第四章-第三節(jié)-原子的核式結(jié)構(gòu)模型(2019人教版選擇性必修第三冊(cè))

第3節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型知識(shí)點(diǎn)歸納知識(shí)點(diǎn)一、陰極射線1．實(shí)驗(yàn)裝置：真空玻璃管、陰極、陽(yáng)極和感應(yīng)圈．2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：感應(yīng)圈產(chǎn)生的高電壓加在兩極之間，玻璃管壁上發(fā)出熒光．3．陰極射線：熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線命名為陰極射線．知識(shí)點(diǎn)二、電子的發(fā)現(xiàn)1．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫使用氣體放電管對(duì)陰極射線進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究．(1)讓陰極射線分別通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，根據(jù)偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，證明它是帶負(fù)電的粒子流并求出其比荷．(2)換用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值都相同，是氫離子比荷的近兩千倍．證明這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分．(3)組成陰極射線的粒子稱為電子．知識(shí)點(diǎn)二、電子電荷量的測(cè)定1．電子的電荷量：1910年美國(guó)物理學(xué)家密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”簡(jiǎn)練精確地測(cè)定了電子的電量。電子電荷的現(xiàn)代值為e＝1.602×10－19C。2．電子電荷量的測(cè)定(1)密立根實(shí)驗(yàn)的原理a．如圖所示，兩塊平行放置的水平金屬板A、B與電源相連接，使A板帶正電，B板帶負(fù)電。從噴霧器噴嘴噴出的小油滴經(jīng)上面的金屬板中間的小孔，落到兩板之間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中。b．小油滴由于摩擦而帶負(fù)電，調(diào)節(jié)A、B兩板間的電壓，可以使小油滴靜止在兩板之間，此時(shí)電場(chǎng)力和重力平衡即mg＝Eq，則電荷的電量q＝eq\f(mg,E)。他測(cè)定了數(shù)千個(gè)帶電油滴的電量，發(fā)現(xiàn)這些電量都是某個(gè)最小電量的整數(shù)部，這個(gè)最小的電量就是電子的電量。(2)密立根實(shí)驗(yàn)更重要的發(fā)現(xiàn)是：電荷是量子化的，即任何電荷的電荷量只能是元電荷e的整數(shù)倍，并求得了元電荷即電子或質(zhì)子所帶的電荷量e。知識(shí)點(diǎn)三、湯姆孫的原子模型湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認(rèn)為原子是一個(gè)球體、正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌在球中．在湯姆孫的原子模型中小圓點(diǎn)代表正電荷，大圓點(diǎn)代表電子．湯姆孫的原子模型被稱為西瓜模型或棗糕模型，該模型能解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但后來(lái)被α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了．知識(shí)點(diǎn)四、α粒子散射實(shí)驗(yàn)1．實(shí)驗(yàn)裝置(1)整個(gè)實(shí)驗(yàn)必須在真空中進(jìn)行．(2)金箔很薄，α粒子(eq\o\al(4,2)He)很容易穿過(guò)．2．實(shí)驗(yàn)結(jié)果絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°.3．實(shí)驗(yàn)解釋?duì)亮Ｗ由⑸鋵?shí)驗(yàn)令盧瑟福萬(wàn)分驚奇，按照湯姆孫的棗糕模型：帶正電的物質(zhì)均勻分布，帶負(fù)電的電子質(zhì)量比α粒子的質(zhì)量小得多，α粒子碰到電子就像子彈碰到一粒塵埃一樣，其運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生什么改變．但實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了像一枚炮彈碰到一層薄薄的紙被反彈回來(lái)這一不可思議的現(xiàn)象．盧瑟福通過(guò)分析，否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型，提出了核式結(jié)構(gòu)模型．知識(shí)點(diǎn)五、盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型1．內(nèi)容：原子的內(nèi)部有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷以及幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)；帶負(fù)電的電子繞核運(yùn)動(dòng)．原子的核式結(jié)構(gòu)模型又被稱為行星模型．2．原子核直徑數(shù)量級(jí)為10－15m，原子直徑的數(shù)量級(jí)約為10－10m，原子核的直徑只相當(dāng)原子直徑的十萬(wàn)分之一．3．核式結(jié)構(gòu)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋原子核很小，原子內(nèi)部空間很大．α粒子穿過(guò)金箔時(shí)離核較遠(yuǎn)，受核的斥力很小，它們的運(yùn)動(dòng)幾乎不受影響；當(dāng)α粒子離核較近時(shí)，才會(huì)受核的較大斥力而發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)；正對(duì)原子核的a粒子，會(huì)發(fā)生反彈．因原子核很小，大多數(shù)α粒子接近它的機(jī)會(huì)很少，基本上仍沿原方向運(yùn)動(dòng)；發(fā)生偏轉(zhuǎn)的α粒子中，大多數(shù)偏角也不大，只有極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，個(gè)別的正對(duì)原子核運(yùn)動(dòng)的粒子會(huì)反彈．知識(shí)點(diǎn)六、原子核的電荷與尺度(1)原子是由原子核與電子組成的。(2)原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子質(zhì)子數(shù)——Z等于原子的核電荷數(shù)，也是元素的原子序數(shù)。質(zhì)量數(shù)——A原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子質(zhì)量和中子質(zhì)量之和，質(zhì)量數(shù)就是原子核內(nèi)的核子數(shù)。中子數(shù)——A－Z等于質(zhì)量數(shù)(核子數(shù))減質(zhì)子數(shù)。即：核電荷數(shù)＝核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝原子序數(shù)(3)對(duì)于一般的原子核半徑數(shù)量級(jí)為10－15m，整個(gè)原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10m，兩者相差十萬(wàn)倍之多，可見(jiàn)原子內(nèi)部是十分“空曠”的。

典例分析一、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的影響例1陰極射線從陰極射線管中的陰極發(fā)出，在高壓下加速飛向陽(yáng)極，如圖所示，若要使射線向上偏轉(zhuǎn)，所加磁場(chǎng)方向應(yīng)為()A．平行于紙面向左B．平行于紙面向上C．垂直紙面向外D．垂直紙面向里解析由題意可知陰極射線的方向，陰極射線是電子流加上磁場(chǎng)后應(yīng)使帶電粒子受到向上的洛倫茲力才會(huì)向上偏轉(zhuǎn)．電子向右運(yùn)動(dòng)，形成向左的等效電流，由左手定則判斷，則磁場(chǎng)方向應(yīng)為垂直紙面向外，故C選項(xiàng)正確．答案C二、測(cè)量帶電粒子比荷的方法例2一種測(cè)定電子比荷的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．真空玻璃管內(nèi)、陰極發(fā)出的電子經(jīng)陽(yáng)極A與陰極K之間的高電壓加速后，形成一束細(xì)電子流，以平行于平板電容器極板的速度進(jìn)入兩極板C、D間的區(qū)域．若兩極板間無(wú)電壓，電子將打在熒光屏上的O點(diǎn)；若在兩極板間施加電壓U，則離開(kāi)極板區(qū)域的電子將打在熒光屏上的P點(diǎn)；若再在極板間施加一個(gè)方向垂直于紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則電子在熒光屏上產(chǎn)生的光點(diǎn)又回到O，已知極板的長(zhǎng)度l＝5.00cm，C、D間的距離d＝1.50cm，極板區(qū)的中點(diǎn)M到熒光屏中點(diǎn)O的距離為L(zhǎng)＝12.50cm，U＝200V，B＝6.3×10－4T，P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離y＝3.0cm，試求電子的比荷．解析以M點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平方向?yàn)閤軸，豎直方向?yàn)閥軸．(1)同時(shí)加電場(chǎng)、磁場(chǎng)時(shí)，qE＝Bqvx，因此vx＝eq\f(E,B)＝eq\f(U,Bd).(2)只加電場(chǎng)時(shí)到達(dá)極板右邊緣時(shí)，電子在豎直方向飛行的距離為y1＝eq\f(1,2)ayt2＝eq\f(1,2)eq\f(Fy,m)(eq\f(l,vx))2＝eq\f(1,2)eq\f(qUl2,mdv\o\al(2,x))，電子在豎直方向的速度為vy＝ayt＝eq\f(Fyl,mvx)＝eq\f(qUl,mdvx)，電子飛出極板到達(dá)P點(diǎn)時(shí)，在豎直方向經(jīng)過(guò)的距離y2＝vyt′＝eq\f(qUl,mdvx)×eq\f(L－\f(l,2),vx)＝eq\f(qUlL－\f(l,2),mdv\o\al(2,x))，因此y＝y(tǒng)1＋y2，解得eq\f(q,m)＝1.61×1011C/kg.答案1.61×1011C/kg歸納總結(jié)：解決帶電粒子在電磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的問(wèn)題時(shí)，要切記以下幾點(diǎn)：(1)所加電場(chǎng)、磁場(chǎng)為勻強(qiáng)電、磁場(chǎng)．(2)帶電粒子只在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)做類平拋運(yùn)動(dòng)，可利用運(yùn)動(dòng)的分解、運(yùn)動(dòng)公式、牛頓定律列出相應(yīng)的關(guān)系．(3)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，要注意通過(guò)畫(huà)軌跡示意圖確定圓心位置，利用幾何知識(shí)求出其半徑．(4)帶電粒子若通過(guò)相互垂直的電、磁場(chǎng)時(shí)，一般不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由此可求出帶電粒子的速度．三、α粒子散射實(shí)驗(yàn)例3如圖為α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(gè)位置時(shí)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下述說(shuō)法不正確的是()A．相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時(shí)少得多C．放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光D．放在D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少解析根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上沿原方向前進(jìn)，因此在A位置觀察到閃光次數(shù)最多，故A正確，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，因此從A到D觀察到的閃光會(huì)逐漸減少，因此B、D正確，C錯(cuò)。答案C歸納總結(jié)：(1)明確實(shí)驗(yàn)裝置中各部分的組成及作用。(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。自我檢測(cè)1．(多選)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．答案AD2．1897年英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子被稱為“電子之父”，下列關(guān)于電子的說(shuō)法正確的是()A．湯姆孫通過(guò)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)得出了陰極射線是帶負(fù)電的粒子的結(jié)論，并求出了陰極射線的比荷B．湯姆孫通過(guò)對(duì)光電效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)了電子C．電子的電荷量是由密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)得的D．物體所帶電荷量最小值為1.6×10－19C答案ACD3．X表示金原子核，α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()解析α粒子離金核越遠(yuǎn)其所受斥力越小，軌道彎曲程度就越小，故選項(xiàng)D正確．答案D4.1910年美國(guó)科學(xué)家密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)()A．發(fā)現(xiàn)了中子B．發(fā)現(xiàn)了電子C．測(cè)出了中子的質(zhì)量D．測(cè)出了電子的電荷量解析密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)精確測(cè)定了電子的電荷量．答案D5．以下說(shuō)法正確的是()A．密立根用摩擦起電的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電子B．密立根用摩擦起電的實(shí)驗(yàn)測(cè)定了元電荷的電荷量C．密立根用油滴實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電子D．密立根用油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定了元電荷的電荷量解析密立根用油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定了元電荷的電荷量，故D正確.答案D6．湯姆孫對(duì)陰極射線進(jìn)一步研究，最終發(fā)現(xiàn)了電子，由此被稱為“電子之父”．關(guān)于電子的說(shuō)法正確的是()A．任何物質(zhì)中均有電子B．不同的物質(zhì)中具有不同的電子C．電子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1836倍D．電子是一種粒子，是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元解析湯姆孫對(duì)不同材料的陰極發(fā)出的射線進(jìn)行研究，均為同一種相同的粒子——即電子，電子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，它的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子質(zhì)量．由此可知A、D兩項(xiàng)正確，B、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤．答案AD7．下列是某實(shí)驗(yàn)小組測(cè)得的一組電荷量，哪些數(shù)據(jù)是符合事實(shí)的()A．＋3×10－19C B．＋4.8×10－19CC．－3.2×10－26C D．－4.8×10－19C解析電荷是量子化的，任何帶電體所帶電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍.1.6×10－19C是自然界中最小的電荷量，故B、D正確．答案BD8．下列對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述，你認(rèn)為正確的有()A．實(shí)驗(yàn)器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡B．金箔的厚度對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)影響C．如果不用金箔改用鋁箔，就不會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象D．實(shí)驗(yàn)裝置放在空氣中和真空中都可以解析：由對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述可知A項(xiàng)正確．實(shí)驗(yàn)所用的金箔的厚度極小，如果金箔的厚度過(guò)大，α粒子穿過(guò)金箔時(shí)必然受到較大的阻礙作用而影響實(shí)驗(yàn)效果，B項(xiàng)錯(cuò)．如果改用鋁箔，由于鋁核的質(zhì)量仍遠(yuǎn)大于α粒子的質(zhì)量，散射現(xiàn)象仍然發(fā)生，C項(xiàng)錯(cuò)．空氣的流動(dòng)及空氣中有許多漂浮的分子，會(huì)對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，實(shí)驗(yàn)裝置是放在真空中進(jìn)行的，D項(xiàng)錯(cuò)．答案：A9．α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明()A．原子中絕大部分是空的B．原子中全部正電荷都集中在原子核上C．原子內(nèi)有中子D．原子的質(zhì)量幾乎全部都集中在原子核上解析在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔時(shí)其運(yùn)動(dòng)方向基本不變，只有少數(shù)α粒子發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)，這說(shuō)明原子的全部正電荷和幾乎所有的質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核上，這個(gè)核就叫原子核．原子核很小，只有少數(shù)α粒子在穿過(guò)金箔時(shí)接近原子核，受到較大庫(kù)侖力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)；而絕大多數(shù)α粒子在穿過(guò)金箔時(shí)，離原子核很遠(yuǎn)，所受庫(kù)侖斥力很小，故它們的運(yùn)動(dòng)方向基本不變．所以本題正確選項(xiàng)為A、B、D.答案ABD10．α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和α粒子的碰撞影響，是因?yàn)?)A．α粒子與電子根本無(wú)相互作用B．α粒子受電子作用的合力為零，是因?yàn)殡娮邮蔷鶆蚍植嫉腃．α