2019-2020学年高中物理 第十八章 原子结构 第1、2节 电子的发现 原子的核式结构模型课件

第1节电子的发现第2节原子的核式结构模型学习目标1．掌握带电粒子比荷的测定方法．2．理解卢瑟福的原子核式结构的主要内容．3．知道电子发现和α粒子散射实验结果的重大意义．填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、电子的发现1．阴极射线(1)实验研究如图所示，真空玻璃管中K是金属板制成的1________，接感应圈的负极，A是金属环制成的2________，接感应圈的正极，接电源后，感应圈会产生近万伏的高电压加在两极间．可观察到玻璃壁上淡淡的3_______及管中物体在玻璃壁上的4_________.阴极阳极荧光影子(2)阴极射线荧光的实质是由于玻璃受到5______发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为6_____________.阴极阴极射线(3)阴极射线的特点①在真空中沿7_____________传播；②碰到物体可使物体发出8_____________.(4)对阴极射线认识的两种观点①电磁辐射；②9_____________.直线荧光带电微粒2．电子的发现(1)汤姆孙的探究方法①让阴极射线分别通过电场和磁场，根据10_________现象，证明它是11__________的粒子流并求出了其比荷；②换用不同的阴极做实验，所得12__________的数值都相同，是氢离子比荷的近13__________倍；③汤姆孙研究的新现象：如光电效应、热离子发射效应和β射线等．发现不论阴极射线、β射线、光电流还是热离子流，它们都包含14_____________.偏转带负电比荷两千电子(2)结论二、原子的结构1．汤姆孙的原子模型汤姆孙于1898年提出一种模型．他认为，原子是一个15___体，16_______弥漫性地均匀分布在整个球体内，17_________镶嵌其中，图中的小圆点代表18________，大圆点代表19________.有人形象地把汤姆孙模型称为“20________模型”或“21________模型”．球正电荷电子正电荷电子西瓜枣糕2．原子的核式结构模型(1)α粒子散射实验①α粒子：是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的22_____________，质量为氢原子质量的23_____________倍；正电荷4②实验装置如图所示(俯视)，整个装置放在真空中，其中：R：放射源―→释放α粒子；F：厚度极小的金箔；M：带有荧光屏S的24_____________，能够围绕金箔F在25_____________内转动，观察不同方向上的α粒子的散射情况；放大镜水平面③实验结果：26_____________α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有27_____________α粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转，偏转的角度甚至28______90°，也就是说它们几乎被“29_____________”；④实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了原子的30_____________模型．绝大多数少数大于撞了回来核式结构(2)原子的核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫31_____________，它集中了全部的32_____________和几乎全部的33_____________，34_____________在核外空间运动．原子核正电荷质量电子|基础小题·做一做|1．正误判断(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．()×√×(4)α粒子散射实验证明了汤姆孙的原子模型是符合事实的．()(5)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹．()(6)α粒子大角度的偏转是电子造成的．()×××2．阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示，若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为()A．平行于纸面向左B．平行于纸面向上C．垂直于纸面向外D．垂直于纸面向里解析：选C阴极射线带负电，由阴极加速飞向阳极，在磁场中运动时，根据左手定则可知，四指指向电子运动的反方向，磁场穿过掌心，大拇指所指方向为受力方向，所加的磁场垂直于纸面向外，C选项正确．3．(多选)如图所示为α粒子散射实验装置，粒子打到荧光屏上都会引起闪烁，若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中A、B、C、D四处位置．则这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数一定不符合事实的是()A．1305、25、7、1B．202、405、625、825C．1202、1010、723、203D．1202、1305、723、203解析：选BCD根据α粒子散射实验的现象可知，大多数粒子能按原来方向前进，少数粒子方向发生了偏移，极少数粒子偏转超过90°，甚至有的被反向弹回．在相等时间内A处闪烁次数最多，其次是B、C、D三处，并且数据相差比较大，A选项正确．4．图甲是汤姆孙的枣糕模型，图乙是α粒子散射实验装置．结合两模型思考下列问题：(1)汤姆孙提出的原子结构模型成功之处在哪里？(2)图乙是α粒子散射实验装置，各部分的作用是什么？提示：(1)汤姆孙的原子结构模型认为正电荷均匀分布在球体内，电子镶嵌其中，正负电荷电量相等，可以解释原子呈电中性的问题，汤姆孙的原子结构模型为我们揭开原子结构研究的序幕．(2)放射源放出快速运动的α粒子，α粒子通过金箔时被散射，打在荧光屏上发出荧光，可通过带有荧光屏的放大镜进行观察，并可以在水平面内转动，观察不同方向和不同位置的通过金箔散射的α粒子数量，并且整个装置封闭在真空内．|核心知识·记一记|1．英国物理学家汤姆孙发现组成阴极射线的粒子——电子．2．密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷量．3．α粒子散射实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°.4．原子结构模型：在原子的中心有一个很小的核叫原子核，原子的所有正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕核旋转．5．原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核中的质子数．6．原子半径的数量级为10－10m，原子核半径的数量级为10－15m.析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一电子的发现及其比荷的测定|要点归纳|1．电子的发现(1)真空玻璃管两极加上高电压→玻璃管壁上发出荧光(2)德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线．(3)猜想①阴极射线是一种电磁辐射．②阴极射线是带电微粒．(4)英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转．(5)密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量．2．电子比荷的测定根据电场、磁场对电子(带电粒子)的偏转测量比荷(或电荷量)：(1)让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场(如图)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)，得到粒子的运动速度v＝EB.(2)撤去电场(如图)，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Bqv＝mv2r，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r.(3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：qm＝EB2r.|例题展示|【例1】(多选)如图所示，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，发现射线径迹向下偏转，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转，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[解析]阴极射线是高速电子流，由左手定则判断可知，磁场垂直纸面向里，由安培定则可知，导线AB中的电流由B流向A，且改变AB中的电流方向时可以使电子束的轨迹往上偏，故选项B、C正确．[答案]BC【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中心出现荧光斑．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．[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，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外．(3)设此射线带电量为q，质量为m，当射线在DG间做匀速直线运动时，有qE＝Bqv.当射线在DG间的磁场中偏转时，有Bqv＝mv2r，同时又有L＝r·sinθ，如图所示，解得qm＝EsinθB2L.[答案](1)负电(2)垂直纸面向外(3)EsinθB2L[规律方法]求解带电粒子比荷的思路(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系式．(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图来确定圆心位置，利用几何知识求其半径．(3)带电粒子通过相互垂直的匀强电磁场时，可使其做匀速直线运动，根据qE＝qvB可求其速度．|对点训练|1．借助阴极射线管，我们看到的是()A．每个电子的运动轨迹B．所有电子整体的运动轨迹C．真实的电子D．错误的假象解析：选B借助阴极射线管，我们看到的是电子束的运动轨迹，即所有电子整体的运动轨迹，选项B正确．2．(多选)关于电子的发现，下列说法正确的是()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．在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒D．电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分解析：选BCD发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A错误，B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到，原子中应该还有其他带正电的部分，D正确．3．如图所示，让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B和两极之间的电压U，带电粒子将不发生偏转．然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，并垂直打到极板上．已知两极板之间的距离为d，求阴极射线中带电粒子的比荷．解析：设阴极射线粒子的电荷量为q，质量为m，则在电磁场中由平衡条件得qUd＝qvB①撤去电场后，由牛顿第二定律得qvB＝mv2R②又由题意知R＝d2③由①②③式得qm＝2UB2d2.答案：2UB2d2★要点二α粒子散射实验和原子结构模型|要点归纳|1．实验装置(1)放射源：放出α粒子(2)金箔：靶子．(3)显微镜、荧光屏(可转动)：观察工具．2．实验注意事项(1)整个实验过程需在真空中进行．(2)α粒子是氦核，本身很小，金箔需很薄，α粒子才能很容易穿过．(3)实验中用的是金箔而不是铝箔，这是因为金的原子序数大，α粒子受到金核库仑力大，偏转明显；另外金的延展性好，容易做成极薄的金箔．3．卢瑟福的核式结构模型对α粒子散射分析(1)分布情况：原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的．(2)受力情况①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小．(3)偏转情况①绝大多数α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小)；②少数α粒子发生大角度偏转，甚至被弹回；③如果α粒子几乎正对着原子核射来，偏转角就几乎达到180°，这种机会极少．|例题展示|【例3】(多选)(2019·梅州高二检测)关于原子核式结构理论说法正确的是()A．是通过发现电子现象得出来的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