第4章 第3节 原子的核式结构模型-【优化指导】2020-2021学年新教材高中物理选择性必修第三册(Word教参)(人教版)

第3节　原子的核式结构模型 课程内容要求 核心素养提炼 1．了解电子发现过程，知道电子电核量及比荷的测定方法． 2．知道α粒子散射实验及卢瑟福提出的原子核式结构模型. 1．物理观念：电子的发现，原子模型． 2．科学思维：电子电荷量、比荷的测定方法、原子核式模型的建立． 3．科学探究：观察α粒子散射实验. 一、电子的发现 1．英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子． 2．密立根发现电荷是量子化的，任何带电体的电荷只能是e的整数倍． 3．电子的有关常量 [判断] (1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射．(　×　) (2)组成阴极射线的粒子是电子．(　√　) 二、原子的核式结构模型　原子核的电荷与尺度 1．汤姆孙发现电子之后，提出的原子模型为“西瓜模型”或“枣糕模型”. 2．α粒子散射实验 (1)α粒子 α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，含有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍． (2)实验方法 用α粒子源发射的α粒子束轰击金箔，用带有荧光屏的放大镜，在水平面内不同方向对散射的α粒子进行观察，根据散射到各方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中正、负电荷的分布情况． (3)实验装置 (4)实验现象 ①绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进． ②少数α粒子发生了大角度偏转；偏转的角度甚至大于90°，它们几乎被“撞了回来”. (5)实验意义 卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型． 3．原子的核式结构模型 (1)1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核，它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动． (2)原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数就是核中的质子数. (3)原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级为10－15m. [思考]　由原子的半径和原子核的半径数值可推知，原子核体积只占原子体积的，其空旷程度可想而知．据此，你能否说明产生α粒子散射现象的原因？可得到怎样的启示？ 提示　由于α粒子的质量远大于电子质量，电子不可能使其发生大角度偏转，产生大角度偏转的原因应该是原子核，由于原子核非常小，入射的α粒子绝大多数距原子核很远．只有极少数α粒子靠近原子核，由于其库仑斥力而使α粒子发生大角度偏转．由α粒子散射现象可知，原子核非常小；能够使α粒子发生大角度偏转，说明原子核聚集了原子的绝大部分质量且带正电． 探究点一　带电粒子比荷的测定方法 如图所示为汤姆孙的气体放电管． (1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？ (2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？ 提示　(1)阴极射线向下偏转，与电场线方向相反，说明阴极射线带负电． (2)由左手定则可得，在金属板D1、D2之间单独加垂直纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转． 1．让粒子通过正交的电磁场(如图所示)，让其做直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)，得到粒子的运动速度v＝. 2．在其他条件不变的情况下，撤去电场(如图所示)，保留磁场，让粒子仅在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即Bqv＝，根据粒子轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvB＝m得，＝＝. 在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏中心F点出现荧光斑．若在D、G间加上方向向下，场强为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，从D、G间射出时偏转角为θ.试解决下列问题： (1)说明阴极射线的电性； (2)说明所加磁场沿什么方向； (3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线粒子的比荷． 解析　(1)由于匀强电场方向向下，而阴极射线向上偏转，因此其所受电场力方向向上，即电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电． (2)由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力，由左手定则得，磁场的方向垂直纸面向里． (3)设此射线粒子带电量为q，质量为m，当射线粒子在DG间做匀速直线运动时，有qE＝Bqv 当射线粒子在DG间的磁场中偏转时(如图所示)， 有Bqv＝由几何关系L＝r·sin θ 联立以上各式解得＝. 答案　(1)负电　(2)垂直纸面向里　(3) [题后总结]　运用电磁场测定电子比荷的解题技巧 (1)当电子在复合场中做匀速直线运动时，qE＝qvB，可以测出电子速度大小． (2)当电子在磁场中偏转时，qvB＝m，测出圆周运动半径，即可确定比荷． (3)