第2章 第1、2节 电子的发现与汤姆孙模型 原子的核式结构模型-2020-2021学年高中物理选修3-5【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第1、2节　 一、物质结构的早期探究和电子的发现 [自学教材] 1．1661年，玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论。 2．19世纪初，道尔顿提出了原子论，认为原子是元素的最小单位。 3．1811年，意大利化学家阿伏加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。 4．阴极射线的发现：研究稀薄气体放电时，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为阴极射线。 5．汤姆孙的研究：1897年，英国科学家汤姆孙设计了一个巧妙实验，实验中通过静电偏转力和磁场偏转力相抵消等方法，确定了阴极射线粒子的速度，测量出了射线粒子的比荷，证明阴极射线的电荷与氢离子的电荷大小基本相同，计算出阴极射线的质量是氢离子质量的。汤姆孙将这种带电粒子称为电子。 6．汤姆孙原子模型：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。 [重点诠释] 1．阴极射线 (1)气体的电离和导电：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。在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体。稀薄气体导电时可以看到辉光放电现象。 (2)阴极射线：在真空放电管中，由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引发荧光，这种射线叫作阴极射线。 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偏转情况得出阴极射线是电子。 (2)汤姆孙的研究过程： ①从阴极发射出的射线通过一对平行金属板D1、D2，未加电场时，射线不偏转。当施加电场时，射线向正极板一侧偏转，说明射线带负电。 ②再加一个与电场垂直的磁场，使带电粒子所受到的电场力和磁场力平衡，不发生偏转，则有qE＝qvB，所以v＝。 ③去掉电场，只保留磁场，磁场方向与射线方向垂直，带电粒子在磁场中做半径为R的圆周运动，则有R＝，两式联立可得＝。 汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转断定，阴极射线的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷及其质量。 (3)电子发现的物理意义：电子是人类发现的第一个比原子小的粒子。电子的发现，打破了原子不可再分的传统观念，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构。从此，原子物理学迅速发展，人们对物质结构的认识进入了一个新时代。 [典题强化] 1．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是 A．阴极射线本质是氢原子 B．阴极射线本质是电磁波 C．阴极射线本质是电子 D．阴极射线本质是X射线 解析　阴极射线是原子受激发射出的电子流，关于阴极射线是电磁波、X射线的说法都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的。 答案　C [来源:学&科&网Z&X&X&K] 二、α粒子散射实验 [自学教材] 项目 内容 装置 现象 绝大多数α粒子不改变方向； 少数α粒子发生较大的偏转； 极少数α粒子偏转角超过90°，有的甚至被原路弹回 原因 靠近原子核的α粒子受库仑力作用使其发生了大角度偏转 结论 原子中存在很小的带正电的部分 [重点诠释] 1．实验的注意事项 (1)整个实验装置及实验过程必须在真空中进行。 (2)α粒子是氦核，穿透能力很弱，因此金箔必须很薄，α粒子才能穿过。 2．实验分析 (1)由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转。 (2)使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆孙原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不能使α粒子反向弹回，这与α粒子的散射实验相矛盾。 (3)实验现象表明原子绝大部分是空的，除非原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则，α粒子大角度散射是不可能的。 (4)分析结论：核式结构模型符合α粒子散射的实际情况。 3．α粒子散射实验的微观解释 (1)因为原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以大多数α粒子基本上仍按直线方向前进。 (2)只有十分接近原子核的α粒子才受到较大的库仑力作用，所以只有少数的α粒子发生大角度偏转。 4．实验意义 (1)否定了汤姆孙的原子结构模型。 (2)提出了原子核式结构模型，明确了原子核大小的数量级。 [关键一点]　α粒子的散射实验给出了研究原子结构的方法，对原子物理的发展有重大的促进作用。 [典题强化] 2．卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是图2－1－1中的 图2－1－1[来源:学科网ZXXK] 解析　α粒子轰击金箔后偏转，越靠近原子核，偏转的角度越大，所以A、B、C错误，D正确。 答案　D 三、卢瑟福原子模型 [自学教材] 1．原子结构 　 2．原子和原子核的尺寸 (1)原子直径的数