4.3 原子的核式结构模型 学案 高中物理人教版（2019）选择性必修第三册

2第3节原子的核式结构模型知识梳理一、电子的发现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：根据阴极射线情况断定，它的本质是带电(填“正”或“负”)的粒子流，并求出了这种粒子的。组成阴极射线的粒子被称为。3．密立根实验：电子电荷的精确测定是由通过著名的“油滴实验”做出的。目前公认的电子电荷的值为e＝C(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e的。5．电子的质量me＝kg(保留两位有效数字)，质子质量与电子质量的比值为eq\f(mp,me)＝。二、原子的核式结构模型1．汤姆孙原子模型：汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个体，弥漫性地分布在整个球体内，电子其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“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、、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：①的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿前进；②的α粒子发生了；偏转的角度甚至，它们几乎被“撞了回来”。(3)实验意义：通过α粒子散射实验，否定了的原子模型，建立了模型。3．核式结构模型：原子中带正电部分，但几乎，在正电体的外面运动。三、原子核的电荷与尺度1．原子核的电荷数：各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数，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数。3．原子核的大小：用描述核的大小。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。随堂练习[例1](多选)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，如图所示。则()A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．若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．电子束的径迹与AB中电流的方向无关[例2]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大小为B的匀强磁场(图中未画出)，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)说明图中磁场沿什么方向；(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷。[例3]（多选）如图所示为卢瑟福α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α粒子在各个角度的散射情况。下列说法中正确的是()A．选择金箔的理由是“金”这种原子具有较大的核电荷数和优良的延展性能B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．卢瑟福选用不同重金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹[例4]在卢瑟福α粒子散射实验中，一个α粒子与金属中的电子碰撞，正确结果是()A．引起α粒子散射B．α粒子将失去大部分动能C．α粒子将失去大部分动量D．α粒子的动能和动量都几乎没有损失[例5]在卢瑟福α粒子散射实验中，只有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是()A．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里B．正电荷在原子内是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子的质量在原子核内是均匀分布的[例6](多选)根据卢瑟福的原子的核式结构理论，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10－10m课后巩固1．关于阴极射线，下列说法正确的是()A．阴极射线就是很微弱的荧光B．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象C．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流D．阴极射线的比荷比氢离子的比荷大得多2．(多选)如图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()A．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3．1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子，被称为“电子之父”，下列说法正确的是()A．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并没能求出了阴极射线的比荷B．汤姆孙通过对不同材料的阴极发出的射线的研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元C．汤姆孙发现电子后猜想原子内的正电荷集中在很小的核内D．汤姆孙发现电子后又做了α粒子散射实验4．美国物理学家密立根于20世纪初进行了多次实验，比较准确地测定了电子的电荷量，其实验原理可以简化为如图所示模型：两个相距为d的平行金属板A、B水平放置，两板接有可调电源。从A板上的小孔进入两板间的油滴因摩擦而带有一定的电荷量，将两板间的电势差调节到U时，带电油滴恰好悬浮在两板间；然后撤去电场，油滴开始下落，由于空气阻力，下落的油滴很快达到匀速下落状态，通过显微镜观测这个速度的大小为v，已知这个速度与油滴的质量成正比，比例系数为k，重力加速度为g。则计算油滴带电荷量的表达式为()A．q＝B．q＝C．q＝ D．q＝5．(多选)关于电荷量，下列说法正确的是()A．物体的带电荷量可以是任意的B．物体的带电荷量只能是某些值C．物体的带电荷量的最小值为1.6×10－19CD．一个物体带上1.6×10－9C的正电荷，这是它失去了1010个电子的缘故6．（多选）对α粒子散射实验装置的描述，下列说法正确的是()A．主要实验器材有：放射源、金箔、荧光屏、显微镜B．金箔的厚薄对实验无影响C．如果改用铝箔就不能发生散射现象D．实验装置必须放在真空中进行7．在α粒子散射实验中，电子对α粒子运动的影响可以忽略，这是因为与α粒子相比，电子的()A．电荷量太小B．速度太小C．体积太小 D．质量太小8．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看做静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()9．关于α粒子的散射实验解释有下列几种说法，其中错误的是()A．从α粒子的散射实验数据，可以估算出原子核的大小B．极少数α粒子发生大角度的散射的事实，表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核存在C．统计散射到各个方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中电荷的分布情况D．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，表明原子中正电荷是均匀分布的10．下列对原子结构的认识中，错误的是()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．原子核的直径大约是10－10m★11．课本83页练习与应用3第3节原子的核式结构模型答案知识梳理一、电子的发现阴极在电场和磁场中的偏转负比荷电子密立根1.6×10－19整数倍9.1×10－311836二、原子的核式结构模型球正电荷均匀镶嵌西瓜枣糕α粒子源金箔真空绝大多数原来的方向少数大角度偏转大于90°卢瑟福汤姆孙核式结构体积很小占有全部质量电子三、原子核的电荷与尺度原子序数电子数质子中子质子核半径10－1510－10随堂练习[例1]答案BC解析在阴极射线管中射出的阴极射线是带负电的电子流，在导线AB形成的磁场中向下偏转，由左手定则可知磁场是垂直纸面向里的，根据安培定则可知导线AB中的电流是由B流向A的，选项A错误，B正确；通过改变AB中的电流方向可以改变磁场方向从而使阴极射线的受力方向向上，使电子束的径迹向上偏，选项C正确；由此可知电子束的径迹与AB中的电流方向即AB形成的磁场方向有关，选项D错误。[例2]答案(1)负电(2)垂直纸面向外(3)eq\f(Esinθ,B2L)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)设此射线带电荷量为q，质量为m，当射线在D、G间做匀速直线运动时，有qE＝qvB。当射线在D、G间的磁场中偏转时，如图所示，有qvB＝eq\f(mv2,r)。同时又有L＝rsinθ，解得eq\f(q,m)＝eq\f(Esinθ,B2L)。[例3]答案AC解析选用金箔的原因：金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔；金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动；且金核半径大，易形成大角度散射。选项A正确；α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α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B错误；α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。[例4]答案D解析α粒子的质量是电子质量的7300倍，α粒子碰到它，就像子弹碰到一粒尘埃，不会引起α粒子散射，α粒子的动能和动量都几乎没有损失。[例5]答案A解析原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里，当α粒子十分接近核时，受到较大的斥力，发生了较大角度的偏转，故A正确，B错误；在卢瑟福α粒子散射实验中，只有少数α粒子发生了大角度偏转，这种现象与原子中存在着带负电的电子无关，与原子的质量在原子核内的分布情况无关，故C、D错误。[例6]答案ABC解析卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了汤姆孙的原子模型，提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核半径的数量级为10－15m，原子半径的数量级为10－10m，原子半径是原子核半径的十万倍，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。课后巩固1.答案D解析阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，其比荷比氢原子比荷大的多，故A、B、C错误；选项D正确。2.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，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。3．答案B解析汤姆孙研究阴极射线发现了电子，并求出了比荷，汤姆孙证明了电子是原子的组成部分。A错误、B正确。4.答案B解析油滴悬浮在两板间，由平衡条件得：qeq\f(U,d)＝mg，题给已知信息v＝km，联立得：q＝，选项B正确。5．答案BCD解析电子的带电荷是最小值1.6×10－19C，物体的带电荷量只能是它的整数倍，所以A错误