4.3 原子的核式结构模型-新教材高中物理选择性必修第三册【新课程同步训练】学习手册（人教版）

学 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 知 识 梳 理 知识点 1 阴极射线 气体导电的特点： 通常情况下， 气体是不导电 的， 但在强电场中， 气体能够被电离而导电。 平时 我们在空气中看到的电火花放电就是气体电离导电 的结果， 在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀 薄气体， 导电时可以看到辉光放电现象。 知识点 2 电子的发现 1. 1897 年， 汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中 的偏转断定， 它的本质是带负电的粒子流并求 出了这种粒子的比荷。 2. 不同的放电气体或者用不同的金属材料制作的 电极， 都测得相同的比荷， 可从不同物质中击 出这种带电粒子， 说明它构成物质的共同成分。 后来， 组成阴极射线的粒子被称为电子。 3. 美国科学家密立根通过著名的 “油滴实验” 精 确地测定了电子的电荷量 e=1.6022×10 -19 C ， 根据 比荷， 计算出电子的质量为 m=9.1094×10 -31 kg 。 知识点 3 原子的核式结构模型 1. 汤姆孙原子模型： 汤姆孙于 1891 年提出原子枣 糕模型或西瓜模型。 2. 汤姆孙原子模型的特点： 原子是质量均匀分布 的球体， 正电荷均匀分布在整个球体内， 带负 电的电子对称地镶嵌在其中， 汤姆孙提出的原 子模型被最终否定。 知识点 4 α 粒子的散射实验 1. 了解 α 粒子： 从放射性物质发射出来的快速运 动粒子， 带电量为 2e ， 质量为氢原子质量的 4 倍， 也是电子质量的 7300 倍。 2. 了解实验装置 3. 原子的核式结构模型 的激光， 光束的横截面积为 S 。 如图所示， 真空 中， 有一被固定的 “ ∞ ” 字形装置， 其中左边是圆 形黑色的大纸片， 右边是与左边大小、 质量均相同 的圆形白色大纸片。 ① 当该激光束垂直照射到黑色纸片中心上， 假设光 全部被黑纸片吸收， 试写出该激光在黑色纸片 的表面产生的光压 I 1 的表达式。 ② 当该激光束垂直照射到白色纸片中心上， 假设其 中被白纸反射的光占入射光的比例为 η ， 其余的 入射光被白纸片吸收， 试写出该激光在白色纸 片的光压 I 2 的表达式。 解析： （ 1 ） 光子的能量为 E=mc 2 ， 根据光子说有 E=hν=h c λ ， 由光子的动量 p=mc 可得 p= E c = h λ 。 （ 2 ） ① 一小段时间 Δt 内激光器发射的光子数 n= p 0 Δt hc λ ， 光照射物体表面， 由动量定理得 -FΔt=0- np ， 产生的光压 I 1 = F S ， 解得 I 1 = p 0 cS 。 ② 假设其中被白纸反射的光占入射光的比例为 η ， 这些光对物体产生的压力为 F 1 ， （ 1-η ） 被黑纸片 吸收 ， 对物体产生的压力为 F 2 。 根据动量定理 得 -F 1 Δt=0- （ 1-η ） np ， -F 2 Δt=-ηnp-ηnp ， 产生的光 压 I 2 = F 1 +F 2 S ， 联立解得 I 2 = （ 1+η ） p 0 cS 。 答案： （ 1 ） 见解析。 （ 2 ） I 1 = p 0 cS ， I 2 = （ 1+η ） p 0 cS 。 荧光屏 v α α α 真空 α α 粒子束 α 粒子源 金箔 62 学 第四章 原子结构和波粒二象性 3. 实验现象 （ 1 ） 绝大多数 α 粒子穿过金箔后仍沿原方向前进。 （ 2 ） 少数 α 粒子穿过金箔后发生了较大的偏转。 （ 3 ） 极少数 α 粒子偏转超过了 90° ， 有的甚至被弹 回， 偏转角几乎达到 180° 。 4. 理解： 汤姆孙提出的原子模型无法解释大角度 散射的实验结果， 是错误的。 （ 1 ） 绝大多数 α 粒子不偏移 → 原子内部绝大部分 是 “空” 的。 （ 2 ） 少数 α 粒子发生较大偏转 → 原子内部有 “核” 存在。 （ 3 ） 极少数 α 粒子被弹回表明： 作用力很大； 质 量很大； 电量集中。 知识点 5 卢瑟福的原子核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核， 叫作原子核， 原子的全部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着核旋转。 知识点 6 原子核的电荷与尺度 1. 原子核的电荷 由不同元素对 α 粒子散射的实验数据可以确 定各种元素原子核的电荷 Q ； 一个原子是电中性 的， 也可以推算出原子核正电荷的个数； 原子核是 由质子和中子组成； 原子序数是指原子核内质子的 个数， 也就是原子核的电荷数。 2. 原子核的尺度 一般的原子核， 半径为 10 -15 m ， 而原子半径 的数量级为 10 -10 m ； 一般通过其他粒子与原子核 的相互作用来确定原子核的半径。 要 点 突 破 要点 1 阴极射线 1. 阴极射线的产生：