1、第1节电子的发现与汤姆孙原子模型第2节原子的核式结构模型核心素养明目标核心素养学习目标物理观念知道阴极射线及本质，了解电子及其比荷，知道原子的核式结构模型及原子核的电荷与尺度。科学思维掌握电子的电荷量、原子的核式结构模型，能够通过科学推理解决相关的问题。科学探究探究阴极射线的本质，理解粒子散射实验，揭示实验本质，得出结论，学习科学家的探索方法，提高观察与实验的能力。科学态度与责任通过学习了解科学家探索科学的艰辛，坚持实事求是的科学态度，培养积极探索科学的兴趣。知识点一电子的发现与汤姆孙原子模型1物质结构的早期探究(1)古人对物质的认识我国古代的“五行说”认为万物是由金、木、水、火、土五种基本“
2、元素”组成的。古希腊的亚里士多德认为万物的本质是土、水、火、空气四种“元素”，天体则由第五种“元素”“以太”构成。古希腊哲学家德谟克利特等人建立了早期的原子论，认为宇宙间存在着一种或多种微小的实体，即“原子”。(2)大约在17世纪中叶，人们开始通过实验来了解物质的结构1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论。19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单元。1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可以由多个相同的原子组成。2电子的发现和汤姆孙原子模型(1)电子的发现阴极射线：科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极发出一种射线，这种
3、射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为阴极射线。汤姆孙对阴极射线本质的探究a通过使阴极射线粒子受到的静电力和洛伦兹力平衡等方法，确定了阴极射线粒子的本质是带负电的粒子流，并确定了其速度，测量出了这些粒子的比荷：。b用不同的金属分别制成阴极，实验测出的比荷大体相同，说明这种带电粒子是组成各种物质的共同成分。c阴极射线粒子是电荷量大小与氢离子相同、而质量比氢离子小得多的粒子，他把这种带电粒子称为电子。(2)汤姆孙的原子模型汤姆孙认为，原子带正电的部分充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置，正像葡萄干嵌在面包中那样，这就是原子的“葡萄干面包”模型。说明：阴极射线实质是带负电的电子流。1
4、：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)阴极射线撞击玻璃管壁会发出荧光。()(2)电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的。()(3)物体所带电荷量的最小值为1.61019 C。()知识点二原子的核式结构模型1粒子散射实验(1)实验装置(2)实验方法在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋(Po)，它发出的粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上。粒子穿过金箔后，打到环形荧光屏上，产生一个个闪烁的光点，这些光点可用显微镜观察到。(3)实验结果绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，但有少数粒子发生了较大的偏转，有极少数粒子偏转角超过了90，有的甚至被原路弹回，粒子被反射回来的概率有
5、。2卢瑟福原子模型(1)核式结构模型原子内部有一个很小的核，称为原子核，原子的全部正电荷及几乎全部的质量都集中在原子核内，电子在原子核外面运动。原子核式结构模型又被称为行星模型。(2)原子的大小原子直径数量级：1010_m。原子核直径数量级：1015_m。说明：原子半径与原子核半径相差十万多倍，因此原子内部是十分“空旷”的。2：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)粒子散射实验中，大多数粒子发生了大角度偏转或反弹。()(2)原子中所有正电荷都集中在原子核内。()3：填空卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在原子核。 考点1电子的发现电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通
6、过油滴实验测出的。油滴实验的原理如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源连接，上、下板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况。两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力。试探究：(1)如何判定油滴的电性？(2)调节两金属板间的电势差U，当UU0时，使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速运动，则该油滴所带电荷量q为多少？提示：(1)因要求油滴匀速运动，电场力与重力平衡，而电场上端为正极，故油滴带负电。(2)由平衡条件知m1gq，得q。1对阴极射线本质的认识两种观点(1)电磁波说，代表人物赫兹，他认为这种射线
7、是一种电磁辐射。(2)粒子说，代表人物汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流。2阴极射线带电性质的判断方法(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质。(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。3实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电。4带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e。【典例1】如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置。当极板P和P间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形
8、成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O点，O点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与P之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到O点。已知极板水平方向长度为l1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为l2。(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小；(2)推导出电子比荷的表达式。思路点拨：(1)在复合场中洛伦兹力与电场力是一对平衡力。(2)由类平抛规律及运动学公式可得表达式。解析(1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有BevEee，得v即打到荧光屏O点的电子速度的大小为。(2)由d可得。答案(1)(2)巧妙运用
9、电磁场测定电子比荷(1)当电子在复合场中做匀速直线运动时，qEqvB，可以测出电子速度的大小。(2)电子在荧光屏上的落点到屏中心的距离等于电子在电场中的偏转位移与电子出电场到屏之间的匀速直线运动偏转位移的和。1(多选)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现()A阴极射线在电场中偏向正极板一侧B阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量AD阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，选项A正确；由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，选项B错误；不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是
10、相同的，选项C错误；在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，选项D正确。 考点2对散射实验的理解卢瑟福所做的粒子散射实验装置的示意图如图所示，试探究：(1)该实验中为什么用金箔作靶子？(2)当把荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，哪个位置相同时间内观察到屏上的闪光次数最多？提示：(1)金的延展性好，可以做得很薄而且金的原子序数大，产生的库仑斥力大，偏转明显。(2)在A处相同时间内观察到屏上的闪光次数最多。1装置放射源、金箔、荧光屏等，如图所示。2现象及解释(1)绝大多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。大
11、多数粒子离金原子核较远。(2)少数粒子发生较大的偏转。发生较大偏转的粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大。(3)极少数粒子偏转角度超过90，有的几乎达到180。正对或基本正对着金原子核入射的粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后反向加速远离金原子核。3实验的注意事项(1)整个实验过程在真空中进行。(2)金箔需要做得很薄，粒子才能穿过。(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄。另外一点就是金的原子序数大，粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显。【典例2】在卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹，其中符合实验事实的是()AB
12、CDA粒子与原子核相互排斥，运动轨迹与原子核越近，库仑斥力越大，运动方向变化越明显，故A正确。(1)分析粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为。“大角度偏转”只是少数粒子的行为。(2)粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键。通过对粒子散射实验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景。【一题多变】根据上题，可以证明什么？解析证明原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核，叫原子核。2(多选)如图所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位
13、置时观察到的现象，下述说法中正确的是()A放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些C放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多D放在C、D位置时，屏上观察不到闪光AC在卢瑟福粒子散射实验中，粒子穿过金箔后，绝大多数粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数粒子发生较大偏转，极少数粒子偏转角度超过90，极个别粒子被反弹回来，故B、D错误，C正确。 考点3原子的核式结构模型与原子核的组成19091911年英籍物理学家卢瑟福指导其学生做了用粒子轰击金箔的实验。他发现绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数粒子却
14、发生了较大角度的偏转，极少数粒子偏转角度超过了90，有的甚至被弹回。这就是粒子散射实验。为了解释这个结果，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫作原子核，原子的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着核高速旋转。(下列公式或数据为已知：点电荷的电势U，k9.0109 Nm2/C2，金原子序数为79，粒子质量m6.651027 kg，粒子速度v1.6107 m/s，电子电荷量e1.61019 C)。请探究：(1)如何测定金原子核的半径大小？(2)请估算金原子核的大小(保留一位有效数字)?提示：(1)当粒子速度减为0时，粒子与金原子核间的距离最
15、小，这个距离近似认为等于金原子核的半径。(2)此过程中动能转化为电势能，由mv2得r，则求得r41014 m。1原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别核式结构枣糕模型原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里原子是充满了正电荷的球体电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体内2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数即核内质子数，与核外的电子数相等。3原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。4原子半径的数量级是1010m，原子核半径的数量级是1015m，两者相差10万倍之多。【典例3】(多选)关于原子的核式结构学说，下列说法正确的是()A原子中绝大部分是“空”的，原
16、子核很小B电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力C原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里D原子核的直径约是1010 m思路点拨：(1)原子中心有很小的原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量。(2)电子在核外绕核运动。AB由于原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，而原子核又很小，所以原子内绝大部分区域是“空”的，选项A正确，C错误；电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑力提供向心力，选项B正确；原子核半径的数量级是1015 m，原子半径的数量级是1010 m，选项D错误。3人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是“枣糕模型”和核式结构模型，它们的模型示意图如图所
17、示。下列说法中正确的是()“枣糕模型”核式结构模型A粒子散射实验与“枣糕模型”和核式结构模型的建立无关B科学家通过粒子散射实验否定了“枣糕模型”，建立了核式结构模型C科学家通过粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了“枣糕模型”D科学家通过粒子散射实验否定了“枣糕模型”和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型B粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了“枣糕模型”，建立了核式结构模型，选项B正确。1(多选)已知X射线的“光子”不带电，假设阴极射线像X射线一样，则下列说法正确的是()A阴极射线管内的高电压不能够对其加速而增加能量B阴极射线通过偏转电场不会发生偏转C阴极射线通过磁场方向一定
18、不会发生改变D阴极射线通过偏转电场能够改变方向ABC因为X射线的“光子”不带电，故电场、磁场对X射线不产生作用力，故选项A、B、C正确。2(多选)关于电子的发现，下列叙述中正确的是()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电子是第一种被人类发现的微观粒子D电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象BCD发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确。3在卢瑟福的粒子散射实验中，某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线
19、所示。图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域。不考虑其他原子核对该粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是()A可能在区域B可能在区域C可能在区域D可能在区域A粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的粒子产生斥力，故原子核不会在区域；如原子核在、区域，粒子会向区域偏；如原子核在区域，可能会出现题图所示的轨迹，故A正确。4密立根油滴实验原理如图所示。两块水平放置的金属板与电源正负极相连，板间电压为U，形成竖直向下场强为E的匀强电场。用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴。通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，设此悬浮的油滴的质量为m，若增大电场强度，悬浮油滴将_运动。答案向上回归本节知识，自我完成以下问题：1.阴极射线的本质是什么？它所带电荷有什么特点？提示：电子流带负电电荷量e1.61019 C2.粒子散射实验的现象有哪些特征？提示：绝大多数的粒子运动方向没变少数粒子发生了大角度偏转极少数粒子偏转角大于90，极个别的被反弹3.原子的核式结构模型内容有哪些？提示：在原子中心有一个很小的原子核，它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子绕核高速运转。