4.3 原子的核式结构模型-学案

4.3原子的核式结构模型【学习目标】一、知识与技能1．了解阴极射线及电子发现的过程。2．了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据。3．知道粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容。二、过程与方法1．通过对粒子散射实验结果的讨论与交流，培养对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力。2．通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用。3．了解研究微观现象的方法。三、情感、态度与价值观1．理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程，根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说。人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的。2．通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。3．通过对原子结构的认识的不断深入，认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。【学习重点】1．电子的发现。2．原子的核式结构模型。【学习难点】粒子散射实验。【学习过程】一、电子的发现1．阴极射线科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管______极发射出的一种射线，叫做阴极射线。2．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________。3．对于阴极射线的本质，有大量的科学家经过大量的科学研究，主要形成了两种观点。（1）____________说：代表人物：赫兹。认为这种射线的本质是一种____________的传播过程。（2）____________说：代表人物：汤姆孙。认为这种射线的本质是一种__________________。4．汤姆孙的研究英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。实验装置如图所示，从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过D1D2后沿直线打在荧光屏P上。（1）当在平行极板上加如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有_____________。（2）为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外。当满足条件_________________时，则阴极射线不发生偏转。则v=_实验结论：阴极射线是__________________。还可求出这种粒子的_________。汤姆孙还发现用不同材料的阴极做实验，比荷数值都_____________。汤姆孙后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了汤姆孙的猜测是正确的。汤姆生把新发现的这种粒子称之为电子。密立根通过实验发现，电荷具有量子化的特征。即任何电荷只能是e的整数倍。电子的电荷量：e＝___________________C电子的质量：m＝____________________kg二、原子的核式结构模型1．粒子散射实验（1）粒子散射实验装置由__________、__________、__________、荧光屏等几部分组成，实验时从粒子源到荧光屏这段路程应处于__________中。（2）实验现象：绝大多数粒子穿过金箔后_________________________；少数粒子（约占8000分之一）_________________________；极少数粒子的偏转超过了______，有的甚至几乎被撞了回来。2．原子的核式结构模型（1）在原子的中心有一个很小的核，叫做___________。（2）原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在___________里。（3）带负电的电子____________________________________________。三、原子核的电荷与尺度1．原子核的带电量：原子核的电荷数＝________________________2．原子核的尺度：原子半径的数量级为__________m、原子核半径数量级为_________m。【练习巩固】1．电子的发现说明（）A．原子是由原子核和电子组成的B．物质是带电的且一定带负电C．原子可进行再分D．原子核可再分答案：C2．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的辉光放电现象B．阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流C．阴极射线是某一频率的电磁波D．阴极射线可以直线传播，也可被电场、磁场偏转答案：BD3．一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线AB，发现射线径迹向下偏，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往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关答案：BC4．有一电子（电荷量为e）经电压为U0的电场加速后，进入两块间距为d，电压为U的平行金属板间，若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：（1）金属板AB的长度；（2）电子穿出电场时的动能。答案：（1）d（2）e5．提出原子核式结构模型的科学家是（）A．汤姆孙B．法拉第C．卢瑟福D．奥斯特答案：C6．在用α粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的α粒子的运动情况是（）A．全部α粒子穿过金属箔后，仍按原来的方向前进B．绝大多数α粒子穿过金属箔后，仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回C．少数α粒子穿过金属箔后，仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回D．全部α粒子都发生很大偏转答案：B7．卢瑟福α粒子散射实验的结果（）A．证明了质子的存在B．证明了原子核是由质子和中子组成的C．说明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上D．说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动答案：C8．在α粒子散射实验中，没有考虑α粒子跟电子的碰撞，其原因是（）A．α粒子不跟电子发生相互作用B．α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，α粒子不会跟电子相碰D．由于电子是均匀分布的，α粒子所受电子作用的合力为零答案：B9．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，叫做原子核B．原子的正负电荷都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核旋转答案：ACD10．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（）A．原子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答案：A第四章3A组·基础达标1．关于电子的发现，下列叙述中不正确的是()A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的B．电子的发现，说明原子具有一定的结构C．电子是第一种被人类发现的微观粒子D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象【答案】A【解析】发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确．2．(多选)对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有()A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的显微镜B．金箔的厚度对实验无影响C．如果不用金箔改用铝箔，仍会发生散射现象D．实验装置必须放在真空中【答案】ACD【解析】若金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受较大的阻碍而影响实验效果，B错误．若改用铝箔，铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍能发生，C正确．若放置在空气中，空气中的尘埃对α粒子的运动会产生影响，故D正确．3．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是()A．α粒子散射实验B．电子的发现C．光电效应现象的发现D．天然放射性现象的发现【答案】A【解析】卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，故A正确，B、C、D错误．4．(多选)卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是()A．解释α粒子散射现象B．用α粒子散射的实验数据估算原子核的大小C．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子D．卢瑟福通过α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的【答案】AB【解析】α粒子散射实验现象与汤姆生的枣糕模型相矛盾，卢瑟福的原子核式结构模型合理解释了该实验现象，并通过实验数据估算出了原子核的半径的数量级为10－15m，A、B正确；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子是由原子核和核外电子组成的，但不能说明原子核内存在质子，故C错误；卢瑟福的α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，但不能证明原子核是由质子和中子组成的，故D错误．5．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．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光B．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几乎一样多C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D．卢瑟福通过该实验得到了原子的“枣糕模型”结论【答案】C【解析】在B位置进行观察时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，而在A位置进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，A、B错误；选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，C正确；卢瑟福根据此实验得出原子的核式结构模型，D错误．6．如图为卢瑟福的α粒子散射实验，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为()A．轨迹a B．轨迹bC．轨迹c D．轨迹d【答案】A【解析】α粒子散射实验表明正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，离原子核越近，受到的库仑斥力越强，则偏转程度越强，沿题图中③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为a，A正确．7．关于α粒子散射实验，下列说法不正确的是()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α粒子打在荧光屏上形成的D．荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光【答案】D【解析】本题考查α粒子散射实验装置及其作用，荧光屏不只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光，所以D错误．8．密立根油滴实验装置如图所示，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()A．悬浮油滴带正电B．悬浮油滴的电荷量为eq\f(mg,U)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【答案】C【解析】带电油滴在两板间静止时，受竖直向下的重力和竖直向上的电场力，则油滴应带负电，A错误；qE＝mg，即qeq\f(U,d)＝mg，所以q＝eq\f(mgd,U)，B错误；当E变大时，qE变大，原来悬浮的油滴所受合力向上，油滴向上运动，C正确；任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍，D错误．9．如图所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图．显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光．安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转．下列说法中正确的是()A．如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点B．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里C．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向外D．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场强度应该先由小到大，再由大到小【答案】A【解析】偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O点，A正确．由阴极射线的电性及左手定则可知B、C错误；由R＝eq\f(mv,qB)可知，B越小，R越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，故D错误．B组·能力提升10．在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图所示．图中P、Q为轨迹上的点，虚线是经过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域．不考虑其他原子核对α粒子的作用，则关于该原子核的位置，正确的是()A．一定在①区域 B．可能在②区域C．可能在③区域 D．一定在④区域【答案】A【解析】卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，若在③④区域粒子轨迹将向上偏转，由轨迹的弯曲方向知道排斥力向下，原子核一定在①区域，A正确．11．α粒子的质量大约是电子质量的7300倍，如果α粒子以速度v跟电子发生弹性正碰(假设电子原来是静止的)，则碰撞后α粒子的速度变化了多少？解：设电子质量为m，碰后α粒子速度为v1，电子速度为v2，由弹性正碰中动量和能量守恒有eq\f(1,2)×7300mv2＝eq\f(1,2)×7300mveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)，7300mv＝7300mv1＋mv2，解得v1＝eq\f(7300m－m,7300m＋m)v＝eq\f(7299,7301)v.因此碰撞后α粒子速度减小了v－v1＝eq\f(2,7301)v.12．带电粒子的电荷量与质量的比值(eq\f(q,m))称为荷质比．汤姆孙当年用来测定电子荷质比的实验装置如图所示．真空玻璃管内的阴极K发出的电子经过加速电压加速后，形成细细的一