2017-2018学年高中物理人教版选修3-5教学案：第十八章 第2节 原子的核式结构模型 Word版含解析
人教版高中物理选修3-5第18章第2节原子的核式结构模型(教案)
人教版高中物理选修3-5第18章第2节原子的核式结构模型【知识与技能】1．了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据；2．知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容。
【过程与方法】1．通过对α粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力；2．通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学开展过程中的作用；3．了解研究微观现象的方法。
【情感态度与价值观】1．通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神；2．通过对原子结构的认识的不断深入，使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学开展的重要意义。
【教学重难点】★教学重点1．引导学生小组自主思考讨论在于对α粒子散射实验的结果分析从而否认〞枣糕模型〞，得出原子的核式结构；2．在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法，渗透物理学研究方法：模型方法，和微观粒子的碰撞方法。
★教学难点引导学生小组自主思考讨论在于对ɑ粒子散射实验的结果分析从而否认“枣糕模型〞，得出原子的核式结构模型。
【教学过程】★重难点一、α粒子散射实验★1909—1911年卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔的实验，获得了重要的发现．1．实验装置(如以下图)由放射源、金箔、荧光屏等组成注：①整个实验过程在真空中进行．②金箔很薄，α粒子很容易穿过．2．实验现象与结果．绝大多数α粒子穿过金箔后根本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大角度的偏转．极少数α粒子偏转角超过90°，有的几乎到达180°，沿原路返回．α粒子散射实验令卢瑟福万分惊奇．按照汤姆孙的原子结构模型：带正电的物质均匀分布，带负电的电子质量比α粒子的质量小得多，α粒子碰到电子就像子弹碰到一粒尘埃一样，其运动方向不会发生什么改变．但实验结果出现了像一枚炮弹碰到一层薄薄的卫生纸被反弹回来这一不可思议的现象．卢瑟福通过分析，否认了汤姆孙的原子结构模型，提出了核式结构模型．3．原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释〔1〕当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，α粒子就象穿过“一片空地〞一样，无遮无挡，运动方向改变很小，因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转。
新人教版高中物理选修3-5学案第十八章
第十八章原子结构18.1电子的发现【教学目标】1．知道阴极射线的概念，了解电子的发现过程。
2．知道电子是原子的组成部分。
3．知道电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。
重点：电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。
难点：阴极射线【自主预习】1.1897年，汤姆孙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________的粒子流并求出了这种粒子的________，后来汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的________，它的电荷量的大小与氢离子大致相同。
2．组成阴极射线的粒子被称为________。
电子是________的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
3．电子电荷的精确测定是在1910年前后由________通过著名的________做出的。
电子电荷的值一般取做e＝________ C。
4．密立根实验更重要的发现是：电荷是________的，即任何带电体的电荷只能是e 的________。
5．质子质量与电子质量的比值为m p/m e＝________。
6.阴极射线的产生1). 阴极射线由阴极射线管产生2)．阴极射线:在两极间加有高压时，阴极会发生一种射线，这种射线称为阴极射线。
3)．阴极射线的特点:阴极射线能够使荧光物质发光。
4)．对阴极射线的本质的认识：19世纪后期的两种观点：(1)认为是电磁辐射，类似X射线；(2)是带电粒子。
7. 2.密立根的“油滴实验”1910年密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷现代值为e＝1.602 177 33(49)×10－19 C，有关计算中一般使用e＝1.6×10－19 C。
该实验还发现：电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
由比荷及e的数值确定电子的质量为m e＝9.109 389 7×10－31 kg。
质子质量与电子质量的比值为m p/m e＝1 836。
【典型例题】一、阴极射线的产生【例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射线二、电子的发现【例2】汤姆孙用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图18－1－2所示。
高二物理人教版选修35导学案：第十八章原子结构
学案5章末总结一、对α粒子散射实验及核式结构模型的理解1．实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进；少数α粒子有较大的偏转；极少数α粒子的偏转角度超过90°，有的甚至被弹回，偏转角达到180°.2．核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，电子绕核运转．3．原子核的组成与尺度(1)原子核的组成：由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核中的质子数．(2)原子核的大小：实验确定的原子核半径的数量级为10－15 m，而原子的半径的数量级是10－10 m．因而原子内部十分“空旷”．例1关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是()A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，使α粒子受力平衡的结果B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子内大部分空间是空的C ．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小D ．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大解析 在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A 错，B 对；极少数α粒子发生大角度偏转，说明会受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，α粒子偏转而原子核未动，说明原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子的质量，α粒子打在电子上，不会有明显偏转，故C 对，D 错．答案 BC二、对玻尔原子模型及原子能级跃迁的理解1．玻尔原子模型(1)原子只能处于一系列能量不连续的状态中，具有确定能量的稳定状态叫做定态，能量最低的状态叫基态，其他的状态叫做激发态．(2)频率条件当电子从能量较高的定态轨道(E m )跃迁到能量较低的定态轨道(E n )时会放出能量为hν的光子，则：hν＝E m －E n .反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子能量同样由频率条件决定．(3)原子的不同能量状态对应电子的不同运行轨道．2．氢原子能级跃迁(1)氢原子的能级原子各能级的关系为：E n ＝E 1n 2(n 为量子数，n ＝1,2，3，…)对于氢原子而言，基态能级：E 1＝－13.6 eV .(2)氢原子的能级图氢原子的能级图如图1所示．图1例2 已知氢原子基态的电子轨道半径为r 1＝0.528×10－10 m ，量子数为n 的能级为E n ＝－13.6n 2 eV .(1)求电子在基态轨道上运动的动能；(2)有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出的光谱线．(3)计算这几种光谱线中最短的波长．(静电力常量k ＝9×109 N·m 2/C 2，电子电荷量e ＝1.6×10－19 C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，真空中光速c ＝3×108 m/s)解析 (1)核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑引力提供向心力，则ke 2r 21＝m v 2r 1，又知E k ＝12m v 2，故电子在基态轨道上运动的动能为：E k ＝ke 22r 1＝9×109×(1.6×10－19)22×0.528×10－10J ≈2.18×10－18 J ≈13.6 eV . (2)当n ＝1时，能级为E 1＝－13.612 eV ＝－13.6 eV .当n ＝2时，能级为E 2＝－13.622 eV ＝－3.4 eV .当n ＝3时，能级为E 3＝－13.632 eV ≈－1.51 eV .能发出的光谱线分别为3→2、2→1、3→1共3种，能级图如图所示(3)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．hν＝E3－E1，又知ν＝cλ，则有λ＝hcE3－E1＝6.63×10－34×3×108[－1.51－(－13.6)]×1.6×10－19m≈1.03×10－7 m.答案见解析三、原子的能级跃迁与电离1．能级跃迁包括辐射跃迁和吸收跃迁，可表示如下：高能级E m辐射光子hν＝E m－E n吸收光子hν＝E m－E n低能级E n.2．当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．3．原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差(E＝E m－E n)，均可使原子发生能级跃迁．例3如图2所示，A、B、C分别表示三种不同能级跃迁时放出的光子．由图可以判定()图2A．用波长为600 nm的X射线照射，可以使稳定的氢原子电离B．用能量是10.2 eV的光子可以激发处于基态的氢原子C．用能量是2.5 eV的光子入射，可以使基态的氢原子激发D用能量是11.0 eV 的外来电子，可以使处于基态的氢原子激发解析“稳定的氢原子”指处于基态的氢原子，要使其电离，光子的能量必须大于或等于13.6 eV，而波长为600 nm的X射线的能量为E＝h cλ＝6.63×10－34×3×1086 000×10－10×1.6×10－19eV≈2.07 eV<13.6 eV，A错误．因ΔE＝E2－E1＝(－3.4) eV－(－13.6) eV＝10.2 eV，故10.2 eV的光子可以使氢原子从基态跃迁到n＝2的激发态，B正确；2.5 eV的光子能量不等于任何其他能级与基态的能级差，因此不能使氢原子发生跃迁，C错误；外来的电子可以将10.2 eV的能量传递给氢原子，使它激发，外来电子还剩余11.0 eV－10.2 eV＝0.8 eV的能量，D 正确．答案BD针对训练一个氢原子处于基态，用光子能量为15 eV的电磁波去照射该原子，问能否使氢原子电离？若能使之电离，则电子被电离后所具有的动能是多大？答案能 1.4 eV解析氢原子从基态n＝1被完全电离至少需要吸收13.6 eV的能量．所以15 eV的光子能使之电离，由能量守恒可知，完全电离后还剩余动能E k＝15 eV－13.6 eV＝1.4 eV.1．(对核式结构模型的理解)在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，下列说法正确的是()A．动能最小B．电势能最小C．α粒子和金原子核组成的系统的能量最小D．加速度最小答案A解析在α粒子散射实验中，当α粒子接近金原子核时，金原子核对α粒子的作用力是斥力，对α粒子做负功，电势能增加，动能减小，当α粒子离金原子核最近时，它们之间的库仑力最大，α粒子的动能最小．由于受到的金原子核外电子的作用相对较小，与金原子核对α粒子的库仑力相比，可以忽略，因此只有库仑力做功，所以机械能和电势能整体上是守恒的，故系统的能量可以认为不变．综上所述，正确选项应为A.2．(对氢原子能级跃迁的理解)如图3所示是玻尔理论中氢原子的能级图，现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为()图3A．13.6 eV B．12.09 eVC．10.2 eV D．3.4 eV答案B解析受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，说明激发的氢原子处于第3能级，则照射氢原子的单色光的光子能量为E＝E3－E1＝12.09 eV，故B正确．3．(原子的能级跃迁和电离问题)氢原子能级的示意图如图4所示，大量氢原子从n ＝4的能级向n＝2 的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则()图4A．可见光光子能量范围在1.62 eV到2.11 eV之间B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线C．a光的频率大于b光的频率D．氢原子在n＝2的能级可吸收任意频率的光而发生电离答案C解析由能级跃迁公式ΔE＝E m－E n得：ΔE1＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eVΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV故A错；据ΔE＝hc＝hν知，C对；ΔE3＝E4－E3＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，λ所以氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时能量差对应的光子处于红外线波段，B错；氢原子在n＝2的能级时能量为－3.4 eV，所以只有吸收光子能量大于等于3.4eV时才能电离，D错．4．(氢原子的能级跃迁)如图5所示为氢原子能级的示意图．现有大量的氢原子处于n＝4的激发态．当向低能级跃迁时将辐射出若干不同频率的光．关于这些光，下列说法正确的是()图5A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属箔能发生光电效应答案D解析在该题中，从n＝4的激发态跃迁到基态的能级差最大，即发出的光子能量最大，频率最大，对应波长最小，是最不容易发生衍射的，A错误；从n＝4的激发态跃迁到n＝3的激发态的能级差最小，发出光子的频率最小，B错误；可辐射出的光子频率的种类数为C24＝6种，C错误；从n＝2的激发态跃迁到基态时，辐射出光子的能量ΔE＝E2－E1＞6.34 eV，因而可以使逸出功为6.34 eV的金属箔发生光电效应，D正确．。
人教版物理选修3-5导学精品课件：第十八章 原子结构 第2节课件
一级达标重点名校中学课件
• 特别提醒：(1)α粒子与原子核之间的万有 引力远小于两者之间的库仑斥力，因而可 以忽略不计。 • (2)α粒子并没有与金原子核直接发生碰撞， 偏转的原因是库仑斥力影响的结果。
一级达标重点名校中学课件
•
(多选)关于α粒子散射实验，下 AC 典例 1 列说法正确的是 ( )
一级达标重点名校中学课件
• 〔对点训练2〕 (多选)下列关于原子核式 BD 结构理论说法正确的是 ( ) • A．是通过发现电子现象得出来的 • B．原子的中心有个核，叫作原子核 • C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中 • D．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旋 转 • 解析：原子的核式是空的，带正电的部分集中
一级达标重点名校中学课件
• 2．原子的核式结构模型对α粒子散射实验 结果的解释 • (1)当α粒子穿过原子时，如果离核较远， 受到原子核的斥力很小，α粒子就象穿过 “一片空地”一样，无遮无挡，运动方向 改变很小，因为原子核很小，所以绝大多 数α粒子不发生偏转。 • (2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时， 才受到很大的库仑力作用，偏转角才很大， 而这种机会很少。
知 识 点 汤姆孙的枣糕式模型 1
一级达标重点名校中学课件
• 1909～1911年卢瑟福和他的助手做了用α 粒子轰击金箔的实验，获得了重要的发现。 • 1．实验装置(如图所示)
知 识 点 α粒子散射实验 2
• 说明：(1)整个实验过程在真空中进行。 • (2)金箔很薄，α粒子(He核)很容易穿过。
一级达标重点名校中学课件
•
知 识 点 原子核的电荷与尺度 4 电子 原子核的电荷数等于核外 ________数，接 10－15 10－10 近于原子序数，原子核大小的数量级为 ________m，原子大小数量级为 ________m，两者相差十万倍之多，可见 原子内部十分“空旷”。若原子相当于一 个立体的足球场的话，则原子核就象足球 场中的一粒米。
高中物理 第十八章 3氢原子光谱教案 新人教版选修3-5(2篇)
氢原子光谱★新课标要求（一）知识与技能1．了解光谱的定义和分类。
2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。
3．了解经典原子理论的困难。
（二）过程与方法通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷。
（三）情感、态度与价值观培养我们探究科学、认识科学的能力，提高自主学习的意识。
★教学重点氢原子光谱的实验规律★教学难点经典理论的困难★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课讲述： 粒子散射实验使人们认识到原子具有核式结构，但电子在核外如何运动呢？它的能量怎样变化呢？通过这节课的学习我们就来进一步了解有关的实验事实。
（二）进行新课1．光谱（结合课件展示）早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。
（如图所示）讲述：光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。
有时只是波长成分的记录。
（1）发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。
发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。
引导学生阅读教材，回答什么是连续光谱和明线光谱？学生回答：连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。
只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。
明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。
教师讲述：炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。
例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。
如图所示。
稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。
明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。
实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。
如图所示。
（2）吸收光谱教师：高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。
物理人教版高中选修3-52012高二物理教案 第18章 原子结构 (人教版选修3-5)
第18章 原子结构 章末复习教案教学目标：1. 巩固理解本章知识点；2. 会利用本章知识及方法解决实际问题。
教学重点：1.理解和巩固本章知识点；2.掌握本章所涉及的物理方法；3.解决实际问题 教学难点：利用本章知识及方法解决实际问题 教学过程 一．基础知识1、关于α粒子散射实验（英国物理学家卢瑟福完成，称做十大美丽实验之一） （1）α粒子散射实验的目的、设计及设计思想。
①目的：通过α粒子散射的情况获取关于原子结构方面的信息。
②设计：在真空的环境中，使放射性元素钋放射出的α粒子轰击金箔，然后透过显微镜观察用荧光屏接收到的α粒子，通过轰击前后α粒子运动情况的对比，来了解金原子的结构情况。
③设计思想：与某一个金原子发生作用前后的a 粒子运动情况的 差异，必然带有该金原子结构特征的烙印。
搞清这一设计思想，就不 难理解卢瑟福为什么选择了金箔做靶子（利用金的良好的延展性，使 每个α粒子在穿过金箔过程中尽可能只与某一个金原子发生作用） 和为什么实验要在真空环境中进行（避免气体分子对α粒子的运 动产生影响）。
（2）α粒子散射现象①绝大多数α粒子几乎不发生偏转； ②少数α粒子则发生了较大的偏转；③极少数α粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°有的甚至几乎达到180°）。
（3）a 粒子散射的简单解释①由于电子质量远远小于α粒子的质量（电子质量约为α粒子质量的１／7300），即使α粒子碰到电子，其运动方向也不会发生明显偏转，就象一颗飞行的子弹碰到尘埃一样，所以电子不可能使α粒子发生大角度散射。
而只能是因为原子中除电子外的带正电的物质的作用而引起的；②使α粒子发生大角度散射的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆生的原子模型，正电荷在原子内是均均分布的，α粒子穿过原子时，它受到两侧正电荷的斥力有相当大一部分互相抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不可能把α粒子反向弹回，这与α粒子散射实验的结果相矛盾，从而否定了汤姆生的原子模型。
新课标人教版物理选修3-5第十八章教案
第十八章原子结构18.1 电子的发现[三维教学目标]1、知识与技能（1）了解阴极射线及电子发现的过程；（2）知道汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验及理论推导。
2、过程与方法：培养学生对问题的分析和解决能力，初步了解原子不是最小不可分割的粒子。
3、情感、态度与价值观：理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程，根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说。
人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的。
[教学重点]：阴极射线的研究。
[[教学难点]：汤姆孙发现电子的理论推导。
[教学方法]：实验演示和启发式综合教学法。
[教学用具] ：投影片，多媒体辅助教学设备。
[教学过程]：第一节电子的发现（一）引入新课很早以来，人们一直认为构成物质的最小粒子是原子，原子是一种不可再分割的粒子。
这种认识一直统治了人类思想近两千年。
直到19世纪末，科学家对实验中的阴极射线深入研究时，发现了电子，使人类对微观世界有了新的认识。
电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。
（二）进行新课1、阴极射线气体分子在高压电场下可以发生电离，使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电荷的带电粒子，使不导电的空气变成导体。
问题：是什么原因让空气分子变成带电粒子的？带电粒子从何而来的？史料：科学家在研究气体导电时发现了辉光放电现象。
1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。
德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的。
所以他把这种未知射线称之为阴极射线。
对于阴极射线的本质，有大量的科学家作出大量的科学研究，主要形成了两种观点。
（1）电磁波说：代表人物，赫兹。
认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。
（2）粒子说：代表人物，汤姆孙。
认为这种射线的本质是一种高速粒子流。
思考：你能否设计一个实验来进行阴极射线的研究，能通过实验现象来说明这种射线是一种电磁波还是一种高速粒子流。
人教版高中物理选修3-5导学案：18.2
第十八章原子结构选修3-518.2原子的核式结构模型【教学目标】1．知道α粒子散射实验。
2．知道原子的核式结构模型的主要内容，理解模型提出的主要思想。
3．知道原子的组成，了解原子核和原子大小的数量级。
重点：α粒子散射实验难点：α粒子散射实验【自主预习】1.汤姆孙原子模型：原子是一个球体，正电荷弥漫性地________分布在整个球体内，电子________其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“________模型”。
说明：汤姆孙的原子结构模型虽然能解释一些实验事实，但这一模型很快被新的实验事实——α粒子散射实验所否定。
2．α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上________方向前进，但有少数α粒子(约占八千分之一)发生了________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”3．卢瑟福原子结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有________质量，电子在正电体的________运动。
正电体的尺度是很小的，被称为________。
所以卢瑟福的电子结构模型因而被称为________结构模型。
4．原子由带电荷________的核与核外Z个电子组成。
原子序数Z等于________与电子电荷大小的比值。
原子核由________和________组成的，原子核的电荷数就是核中的________数。
5．α粒子散射实验1909～1911年卢瑟福和他的助手做了用α粒子轰击金箔的实验，获得了重要的发现。
(1)实验装置(如图18－2－1所示)说明：①整个实验过程在真空中进行。
②金箔很薄，α粒子( 42He核)很容易穿过。
(2)实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了大角度的偏转，偏转角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”。
(3)实验分析按照汤姆孙的“枣糕”原子模型，α粒子如果从原子之间或原子的中心线穿过时，它受到周围的正负电荷作用的库仑力是平衡的，α粒子不产生偏转；如果α粒子偏离原子的中心轴线穿过，两侧电荷作用的库仑力相当于一部分被抵消，α粒子偏转很小；如果α粒子正对着电子射来，质量远小于α粒子的电子不可能使α粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹。
精品人教版高中物理选修3-5学案：第十八章学案1、2(1)
1电子的发现2原子的核式结构模型[学习目标] 1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，知道电子的电荷量和比荷.2.了解汤姆孙发现电子的研究方法及蕴含的科学思想，领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义.3.知道α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，能说出原子核的数量级．一、阴极射线电子的发现[导学探究](1)在图1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后，玻璃管壁上观察到什么现象？该现象说明了什么问题？图1答案玻璃管壁上观察到淡淡的荧光及管中物体在玻璃管壁上的影，这说明阴极能够发出某种射线，并且撞击玻璃引起荧光．(2)人们对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，你认为应如何判断哪种观点正确？答案可以让阴极射线通过电场或磁场，若射线垂直于磁场方向通过磁场后发生了偏转，则该射线是由带电微粒组成的．[知识梳理]阴极射线及电子的发现(1)阴极射线科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管阴极发射出的一种射线，叫做阴极射线．(2)阴极射线的特点①在真空中沿直线传播；②碰到物体可使物体发出荧光．(3)电子的发现：汤姆孙让阴极射线分别通过电场或磁场，根据偏转情况，证明了它的本质是带负电的粒子流并求出了其比荷．(4)密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子电荷．电子电荷量一般取e＝1.6×10－19_C，电子质量m＝9.1×10－31_kg.e[即学即用]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射线答案 C解析阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的．二、α粒子散射实验[导学探究](1)什么是α粒子？(2)α粒子散射实验装置由几部分组成？实验过程是怎样的？。
高中物理_原子的核式结构模型教学设计学情分析教材分析课后反思
教课方案【课标剖析】本节课课标要求是：认识人类研究原子及其构造的历史，知道原子的核式构造模型。
本节课能够培育学生科学思想：鉴于事实凭证和科学推理对不一样看法和结论提出怀疑和批评，进行查验和修正，从而提出创建性看法的能力与品行。
知道所有物理结论都一定接受实践的查验，在学习和研究中做到脚踏实地，不迷信威望，能与别人合作。
【教材剖析】原子的核式构造选自人教版选修3-5 第十八章第 2 节，第 1 节电子的发现打破了原子不可切割的学说，带负点的小质量电子和带正电的部分如何构成原子？汤姆孙成立了较有影响的原子“枣糕模型” 。
本节课卢瑟福用发现的α粒子散射实验结果否认了汤姆孙的原子模型，提出了原子的核式构造模型。
α粒子散射实验和原子核式构造的内容是本节教课的要点。
同时卢瑟福和原子核式构造的限制性有为进一步研究原子核式构造设置了悬念。
所以本节课在本章有承前启后的作用。
α粒子散射实验是一个很重要的实验，表现了研究微观世界的一种科学方法，也是一个锻炼学生剖析问题、解决问题的知识点。
对卢瑟福如何剖析α粒子散射实验，否认汤姆孙原子模型，提出原子核式构造模型的认识，有益于学生学习人类研究微观世界的科学方法，提高自己剖析、解决问题的能力。
【学情剖析】知识基础：学生初中时已经知道原子是构成物质的最小微粒，对电子也有必定程度的了解，但对原子物理学史的认识极少，对核式构造有必定的认识，但没法进行深入研究。
兴趣状况：学生对风趣的现象兴趣比较大，但对深入研究、探访实质的兴趣还要指引。
能力状况：学生对现象的察看没有问题，但总结概括能力需要将增强。
【教课目的】1.认识α粒子散射实验的实验器械、实验现象 , 能使用凭证对研究的问题进行描绘、解说和展望。
（重难点）2. 知道卢瑟福的原子核式构造模型的主要内容，初步拥有现代物理的物质观。
（要点）3.知道原子的构成、原子和原子核大小的数目级。
【教具】多媒体、爱学平台【教课过程】一、引入一次播放图片，指引学生思虑：“这是什么？” ，学生经历从发现问题，到解决问题的思想过程，其实围观世界也经历了这样的过程，经过实验方法发现规律。
人教版物理选修3-5课件第18章第二节
即时应用(即时突破，小试牛刀) 2．(2011年高考上海卷)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18－2－4 解析：选D.α粒子轰击金箔后偏转，越靠近金箔， 偏转的角度越大，所以A、B、C错误，D正确．
课堂互动讲练
α粒子散射实验与原子核式结构
例1 在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒
【答案】
A (1)由于对α粒子散射实验中的
【误区警示】
现象产生的原因不能正确理解，而误选D.
(2)处理此类问题需要明确α粒子散射实验的意
义，理解原子内正电荷和几乎全部的质量集中
在一个很小的区域，即原子核非常小．
变式训练1 卢瑟福对α粒子散射实验的解释是 ( ) A．使α粒子产生偏转的力主要是原子中电子 对α粒子的作用力 B．使α粒子产生偏转的力是库仑力 C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小， 所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进 D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时 离原子核近的α粒子
三、原子核的电荷与尺度质子 中子 1．电荷：原子核是由_______和________组成 质子数 的．原子核的电荷数就是核中的_________． 2．尺度：对于一般的原子核，实验确定的核半 10－15 径R的数量级为__________m.而整个原子半径 10－10 的数量级是_________m．两者相差十万倍之 多．可见原子内部是十分“空旷”的．
子发生大角度偏转，其原因是( ) A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很 小的核上 B．正电荷在原子中是均匀分布的 C．原子中存在着带负电的电子 D．金箔的金原子间存在很大的空隙，只有极少 数碰到金原子
【思路点拨】
少数α粒子大角度偏转 →
人教版高中物理选修3-5第十八章 原子结构全章导学案(含答案)
人教版高中物理选修3-5第十八章原子结构全章导学案第一节电子的发现前置诊断：本节主要介绍汤姆孙（J.J.Thomson）发现电子的科学思想和实验方法。
1.1897年，汤姆生根据在电场和磁场中的断定，其本质是带电的，并求出了这种粒子的比荷。
2.电子电荷的精确测定是由的实验测出的，其值为。
3.电子发现的重大意义表明了原子是能够的。
专家说课：19世纪初，人们从化学实验中知道原子是组成物质的微粒。
一百多年来，人们一直认为原子是不能再分的，直到19世纪末，汤姆生发现了电子，摧毁了原子不可再分的信念，揭开了探索原子内部结构的畜牧，从此原子物理学飞速发展。
电子的发现，改变了原子是组成物质的最小微粒的看法，认识到原子是由更小的微粒构成的。
电子比荷和电荷量的测定，对认识电子的性质起重要作用。
一.教材中考虑到学生对阴极射线的知识了解得比较少，因此在叙述汤姆孙研究电子的方法之前予以介绍。
学生在前面的模块中已经熟悉带电粒子在电磁场中运动的规律，因此课本没有平铺直叙，而是用两个“思考与讨论”引导学生。
（1）汤姆孙可能用什么方法判断组成阴极射线的粒子的电性；（2）让学生根据提示，自己推导出电子比荷的表达式，从而对汤姆孙研究电子的方法有更深刻的认识。
二.本节课标及解读。
通过对阴极射线的发现和争论，了解人类发现电子的历程，感受科学精神和科学方法的精髓。
三.本节开始通过问题引出关于阴极射线的发现和争论，是一段很好的物理史料，可以在学生自学讨论的基础上激发探讨科学的兴趣，有利于对学生进行情感、态度和价值观的培养。
通过对教材中“思考和讨论”的理论探究，利于学生科学方法的培养。
四.本节的重点是电子发现过程及方法的介绍，如何判断阴极射线的电性，电子电荷的数值。
学习的难点是如何推导阴极射线的比荷。
电子发现的本身是一个很好的培养学生分析问题和解决问题的内容。
突出电子发现的重大意义，弄清电子的发现方法和过程，是教学中应当重视的问题。
课堂探究：一、教材第47页中的研究阴极射线的实验，可引导学生积极讨论如何判断射线的电性，有条件的学校可以让学生亲自操作，感受探究阴极射线带电性质的实验过程。
高中物理人教版选修3-5教学案：第十八章 第2节 原子的核式结构模型 Word版含解析
第2节原子的核式结构模型1．α粒子散射实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°。
2．原子结构模型：在原子的中心有一个很小的核叫原子核，原子的所有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核旋转。
3．原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核中的质子数。
4．原子半径的数量级为10－10m，原子核半径的数量级为10－15 m。
一、汤姆孙的原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中。
图18-2-1汤姆孙的原子模型，小圆点代表正电荷，大圆点代表电子。
汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型，该模型能解释一些实验现象，但后来被α粒子散射实验否定了。
二、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．实验装置图18-2-24．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。
三、卢瑟福的核式结构模型1．核式结构模型：1911年由卢瑟福提出，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。
2．原子核的电荷与尺度1．自主思考——判一判(1)汤姆孙的枣糕式模型认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内。
(√)(2)α粒子带有一个单位的正电荷，质量为氢原子质量的2倍。
物理选修3-5学案：课堂探究第十八章第二节 原子的核式结构模型含解析
课堂探究探究一α粒子散射实验和核式结构模型问题导引汤姆孙发现电子之后,人们立刻进行建立各种原子模型的尝试，你都知道有哪些典型的模型呢？提示：汤姆孙的“枣糕模型”、卢瑟福的核式结构模型、玻尔模型。
名师精讲1．α粒子散射实验与汤姆孙的原子模型的冲突分析（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，更不可能使α粒子反向弹回,这与α粒子散射实验相矛盾。
（3)实验现象表明原子中绝大部分是空的，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。
2．原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别3．原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释(1）当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小。
因为原子核很小,所以绝大多数α粒子不发生偏转。
(2）只有当α粒子十分接近原子核穿过时,才受到很大的库仑力作用,发生大角度偏转，而这种机会很少。
（3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少,如图所示.警示α粒子的质量是电子质量的七千多倍，α粒子与电子相碰类似于子弹与尘埃相碰，α粒子的运动方向也不会有明显的改变,更不可能使它反弹。
【例题1】如图所示为α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,关于观察到的现象，下列说法不正确的是（)A ．相同时间内放在A 位置时观察到屏上的闪光次数最多B ．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:在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A 正确；少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子被反弹回来，所以在B 位置只能观察到少数的闪光,在C 、D 两位置能观察到的闪光次数极少,故B 、C 错误，D 正确。
2017-2018学年同步备课一体资料之物理选修3-5课件：第十八章 原子结构18-1-2 精品
1．实验
一、阴极射线
图1
如图1所示，真空玻璃管中K是金属板制成的 阴极 ，接感应圈 的负极，A是金属环制成的 阳极，接感应圈的正极，会在K、 A间产生近万伏的高电压，可观察到玻璃壁上 淡淡的荧光及管 中物体在玻璃壁上的影．
2．阴极射线 荧光的实质是由于玻璃受到 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 ．
【深度思考】 阴极射线中的粒子全部来源于阴极吗？ 答案 在通常情况下，气体是不导电的，在强电场条件 下，气体能够被电离而导电．在高真空的放电管中，阴 极射线中的粒子主要来自阴极．对于真空度不高的放电 管，粒子还可能来自管中的气体．
图2
(1)调节两板的电势差 u，当 u＝U0 时，使得某个质量为 m1 的油滴 恰好做匀速直线运动，求油滴所带的电荷量 q 为多少？ (2)若油滴进入电场时的速度可以忽略，当两金属板间的电势差 u ＝U 时，观察到某个质量为 m2 的油滴进入电场后做匀加速运动 时，经过时间 t 运动到下极板，求此油滴的电荷量 Q.
解决带电粒子在电场中运动的三个步骤 (1)确定研究对象，并根据题意判断是否可以忽略带电粒子的重 力．在本题中，油滴是个实物粒子，受重力较大，且题目中强调 其在电场中能做匀速直线运动，不能忽略其重力； (2)对研究对象进行受力分析，必要时要画出力的示意图； (3)选用恰当的物理规律列方程求解．
三、α 粒子散射实验
【例5】 (多选)关于α粒子的散射实验，下列说法中正确的 是
() A．该实验说明原子中正电荷是均匀分布的 B．α粒子发生大角度散射的主要原因是原子中原子核的 作用 C．只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部 正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上 D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构理论
人教版高中物理选修3-5学案：第十八章学案1、2(2)
人教版高中物理选修3-5学案：第十八章学案1、2(2)2 原子的核式结构模型[学习目标] 1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，知道电子的电荷量和比荷.2.了解汤姆孙发现电子的研究方法及蕴含的科学思想，领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义.3.知道α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，能说出原子核的数量级．一、阴极射线电子的发现[导学探究](1)在图1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后，玻璃管壁上观察到什么现象？该现象说明了什么问题？图1答案玻璃管壁上观察到淡淡的荧光及管中物体在玻璃管壁上的影，这说明阴极能够发出某种射线，并且撞击玻璃引起荧光．(2)人们对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，你认为应如何判断哪种观点正确？答案可以让阴极射线通过电场或磁场，若射线垂直于磁场方向通过磁场后发生了偏转，则该射线是由带电微粒组成的．[知识梳理] 阴极射线及电子的发现(1)阴极射线科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管阴极发射出的一种射线，叫做阴极射线．(2)阴极射线的特点①在真空中沿直线传播；②碰到物体可使物体发出荧光．(3)电子的发现：汤姆孙让阴极射线分别通过电场或磁场，根据偏转情况，证明了它的本质是带负电的粒子流并求出了其比荷．(4)密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子电荷．电子电荷量一般取e＝1.6×10－19_C，电子质量me＝9.1×10－31_kg.[即学即用] 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射线答案C 解析阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的．二、α粒子散射实验[导学探究] (1)什么是α粒子？(2)α粒子散射实验装置由几部分组成？实验过程是怎样的？(3)α粒子散射实验的实验现象是怎样的？(4)少数α粒子发生大角度散射的原因是什么？答案(1)α粒子(He)是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍．(2)实验装置：①α粒子源：钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能α粒子，带两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍．②金箔：特点是金原子的质量大，且易延展成很薄的箔．③放大镜：能绕金箔在水平面内转动．④荧光屏：荧光屏装在放大镜上．⑤整个实验过程在真空中进行．金箔很薄，α粒子很容易穿过．实验过程：α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α粒子有库仑力的作用，一些α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α粒子的数目．(3)α粒子散射实验的实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°.(4)α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射．[知识梳理] (1)α粒子散射实验装置由α粒子源、金箔、放大镜、荧光屏等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中．(2)实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°.(3)α粒子散射实验的结果用汤姆孙的“枣糕模型”无法解释．[即学即用] (多选)关于α粒子的散射实验，下列说法正确的是( )A．该实验在真空环境中进行B．带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动C．荧光屏上的闪光是散射α粒子打在荧光屏上形成的D．荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光E．α粒子穿过原子时，由于α粒子的质量比电子大得多，电子不可能使α粒子的运动方向发生明显的改变答案ABCE 解析对于D项，考虑到有少数的α粒子因为靠近金原子核，受到斥力而改变了运动方向，故D错误；电子的质量很小，当和α粒子作用时，对α粒子运动的影响极其微小，E正确．三、原子的核式结构模型原子核的电荷与尺寸[导学探究] (1)原子中的原子核所带电荷量有何特点？答案原子核带正电，所带电荷量与核外电子所带的电荷量相等．(2)核式结构模型是如何解释α粒子散射实验结果的？答案①由于原子核很小，大多数α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，几乎沿直线传播，不发生偏转．②只有极少数α粒子有机会与原子核接近，受到原子核较大的斥力而发生明显的偏转．[知识梳理] 对原子核式结构及原子核的认识(1)卢瑟福的核式结构模型：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)原子核的电荷与尺度[即学即用] (多选)关于原子核式结构理论，下列说法正确的是( )A．是通过天然放射性现象得出来的B．原子的中心有个核，叫做原子核C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中D．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旋转答案BD 解析原子的核式结构理论是在α粒子散射实验的基础上提出的，A错；原子所带的正电荷都集中在一个很小的核里面，不是均匀分布在原子中，C错，所以选B、D.一、对阴极射线的认识例1 (多选)下面对阴极射线的认识正确的是( ) A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的B．只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生C．阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线D．阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极解析阴极射线是由阴极直接发出的，故A错误；只有当两极间有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，故B错误，D正确；阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线，C正确．答案CD归纳总结阴极射线的实质是带负电的电子流，电子在电场(或磁场)中运动时所受的电场力(或洛伦兹力)远大于其自身的重力，故研究阴极射线在电磁场中的运动时，除题目特别说明外，一般不考虑重力的影响．二、带电粒子比荷的测定例2 电子的比荷最早由美国科学家密立根通过油滴实验测出，如图2所示，两块水平放置的平行金属板上、下极板与电源正负极相接，上、下极板分别带正、负电荷，油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而起电，油滴进入上极板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动，两金属板间距为d，不计空气阻力和浮力．(1)调节两板的电势差u，当u＝U0时，使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速直线运动，求油滴所带的电荷量q为多少？(2)若油滴进入电场时的速度可以忽略，当两金属板间的电势差u＝U时，观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速运动时，经过时间t运动到下极板，求此油滴的电荷量Q.解析(1)油滴匀速下落过程受到的电场力和重力平衡，由平衡条件得：q＝m1g，得q＝m1g.(2)油滴加速下落，其所带电荷量为Q，因油滴带负电，则油滴所受的电场力方向向上，设此时的加速度的大小为a，由牛顿第二定律和运动学公式得：m2g－Q＝m2a，d＝at2，解得Q＝(g－)．答案(1) (2)(g－)归纳总结解决带电粒子在电场中运动的三个步骤(1)确定研究对象，并根据题意判断是否可以忽略带电粒子的重力．在本题中，油滴是个实物粒子，受重力较大，且题目中强调其在电场中能做匀速直线运动，不能忽略其重力；(2)对研究对象进行受力分析，必要时要画出力的示意图；(3)选用恰当的物理规律列方程求解．三、对α粒子散射实验的理解例3 如图3所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法中正确的是( )A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹解析α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度散射．所以A处观察到的粒子数多，B处观察到的粒子数少，所以选项A、B 错误．α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项D错误，C正确．答案C规律总结解决这类问题的关键是理解并熟记以下两点：(1)明确实验装置中各部分的组成及作用．(2)弄清实验现象，知道“绝大多数”、“少数”和“极少数”α粒子的运动情况及原因．针对训练卢瑟福利用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( )答案D 解析α粒子轰击金箔后偏转，越靠近金原子核，偏转的角度越大，所以A、B、C错误，D正确．四、原子的核式结构分析例4 (多选)下列对原子结构的认识中，正确的是( )A．原子中绝大部分是空的，原子核很小B．电子在核外运动，库仑力提供向心力C．原子的全部正电荷都集中在原子核里D．原子核的直径大约为10－10 m 解析卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型，提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核直径的数量级为10－15 m，原子直径的数量级为10－10 m，原子直径是原子核直径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷”的，核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引而绕核旋转，所以A、B、C正确，D错误．答案ABC归纳总结1．原子核在原子中体积非常小．原子直径的数量级是10－10m，原子核直径的数量级是10－15 m. 2．掌握原子核的组成及特点.1．(多选)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( )A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量答案AD解析阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确．由于电子带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，B错误．不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误．在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测出电子电荷量的是美国物理学家密立根，D正确．2．(多选)1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是( )A．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷B．汤姆孙通过对光电效应的研究，发现了电子C．电子的电荷量是由密立根油滴实验测得的D．物体所带电荷量最小值为1.6×10－19 C答案ACD3．X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它们入射时的动能相同，其偏转轨道可能是下图中的( )答案D解析α粒子离金核越远其所受斥力越小，轨道弯曲程度就越小，故选项D正确．一、选择题(1～9为单选题，10为多选题)1．历史上第一个发现电子的科学家是( )A．贝可勒尔B．道尔顿C．伦琴D．汤姆孙答案D解析贝可勒尔发现了天然放射现象，道尔顿提出了原子论，伦琴发现了X射线，汤姆孙发现了电子．2．关于阴极射线，下列说法正确的是( )A．阴极射线就是很微弱的荧光B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流C．阴极射线的比荷比氢原子的比荷大D．阴极射线的比荷比氢原子的比荷小答案C解析阴极射线是真空管中由阴极发出的电子流，故A、B错；阴极射线本质是电子流，故其比荷比氢原子比荷大得多，故C正确，D错误．3．阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图1所示．若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为( )图1B．平行于纸面向上A．平行于纸面向左D．垂直于纸面向里C．垂直于纸面向外答案C 解析由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，利用左手定则，为使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C正确．4．阴极射线管中的高电压的作用是( )A．使管内气体电离B．使管内产生阴极射线C．使管内障碍物的电势升高D．使电子加速答案D5．α粒子散射实验中，使α粒子散射的原因是( )A．α粒子与原子核外电子碰撞B．α粒子与原子核发生接触碰撞C．α粒子发生明显衍射D．α粒子与原子核的库仑斥力的作用答案D 解析α粒子与原子核外的电子的作用是很微弱的，A错误．由于原子核的质量和电荷量很大，α粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足以使α粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使α粒子散射的原因是库仑斥力的作用，B、C错误，D正确．6．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为( )A．α粒子与电子根本无相互作用B．α粒子受电子作用的合力为零，电子是均匀分布的C．α粒子和电子碰撞损失的能量极少，可忽略不计D．电子很小，α粒子碰撞不到电子答案C 解析在α粒子散射实验中，电子与α粒子存在相互作用，A错；电子质量只有α粒子的，电子与α粒子碰撞后，电子对α粒子的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可忽略不计，C正确，B、D错误．7．卢瑟福提出原子的核式结构模型的依据是用α粒子轰击金箔，实验中发现α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α粒子散射实验结果是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，故选项A错误．α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α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，故选项B正确，C、D错误．8．如图所示为卢瑟福α粒子散射实验的原子核和两个α粒子的轨迹，其中可能正确的是( )答案A 解析在α粒子散射实验中，α粒子十分接近原子核穿过时，受到很大的库仑力作用，偏转角度很大，可知只有A项正确．9．卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验，获得了重大发现．关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是( )A．证明了质子的存在B．证明了原子核是由质子和中子组成的C．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D．证明了原子中的电子只能在某些轨道上运动答案C 解析α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核，数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以C正确，A、B错误．玻尔发现了电子轨道量子化，D错误．10．下列说法中正确的是( ) A．汤姆孙精确地测出了电子电荷量e＝1.602 177 33(49)×10－19 CB．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的C．汤姆孙油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e的整数倍D．通过实验测出电子的比荷和电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量答案BD 解析电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的，A、C错误，B正确；测出比荷的值和电子电荷量e的值，可以确定电子的质量，故D正确．二、非选择题11．密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性．如图2所示是密立根油滴实验的原理示意图，设小油滴的质量为m，调节两极板间的电势差U，当小油滴悬浮不动时，测出两极板间的距离为d.则可求出小油滴的电荷量q＝________.图2答案mgdU解析由平衡条件得mg＝q，解得q＝. 12．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．密立根实验的原理图如图3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 1.92×105 N/C，油滴半径是 1.64×10－4 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？(g取9.8m/s2)图3答案8.02×10－19 C 5解析小油滴质量m＝ρV＝ρ·πr3①由题意知mg＝qE②由①②两式可得q＝ρ·4πr3g3E＝1.64×10－63×9.8,3×1.92×105) C≈8.02×10－19 Cq＝≈5e因此小油滴所带电荷量q是电子电荷量e的5倍．。
2017-2018学年同步备课一体资料之物理人教版选修3-5讲义：第十八章原子结构18-4Word版
4玻尔的原子模型［目标定位］1•知道玻尔原子理论基本假设的主要内容2了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念3能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型.一、玻尔原子理论的基本假设■知识梳理--------------------------------1. 玻尔原子模型(1) 原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动.(2) 电子绕核运动的轨道是量子化的.(3) 电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁车_______2. 定态当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量. 即原子的能量是也子化的,这些量子化的能量值叫做能 _原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态.能量最低的状态叫做基态，其他的状态叫做激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动.3. 频率条件当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为E m)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为E n, m > n)时，会放出能量为h v的光子，该光子的能量h v= E m—E n，该式称为频率条件，又称辐射条件.反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子能量同样由频率条件决定.发射光子?JU=E N1-E?t鬲*高能级E m 江:低能级E n【深度思考】是不是所处的能级越高的氢原子，向低能级跃迁时释放的光子能量越大？答案不一定.氢原子从高能级向低能级跃迁时，所释放的光子能量一定等于能级差，氢原子所处的能级越高，跃迁时能级差不一定越大，释放的光子能量不一定越大.■典例精析--------------------------------【例1】根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是()A .若氢原子由能量为E n的定态向低能级跃迁时，氢原子要辐射的光子能量为h v= E nB •电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为 v 则其发光的频率也是 vC . 一个氢原子中的电子从一个半径为r a 的轨道自发地直接跃迁到另一半径为r b 的轨道，已知r a >r b ,则此过程原子要辐射某一频率的光子 D •氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁解析 原子由高能级向低能级跃迁满足频率条件，辐射的光子能量为 h v= E n -E m,同样吸收满足频率条件的光子后会从低能级跃迁到高能级； 原子辐射的能量与电子在某一轨道上绕 核的运动无关. 答案 C【例2】 氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中 （ ）A .原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大B .原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小C .原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小D .原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大解析 根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核较远的轨道上运动能量较大， 必须吸收一定能 量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，故ke 2以E k =石.由此式可知：电子离核越远，即r 越大时，电子的动能越小，故A 、C 错；由r变大时，库仑力对核外电子做负功，因此电势能增大，从而判断 D 正确.答案 D总结提开I当氢原子从低能量态 E n 向咼能量态E m （n v m ）跃迁时，r 增大，E k 减小，E p 增大（或r 增大时， 库仑力做负功，电势能 E p 增大）,E 增大，故需吸收光子能量，所吸收的光子能量h v= E m、玻尔理论对氢光谱的解释■知识梳理 --------------------------------1. 氢原子能级图 如图1所示B 错；氢原子核外电子绕核做圆周运动，由原子核对电子的库仑力提供向心力，即 2k%= m2十，又E k =fmv 2,所图12. 解释巴耳末公式按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为h v= E m二E n・巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的定态轨道的量子数n和2.3. 解释气体导电发光通常情况下，原子处于基态，基态是最稳定的，原子受到电子的撞击，有可能向上跃迁到激_ 发态,处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终回到基态.4. 解释氢原子光谱的不连续性原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线.5. 解释不同原子具有不同的特征谱线不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射（或吸收）的光子频率也不相同.【深度思考】（1）观察氢原子能级图（图1），当氢原子处于基态时，E i=—13.6 eV.通过计算，E n与E i在数值上有什么关系？（2）如果氢原子吸收的能量大于13.6 eV，会发生什么现象？答案（1）通过计算得：E n= 鼬=1,2,3，…）（2）h v= E m—E n适用于光子和原子在各定态之间跃迁情况，若吸收光子的能量大于或等于13.6 eV时，原子将会被电离.■典例精析 ------------------------------【例3】如图2所示为氢原子的能级图. 用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，则可能观测到氢原子发射的不同波的光有（）7収_________________ () -m----------------------------------------------------------------------------------- -3.4I ------------------------------- 13.6图2A . 15 种B . 10 种C. 4种 D . 1种解析基态的氢原子的能级值为—13.6 eV，吸收13.06 eV的能量后变成—0.54 eV，原子跃nn —1 \55 —1\迁到n= 5能级，由于氢原子是大量的，故辐射的光子种类是—= 2 =10种.答案BI总结提升丨1. 对能级图的理解：E1由E n=孑知，量子数越大，能级越密.量子数越大，能级差越小，能级横线间的距离越小.n=1是原子的基态，n fg是原子电离时对应的状态.c2. 跃迁过程中吸收或辐射光子的频率和波长满足h v |E m—E n l，h~x= |E m—E n|.3. 大量处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射(n—1)种频率的光子.针对训练图3为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光下列说法正确的是()® r” ............................ ■04 --------------------------------0K5/ 1 ------------------------------ -1.512--- --------------------------- 忑41 ------------------------------------- 13.6图3A .最容易表现出衍射现象的光是由n v4能级跃迁到n = 1能级产生的B .频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D .用n v 2能级跃迁到n v 1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应答案D解析hc hc由A E—入，知入一△£，则由n—4跃迁到n—1能级产生的光子能量最大，波长最短，所以该光子最不容易发生衍射现象，A项错误；因由n = 2能级跃迁到n =1能级产生的光子一个处能量大于由n=4能级跃迁到n=3能级产生光子的能量，故其频率不是最小的，所以B项错误；大量的氢原子由n=4的激发态向低能级跃迁，可能辐射出6种不同频率的光子，故C项错误；由n = 2能级跃迁到n= 1能级辐射出光子的能量E = - 3.4 eV - （—13.6）eV = 10.2 eV.因E>W逸=6.34 eV，故D项正确.三、玻尔理论的局限性■知识梳理--------------------------------1. 玻尔理论的成功之处玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域, 提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律.2. 玻尔理论的局限性保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动■对点检测自查自纠1. （对玻尔理论的理解）根据玻尔的原子结构模型，原子中电子绕核运转的轨道半径（）A •可以取任意值B .可以在某一范围内取任意值C.可以取不连续的任意值D .是一些不连续的特定值答案D解析按玻尔的原子理论：原子的能量状态对应着电子不同的运动轨道，由于原子的能量状态是不连续的，则其核外电子的可能轨道是分立的，且是特定的，故上述选项只有D正确.2.（对玻尔理论的理解）氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下列说法中正确的是（）A •电子绕核旋转的半径增大B •氢原子的能量增大C.氢原子的电势能增大D •氢原子核外电子的速率增大答案D解析氢原子辐射一个光子时能量减少，所以电子的轨道半径减小，速度增大，电势能减小,故选项D正确.3. （氢原子能级及跃迁）（多选）如图4所示为氢原子的能级图，A、B、C分别表示电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，则下列判断中正确的是（）A .能量和频率最大、波长最短的是B光子B .能量和频率最小、波长最长的是C光子C.频率关系为v> v> v，所以B的粒子性最强D .波长关系为尼〉加> &答案ABC解析从图中可以看出电子在三种不同能级跃迁时，能级差由大到小依次是B、A、C,所以B光子的能量和频率最大，波长最短；能量和频率最小、波长最长的是C光子，所以频率关系式v> v> v，波长关系是启V加V b，所以B光子的粒子性最强，故选项A、B、C正确，D错误.4. （氢原子能级及跃迁）（多选）用光子能量为E的光束照射容器中的氢气，氢原子吸收光子后, 能发射频率为V、V、v的三种光子，且v<v< v.入射光束中光子的能量应是（）A . h v B. h（v + v）C. h（v+ v）D. h（v + v+ v）答案AB解析氢原子吸收光子后发射三种频率的光，可知氢原子由基态跃迁到了第三能级，能级跃题组训练解疑纠偏题组一对玻尔理论的理解1. （多选）玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（）A .原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量B .原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C.电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子D .电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射答案ABC解析原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量，故A正确；原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，故B正确；电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子，故C正确；电子在绕原子核做圆周运动时，不会产生电磁辐射，只有跃迁时才会出现，故D错误.2. （多选）关于玻尔原子理论的基本假设，下列说法中正确的是（）A .原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力B .氢原子光谱的不连续性，表明了氢原子的能级是不连续的C.原子的能量包括电子的动能和系统的势能，电子动能可取任意值，系统的势能只能取某些分立值D .电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射（或吸收）光子频率等于电子绕核运动的频率答案AB解析根据玻尔理论的基本假设知，原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力，故A 正确；玻尔原子模型结合氢原子光谱，则表明氢原子的能量是不连续的.故B正确；原子的能量包括电子的动能和系统的势能，由于轨道是量子化的，则电子动能也是特定的值，故C错误；电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射（或吸收）的光子能量等于两能级间的能级差， D 错误．3．（多选）下列说法正确的是（）A •玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立B •玻尔理论可以成功解释氢原子的光谱现象C.玻尔继承了卢瑟福原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设D •玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征答案BCD解析卢瑟福通过a粒子散射实验建立了原子核式结构模型，故A错误；玻尔理论成功地解释了氢原子的光谱现象•故B正确；玻尔的原子模型对应的是电子轨道的量子化，卢瑟福的原子模型核外电子可在任意轨道上运动，故 C 正确；玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征，故D正确.4. 一群氢原子处于同一较高的激发态，它们向较低激发态或基态跃迁的过程中（）A •可能吸收一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条暗线B •可能发出一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条亮线C・只吸收频率一定的光子，形成光谱中的一条暗线D •只发出频率一定的光子，形成光谱中的一条亮线答案B解析当原子由高能级向低能级跃迁时，原子将发出光子，由于不只是两个特定能级之间的跃迁，所以它可以发出一系列频率的光子，形成光谱中的若干条亮线.5 •根据玻尔理论，氢原子有一系列能级，以下说法正确的是（）A •当氢原子处于第二能级且不发生跃迁时，会向外辐射光子B •电子绕核旋转的轨道半径可取任意值C.处于基态的氢原子可以吸收10 eV的光子D •大量氢原子处于第四能级向基态跃迁时会出现6条谱线答案D解析氢原子处于第二能级且向基态发生跃迁时，才会向外辐射光子•故A错误•根据玻尔原子理论可知，电子绕核旋转的轨道半径是特定值•故B错误.10 eV的能量不等于基态与其他能级间的能级差，所以该光子能量不能被吸收•故C错误•根据C2= 6知，大量处于n= 4能级的氢原子跃迁时能辐射出6种不同频率的光子•故D正确.-1046. 根据玻尔理论，某原子从能量为E 的轨道跃迁到能量为 E ' 的轨道，辐射出波长为 入的 光..以h 表示普朗克常量， c 表示真空中的光速,E '等于（ )入入A . E —h cB . E +h cccC . E — h *D .E + h *答案 C解析 释放的光子能量为h v= h *所以E ' = E — h v= E —碍题组二氢原子能级及跃迁7•氢原子的基态能量为 E i ,下列四个能级图，正确代表氢原子的是（）答案 C解析 由氢原子能级图可知，量子数 n 越大，能级越密，且各能级能量E n =旱，所以C 正确.&汞原子的能级图如图1所示，现让一束光子能量为8.8 eV 的单色光照射到大量处于基态（能级数n = 1）的汞原子上，能发出 6种不同频率的色光.下列说法中正确的是（ ）n E/eV4 ----------------------- 1.6 :;I -------------- -2.7 2 --------------------------- 5.5A .最长波长光子的能量为 1.1 eV£i -------------------------DB .最长波长光子的能量为 2.8 eVC.最大频率光子的能量为 2.8 eVD .最大频率光子的能量为 4.9 eV答案A解析由题意知，吸收光子后汞原子处于n=4的能级，向低能级跃迁时，最大频率的光子能量为（一1.6 + 10.4）eV = 8.8 eV，最大波长（即最小频率）的光子能量为（一1.6 + 2.7）eV = 1.1 eV，故A正确.9. （多选）如图2是氢原子的能级图，一群氢原子处于n= 3能级，下列说法中正确的是（）1---------------------------- -4J.H53 ------------------------------------ -1.512 -- ------------------------ £.41 ------------------------------ 13.6图2A .这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eVB .从n= 3能级跃迁到n= 2能级时发出的光波长最长C.这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁D .如果发出的光子中只有一种能使某金属产生光电效应，那一定是由n = 3能级跃迁到n=1能级发出的答案BD解析由n= 3能级跃迁到n= 1能级，辐射的光子能量最大，A E= 13.6 eV — 1.51 eV = 12.09eV，从n=3能级跃迁到n = 2能级辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长，故A错误，B正确；一群处于n= 3能级的氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差，故C错误；如果发出的光子只有一种能使某金属产生光电效应，知这种光子为能量最大的一种，即由n = 3能级跃迁到n= 1能级发出的.故D正确.10. 如图3所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级.处在n= 4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能发出若干种频率不同的光子，在这些光中，波长最长的是（）n£/eV闔------------------- （］4 --------------------- T倍3--------------------- 1,312 --------------------- .4A . n = 4跃迁到n= 1时辐射的光子B. n = 4跃迁到n = 3时辐射的光子C. n = 2跃迁到n = 1时辐射的光子D. n = 3跃迁到n = 2时辐射的光子 答案 B11.(多选)如图4所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n = 3的激发态，在自发跃迁中放出一些光子，用这些光子照射逸出功为2.25 eV 的钾，下列说法正确的是 ()* ----------------------------- 0 4 ------------------------------ -0.85 B ----------------------------- -1.5] 2 ---- -------------------------- -3.4] ---- ------------------------------图4A •这群氢原子能发出三种不同频率的光B •这群氢原子发出光子均能使金属钾发生光电效应C .金属钾表面逸出的光电子最大初动能一定小于 12.09 eVD .金属钾表面逸出的光电子最大初动能可能等于 9.84 eV答案 ACD解析 根据C 2= 3知，这群氢原子能辐射出三种不同频率的光子，故A 正确；从n = 3跃迁到n = 1辐射的光子能量为 13.6 eV — 1.51 eV = 12.09 eV>2.25 eV ，从n = 2跃迁到n = 1辐射 的光子能量为13.6 eV — 3.4 eV = 10.2 eV>2.25 eV ，从n = 3跃迁到n = 2辐射的光子能量为 3.4 eV — 1.51 eV = 1.89 eV<2.25 eV ，所以能发生光电效应的光有两种，故B 错误；从n = 3跃迁到n =1辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光电子最大初动能最大，根据 光电效应方程得， E km = h V — W 0= 12.09 eV — 2.25 eV = 9.84 eV.故 C 、D 正确. 题组三综合应用12. 如图5所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时，-L.5I(1) 有可能放出几种能量的光子？(2) 在哪两个能级间跃迁时， 所发出的光子波长最长？波长是多少？(普朗克常量h = 6.63X 10I ---------------------------- 1^6图5—34 8Js；光速c= 3.0X 10 m⑸答案(1)6 ⑵第四能级向第三能级 1.88 X 10—6 m解析⑴由N= C2，可得N = C2= 6种;⑵氢原子由第四能级向第三能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长,hc he 6.63 x 10- X 3 X 10 根据寸=E4 —E3 = - 0.85 —( — 1.51) eV = 0.66 eV ,入=—= ----------------- 人E4 —E3 0.66 X 1.6 X 10—6 m~ 1.88 x 10 —m.—1013.氢原子在基态时轨道半径r1 = 0.53X 10 m,能量E1 = —13.6 eV.求氢原子处于基态时.(1) 电子的动能；(2) 原子的电势能；(3) 用波长是多少的光照射可使其电离？答案(1)13.6 eV (2) —27.2 eV (3)9.14 X 10—8 m2 2解析(1)设处于基态的氢原子核外电子速度大小为V1，则k e2=业，所以电子动能r 1 r 11 2 ke2 k1= 2mv1=亦9X 109X 1.6X 10—1922X 0.53X 10—10X 1.6X 10—19~ 13.6 eV.⑵因为E1= E k1 + E p1,所以E p1= E1 —E k1 = —13.6 eV —13.6 eV = —27.2 eV.(3)设用波长为入的光照射可使氢原子电离,有绞=0—E1he 所以入=—heE1 —6.63X 10—34X 3X 108—13.6 X 1.6X 10—19 m〜9.14 X 10—8m.。
高中物理选修3-5导学案第十八章 2
2原子的核式结构模型[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道汤姆孙的原子结构模型.2.了解α粒子散射实验的原理、现象和结论.3.知道卢瑟福的原子核式结构内容和意义.4.知道原子和原子核大小的数量级以及原子核的电荷数和核外电子数的关系．科学思维：1.领会卢瑟福原子核式结构实验的科学方法，培养学生的抽象思维能力和想象能力.2.利用动力学观点与方法分析α粒子运动情形与轨迹.3.利用能量观点分析计算库仑力对α粒子做功情况．一、汤姆孙的原子模型1．汤姆孙原子模型：汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”，如图1.图12．α粒子散射实验：(1)α粒子散射实验装置由α粒子源、金箔、放大镜、荧光屏等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中．(2)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”．(3)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．二、卢瑟福的核式结构模型1．核式结构模型：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．原子核的电荷与尺度1．判断下列说法的正误．(1)汤姆孙的枣糕模型认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内．(√)(2)α粒子散射实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型．(×)(3)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动．(√)(4)原子核的电荷数等于核中的中子数．(×)(5)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷．(√)2．(多选)卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是()A．解释α粒子散射现象B．用α粒子散射的实验数据估算原子核的大小C．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子D．卢瑟福通过α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的答案AB解析α粒子散射实验现象与汤姆孙的枣糕模型相矛盾，卢瑟福的原子核式结构模型合理解释了该实验现象，并通过实验数据估算出了原子核的半径的数量级为10－15 m，A、B正确；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子是由原子核和核外电子组成的，但不能说明原子核内存在质子，故C错误；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，但不能证明原子核是由质子和中子组成的，故D错误.一、α粒子散射实验现象的分析与理解如图所示为1909年英籍物理学家卢瑟福指导他的学生盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的实验装置，阅读课本，回答以下问题：(1)什么是α粒子？(2)实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？(3)实验现象如何？(4)少数α粒子发生大角度散射的原因是什么？答案(1)α粒子(42He)是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核．质量是电子的7 300倍．(2)①α粒子源：把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能的α粒子．②带荧光屏的放大镜：观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光．实验过程：α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α粒子有库仑力的作用，一些α粒子会改变原来的运动方向．带有放大镜的荧光屏可以沿题图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目．(3)α粒子散射实验的实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°.(4)α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射．1．α粒子散射实验装置(如图2)图2 2．实验现象(如图3)图3(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．(2)少数α粒子发生较大的偏转．(3)极少数α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°.3．实验现象的分析(1)核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．(2)汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射．(3)少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量比它本身大得多的物质的作用．(4)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．例1(多选)(2019·济南一中高二期中)卢瑟福和他的学生用α粒子轰击不同的金属，并同时进行观测，经过大量的实验，最终确定了原子的核式结构．如图4为该实验的装置，其中荧光屏能随显微镜在图中的圆面内转动．当用α粒子轰击金箔时，在不同位置进行观测，如果观测的时间相同，则下列说法正确的是()图4A．在1处看到的闪光次数最多B．2处的闪光次数比4处多C．3和4处没有闪光D．4处有闪光但次数极少答案ABD解析在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，则在1处看到的闪光次数最多，故A正确；少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子被反弹回来，在2、3、4位置观察到的闪光次数依次减少，故C错误，B、D正确．解决这类问题的关键是理解并熟记以下两点：(1)明确实验装置的组成及各w部分的作用．(2)弄清实验现象，知道“绝大多数”、“少数”和“极少数”α粒子的运动情况及原因．针对训练α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为()A．α粒子与电子根本无相互作用B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的C．α粒子和电子碰撞时受力极小，可忽略不计D．电子很小，α粒子碰撞不到电子答案 C解析在α粒子散射实验中，电子与α粒子存在相互作用，A错；电子质量只有α粒子的17 300，电子与α粒子碰撞后，电子对α粒子的影响就像灰尘对子弹的影响，完全可忽略不计，C正确，B、D错误．二、原子的核式结构模型与原子核的组成1．原子的核式结构模型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的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动．2．原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子的原子序数．3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数．4．原子核的大小：原子的半径数量级为10－10 m，原子核半径的数量级为10－15 m，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10－15.例2(多选)根据卢瑟福的原子核式结构理论，下列对原子结构的认识中，正确的是()A．原子中绝大部分是空的，原子核很小B．电子在核外运动，库仑力提供向心力C．原子的全部正电荷都集中在原子核里D．原子核的直径大约为10－10 m答案ABC解析卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型，提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核半径的数量级为10－15 m，原子半径的数量级为10－10 m，原子半径是原子核半径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷”的，核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引而绕核旋转，所以A、B、C正确，D错误．三、α粒子散射实验中α粒子的轨迹与受力1．α粒子的运动情况在离原子核较远处，α粒子近似做匀速直线运动．在α粒子靠近原子核的运动过程中，库仑斥力随运动距离和运动方向的变化而变化，是变力．所以，α粒子做变速运动，当运动方向与α粒子和原子核的连线不在同一方向上时，α粒子做变速曲线运动，受库仑斥力作用，曲线向原子核外侧弯曲且库仑斥力方向与速度方向分布于轨迹两侧．2．库仑力对α粒子的做功情况(1)当α粒子靠近原子核时，库仑力做负功，电势能增加．(2)当α粒子远离原子核时，库仑力做正功，电势能减小．例3如图5所示为卢瑟福的α粒子散射实验，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为()图5A．轨迹a B．轨迹bC．轨迹c D．轨迹d答案 A解析卢瑟福通过研究α粒子散射提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，因离原子核越近，受到的库仑斥力越强，则偏转程度越大，所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为a，故A正确，B、C、D错误．例4如图6所示，根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．图中虚线表示原子核所形成的电场的等势面，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从A运动到B再运动到C的过程中，下列说法中正确的是()图6A．动能先增大后减小B．电势能先减小后增大C．电场力先做负功后做正功，总功等于零D．加速度先减小后增大答案 C解析α粒子及原子核均带正电，故α粒子受到原子核的斥力，α粒子从A运动到B，电场力做负功，动能减小，电势能增大，从B运动到C，电场力做正功，动能增大，电势能减小，A、C在同一等势面上，A、C两点的电势差为零，则α粒子从A到C的过程中电场力做的总功等于零，A、B错误，C正确；α粒子所受的库仑力F＝kq1q2，B点离原子核最近，所以αr2粒子在B点时所受的库仑力最大，加速度最大，故加速度先增大后减小，D错误.1．(物理学史的考查)(2018·鹤岗一中高二期末)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是()A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的枣糕式结构模型D．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长答案 A解析爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程，选项A正确；康普顿效应表明光子不但具有能量，还具有动量，选项B错误；卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，选项C错误；德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，选项D错误．2．(α粒子散射实验现象的认识)如图7所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法中正确的是()图7A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．卢瑟福选用不同重金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹答案 C解析α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度散射，所以A处观察到的粒子数多，B处观察到的粒子数少，所以选项A、B错误．α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项D错误，C正确．3．(α粒子散射实验现象的解释)(多选)关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是() A．该实验说明原子中正电荷是均匀分布的B．α粒子发生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用C．只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构理论答案BCD解析在α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的物质存在；二是这一物质带有较大的正电荷；三是这一物质的体积很小，但不能说明原子中正电荷是均匀分布的，故A错误，B、C正确．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构理论，D正确．4．(原子的核式结构模型)(多选)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内D．带负电的电子在核外绕着核旋转答案ACD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内，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．5．(α粒子的受力情况)(2018·广州五校高二下期末联考)如图所示为卢瑟福α粒子散射实验的金原子核和两个α粒子的径迹，其中可能正确的是()答案 A解析α粒子与金原子核都带正电，相互排斥，α粒子径迹越靠近金原子核，所受库仑斥力越大，运动方向的偏转角度就越大，根据这个特点可以判断只有A正确．一、选择题考点一α粒子散射实验1．对α粒子散射实验的实验装置的描述，你认为正确的有()A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜B．金箔的厚度对实验无影响C．如果不用金箔改用铝箔，就不会发生散射现象D．实验装置放在空气中和真空中都可以答案 A解析金箔厚度太大，α粒子就不能穿透了，所以不可以太厚，故B项错误；如果不用金箔改用铝箔也会发生散射现象，只是铝的延展性不如金好，不能做到很薄，所以实验结果会受到影响，故C错误；实验装置必须在真空中进行，否则α粒子会电离空气，造成实验现象不明显，故D错误；正确选项为A.2．(多选)在α粒子散射实验中，选用金箔的原因下列说法正确的是()A．金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔B．金核不带电C．金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动D．金核半径大，易形成大角度散射答案ACD解析α粒子散射实验中，选用金箔是因为金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔，α粒子很容易穿过，A正确．金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动，C正确．金核带正电，半径大，易形成大角度散射，故D正确，B错误．3．在α粒子散射实验中，我们并没有考虑电子对α粒子偏转角度的影响，这是因为() A．电子的体积非常小，以致α粒子碰不到它B．电子的质量远比α粒子的小，所以它对α粒子运动的影响极其微小C．α粒子使各个电子碰撞的效果相互抵消D．电子在核外均匀分布，所以α粒子受电子作用的合外力为零答案 B解析α粒子的质量是电子质量的7 300倍，电子虽然很小，但数量很多，α粒子仍能碰到，影响微乎其微，选项B正确．4．关于α粒子散射实验()A．绝大多数α粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少C．α粒子离开原子核的过程中，动能增加，电势能也增加D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小答案 D解析由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍沿原方向前进，只有极少数发生大角度的偏转，从α粒子散射实验的数据可以估算出原子核直径的大小约为10－15 m～10－14 m．由此可知A错误，D正确．α粒子向原子核射去，当α粒子接近核时，克服电场力做功，所以其动能减少，电势能增加；当α粒子远离原子核时，电场力做正功，其动能增加，电势能减少，所以选项B、C都错误．5.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1所示为α粒子散射图景，图中实线表示α粒子的运动轨迹，则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是()图1A．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了直接碰撞C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小D．根据α粒子散射实验可以估算原子大小答案 C解析题图中大角度偏转的α粒子所受的电场力先做负功，后做正功，则其电势能先增大后减小，故A错误；题图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用，并没有发生直接碰撞，故B错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，故C正确；依据α粒子散射实验可以估算原子核的大小，故D错误．考点二卢瑟福的核式结构模型6．(多选)卢瑟福的α粒子散射实验结果表明了()A．原子核是可分的B．汤姆孙的“枣糕”模型是错误的C．原子是由均匀带正电的物质和带负电的电子构成D．原子中的正、负电荷并非均匀分布答案BD解析α粒子散射实验并非证明原子是由什么构成的，而是证明了组成原子的正、负电荷在原子内部是如何分布的，由实验现象可知原子内部的正、负电荷并非均匀分布，证明了“枣糕模型”是错误的，故答案为B、D.7．卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验，获得了重要发现，关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是()A．说明了质子的存在B．说明了原子核是由质子和中子组成的C．说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D．说明了正电荷均匀分布答案 C解析α粒子的大角度散射，说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核里，C正确．8．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图2所示．下列说法中正确的是()图2A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型答案 B解析α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型．二、非选择题9．已知电子质量为9.1×10－31kg，带电荷量为－1.6×10－19C，当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10－10 m 时，求电子绕核运动的速度大小、频率、动能和等效的电流．答案 2.19×106 m/s 6.58×1015Hz 2.17×10－18 J 1.05×10－3 A 解析 根据库仑力提供电子绕核旋转的向心力可知k e 2r 2＝m v 2r， v ＝e k mr＝1.6×10－19×9×1099.1×10－31×0.53×10－10 m/s ≈2.19×106 m/s.而v ＝2πfr ，即f ＝v 2πr ＝ 2.19×1062×3.14×0.53×10－10Hz ≈6.58×1015Hz.E k ＝12m v 2＝ke 22r≈2.17×10－18 J. 设电子运动周期为T ，则T ＝1f ＝16.58×1015s ≈1.52×10－16 s. 电子绕核的等效电流：I ＝q t ＝e T ＝1.6×10－191.52×10－16 A ≈1.05×10－3 A.。
选修3-5学案18-2.doc
【课题】§18．2 原子的核式结构模型导学案【学习目标】（1）了解α粒子散射实验原理和实验现象，知道卢瑟福的原子核式结构的主要内容。
（2）知道原子和原子核的大小数量级，原子核的电荷数，领会原子核式结构提出的思维过程。
【自主学习】一、α粒子散射实验1、实验方法：用从放射源发射的α粒子束轰击_______，利用荧光接收，探测通过金箔后的α粒子_______情况。
2、实验目的：α粒子通过金箔时，由于金原子中的带电粒子对α粒子有_______作用，一些α粒子的_______改变，也就是发生了α粒子散射，统计散射到各个方向的α粒子_______，即可推知原子中_______的分布情况3、实验结果：实验发现，α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有_______α粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至_______900，也就是说它们几乎被______________。
二、原子核的电荷与尺度1、原子内的电荷关系：各种元素的原子核的电荷数与含有的_______相等，非常接近于它们的_______。
2、原子核的组成：原子核是由______和______组成的，原子核的电荷数就是核中的______数。
3、原子核的大小：实验确定的原子核半径R的数量级为______m，而整个原子半径的数量级是10-10m，可见原子内部是十分“空旷”的。
【典型例题】例1 在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（）A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中例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【问题思考】1、比较两种原子结构模型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第2节原子的核式结构模型1．α粒子散射实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°。
2．原子结构模型：在原子的中心有一个很小的核叫原子核，原子的所有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核旋转。
3．原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核中的质子数。
4．原子半径的数量级为10－10m，原子核半径的数量级为10－15 m。
一、汤姆孙的原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中。
图18-2-1汤姆孙的原子模型，小圆点代表正电荷，大圆点代表电子。
汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型，该模型能解释一些实验现象，但后来被α粒子散射实验否定了。
二、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．实验装置图18-2-24．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。
三、卢瑟福的核式结构模型1．核式结构模型：1911年由卢瑟福提出，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。
2．原子核的电荷与尺度1．自主思考——判一判(1)汤姆孙的枣糕式模型认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内。
(√)(2)α粒子带有一个单位的正电荷，质量为氢原子质量的2倍。
(×)(3)α粒子实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。
(×)(4)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动。
(√)(5)原子核的电荷数等于核中的中子数。
(×)(6)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷。
(√) 2．合作探究——议一议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11015，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。
1．实验背景α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。
在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。
2．否定汤姆孙的原子结构模型(1)质量远小于原子的电子，对α粒子的运动影响完全可以忽略，不应该发生大角度偏转。
(2)α粒子在穿过原子时，受到各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动方向的影响不会很大，也不应该发生大角度偏转。
(3)α粒子的大角度偏转，否定汤姆孙的原子结构模型。
3．大角度偏转的实验现象分析(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粒子散射实验相矛盾。
(3)实验现象表明原子绝大部分是空的，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．原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释(1)当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小。
因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转。
(2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，图18-2-3所以有少数粒子发生了大角度偏转。
(3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少，如图18-2-3所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于90°。
1．α粒子散射实验中，使α粒子散射的原因是()A．α粒子与原子核外电子碰撞B．α粒子与原子核发生接触碰撞C．α粒子发生明显衍射D．α粒子与原子核的库仑斥力作用解析：选Dα粒子与原子核外电子的作用是很微弱的。
由于原子核的质量和电荷量很大，α粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足可以使α粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使α粒子散射的原因是库仑斥力。
选项D对。
2.如图18-2-4所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q 是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止。
图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是()图18-2-4A．M点B．N点C．P点D．Q点解析：选Cα粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同。
带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向曲线的凹侧，故只有选项C正确。
3．(多选)如图18-2-5所示为卢瑟福和他的学生们做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，下列说法中正确的是()图18-2-5A．相同的时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B．相同的时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数只比放在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：选AD由α粒子散射实验的结论：绝大多数α粒子仍沿原方向运动，少数α粒子运动方向发生改变，极少数α粒子运动方向发生大角度的偏转，甚至是180°。
由A、B、C、D的位置可知绝大多数α粒子打到A位置的荧光屏上，少数α粒子打到B位置的荧光屏上，而极少数α粒子能打到C、D位置的荧光屏上，故选项A、D正确。
1．原子的核式结构与原子的枣糕模型的对比：2．原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子序数。
3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。
4．原子核的大小：原子的半径数量级为10－10 m，原子核半径的数量级为10－15 m，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10－15。
[典例] 在α粒子散射实验中，根据α粒子与原子核发生对心碰撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小。
现在一个α粒子以2.0×107 m/s 的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79。
求α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为E p ＝k q 1q 2r ，r 为距点电荷的距离。
α粒子质量为6.64×10－27kg)。
[思路点拨](1)α粒子的运动方向沿α粒子和金原子核的连线。
(2)当α粒子的动能减为零时，电势能最大，离原子核最近。
(3)原子核的大小应比最近距离小一些。
[解析] 当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，所以α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d ，则12m v 2＝k q 1q 2d ，则d ＝2kq 1q 2m v 2＝2×9.0×109×2×79×(1.6×10－19)26.64×10－27×(2.0×107)2m ＝2.7×10－14 m 。
[答案] 2.7×10－14 m解答原子结构问题的三大规律(1)库仑定律：F ＝k q 1q 2r2，可以用来确定电子和原子核、α粒子和原子核间的相互作用力。
(2)牛顿运动定律和圆周运动规律，可以用来分析电子绕原子核做匀速圆周运动的问题。
(3)功能关系：可以分析由于库仑力做功引起的带电粒子在原子核周围运动时动能、电势能之间的转化问题。
1．(多选)关于原子核式结构理论说法正确的是( )A ．是通过发现电子现象得出来的B ．原子的中心有个核，叫作原子核C ．原子的正电荷均匀分布在整个原子中D ．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旋转 解析：选BD 原子的核式结构模型是在α粒子的散射实验结果的基础上提出的，A 错误。
原子中绝大部分是空的，带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核，B 正确，C 错误。
原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外旋转，D 正确。
2．关于α粒子散射实验()A．绝大多数α粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少C．α粒子离开原子核的过程中，动能增加，电势能也增加D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小解析：选D由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍沿原方向前进。
只有极少数发生大角度的偏转，从α粒子的散射实验的数据可以估算出原子核直径的大小约为10－15 m～10－14 m。
由此可知A 错，D 正确；α粒子向原子核射去，当α粒子接近核时，克服电场力做功，所以其动能减少，电势能增加；当α粒子远离原子核时，电场力做正功，其动能增加，电势能减少，所以选项B、C都错。
3.根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹。
在α粒子从a运动到b、再运动到c 的过程中，下列说法中正确的是()图18-2-6A．动能先增大，后减小B．电势能先减小，后增大C．电场力先做负功，后做正功，总功等于零D．加速度先变小，后变大解析：选Cα粒子从a点经b点到达等势点c的过程中电场力先做负功，后做正功，α粒子的电势能先增加，后减小，回到同一等势线上时，电场力做的总功为零，故C项正确。
1．(多选)卢瑟福的α粒子散射实验结果表明了()A．原子核是可分的B．汤姆孙的“枣糕”模型是错误的C．原子是由均匀带正电的物质和带负电的电子构成D．原子中的正、负电荷并非均匀分布解析：选BDα粒子散射实验并非证明原子是由什么构成的，而是证明了组成原子的正、负电荷在原子内部是如何分布的，由实验现象可知原子内部的正、负电荷并非均匀分布，证明了“枣糕模型”是错误的，故答案为B、D。