选修3-5第三章学案(定稿)

物理选修3－51第三章原子结构之谜3.1敲开原子的大门一、【学习目标】（1）了结汤姆生发现电子的历史过程。（2）知道什么是阴极射线，了解他的实质。（3）体会研究阴极射线的方法。二、【前置引导】1、一直以来人们都认为_____________是构成物质的最小粒子，直到1897年物理学家____________发现了带_________电的____________，从此打破了原子不可再分的神话。2、阴极射线带_________电，它实际上就是____________________。3、卢瑟福通过__________________实验提出了著名的______________模型。4、原子是由带_______电的___________和带_______电和___________组成的。1、原子，汤姆生，负，电子2、负，电子3、α粒子散射实验，原子核式结构4、正，原子核，负，电子三、【方法与技巧】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。2、汤姆孙的研究英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。实验装置如图所示，从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过C1C2后沿直线打在荧光屏A＇上。（1）当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有负电荷。（2）为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域采取什么措施。在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外。当满足条件：qEBqv0时，则阴极射线不发生偏转。则：BEv0（3）根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角为：20tanmvqELCC1C2YAS磁场编号：3.1物理选修3－52又因为：)2(tanLDy且BEv0则：LBLDEymq2)2(根据已知量，可求出阴极射线的比荷。汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的。这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。并由实验测得的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。若这种粒子的电荷量与氢离子的电荷量机同，则其质量约为氢离子质量的近两千分之一。汤姆孙后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了汤姆孙的猜测是正确的。汤姆生把新发现的这种粒子称之为电子。电子的电荷量e＝1.60217733×10－19C第一次较为精确测量出电子电荷量的是美国物理学家密立根利用油滴实验测量出的。密立根通过实验还发现，电荷具有量子化的特征。即任何电荷只能是e的整数倍。电子的质量m＝9.1093897×10－31kg知识补充：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？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。四、【巩固熟练】（学评粘贴处P39）xL萤幕DSSO电场EAyemy1y2v0v物理选修3－533.2原子的结构一、【学习目标】（1）了解原子结构建立的历史过程及各种模型建立的依据。（2）知道α粒子散射实验的方法和现象，及原子核式结构模型的主要内容。二、【知识要点】1．汤姆生的葡萄干布丁模型电子的发现，说明原子可以再分割。在此基础上，汤姆生建立了较有影响的“葡萄干布丁”也叫“枣糕模型”——原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里．2．粒子散射实验1909-1911年卢瑟福指导其助手用粒子散射实验否定了汤姆生的原子模型，提出了原子的核式结构模型。3.原子核式结构模型的提出原子中心有一个极小的核，叫原子核，原子核集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转。原子核半径的数量级为10-15m，原子半径的数量级是10-10m。所以原子核的半径约为原子半径的十万分之一。这里突出了原子核是很小的，原子内部是很空的。4“模型”与“结构”模型并不是真实情况的精确复制品，至今为止，我们还无法用肉眼去观测原子的内部结构，只能通过推测去建立模型，正确的模型在一定程度上是原子的内部结构的真实写照，但是很难说是精确的．在建立模型的过程中，常常会忽略一些次要的因素．进行简化，只是留下一些能够反映原物本质的主要因素．但是太阳系的行星结构则不同，我们观察得到，并且我们可以完全确定某一时刻太阳系的行星所处的准确位置．【问题探究】问题1：a粒子散射实验中为什么选用金箔？解答：（1）金的延展性好，容易做成和很薄的箔，实验用的金箔厚度大约是10-7m；（2）金原子到的正电荷多，与a粒子间的库仑力大；（3）金原子质量大约是a粒子质量的50倍，因而惯性大，a粒子运动状态容易改变。问题2：粒子的散射实验是怎么做的?粒子散射实验的装置，可根据课本上的示意图来讲述，主要由放射源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘几部分组成。实验的做法．课文中写得比较简明，重点应指出荧光屏和放大镜能够围绕金箔在一个圆周上转动，从而可以观察到穿过金箔后偏转角度不同的粒子数。问题3：粒子的散射实验结果是什么?实验结果用“绝大多数”、“少数”和“极少数”这样的数量形容词来描述。绝大多数穿物理选修3－54过金箔后仍沿原来的方向前进；少数发生了大角度偏转；极少数甚至被弹回。卢瑟福的原子核式结构模型就是在分析了如上情况后建立起来的。对实验结果的分析应着重注意如下几点：a．电子不可能使粒子发生大角度散射。粒子跟电子碰撞过程中，两者动量的变化量相等。由于粒子的质量是电子质量的7300倍，在碰撞前后，质量大的粒子速度几乎不变，而质量小的电子速度要发生改变。因此，粒子与电子正碰时，不会出现被反弹回来的现象。即使发生非对心碰撞时，粒子也不会有大角度的偏转。b．按照汤姆生的原子模型，正电荷在原子内部均匀地分布，粒子穿过原子时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力有相当大一部分互相抵消，使粒子偏转的力也不会很大。粒子的大角度散射现象，说明了葡萄干布丁模型不符合原子结构的实际情况。c．实验中发现少数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到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用。d．金箔的厚度大约是1mm，金原子的直径大约是3×10-10m。绝大多数粒子在穿过金箔时，相当于穿过几千个金原子的厚度，但它们的运动方向却没有发生明显的变化，这个现象表明了粒子在穿过时基本上没有受到力的作用，说明原子中的绝大部分是空的，原子的质量和电量都集中在体积很小的核上。三、【巩固熟练】1、在物理学发展史上，有一些定律或规律的发现，首先是通过推理论证建立理论，然后再由实验加以验证，下列叙述内容符合上述情况的是()A．牛顿发现了万有引力，经过一段时间后卡文迪许用实验方法测出引力常量的数值，从而验证了万有引力定律B．爱因斯坦提出了量子理论，后来普朗克用光电效应实验提出了光子说C．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波的存在，后来由赫兹用实验证实了电磁波的存在D．汤姆生提出原子的核式结构学说，后来由卢瑟福用α粒子散射实验给予了验证2、关于α粒子散射实验，下列说法正确的是()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，动能增大，电势能也增大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3、在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子符合下列的()A．动能最小B．电势能最小C．α粒子与金原子核组成的系统能量最小D．所受金原子核的斥力最大4、卢瑟福由α粒子散射实验得出的结论包括()A．原子中心有一个很小的核B．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内C．原子中的正电荷均匀分布D．带负电的电子在核外空间绕原子核旋转5、如图所示为α粒子散射实验中的一些曲线，这些曲线中可能是粒子运动轨迹的是()A．aB．bC．cD．dadcbα粒子金原子核物理选修3－556、在α粒子散射实验中，并没有考虑电子对粒子偏转角度的影响，这是因为()A．电子体积很小，以致α粒子碰不到它B．电子质量远比比α粒子小，所以它对α粒子运动到影响极其微小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零7、卢瑟福的粒子散射实验的结果()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．说明原子核的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上D．说明原子中存在电子8、右下图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，关于观察到的现象，下述说法中正确的是（）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位置时少得多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9、当α粒子被重核散射时,如图9所示的运动轨迹中不可能存在的是10．如图10是原子的核式结构模型。下面平面示意图中的四条线表示α粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条α粒子的运动轨迹。答案1、AC2、AD3、AD4、ABD5、BD6、B7、C8、ABD9、BC3.3氢原子光谱一、【学习目标】（1）了解氢原子光谱的不连续性及各个线系。（2）知道每种原子都有特定的原子光谱，了解光谱分析在科学技术中的应用。二、【方法与技巧】1．发射光谱：物质发光直接产生的光谱从实际观察到的物质发光的发射光谱可分为连续谱和线状谱．(1)连续谱：连续分布的包含从红光到紫光的各种色光的光谱．产生：是由炽热的固体、液体、高压气体发光而产生的．(2)线状谱：只含有一些不连续的亮线的光谱．线状谱中的亮线叫谱线．产生：由稀薄气体或金属蒸气(即处于游离态下的原子)发光而产生的，观察稀薄气体放电用光谱管，观察金属蒸气发光可把含有该金属原子的物质放到煤气灯上燃烧，即可使它们汽化后发光．放射源金泊荧光屏显微镜ADBC图9图10物理选修3－562．不同元素的原子产生的线状谱是不同的，但同种元素的原子产生的线状谱却相同，说明每种原子只能发射其本身特征的某些波长的光，因此线状谱中的光谱线也叫元素的特征谱线．3．吸收光谱：高温物体发出的白光通过物质后，某些波长的光波被物质吸收后产生的光谱产生：由炽热物体(或高压气体)发出的白光通过温度较低的气体后产生例如：让弧光灯发出的白光通过低温的钠气，可以看到钠的吸收光谱．若将某种元素的吸收光谱和线状谱比较可以发现：各种原子吸收光谱的暗线和线状谱的亮线相对应．即表明某种原子发出的光和吸收的光的频率是特定的．故吸收光谱和线状谱中的暗线比线状谱中的亮线要少一些．4．光谱分析各种元素的原子都有自己的特征谱线．如果在某种物质的线状谱或吸收谱中出现了若干种元素的特征谱线，表明该物质中含有这种元素的成分，这种对物质进行化学组成的分析和鉴别方法称为光谱分析．其优点：灵敏、快捷、检查的最低量是10-10克．5．光谱分析的应用(1)光谱分析在科学技术中有着广泛的应用．例如，在检测半导体材料硅和锗纯度.(2)历史上，光谱分析还帮助人们发现了许多新元素．例如，铷和铯．(3)利用光谱分析可以研究天体的物质成分19世纪初在研究太阳光谱时，人们发现它的连续光谱中有许多暗线．通过仔细分析这些暗线，并把它们跟各种原子的特征谱线对照，人们知道了太阳大气层中含有氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、硅、钙、钠等几十种