电子的比荷。图7解析由于电子进入电场中做类平抛运动，沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动。满足X0at2则。答案对粒子散射实验的理解要点归纳1.实验现象(1)绝大多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。(2)少数粒子发生较大的偏转。(3)极少数粒子偏转角度超过90，有的几乎达到180。2.理解(1)核外电子不会使粒子的速度发生明显改变。(2)汤姆孙的原子模型不能解释粒子的大角度散射。(3)少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用。(4)绝大多数粒子在穿过厚厚的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，原子的质量、正电荷量都集中在体积很小的核内。精典示例例3 (多选)如图8为粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下述说法正确的是()图8A.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，但次数极少审题指导解答本题应把握以下两点：(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。解析根据粒子散射实验的现象，绝大多数粒子穿过金箔后，基本上沿原方向前进，因此在A位置观察到的闪光次数最多，故选项A正确；少数粒子发生大角度偏转，因此从A到D观察到的闪光次数会逐渐减少，因此选项B、D正确，C错误。答案ABD针对训练3 (多选)用粒子轰击金箔，粒子在接近原子核时发生偏转的情况如图9所示，则粒子的路径可能是()图9A.a B.bC.c D.a、b、c都是不可能的解析粒子在穿过金箔时轨迹发生大角度偏转的主要原因是金原子核对粒子的静电力作用。由于电子质量太小，对粒子的运动影响甚微，粒子和金原子核均带正电，故应相互排斥，轨迹a、c是符合实验情况的轨迹。粒子与原子核(金核)通过库仑力发生作用，二者表现为斥力，而b路径表现为引力，故选项B不正确。判断粒子的轨迹时，要根据散射的原理判断。答案AC原子的核式结构分析要点归纳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。3.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。图10(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10所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于90。精典示例例4 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2.0107 m/s的速度去轰击金箔，若金原子核的电荷数为79，求该粒子与金原子核的最近距离。(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Ep，式中k9.0109 Nm2/C2，粒子的质量为6.641027 kg)审题指导解答本题应掌握以下两点：(1)粒子和金的原子核的作用。(2)粒子的动能和电势能的转化关系。解析当只有库仑力做功时，动能和势能才相互转化，两者的和保持不变。开始相距很远，可认为电势能为零，相距最近时，可认为动能为零。当粒子靠近原子核运动时，粒子的动能转化为其电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设所能达到的最小距离为d，则：mv2k，得d，代入已知数据计算得d2.71014 m。答案2.71014 m针对训练4 卢瑟福的粒子散射实验结果表明了()A.原子核是可分的B.原子核是由质子和中子组成的C.原子是由均匀带正电的物质和带负电的电子构成的D.原子内部有一个很小区域，集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量解析由粒子散射实验的结果可知，原子是可分的，它由原子核和电子组成；另外原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量，故选项A、B错误，D正确；选项C是汤姆孙提出的原子模型，故选项C错误。答案D1.(多选)关于阴极射线的性质，判断正确的是()A.阴极射线带负电B.阴极射线带正电C.阴极射线的比荷比氢原子比荷大D.阴极射线的比荷比氢原子比荷小解析通过让阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电，其比荷比氢原子的比荷大得多，故选项A、C正确。答案AC2.(多选)如图11所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹下偏，则()图11A.导线中的电流由A流向BB.导线中的电流由B流向AC.如要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变AB中电流的方向来实现D.电子的径迹与AB中电流的方向无关解析阴极射线带负电，由左手定则判断管内磁场垂直纸面向里；由安培定则判断AB中电流的方向由B流向A。电流方向改变，管内磁场方向改变，电子受力方向也改变。答案BC3.(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，它占有原子体积的极小部分D.实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和全部原子的质量解析粒子散射实验的现象是：绝大多数粒子几乎不发生偏转；少数粒子发生了较大角度的偏转；极少数粒子发生了大角度偏转，选项A正确；当粒子接近核时，是核的斥力使粒子发生明显偏转，选项B错误；从绝大多数粒子几乎不发生偏转，推测使粒子受到排斥力的核体积极小，选项C正确；实验表明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量，选项D错误。答案AC4.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12所示，图中P、Q两点为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨道相切的直线。两虚线和轨迹将平面分成四个区域，不考虑其他原子核对粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法正确的是()图12A.可能在区域 B.可能在区域C.可能在区域 D.可能在区域解析因为粒子与此原子核之间存在着斥力，如果原子核在、或区，粒子均应向区偏折，所以不可能。答案A5.(多选)粒子散射实验中，当粒子最接近金原子核时，粒子符合下列哪种情况()A.动能最小B.势能最小C.粒子与金原子核组成的系统的能量小D.所受金原子核的斥力最大解析粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑斥力做功，动能减少，电势能增加，两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒，根据库仑定律，距离最近时，斥力最大。答案AD1.(多选)汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”。下列关于电子的说法正确的是()A.任何物质中均有电子B.不同的物质中具有不同的电子C.电子质量是质子质量的1 836倍D.电子是一种粒子，是构成物质的基本单元解析汤姆生对不同材料的阴极发出的射线进行研究，均为同一种粒子即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量；由此可知选项A、D正确，B、C错误。答案AD2.粒子散射实验中，使粒子散射的原因是()A.粒子与原子核外电子碰撞B.粒子与原子核发生接触碰撞C.粒子发生明显衍射D.粒子与原子核的库仑斥力的作用解析粒子与原子核外的电子的作用是很微弱的，选项A错误；粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足以使粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使粒子散射的原因是库仑斥力的作用，选项B、C错误，D正确。答案D3.(多选)关于粒子散射实验的装置，下列说法正确的是()A.全部设备都放在真空中B.荧光屏和显微镜能围绕金箔在一个圆周上转动C.若将金箔改为银箔，就不能发生散射现象D.金箔的厚度不会影响实验结果解析实验必须在真空中进行，故选项A正确；荧光屏和显微镜应该能围绕金箔在一个圆周上转动，选项B正确；金箔改为银箔能发生散射现象，但不明显，选项C错误；粒子穿透能力弱，金箔必须很薄，故选项D错误。答案AB4.密立根油滴实验原理如图1所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接，板间电压为U，形成竖直向下、场强为E的匀强电场。用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴。通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为m，重力加速度为g，则下列说法正确的是()图1A.悬浮油滴带正电B.悬浮油滴的电荷量为C.增大场强，悬浮油滴将向上运动D.油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍解析带电油滴在两板间静止时，电场力向上，应带负电，选项A错误；qEmg，即qmg，所以q，选项B错误；当E变大时，qE变大，合力向上，油滴向上运动，任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍，选项D错误。答案C5.如图2所示，根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个粒子的运动轨迹。在粒子从a运动到b再运动到c的过程中，下列说法正确的是()图2A.动能先增大后减小B.电势能先减小后增大C.电场力先做负功后做正功，总功等于零D.加速度先减小后增大解析粒子及原子核均带正电，故粒子受到原子核的斥力，粒子从a运动到b，电场力做负功，动能减小，电势能增大，从b运动到c，电场力做正功，动能增大，电势能减小，a、c在同一条等势线上，a、c两点的电势差为零，则粒子从a到c的过程中电场力做的总功等于零，选项A、B错误，C正确；粒子所受的库仑力F，b点离原子核最近，所以粒子在b点时所受的库仑力最大，加速度最大，故加速度先增大后减小，选项D错误。答案C6.(多选)关于原子核式结构理论，下列说法正确的是()A.是通过天然放射性现象得出来的B.原子的中心有个核，叫做原子核C.原子的正电荷均匀分布在整个原子中D.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外运动解析原子的核式结构理论是在粒子散射实验的基础上提出的，选项A错误；原子所带的正电荷都集中在一个很小的核里面，不是均匀分布在原子中，选项C错误，所以选项B、D正确。答案BD7.(多选)下列说法正确的是()A.汤姆孙精确地测出了电子电荷量e1.602 177 33(49)1019 CB.电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的C.汤姆孙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，选项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，故选项D正确。答案BD8.(多选)如图3所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法正确的是()图3A.若在D1、D2之间不加电场和磁场，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，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，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，阴极射线不偏转解析实验证明，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的说法错误；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的说法正确。答案AC9. (多选)如图4所示，从正离子源发射的正离子经加速电压U加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，发现离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过复合场，则下列说法正确的是()图4A.增大电场强度E，减小磁感应强度BB.减小加速电压U，增大电场强度EC.适当地加大加速电压UD.适当地减小电场强度E解析正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，受到的电场力FqE，方向向上，受到的洛伦兹力F洛qvB，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，即qEqvB，则可以使洛伦兹力增大或使电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U或增大磁感应强度B，减小电场力的途径是减小电场强度E。选项C、D正确。答案CD10.如图5所示为对光电管产生的光电子进行荷质比测定的原理图。两块平行金属板间距为d，极板足够大，其中N为锌板，受紫外光照射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，若调节变阻器R，逐渐增大极板间的电压，A表读数逐渐减小，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，当磁感强度为B时，A表读数也恰好为零。求光电子的比荷