4.1 电子的发现与汤姆孙原子模型&4.2 原子的核式结构模型（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+敷辅专家 第4章 原子结构 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 一课标导航 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1知道发现电子的意义。 2.了解α粒子散射实验的原理 1通过对原子模型演变历史的学习，感受 核 和实验现象。 科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权 心 体会电子发现 3.知道卢瑟福的原子核式结 威、尊重事实、尊重科学的科学精神。 素 过程中蕴含的 构模型，知道原子和原子核大 2.通过对原子结构认识的不断深入，领 养 科学方法。 小的数量级。 悟和感受科学研究方法的正确使用对科 4.认识原子核式结构模型建 学发展的重要意义。 立的科学推理与论证过程。 必备知识/自主学习 [对应学生用书Ps] )》》》》》 知识梳理〈(((《(( 知识点一 物质结构的早期探究 1.古人对物质的认识 (1)我国古代认为万物是“五行”①组成的。 (2)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”一“以太”构成。 ·独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 ■b2XXK.com● 您身边的互联网+敷辅专家 (3)古希脂哲学家德谟克利特等人建立了早期的愿子论。 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 (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元。 (③)1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说，指出分子可由多个相同的原子组 成。 知识点二 电子的发现和汤姆孙原子模型 1电子的发现 (1)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，这种射线能使玻璃管壁发出荧光②，这种射线称为因极射线。 (2)汤姆孙对阴极射线本质的探究 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。后来组成阴极射线的粒子被称为电子③。 2.汤姆孙原子模型④ 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。 知识点三 粒子散射实验 1.实验装置 α粒子源 离 环形荧光屏 金箔 α粒子散射实验装置 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α粒子从铅盒的小孔射出，形成 很细的一束射线，射到金箔⑤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。 ·独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+敷辅专家 3.实验结果 绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转， 有极少数c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18000。 知识点四 卢瑟福原子模型 1核式结构模型 (1)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。 (2)原子核式结构模型又被称为行星模型。 2原子的大小6 (1)原子直径数量级：101m。 (2)原子核直径数量级：105m。 ⑦思考判断 1.玻意耳认为万物的本质是土、水、火、空气四种元素。(×) 2.粒子散射实验中，绝大多数α粒子不能穿过金箔。(×) 3.原子的核式结构认为，粒子散射试验中，原子核使α粒子发生了大角度偏转。（√） )》》》》》批注释义((((( 批注①：“五行”是指“金、木、水、火、土”五种基本“元素”。 批注②：荧光是物质吸收光照或其他电磁辐射后发出的光。 批注③：电子发现的意义 人们由此认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构，原子可再分。 批注④：汤姆孙原子模型示意图 ⊙ 來糕模型 西瓜模型 批注⑤：使用金箔的原因 独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b2XXk.c0m● 您身边的互联网+敷辅专家 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，α粒子与金核间的库仑 斥力大，偏转明显。 批注⑥：原子与原子核的尺度 10m 电子 约0m 关键能力/互动探究 [对应学生用书P] 探究点一电子的发现与汤姆孙原子模型( 物质观念之形成国 ◆情境探究 如图所示的是汤姆孙的气体放电管，在金属板D、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？ 答案：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。 ◆探究归纳 1.阴极射线的本质是电子流。 2.带电粒子比荷的测定 (1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，如图甲所示，使其做匀速直线运动， 根据二力平衡，即F格=F(Bq0=g),得到粒子的运动速度0=EB (②)撤去电场，如图乙所示，保留磁场，让粒子在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心 力，即Bq0=2r,根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r。 ·独家授权侵权必究· 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 xx i xx B 乙 (③)由以上两式确定粒子的比荷表达式：qm=EB2r。 3,汤姆孙原子模型 (1)电子的发现说明原子是由电子和其他物质组成。 (②)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（有的也称枣糕模型）。 ◆对点例练 例1(2022湖北仙桃中学高二月考)电子所带的电荷量（元电荷）最先是由密立根通过油 滴实验测量出的，图示为该实验装置的示意图，将两块水平放置的金属板A、B连接到电路 中，用一个喷雾器把许多油滴从上板中间的小孔喷入电场，油滴从喷口出米时由于摩擦而带 电。在实验中通过调节金属板间的电压，利用显微镜观察，找到悬浮不动的油滴。 喷雾器 油滴 A 显微镜 实验时窥察到某个悬浮不动的油滴直径为D,此时金属板A、B间的电压为U,两板间 距离为d,已知油滴密度为印，重力加速度为g,不计空气浮力，则该油滴带 电（选填 “正”或“负”)，所带电荷量的大小q= 。(用题月中所给的物理量表示) 答案：负pgdD36U 解析：由于油滴处于平衡状态，重力竖直向下，静电力与重力等大反向，由于金属版A 为正极，电场方向与重力方向相同，故油滴带负电；油滴处于静止状态，有qUd=mg,其中 m=p43π3=p43π(D2)3,联立解得q=即gdD36U。 例2（多选）如图所示的是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是() A B ·独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+敷辅专家 A若在D、D2两极板之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的中心P1点 B.若在D1、D2两极板之间仅加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转 C.若在D、D2两极板之间仅加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转 D.若在D、D2两极板之间仅加上垂直于纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转 AC解析：阴极射线是电子流，当D、D2两极板之间不加电场和磁场时，因电子所受 的重力可以忽略不计，阴极射线不发生偏转，将打到最右端的中心P点，A正确：阴极射线 在电场中偏转时应偏向D1、D2带正电的极板一侧，C正确，B错误；加上与电子运动方向垂 直的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要发生偏转，D错误。 ,方法技巧· 分析阴极射线的两点注意 ()阴极射线的本质是高速电子流，在电磁场中运动时，所受电场力与洛伦兹力远大于所 受重力，故研究电磁力对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响。 (2)应用左手定则时，要注意负电荷运动的方向与它形成的电流方向相反，即应用左手定 则时负电荷运动的方向应与四指所指的方向相反。) [练1】关于电子的发现，下列叙述中正确的是() A.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是可以再分的 B,电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 C.电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷 D.电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的 D解析：汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子是可以再分的，A 错误：发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但人们意识到电子应该是原子的组成部 分，B错误；电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，C错误；电子电荷的精确测定最 早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的，D正确。探究点二α粒子散射实验与卢瑟福 原子模型（科学思维之提升图 ◆要点归纳 1.粒子散射实验现象的分析 (1)核外电子不会使粒子的速度发生明显改变。 (2)少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在原子中的某个地方受 独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b2XXk.c0m● 您身边的互联网+敷辅专家 到了质量比它本身大得多的物质的作用。汤姆孙的原子模型不能解释粒子的大角度散射。 (3)绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部 分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内。 2.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。 ◆对点例练 例3(2021·浙江高二期中)如图所示的是卢瑟福和他的同事们做α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的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象， 下述说法中正确的是() 放射源 荧光屏 金箱 品微镜 A.放在C位置时屏上观察不到闪光 B.放在D位置时屏上能观察到一些闪光，但次数极少 C.相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最少 D.相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时多 B解析：放在C、D位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少，说明极少数α粒子 有较大偏折，可知原子内部带正电的体积小且质量大，故A错误，B正确；放在A位置时， 相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数粒子基本不偏折，可知金箔原子内部 很空雪，故C错误：放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，比放在A位置 时少，说明较少粒子发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故D错误。 [练2](2022福建莆田二中模拟预测)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构 模型。如图所示的是α粒子散射实验的图景，图中实线表示粒子的运动轨迹，下列说法正确 的是() ◆独家授权侵权必究· 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.2XXk.com● 您身边的互联网+敷辅专家 2 4 A.轨迹3是正确的 B.轨迹2是正确的 C.少部分的α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进 D.粒子在轨迹3的电势能先减小后增大 A解析：本题考查α粒子散射实验。在α粒子散射实验结果中，绝大多数α粒子穿过金箔 后仍沿原来方向前进，极少数发生超过90°的大角度偏转，越靠近原子核，轨迹偏转越大， 而题图中轨迹2的偏转程度超过轨迹3，故轨迹2错误，轨迹3正确；在轨迹3，原子核对α 粒子先做负功再做正功，所以粒子电势能先增大后减小，A正确，B、C、D错误。 ,方法技巧， 原子模型 ()原子中心很小的原子核集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量。 (2)电子在原子核外做绕核运动。) [练3](2022河北承德高二月考)卢瑟福的粒子散射实验装置如图所示，开有小孔的铅盒 里面包裹着少量的放射性元素钋。铅能够很好地吸收▣粒子，使得ā粒子只能从小孔射出， 形成一束很细的射线射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是 () &粒子源 粒子束 散射粒子 环形荧光屏上 金箔 A.α粒子碰撞到了电子会反向弹回 B.极少数α粒子发生了大角度偏转 C.该实验为汤姆孙的“枣糕模型”奠定了基础 D.该实验说明原子具有核式结构，负电荷集中在原子中心 B解析：粒子的质量远大于电子的质量，因此α粒子碰撞到了电子不会改变运动方向， ·独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b2XXk.c0m● 您身边的互联网+教辅专家 A错误：极少数粒子发生了大角度偏转，B正确：该实验为原子的核式结构模型奠定了基础， C错误；该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子中心，D错误。探究点三解决 实际问题科学态度与责任之落实图 [练4]（科技情境）测量电子比荷的一种精确测量方法是双电容法。如图所示，在真空管中 由阴极K发射电子，其初速度可忽略，此电子被阳极A与阴极K之间的电场加速后穿过屏 障D1上的小孔，然后依次穿过电容器C1、屏障D2和电容器C,最后射到荧光屏F上。阳 极A与阴极K之间的电压为U,在电容器C1、C2上加有完全相同的正弦式交流电压。C、 C2之间的距离为工。当交流电压的频率为f时，电子打在荧光屏上的亮点不发生偏转，由此 可测得电子的比荷em为多少？ 答案：2f2L2m2Un=1,2,3,4 解析：设电子的质量为m,电荷量为，电子经电场加速以后的速度为o,根据动能定 理得eU=12moo2 要使电子通过电容器C1、C2后打在荧光屏上的亮点不发生偏转，则电子在电容器C1、 C2中运动时，电容器C1、C2的电压刚好为零。所以电子由C1运动到C2的时间为 t=nT2=nl2n=1,2,3,4…) 而1=Lv0,所以em=2f2L2n2Un=1,2,3,4)。 [练5]（科技情境）假设α粒子以速率。与静止的电子或金原子核发生弹性正碰，电子质量 m。=17300ma,金原子核质量mAn=49ma。求： (1)α粒子与电子碰撞后的速度变化： (2)α粒子与金原子核碰撞后的速度变化。 答案：(1)-2.7×10(2)-1.9600 解析：粒子与静止的粒子发生弹性碰撞，动量和能量均守恒，由动量守恒定律得mo =mh1'十2'， 由能量守恒定律得12mo2=12m12+12m22, 解得0'=1a一mma十mo, 独家授权侵权必究 色学科网书城■ 品牌书店·知名教辅·正版资源 b2XXK.com○ 您身边的互联网+教辅专家 速度变化△0='-0g=一2mma十mno。 (1)a粒子与电子碰撞，将m.=17300m.代入得△1≈一2.7×10-4oo。 (2)a粒子与金原子核碰撞，将mAu=49mm代入得△2=一1.96o。 ·独家授权侵权必究·