第4章 3.原子的核式结构模型-【名师导航】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步讲义(人教版)

3．原子的核式结构模型

1．知道发现电子的意义，体会电子发现过程中蕴含的科学方法。

2．了解α粒子散射实验的原理和实验现象。

3．了解卢瑟福的原子核式结构模型，知道原子和原子核大小的数量级。

4．认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程。

　电子的发现

1．阴极射线

荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴极射线。

2．汤姆孙的探究方法及结论

(1)根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。

(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍。

(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与一个氢离子一样，而质量比氢离子小得多，后来组成阴极射线的粒子被称为电子。

3．汤姆孙的进一步研究

汤姆孙又进一步研究了许多新现象，证明了电子是原子的组成部分。

4．电子的电荷量及电荷量子化

(1)电子电荷量：1909～1913年间由密立根通过著名的“油滴实验”得出，电子电荷目前公认的值为e＝1.602×10-19 C。

(2)电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。

(3)电子的质量：me＝9.109 383 56×10-31 kg，质子质量与电子质量的比值为＝1 836。

提醒：阴极射线实质是带负电的电子流。

在如图所示的演示实验中，K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极。K和A之间加上近万伏的高电压。

【问题】

(1)你在管端玻璃壁上能观察到什么现象？该现象说明了什么问题？

(2)人们对这种阴极射线的本质的认识有两种观点，一种观点认为是电磁辐射，另一种观点认为是带电微粒，如何用实验判断哪种观点正确？

提示：(1)能看到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影，这说明阴极能够发出某种射线，并且撞击玻璃发出荧光。   

(2)可以让阴极射线通过电场或磁场，若射线垂直于磁场(电场)方向射入之后发生了偏转，则该射线是由带电微粒组成的。

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，他认为这种射线是一种电磁辐射。

(2)粒子说，代表人物——J.J.汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流。

2．阴极射线的本质

阴极射线的本质是带负电的粒子流，汤姆孙把这种粒子命名为“电子”。

3．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阴极射线的带电性质。

如图所示，带电粒子在电场中运动，受电场力作用运动状态发生改变(粒子重力忽略不计)。带电粒子在不受其他力时，沿电场线方向偏转时，粒子带正电；逆电场线方向偏转时，粒子带负电。

(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。

如图所示，粒子将受到洛伦兹力作用，速度方向始终与洛伦兹力方向垂直，利用左手定则，即可判断粒子的电性。如果粒子按图示方向进入磁场，若做顺时针的圆周运动，则粒子带正电；若做逆时针的圆周运动，则粒子带负电。

4．电子比荷(或电荷量)的测定方法

(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(qvB＝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，保留磁场让粒子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力即qvB＝，根据粒子运动的轨迹由几何知识求出其半径r，得＝＝。

(3)当电子在匀强电场中偏转时，y＝at2＝，测出电场中的偏转量也可以确定比荷。

特别提醒：(1)电子的发现，打破了原子不可再分的传统观念，即原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构。

(2)密立根是通过“油滴实验”精确测定电子电荷的第一人，密立根实验的重要意义是发现了电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍。

【典例1】　(2022·江西科技学院附属中学高二下月考)物理学家密立根利用实验最先测出了电子的电荷量，该实验被称为密立根油滴实验。如图所示，两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，板间油滴P带负电，悬浮在两板间保持静止。