202X版高中物理第3章原子世界探秘3.1電子的發(fā)現(xiàn)及其重大意義3.2原子模型的提出課件滬科版選修3_5

1、3.1電子的發(fā)現(xiàn)及其重大意義3.2原子模型的提出第3章學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道陰極射線的組成，電子是原子的組成局部.2.了解湯姆生發(fā)現(xiàn)電子的研究方法及蘊(yùn)含的科學(xué)思想.3.了解粒子散射實(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構(gòu)造模型的主要內(nèi)容.5.知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí)，原子的組成及帶電情況.內(nèi)容索引知識(shí)探究新知探究 點(diǎn)點(diǎn)落實(shí)題型探究重點(diǎn)難點(diǎn) 各個(gè)擊破達(dá)標(biāo)檢測(cè)當(dāng)堂檢測(cè) 穩(wěn)固反響知識(shí)探究一、陰極射線電子的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究1.在圖1所示的實(shí)驗(yàn)中，將陰極射線管的陰極和陽極接上高壓電源后，用真空泵逐漸抽去管中的空氣，會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？當(dāng)氣壓降得很低時(shí)，又有什么現(xiàn)象發(fā)生？答案答案接上高

2、壓電源后，管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象，當(dāng)氣壓降得很低時(shí)，管內(nèi)不再發(fā)光，但由陰極發(fā)射出的射線，能使熒光物質(zhì)發(fā)光.答案圖12.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)為是一種電磁波，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為是帶電微粒，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電場(chǎng)答案可以讓陰極射線通過電場(chǎng)(磁場(chǎng)磁場(chǎng))，假設(shè)射線垂直于電場(chǎng)，假設(shè)射線垂直于電場(chǎng)(磁場(chǎng)磁場(chǎng))方向方向射入之后發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，那么該射線是由帶電微粒組成的射入之后發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，那么該射線是由帶電微粒組成的.答案知識(shí)梳理知識(shí)梳理1.陰極射線的特點(diǎn)陰極射線的特點(diǎn)(1)在真空中沿在真空中沿 傳播；傳播；(2)碰到物體可使物體發(fā)出碰到物體可使物體發(fā)出

3、.2.湯姆生對(duì)陰極射線本質(zhì)的探究湯姆生對(duì)陰極射線本質(zhì)的探究結(jié)論：湯姆生通過實(shí)驗(yàn)得出，陰極射線是一種帶負(fù)電的結(jié)論：湯姆生通過實(shí)驗(yàn)得出，陰極射線是一種帶負(fù)電的 的粒的粒子，物理學(xué)中稱為電子，電子是原子的組成局部子，物理學(xué)中稱為電子，電子是原子的組成局部.直線熒光質(zhì)量很小即學(xué)即用即學(xué)即用判斷以下說法的正誤判斷以下說法的正誤.(1)陰極射線在真空中沿直線傳播陰極射線在真空中沿直線傳播.()(2)英國(guó)物理學(xué)家湯姆生認(rèn)為陰極射線是一種電磁輻射英國(guó)物理學(xué)家湯姆生認(rèn)為陰極射線是一種電磁輻射.()(3)組成陰極射線的粒子是電子組成陰極射線的粒子是電子.()(4)電子是原子的組成局部，電子電荷量可以取任意數(shù)值電子

4、是原子的組成局部，電子電荷量可以取任意數(shù)值.()答案(1)什么是粒子？導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖如圖2所示為所示為1909年英籍物年英籍物理學(xué)家盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生蓋革和馬斯頓進(jìn)理學(xué)家盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生蓋革和馬斯頓進(jìn)展展粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置，閱讀課本，粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置，閱讀課本，答復(fù)以下問題：答復(fù)以下問題：二、粒子散射實(shí)驗(yàn)答案圖2答案答案粒子 是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來的快速運(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)裝置中各部件的作用是什么？實(shí)驗(yàn)過程是怎樣的？答案答案答案粒子源：把放射性元素釙放在帶小孔的鉛盒中，放射

5、出高能的粒子.帶熒光屏的放大鏡：觀察粒子打在熒光屏上發(fā)出的微弱閃光.實(shí)驗(yàn)過程：粒子經(jīng)過一條細(xì)通道，形成一束射線，打在很薄的金箔上，由于金原子中的帶電粒子對(duì)粒子有庫侖力的作用，一些粒子會(huì)改變?cè)瓉淼倪\(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)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如何？答案答案答案絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，有的粒子偏轉(zhuǎn)角超過90，極少數(shù)粒子甚至被反彈回來.(4)少數(shù)粒子發(fā)生大角度散射的原因是什么？答案答案粒子帶正電，粒子帶正電，粒子受原子中帶正電的局部的排斥力發(fā)生了大角粒子受原子中帶正電的局部的排斥力發(fā)生了大角度散射度散射.

6、知識(shí)梳理知識(shí)梳理1.粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置由粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置由 、 、 等幾局部組成，實(shí)驗(yàn)時(shí)從等幾局部組成，實(shí)驗(yàn)時(shí)從粒子源到熒光屏這段路程應(yīng)處于粒子源到熒光屏這段路程應(yīng)處于 中中.2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(1) 粒子穿過金箔后沿粒子穿過金箔后沿 的方向前進(jìn)；的方向前進(jìn)；(2) 粒子發(fā)生了粒子發(fā)生了 的偏轉(zhuǎn)；的偏轉(zhuǎn)；(3)有的有的粒子偏轉(zhuǎn)角超過粒子偏轉(zhuǎn)角超過 ，有，有 粒子甚至被反彈回來粒子甚至被反彈回來.3.實(shí)驗(yàn)意義：盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)意義：盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗(yàn)，否認(rèn)了湯姆孫的原子模型，粒子散射實(shí)驗(yàn)，否認(rèn)了湯姆孫的原子模型，建立了建立了 模型模型.粒子源金箔帶有熒光屏的放大鏡真空絕大多數(shù)的原來大角度90極

7、少數(shù)核式構(gòu)造少數(shù)即學(xué)即用即學(xué)即用判斷以下說法的正誤判斷以下說法的正誤.(1)粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了湯姆生的原子模型是符合事實(shí)的粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了湯姆生的原子模型是符合事實(shí)的.()(2)粒子散射實(shí)驗(yàn)中大多數(shù)粒子散射實(shí)驗(yàn)中大多數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈.()(3)粒子大角度的偏轉(zhuǎn)是電子造成的粒子大角度的偏轉(zhuǎn)是電子造成的.()(4)粒子帶有兩個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的粒子帶有兩個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的2倍倍.()答案導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究1.原子中的原子核所帶電荷量有何特點(diǎn)？三、原子的核式構(gòu)造模型原子核的電荷與尺度答案答案答案原子核帶正電，原子是電中性的，原子核所

8、帶電荷量與核外電子所帶的電荷量相等.2.核式構(gòu)造模型是如何解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的？答案由于原子核很小，大多數(shù)答案由于原子核很小，大多數(shù)粒子穿過金箔時(shí)都離核很遠(yuǎn)，受到粒子穿過金箔時(shí)都離核很遠(yuǎn)，受到的斥力很小，它們的運(yùn)動(dòng)方向幾乎不改變的斥力很小，它們的運(yùn)動(dòng)方向幾乎不改變.只有極少數(shù)只有極少數(shù)粒子有時(shí)機(jī)與原子核接近，受到原子核較大的斥力而發(fā)粒子有時(shí)機(jī)與原子核接近，受到原子核較大的斥力而發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)生明顯的偏轉(zhuǎn).知識(shí)梳理知識(shí)梳理1.核式構(gòu)造模型：核式構(gòu)造模型：1911年由盧瑟福提出年由盧瑟福提出.在原子中心有一個(gè)很小的核，在原子中心有一個(gè)很小的核，叫叫 .它集中了原子的全部它集中了原子的全部 和幾乎

9、全部的和幾乎全部的 ， 在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)在核外空間繞核旋轉(zhuǎn).2.原子核的電荷與尺度原子核的電荷與尺度原子核電子正電荷質(zhì)量原子核原子核電荷數(shù)等于核外電子數(shù)，非常接近原子序數(shù)原子半徑數(shù)量級(jí)是 ，原子核半徑R的數(shù)量級(jí)為_1010 m1015 m即學(xué)即用即學(xué)即用判斷以下說法的正誤判斷以下說法的正誤.(1)盧瑟福的核式構(gòu)造模型認(rèn)為原子中帶正電的局部體積很小，電子在盧瑟福的核式構(gòu)造模型認(rèn)為原子中帶正電的局部體積很小，電子在正電體外面運(yùn)動(dòng)正電體外面運(yùn)動(dòng).()(2)對(duì)于一般的原子，由于原子核很小，所以內(nèi)部十分空曠對(duì)于一般的原子，由于原子核很小，所以內(nèi)部十分空曠.()答案題型探究一、對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)例例1(多

10、項(xiàng)選擇多項(xiàng)選擇)下面對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)正確的選項(xiàng)是下面對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)正確的選項(xiàng)是A.陰極射線是由陰極發(fā)出的粒子撞擊玻璃管壁上的熒光粉而產(chǎn)生的陰極射線是由陰極發(fā)出的粒子撞擊玻璃管壁上的熒光粉而產(chǎn)生的B.只要陰陽兩極間加有電壓，就會(huì)有陰極射線產(chǎn)生只要陰陽兩極間加有電壓，就會(huì)有陰極射線產(chǎn)生C.陰極射線是真空玻璃管內(nèi)由陰極發(fā)出的射線陰極射線是真空玻璃管內(nèi)由陰極發(fā)出的射線D.陰陽兩極間加有高壓時(shí)，電場(chǎng)很強(qiáng)，陰極中的電子受到很強(qiáng)的庫侖力陰陽兩極間加有高壓時(shí)，電場(chǎng)很強(qiáng)，陰極中的電子受到很強(qiáng)的庫侖力 作用而脫離陰極作用而脫離陰極解析解析陰極射線是真空玻璃管內(nèi)由陰極直接發(fā)出的射線，故A錯(cuò)誤，C正確；只有當(dāng)兩極間

11、有高壓且陰極接電源負(fù)極時(shí)，陰極中的電子才會(huì)受到足夠大的庫侖力作用而脫離陰極成為陰極射線，故B錯(cuò)誤，D正確.答案解析1.利用磁偏轉(zhuǎn)測(cè)量利用磁偏轉(zhuǎn)測(cè)量 (1)讓帶電粒子通過相互垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)(如圖3)，讓其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)二力平衡，即F洛F電(BqvqE)，得到粒子的運(yùn)動(dòng)速度v .二、帶電粒子比荷的測(cè)定圖3(2)撤去電場(chǎng)(如圖4)，保存磁場(chǎng)，讓粒子單純地在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力，即Bqvm ，根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況，由幾何知識(shí)求出其半徑r.圖42.利用電偏轉(zhuǎn)測(cè)量利用電偏轉(zhuǎn)測(cè)量帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，偏轉(zhuǎn)量帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，偏轉(zhuǎn)量 ，故，故 ，所以在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，所以在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，

12、U、d、L時(shí)，只需測(cè)量時(shí)，只需測(cè)量v和和y即可即可.例例2在再現(xiàn)湯姆生測(cè)陰極射線比荷的實(shí)驗(yàn)中，采用了如圖5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(chǎng)加速后，水平射入長(zhǎng)度為L(zhǎng)的D、G平行板間，接著在熒光屏F中圖5心出現(xiàn)熒光斑.假設(shè)在D、G間加上方向向上、場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，陰極射線將向下偏轉(zhuǎn)；如果再利用通電線圈在D、G電場(chǎng)區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫)，熒光斑恰好回到熒光屏中心，接著再去掉電場(chǎng)，陰極射線向上偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為，試解決以下問題：(1)說明陰極射線的電性.答案解析答案答案負(fù)電解析由于陰極射線在電場(chǎng)中向下偏轉(zhuǎn)，因此陰極射線受電場(chǎng)力方向向解析由于陰極射線在

13、電場(chǎng)中向下偏轉(zhuǎn)，因此陰極射線受電場(chǎng)力方向向下，又由于勻強(qiáng)電場(chǎng)方向向上，那么電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)方向相反，所下，又由于勻強(qiáng)電場(chǎng)方向向上，那么電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)方向相反，所以陰極射線帶負(fù)電以陰極射線帶負(fù)電.答案解析(2)說明圖中磁場(chǎng)沿什么方向.答案答案垂直紙面向外解析由于所加磁場(chǎng)使陰極射線受到向上的洛倫茲力，而與電場(chǎng)力平衡，解析由于所加磁場(chǎng)使陰極射線受到向上的洛倫茲力，而與電場(chǎng)力平衡，由左手定那么得磁場(chǎng)的方向垂直紙面向外由左手定那么得磁場(chǎng)的方向垂直紙面向外.(3)根據(jù)L、E、B和，求出陰極射線的比荷.答案解析解析解析設(shè)此射線帶電量為q，質(zhì)量為m，當(dāng)射線在D、G間做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，有qEBqv.針對(duì)訓(xùn)

14、練針對(duì)訓(xùn)練1如圖6所示，電子以初速度v0從O點(diǎn)進(jìn)入長(zhǎng)為l、板間距離為d、電勢(shì)差為U的平行板電容器中，出電場(chǎng)時(shí)打在屏上P點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量OP距離為Y0，求電子的比荷.答案解析解析解析由于電子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，沿電場(chǎng)力方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，滿足圖6運(yùn)用電磁場(chǎng)測(cè)定電子比荷的解題技巧運(yùn)用電磁場(chǎng)測(cè)定電子比荷的解題技巧1.當(dāng)電子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，eEevB，可以測(cè)出電子速度大小.2.當(dāng)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，evBm ，測(cè)出圓周運(yùn)動(dòng)半徑，即可確定比荷.3.當(dāng)電子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)， ，測(cè)出電子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)量也可以確定比荷.方法方法總結(jié)總結(jié)A.在圖中的A、B兩位置分別進(jìn)展觀察，一樣時(shí)間

15、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)展觀察，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)果根本相似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)生的反彈例例3如圖如圖7所示為盧瑟福所示為盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意粒子散射實(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)，通過顯微鏡圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)，通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察前相連的熒光屏可觀察粒子在各個(gè)角度的散射情況粒子在各個(gè)角度的散射情況.以下說法中正確的選項(xiàng)是以下說法中正確的選項(xiàng)是答案解析三、對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解圖7解析解析粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)粒子沿原方向前進(jìn)

16、，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侖斥力的作用，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤，C正確.針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練2盧瑟福利用盧瑟福利用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)研究原子構(gòu)造，正確反映粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)研究原子構(gòu)造，正確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖是答案解析解析解析粒子轟擊金箔后偏轉(zhuǎn)，越靠近金原子核，偏轉(zhuǎn)的角度越大，所以A、B、C錯(cuò)誤，D正確.解決這類問題的關(guān)鍵是理解并熟記以下兩點(diǎn)：(1)明確實(shí)驗(yàn)裝置的組成及各局部的作用.(2)弄清實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，知道“絕大多數(shù)、“少數(shù)和“極少數(shù)粒子的運(yùn)動(dòng)情況及原因.總結(jié)提升總結(jié)提升1.原子內(nèi)的電

17、荷關(guān)系：原子核的電荷數(shù)與核外的電子數(shù)相等，非常接近原子序數(shù).2.原子的核式構(gòu)造模型對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋：(1)當(dāng)粒子穿過原子時(shí)，如果離核較遠(yuǎn)，受到原子核的斥力很小，粒子就像穿過“一片空地一樣，無遮無擋，運(yùn)動(dòng)方向改變很小.因?yàn)樵雍撕苄。越^大多數(shù)粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn). (2)只有當(dāng)粒子十分接近原子核穿過時(shí)，才受到很大的庫侖力作用，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，而這種時(shí)機(jī)很少，所以有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn).四、原子的核式構(gòu)造分析(3)如果粒子正對(duì)著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角幾乎到達(dá)180，這種時(shí)機(jī)極少，如圖8所示，所以極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90.圖8達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí))(多項(xiàng)選擇)英國(guó)物理學(xué)家湯姆

18、生通過對(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一樣C.不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷不同D.湯姆生并未準(zhǔn)確得出陰極射線粒子的電荷量1234答案解析解析陰極射線實(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)，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，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，所以它們的比荷是一樣的，不同材料所產(chǎn)生的陰極射線都是電子流，所以它們的比荷是一樣的，C錯(cuò)誤錯(cuò)誤.最早準(zhǔn)確測(cè)出電子電荷量的是美國(guó)物理學(xué)家密立根，最早準(zhǔn)確測(cè)出電子電荷量的是美國(guó)物理學(xué)家密立根，D正確正確.12342.(粒子散射實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)及解釋)(多項(xiàng)選擇)關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)，以下說法正確的選項(xiàng)是A.在實(shí)驗(yàn)中，觀察到的現(xiàn)象是：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，仍沿原來 的方向前進(jìn)，極少數(shù)發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)B.使粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力來自帶正電的核和核外電子，當(dāng)粒子接近 核時(shí)，是核的斥力使粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)；當(dāng)粒子接近電子時(shí)，是電 子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)C.實(shí)驗(yàn)說明：原子中心有一個(gè)極小的核，它