步步高3-5 第十八章學(xué)案1、2

1、學(xué)案1電子的發(fā)現(xiàn)學(xué)案2原子的核式結(jié)構(gòu)模型目標(biāo)定位 1.知道陰極射線是由電子組成的，知道電子的電荷量和比荷.2.了解湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義.3.知道粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.4.知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容，能說(shuō)出原子核的數(shù)量級(jí)一、陰極射線電子的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題設(shè)計(jì)1在圖1所示的演示實(shí)驗(yàn)中，K和A之間加上近萬(wàn)伏的高電壓后，玻璃管壁上觀察到什么現(xiàn)象？該現(xiàn)象說(shuō)明了什么問(wèn)題？圖1答案玻璃管壁上觀察到淡淡的熒光及管中物體在玻璃管壁上的影，這說(shuō)明陰極能夠發(fā)出某種射線，并且撞擊玻璃引起熒光2人們對(duì)陰極射線的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有兩種觀點(diǎn)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為是電磁輻射，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為是帶電

2、微粒，你認(rèn)為應(yīng)如何判斷哪種觀點(diǎn)正確？答案可以讓陰極射線通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)，若射線垂直于磁場(chǎng)方向通過(guò)磁場(chǎng)后發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，則該射線是由帶電微粒組成的要點(diǎn)提煉1陰極射線科學(xué)家用真空度很高的真空管做放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)真空管陰極發(fā)射出的一種射線，叫做陰極射線2陰極射線的特點(diǎn)(1)在真空中沿直線傳播；(2)碰到物體可使物體發(fā)出熒光3電了的發(fā)現(xiàn)：湯姆孫讓陰極射線分別通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況，證明了它的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流并求出了其比荷4密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”精確地測(cè)出了電子電荷電子電荷量一般取e1.6×1019_C，電子質(zhì)量me9.1×1031_kg.二、粒子散射實(shí)驗(yàn)問(wèn)題設(shè)計(jì)閱讀課本“

3、粒子散射實(shí)驗(yàn)”，回答下列問(wèn)題：(1)什么是粒子？(2)粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置由幾部分組成？實(shí)驗(yàn)過(guò)程是怎樣的？(3)粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么？答案(1)粒子(He)是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，實(shí)質(zhì)是失去兩個(gè)電子的氦原子核，帶有兩個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7 300倍(2)實(shí)驗(yàn)裝置：粒子源：釙放在帶小孔的鉛盒中，放射出高能粒子，帶兩個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍金箔：特點(diǎn)是金原子的質(zhì)量大，且易延展成很薄的箔放大鏡：能繞金箔在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)熒光屏：熒光屏裝在放大鏡上整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在真空中進(jìn)行金箔很薄，粒子很容易穿過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程：粒子經(jīng)過(guò)一條細(xì)通道，形成一束射線，打

4、在很薄的金箔上，由于金原子中的帶電粒子對(duì)粒子有庫(kù)侖力的作用，一些粒子會(huì)改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向帶有放大鏡的熒光屏可以沿圖中虛線轉(zhuǎn)動(dòng)，以統(tǒng)計(jì)向不同方向散射的粒子的數(shù)目(3)粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°.要點(diǎn)提煉1粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置由粒子源、金箔、放大鏡、熒光屏等幾部分組成，實(shí)驗(yàn)時(shí)從粒子源到熒光屏這段路程應(yīng)處于真空中2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°.3粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果用湯姆孫的“棗糕模型”無(wú)法解釋4盧瑟

5、福的核式結(jié)構(gòu)模型：1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核它集中了全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外空間運(yùn)動(dòng)三、原子核的電荷與尺度1原子內(nèi)的電荷關(guān)系：各種元素的原子核的電荷數(shù)與原子內(nèi)含有的電子數(shù)相等，非常接近它們的原子序數(shù)2原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就等于原子核中的質(zhì)子數(shù)3原子核的大?。涸雍税霃絉的數(shù)量級(jí)為1015m，而整個(gè)原子半徑的數(shù)量級(jí)是1010m.因而原子內(nèi)部十分“空曠”一、對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)例1陰極射線從陰極射線管中的陰極發(fā)出，在其間的高電壓下加速飛向陽(yáng)極，如圖2所示若要使射線向上偏轉(zhuǎn)，所加磁場(chǎng)的方向應(yīng)為()圖2A平行于紙面向左 B

6、平行于紙面向上C垂直于紙面向外 D垂直于紙面向里解析由于陰極射線的本質(zhì)是電子流，陰極射線方向向右，說(shuō)明電子的運(yùn)動(dòng)方向向右，相當(dāng)于存在向左的電流，利用左手定則，為使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上，磁場(chǎng)方向應(yīng)為垂直于紙面向外，故選項(xiàng)C正確答案C二、帶電粒子比荷的測(cè)定例2為求得電子的比荷，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示其中兩正對(duì)極板M1、M2之間的距離為d，極板長(zhǎng)度為L(zhǎng).若M1、M2之間不加任何電場(chǎng)或磁場(chǎng)，可在熒光屏上P點(diǎn)觀察到一個(gè)亮點(diǎn)圖3在M1、M2兩極板間加極性如圖所示的電壓，并逐步調(diào)節(jié)增大，使熒光屏上的亮點(diǎn)逐漸向熒光屏下方偏移，直到熒光屏上恰好看不見(jiàn)亮點(diǎn)為止，記下此時(shí)外加電壓為U.保持電壓U不變，

7、對(duì)M1、M2區(qū)域再加一個(gè)大小、方向合適的磁場(chǎng)B，使熒光屏正中心處重現(xiàn)亮點(diǎn)(1)外加磁場(chǎng)方向如何？(2)請(qǐng)用U、B、L等物理量表示出電子的比荷.解析(1)加上磁場(chǎng)后電子不偏轉(zhuǎn)，電場(chǎng)力等于洛倫茲力，且洛倫茲力方向向上，由左手定則可知磁場(chǎng)方向垂直紙面向外(2)當(dāng)在熒光屏上看不到亮點(diǎn)時(shí)，電子剛好打在下極板M2靠近熒光屏端的邊緣，則()2，.由電場(chǎng)力等于洛倫茲力得Bqv解得v將式代入式得.答案(1)磁場(chǎng)方向垂直紙面向外(2)三、粒子散射實(shí)驗(yàn)及原子的核式結(jié)構(gòu)模型例3如圖4所示為盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)顯微鏡前相連的熒光屏可觀察粒子在各個(gè)角度的散射情況下列說(shuō)法中正

8、確的是()圖4A在圖中的A、B兩位置分別進(jìn)行觀察，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B在圖中的B位置進(jìn)行觀察，屏上觀察不到任何閃光C盧瑟福選用不同金屬箔片作為粒子散射的靶，觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相似D粒子發(fā)生散射的主要原因是粒子撞擊到金箔原子后產(chǎn)生的反彈解析粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)粒子沿原方向前進(jìn)，少數(shù)粒子有大角度散射所以A處觀察到的粒子數(shù)多，B處觀察到的粒子數(shù)少，所以選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤粒子發(fā)生散射的主要原因是受到原子核庫(kù)侖斥力的作用，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤，C正確答案C例4在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中，只有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是()A原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核里B正電荷在

9、原子內(nèi)是均勻分布的C原子中存在著帶負(fù)電的電子D原子的質(zhì)量在原子核內(nèi)是均勻分布的解析原子的核式結(jié)構(gòu)正是建立在粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上的，C、D的說(shuō)法沒(méi)有錯(cuò)，但與題意不符答案A電子的發(fā)現(xiàn)原子的核式結(jié)構(gòu)模型 1(對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí))英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)()A陰極射線在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè)B陰極射線在磁場(chǎng)中受力情況跟正電荷受力情況相同C不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷不同D湯姆孫并未得出陰極射線粒子的電荷量答案AD解析陰極射線實(shí)質(zhì)上就是高速電子流，所以在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè)，A正確由于電子帶負(fù)電，所以其在磁場(chǎng)中受力情況與正電荷不同，B錯(cuò)誤不同材料所產(chǎn)生的陰極射線都是電子流，所以它們

10、的比荷是相同的，C錯(cuò)誤在湯姆孫實(shí)驗(yàn)證實(shí)陰極射線就是帶負(fù)電的電子流時(shí)并未得出電子的電荷量，最早測(cè)出電子電荷量的是美國(guó)物理學(xué)家密立根，D正確2(帶電粒子比荷的測(cè)定)關(guān)于密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”，下列說(shuō)法正確的是()A密立根利用電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力平衡的方法，測(cè)得了帶電體的最小帶電荷量B密立根利用電場(chǎng)力和重力平衡的方法，推測(cè)出了帶電體的最小帶電荷量C密立根利用磁偏轉(zhuǎn)的知識(shí)推測(cè)出了電子的電荷量D密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”直接驗(yàn)證了電子的質(zhì)量不足氫離子質(zhì)量的千分之一答案B3(對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解)X表示金原子核，粒子射向金核被散射，若它們?nèi)肷鋾r(shí)的動(dòng)能相同，其偏轉(zhuǎn)軌道可能是下圖中的()答案D解析粒子離金核越遠(yuǎn)其所受斥力越小，

11、軌道彎曲程度就越小，故選項(xiàng)D正確4(原子的核式結(jié)構(gòu)模型)關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)模型，下列說(shuō)法正確的是()A原子中絕大部分是“空”的，原子核很小B電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)的向心力是原子核對(duì)它的庫(kù)侖力C原子的全部電荷和質(zhì)量都集中在原子核里D原子核的半徑的數(shù)量級(jí)是1010m答案AB解析因?yàn)樵拥娜空姾珊蛶缀跞抠|(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，而原子核又很小，所以原子內(nèi)絕大部分區(qū)域是“空”的，A正確，C錯(cuò)誤；電子繞原子核的圓周運(yùn)動(dòng)是原子核與電子間的庫(kù)侖力引提供向心力，B正確；原子核半徑的數(shù)量級(jí)是1015m，原子半徑的數(shù)量級(jí)是1010m，D錯(cuò)誤題組一對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)1關(guān)于陰極射線的性質(zhì)，判斷正確的是()A陰極射線帶負(fù)電

12、B陰極射線帶正電C陰極射線的比荷比氫原子比荷大D陰極射線的比荷比氫原子比荷小答案AC解析通過(guò)讓陰極射線在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)的研究發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電，其比荷比氫原子的比荷大得多，故A、C正確2. 如圖1所示，一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時(shí)，發(fā)現(xiàn)射線徑跡下偏，則()圖1A導(dǎo)線中的電流由A流向BB導(dǎo)線中的電流由B流向AC如要使電子束的徑跡向上偏，可以通過(guò)改變AB中電流的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)D電子的徑跡與AB中電流的方向無(wú)關(guān)答案BC解析陰極射線帶負(fù)電，由左手定則判斷管內(nèi)磁場(chǎng)垂直紙面向里；由安培定則判斷AB中電流的方向由B流向A.電流方向改變，管內(nèi)磁場(chǎng)方向改變，電子受力方向

13、也改變3陰極射線管中的高電壓的作用()A使管內(nèi)氣體電離B使管內(nèi)產(chǎn)生陰極射線C使管內(nèi)障礙物的電勢(shì)升高D使電子加速答案D題組二比荷的測(cè)定4密立根油滴實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了電子的存在，揭示了電荷的非連續(xù)性如圖2所示是密立根油滴實(shí)驗(yàn)的原理示意圖，設(shè)小油滴的質(zhì)量為m，調(diào)節(jié)兩極板間的電勢(shì)差U，當(dāng)小油滴懸浮不動(dòng)時(shí)，測(cè)出兩極板間的距離為d.則可求出小油滴的電荷量q_.圖2答案解析由平衡條件得mgq，解得q.5湯姆孫1897年用陰極射線管測(cè)量了電子的比荷(電子電荷量與質(zhì)量之比)，其實(shí)驗(yàn)原理如圖3所示電子流平行于極板射入，當(dāng)極板P、P間同時(shí)存在勻強(qiáng)電場(chǎng)E和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B時(shí)，電子流不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)極板間只存在垂直

14、紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B時(shí)，電子流穿出平行板電容器時(shí)的偏轉(zhuǎn)角 rad.已知極板長(zhǎng)L3.0×102 m，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E1.5×104 V/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B5.0×104 T，求電子的比荷圖3答案1.33×1011 C/kg解析無(wú)偏轉(zhuǎn)時(shí)，有eEevB只存在磁場(chǎng)時(shí)，有evBm(或r)，由幾何關(guān)系得偏轉(zhuǎn)角很小時(shí)，r聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得1.33×1011 C/kg.題組三粒子散射實(shí)驗(yàn)及原子的核式結(jié)構(gòu)模型6在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于選用金箔的原因下列說(shuō)法不正確的是()A金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔B金核不帶電C金原子核質(zhì)量大，被粒子轟擊后不易移動(dòng)D金核

15、半徑大，易形成大角度散射答案B7盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型的依據(jù)是用粒子轟擊金箔，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)粒子()A全部穿過(guò)或發(fā)生很小偏轉(zhuǎn)B絕大多數(shù)穿過(guò)，只有少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，有的甚至被彈回C絕大多數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回，只有少數(shù)穿過(guò)D全部發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)答案B解析盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果是絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤粒子被散射時(shí)只有少數(shù)發(fā)生了較大角度偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過(guò)了90°，有的甚至被彈回，故選項(xiàng)B正確，C、D錯(cuò)誤8盧瑟福在解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象時(shí)，不考慮粒子與電子的碰撞影響，這是因?yàn)?)A粒子與電子之間有相互排斥，但斥力很小，可忽略B粒子雖受電子作用，但電子對(duì)粒子的合力為零C電子體積極小，粒子不可能碰撞到電子D電子質(zhì)量極小，粒子與電子碰撞時(shí)能量損失可忽略答案D解析粒子與電子間有庫(kù)侖引力，電子的質(zhì)量很小，粒子與電子相碰，運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯的改變，所以粒子和電子的碰撞可以忽略A、B、C錯(cuò)