4-3原子的核式結(jié)構(gòu)模型(人教2019選擇性必修第三冊-)(原卷版)

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第3節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型【核心素養(yǎng)目標】物理觀念知道陰極射線的組成，體會電子發(fā)現(xiàn)過程中所蘊含的科學方法，知道電荷是量子化的.科學思維了解α粒子散射實驗現(xiàn)象以及盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容.科學探究知道原子和原子核大小的數(shù)量級，知道原子核的電荷數(shù)．科學態(tài)度與責任通過原子的核式結(jié)構(gòu)模型知識應用的實例，感受物理中科學技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，體會科學知識的應用價值，進一步增強學生的學習動力和科學意識。知識點一電子的發(fā)現(xiàn)【情境導入】如圖所示為湯姆孫的氣體放電管．(1)在金屬板D1、D2之間加上如圖所示的電場時，發(fā)現(xiàn)陰極射線向下偏轉(zhuǎn)，說明它帶什么性質(zhì)的電荷？(2)在金屬板D1、D2之間單獨加哪個方向的磁場，可以讓陰極射線向上偏轉(zhuǎn)？【知識梳理】1．陰極射線：發(fā)出的一種射線．它能使對著陰極的玻璃管壁發(fā)出熒光．2．湯姆孫的探究根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的情況斷定，陰極射線的本質(zhì)是帶(填“正電”或“負電”)的粒子流，并求出了這種粒子的比荷．組成陰極射線的粒子被稱為電子．3．密立根實驗：電子電荷的精確測定是由密立根通過著名的“油滴實驗”做出的．目前公認的電子電荷e的值為e＝(保留兩位有效數(shù)字)．4．電荷的量子化：任何帶電體的電荷只能是的整數(shù)倍．【重難詮釋】1．對陰極射線的認識(1)對陰極射線本質(zhì)的認識——兩種觀點①電磁波說，代表人物——赫茲，他認為這種射線是一種電磁輻射．②粒子說，代表人物——湯姆孫，他認為這種射線是一種帶電粒子流．(2)陰極射線帶電性質(zhì)的判斷方法①方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場，通過打在熒光屏上的亮點位置的變化和電場的情況確定陰極射線的帶電性質(zhì)．②方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場，根據(jù)熒光屏上亮點位置的變化和左手定則確定陰極射線的帶電性質(zhì)．(3)實驗結(jié)果根據(jù)陰極射線在電場中和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況，判斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж撾姡?．帶電粒子比荷的測定(1)讓帶電粒子通過相互垂直的勻強電場和勻強磁場，如圖所示，使其做勻速直線運動，根據(jù)二力平衡，即F洛＝F電(Bqv＝qE)，得到粒子的運動速度v＝eq\f(E,B).(2)撤去電場，如圖所示，保留磁場，讓粒子在勻強磁場中運動，由洛倫茲力提供向心力，即Bqv＝meq\f(v2,r)，根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況，由幾何知識求出其半徑r.(3)由以上兩式確定粒子的比荷表達式：eq\f(q,m)＝eq\f(E,B2r).3．電子發(fā)現(xiàn)的意義(1)電子發(fā)現(xiàn)以前人們認為物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成，原子是不可再分的最小微粒．(2)現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)了各種物質(zhì)里都有電子，而且電子是原子的組成部分．(3)電子帶負電，而原子是電中性的，說明原子是可再分的．【典例精析】例1．在再現(xiàn)湯姆孫測陰極射線比荷的實驗中，采用了如圖所示的陰極射線管，從C出來的陰極射線經(jīng)過A、B間的電場加速后，水平射入長度為L的D、G平行板間，接著在熒光屏F中心出現(xiàn)光斑．若在D、G間加上方向向上、場強為E的勻強電場，陰極射線將向下偏轉(zhuǎn)；如果再利用通電線圈在D、G電場區(qū)加上一垂直紙面的磁感應強度為B的勻強磁場(圖中未畫出)，熒光斑恰好回到熒光屏中心，接著再去掉電場，陰極射線向上偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為θ，試解決下列問題：(1)說明陰極射線的電性；(2)說明磁場沿什么方向；(3)根據(jù)L、E、B和θ，求出陰極射線的比荷．【規(guī)律方法】帶電粒子的比荷常見的三種測量方法1．利用磁偏轉(zhuǎn)測比荷：由qvB＝meq\f(v2,R)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,BR)，只需知道磁感應強度B、帶電粒子的初速度v和偏轉(zhuǎn)半徑R即可．2．利用電偏轉(zhuǎn)測比荷：偏移量y＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)·eq\f(qU,md)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,v)))2，故eq\f(q,m)＝eq\f(2ydv2,UL2)，所以在偏轉(zhuǎn)電場電壓U、d、L已知時，只需測量v和y即可．3．利用加速電場測比荷：由動能定理qU＝eq\f(1,2)mv2得eq\f(q,m)＝eq\f(v2,2U)，在加速電場電壓U已知時，只需測出v即可．知識點二原子的核式結(jié)構(gòu)模型【情境導入】如圖所示為1909年英國物理學家盧瑟福指導他的助手蓋革和馬斯頓進行α粒子散射實驗的實驗裝置，閱讀課本，回答以下問題：(1)什么是α粒子？(2)實驗裝置中各部件的作用是什么？實驗過程是怎樣的？(3)實驗現(xiàn)象如何？(4)少數(shù)α粒子發(fā)生大角度散射的原因是什么？【知識梳理】1.湯姆孫原子模型：湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認為原子是一個，彌漫性地在整個球體內(nèi)，電子其中，有人形象地把湯姆孫模型稱為“西瓜模型”或“模型”，如圖．2．α粒子散射實驗：(1)α粒子散射實驗裝置由α粒子源、、顯微鏡等幾部分組成，實驗時從α粒子源到熒光屏這段路程應處于中．(2)實驗現(xiàn)象①α粒子穿過金箔后，基本上仍沿的方向前進；②α粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至，它們幾乎被“”．(3)實驗意義：盧瑟福通過α粒子散射實驗，否定了湯姆孫的原子模型，建立了模型．3．核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運動．【重難詮釋】1．實驗現(xiàn)象的分析(1)核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯改變．(2)少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些α粒子在原子中的某個地方受到了質(zhì)量比它本身大得多的物質(zhì)的作用．湯姆孫的原子模型不能解釋α粒子的大角度散射．(3)絕大多數(shù)α粒子在穿過金原子層時運動方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的，原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在體積很小的核內(nèi)．2．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間內(nèi)繞著核旋轉(zhuǎn)．【典例精析】例2．1909年，物理學家盧瑟福和他的學生用α粒子轟擊金箔，研究α粒子被散射的情況．關(guān)于α粒子散射實驗，下列說法正確的是()A．在α粒子散射實驗中，絕大多數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)B．α粒子大角度散射是由于它跟電子發(fā)生了碰撞C．α粒子散射實驗說明原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有原子的全部質(zhì)量D．通過α粒子散射實驗還可以估計原子核半徑的數(shù)量級是10－10m知識點三原子核的電荷與尺度【知識梳理】1．原子核的電荷數(shù)：各種元素的原子核的電荷數(shù)，即原子內(nèi)的數(shù)，非常接近它們的，這說明元素周期表中的各種元素是按原子中的來排列的．2．原子核的組成：原子核是由和組成的，原子核的電荷數(shù)就是核中的．3．原子核的大小：用核描述核的大?。话愕脑雍耍瑢嶒灤_定的核半徑的數(shù)量級為m，而整個原子半徑的數(shù)量級是m，兩者相差十萬倍之多．【典例精析】例3．(多選)對原子的認識，正確的是()A．原子由原子核和核外電子組成B．原子核的質(zhì)量就是原子的質(zhì)量C．原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)D．原子序數(shù)等于核電荷與電子電荷量大小的比值針對訓練一、單選題1．在粒子散射實驗中，使少數(shù)粒子產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的作用力是（

）A．原子核對粒子的萬有引力 B．原子核對粒子的庫侖斥力C．原子核對粒子的磁場力 D．核外電子對粒子的引力2．盧瑟福指導他的助手進行的α粒子散射實驗所用儀器的示意圖如圖所示。放射源發(fā)射的α粒子打在金箔上，通過顯微鏡觀察散射的α粒子。實驗發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來方向前進，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)的角度甚至大于90°，于是，盧瑟福大膽猜想（）A．原子半徑的數(shù)量級是10－10mB．原子核內(nèi)存在質(zhì)子和中子C．原子內(nèi)部有體積很小、質(zhì)量很大的核D．造成α粒子偏轉(zhuǎn)的主要原因是它受到了原子中電子的作用3．關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的認識歷程，下列說法正確的有（）A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)B．湯姆孫通過著名的“油滴實驗”精確測定電子電荷C．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好的解釋原子中帶正電部分的體積、質(zhì)量占比都很小D．α粒子散射實驗中少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)4．在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是（）A．原子中的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上B．正電荷在原子中是均勻分布的C．原子中存在著帶負電的電子D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中5．下列關(guān)于原子模型及其建立過程敘述正確的是（）A．陰極射線是電子流，J.J.湯姆孫測出了電子的比荷，并精確測定了電子電荷量B．J.J.湯姆孫認為原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布于球內(nèi)，電子鑲嵌其中;該理論無法解釋α粒子散射現(xiàn)象，后被盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型所取代C．通過α粒子散射實驗可以估算出原子核尺度數(shù)量級為10-10mD．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗指出原子的全部正電荷和全部質(zhì)量都集中在一個很小的區(qū)域——原子核6．1909年，英籍物理學家盧瑟福和他的學生蓋革·馬斯頓一起進行了著名的“α粒子散射實驗”，實驗中大量的粒子穿過金屬箔前后的運動情形如圖所示，下列關(guān)于該實驗的描述正確的是（）A．“α粒子散射實驗”現(xiàn)象中觀察到絕大多數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)B．“α粒子散射實驗”現(xiàn)象能夠說明原子中帶正電的物質(zhì)占據(jù)的空間很小C．根據(jù)α粒子散射實驗不可以估算原子核的大小D．該實驗證實了湯姆孫原子模型的正確性7．在粒子散射實驗中，沒有考慮粒子跟電子的碰撞，其原因是（）A．粒子不跟電子發(fā)生相互作用B．粒子跟電子相碰時，損失的能量極少，可忽略C．電子的體積很小，粒子不會跟電子相碰D．由于電子是均勻分布的，粒子所受電子作用的合力為零8．關(guān)于粒子散射實驗及核式結(jié)構(gòu)模型，下列說法正確的是（）A．實驗裝置從粒子源到熒光屏的空間處于真空環(huán)境中B．絕大多數(shù)粒子穿過金箔后發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)C．粒子接近金原子核時，受到很強的吸引力才可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D．粒子散射實驗否定了原子的核式結(jié)構(gòu)模型9．下列說法正確的是（）A．陰極射線是高速的質(zhì)子流B．陰極射線可以用人眼直接觀察到C．陰極射線是高速運動的電子流D．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在核內(nèi)10．如圖所示為α粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說法不正確的是（）A．相同時間內(nèi)放在A位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．相同時間內(nèi)放在B位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時少得多C．放在C、D位置時屏上觀察不到閃光D．放在D位置時屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少11．α粒子散射實驗中，不考慮電子和α粒子的碰撞影響，是因為（）A．α粒子與電子根本無相互作用B．因為電子是均勻分布的，粒子受電子作用的合力為零C．α粒子和電子碰撞損失能量極少，可忽略不計D．電子很小，粒子碰撞不到電子12．關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，下列說法正確的是（）A．原子中的原子核很小，核外很“空曠” B．原子核半徑的數(shù)量級是10-10mC．原子的全部電荷都集中在原子核里 D．原子的全部質(zhì)量都集中在原子核里13．粒子散射實驗中，有部分大角度偏轉(zhuǎn)的粒子，說明了（）A．由于原子中的電子碰撞造成的 B．受到金原子核庫侖引力C．原子核由質(zhì)子和中子組成 D．原子中有帶正電的原子核14．在盧瑟福的粒子散射實驗中，某一粒子經(jīng)過某一原子核附近時的軌跡如圖中實線所示，圖中P、Q為軌跡上的點，虛線是過P、Q兩點并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為五個區(qū)域，不考慮其他原子核對該粒子的作用