学案学案 1 1 电子的发现及其重大意义电子的发现及其重大意义学案学案 2 2 原子模型的提出原子模型的提出学习目标定位 1.知道阴极射线的组成，电子是原子的组成部分.2.了解汤姆生发现电子的 研究方法及蕴含的科学思想.3.了解 粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象.4.知 道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容.5.知道原子和原子核大小的数量级，原子的组成 及带电情况1电场和磁场对电荷的作用力 (1)电场力 FqE，正电荷受力方向与场强 E 方向相同，负电荷受力方向与场强 E 方向相 反 (2)洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力 FqvB，其方向可用左手定则判断2关于阴极射线的争论图 1 如图 1 所示，将阴极射线管的阴极和阳极接上高压电源后，用真空泵逐渐抽去管内的空气， 管内就会产生气体放电现象，并发出光来，当气压降得很低时，管内变暗，不再发光，但 此时由阴极发射出的射线，能使荧光物质发光 3汤姆生对阴极射线本质的探究 结论：汤姆生通过实验得出，阴极射线是一种带负电的质量很小的粒子，物理学中称为电 子，电子是原子的组成部分 4 粒子散射实验 绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数 粒子却发生了较大的偏转， 有的 粒子偏转角超过 90，极少数 粒子甚至被反弹回来 5卢瑟福的核式结构模型 核式结构模型：原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子核集中了全部的正电荷和 几乎全部质量；带负电的电子在核外空间里绕着核旋转 6原子核的电荷和尺寸 (1)原子核电荷数非常接近于它们的原子序数，与核外电子数相等 (2)对于一般原子核，核半径的数量级为 1015 m，而整个原子半径的数量级是 1010 m.一、对阴极射线及电子比荷的研究 问题设计 如图 2 所示为测定阴极射线粒子比荷的装置，从阴极 K 发出的阴极射线通过一对平行金属 板 D1、D2 间的匀强电场，发生偏转图 2 (1)在 D1、D2 间加电场后射线偏到 P2，则由电场方向知，该射线带什么电？ (2)再在 D1、D2 间加一磁场，电场与磁场垂直，让射线恰好不偏转设电场强度为 E，磁 感应强度为 B，则电子的速度多大？ (3)撤去电场，只保留磁场，使射线在磁场中做圆周运动，若测出轨道半径为 r，则粒子的比荷 是多大？qm答案 (1)负电(2)粒子受两个力作用：电场力和磁场力，两个力平衡，即有 qEqvB，得：vEB(3)根据洛伦兹力充当向心力：qvBm，得出： .v2rqmvBr又 v ，则 .测出 E、B、r 即可求出比荷 .EBqmEB2rqm要点提炼 1让阴极射线通过一对平行板间的匀强电场，根据偏转现象，证明它是带负电的粒子流 2当板间加电场时，电子在板间做类平抛运动 3当既加电场又加磁场时，射线不偏转，说明受到的电场力和洛伦兹力平衡4.通过实验：巧妙利用电场力与洛伦兹力平衡，确定了阴极射线的速度，并测量出粒子的 比荷 5改变阴极材料时，测得的比荷也相同，这表明这种粒子是多种材料的共同成份 二、 粒子散射实验及原子核式结构模型 问题设计 阅读课本“ 粒子散射实验”，说明： (1) 粒子散射实验装置由几部分组成？实验过程是怎样的？ (2)卢瑟福的核式结构模型对 粒子散射实验是如何解释的？ 答案 (1)实验装置：放射源：钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能 粒子，带两个单位的正电，质量为氢原 子质量的 4 倍 金箔：特点是金原子的质量大，且易延展成很薄的箔 放大镜：能绕金箔在水平面内转动 荧光屏：荧光屏装在放大镜上整个实验过程在真空中进行金箔很薄， 粒子( He)很容易穿过4 2实验过程： 粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对 粒子有库仑力作用，一些 粒子会改变原来的运动方向带有放大镜的荧光屏可以沿图 中虚线转动，以统计向不同方向散射的 粒子的数目 (2)卢瑟福的核式结构模型对 粒子散射实验的解释(如图所示)：由于原子核很小，大部分 粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几 乎不受影响；只有极少数 粒子从原子核附近飞过，明显地受到原子核的库仑斥力而发生 大角度的偏转 要点提炼 1 粒子散射实验的结果 (1)绝大多数的 粒子穿过金箔后沿原来的方向前进； (2)少数 粒子发生了大角度的偏转； (3)有少数 粒子的偏转角超过 90，甚至有极少数 粒子被反弹回来 2核式结构模型 卢瑟福依据 粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小 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核里，带负电的电子在核外 空间绕核旋转 例 1 如图 3 所示为卢瑟福和他的同事们做 粒子散射实验装置的示意图，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，观察到的现象，下列说法中正确的是( )图 3 A放在 A 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B放在 B 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比 A 位置时稍少些 C放在 C、D 位置时，屏上观察不到闪光 D放在 D 位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少 解析 根据 粒子散射现象，绝大多数 粒子沿原方向前进，少数 粒子发生较大偏转， 偏转的角度甚至大于 90，也就是说它们几乎被“撞了回来”故本题应选择 A、B、D. 答案 ABD 例 2 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有( ) A原子的中心有个核，叫原子核 B原子的正电荷均匀分布在整个原子中 C原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 D带负电的电子在核外绕着核旋转解析 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子 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绕着 核旋转，由此可见，B 选项错误，A、C、D 选项正确 答案 ACD电子的发现和原子的核式结构模型Error!1卢瑟福提出原子的核式结构学说的依据是用 粒子轰击金箔，实验中发现 粒子( ) A全部穿过或发生很小偏转 B绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回 C绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过 D全部发生很大偏转 答案 B 解析 卢瑟福的 粒子散射实验结果是绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进， 故选项 A 错误 粒子被散射时只有少数发生了较大角度偏转，并且有极少数 粒子偏转角超过了 90，有 的甚至被弹回，偏转角几乎达到 180，故选项 B 正确，选项 C、D 错误 2卢瑟福的 粒子散射实验的结果显示了下列哪些情况( ) A原子内存在电子 B原子的大小为 1010 m C原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上 D原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 答案 D 解析 根据 粒子散射实验现象，绝大多数 粒子穿过金箔后沿原来方向前进，少数发生 较大的偏转，极少数偏转角超过 90，可知 A、C 错而实验结果不能判定原子的大小为 1010 m，B 错，故选 D. 3电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的，他测定 了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，这个最小 电荷量就是电子所带的电荷量密立根实验的原理如图 4 所示，A、B 是两块平行放置的 水平金属板，A 板带正电，B 板带负电从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到 A、B 两板之间 的电场中，小油滴由于摩擦而带负电，调节 A、B 两板间的电压，可使小油滴受到的电场 力和重力平衡，已知小油滴静止处的电场强度是 1.92105 N/C，油滴半径是 1.64104 cm，油的密度是 0.851 g/cm3，求：油滴所带的电荷量；这个电荷量是电子电荷量的多少倍？ (电子电荷量 e1.61019 C)图 4 答案 8.021019 C 5解析 小油滴的质量 mV r343由题意知 mgEq 由两式可得：q C4r3g3E0.851 103 4 9.8 1.64 10633 1.92 1058.021019 C小油滴所带电荷量 q 是电子电荷量 e 的5 倍8.02 10191.6 1019