2013高考物理一轮复习知识点总结课件：第十八章 1 2 原子的核式结构模型

第十八章原子结构1电子的发现2原子的核式结构模型知识点1阴极射线1．产生：在研究空气导电的玻璃管内有_____、_____两极，当在两极间加一定电压，阴极便发出一种射线，这种射线为阴阳_________．阴极射线2．特点：碰到___________能使其发光荧光物质在稀薄气体的辉光放电实验中，若不断地抽出管中的气体，当管中的气压降到0.1Pa的时候，管内已接近真空，不能使气体电离发光，这时对着阴极的玻璃管壁却发出荧光，如果在管中放一个十字形金属片，荧光中会出现十字形阴影，如图18－1－1所示．图18－1－1知识点2电子的发现1．汤姆孙发现电子(1)从1890年起英国物理学家汤姆孙开始了对阴极射线的一系列实验研究．(2)汤姆孙利用电场和磁场能使带电的运动粒子发生偏转的原理检测了阴极射线的带电性质，并定量测定了阴极射线粒子的比荷(带电粒子的电荷量与其质量之为qm)．(3)______年汤姆孙发现了_____(阴极射线是高速电子流)．1897电子电子的电量________________；电子的质量__________________；e＝1.6×10－19Cme＝9.1×10－31kg电子的比荷eme＝1.7588×1011C/kg；电子的质量约为氢原子质量的11836.2．电子发现的意义以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒．现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分．电子带_____，而原子是电中性的，可见原子内还有带正电的物质，这些带正电的物质和带负电的电子如何构成原子呢？电子的发现大大激发了人们研究原子内部结构的热情，拉开了人们研究原子结构的序幕．负电3．密立根油滴实验(1)美国物理学家密立根在1909～1913年间通过著名的“___________”精确测定了电子的电荷量．(2)密立根实验的重要意义：发现电荷是_______的，即任何电荷只能是e的整数倍．油滴实验量子化知识点3α粒子散射实验1．实验装置如图18－1－2所示，用α粒子轰击金箔，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力作用，一些α粒子穿过金箔后改变了α粒子散射运动方向，这种现象叫做____________．图18－1－22．实验注意事项(1)整个实验过程需在真空中进行．(2)_______________，本身很小，金箔需很薄，α粒子才能很容易穿过．α粒子是氦核(3)实验中用的是金箔而不是铝箔，这是因为金的原子序数大，α粒子与金核之间的库仑力大，偏转明显，另外金的延展性好，容易做成极薄的金箔．3．实验结果绝大多数α粒子穿过金箔后基本仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转角度甚至大于90°.知识点4原子的核式结构1．汤姆孙的枣糕模型汤姆孙枣糕模型_______于1898年提出原子的____________．汤姆孙在发现电子后，便投入了对原子内部结构的探索，他运用丰富的想象，提出了原子枣糕模型(图18－1－3)．在这个模型里，汤姆孙把原子看作一个球体，正电荷均匀地分布在整个球内，电子像枣糕的枣子一样嵌在球中，被正电荷吸引着．原子内正、负电荷相等，因此原子的整体呈中性．汤姆孙的模型是第一个有一定科学依据的原子结构模型．图18－1－3【特别提醒】汤姆孙的原子结构模型虽然能解释一些实验事实，但这一模型很快就被新的实验事实所否定.不过它的意义却极其深远，电子的发现使我们认识到原子是有结构的，并用汤姆孙的原子模型可以粗略解释原子发光问题，为我们揭开了原子结构研究的帷幕.2．原子的核式结构卢瑟福结构________依据α粒子散射实验的结果，提出了_________________：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．原子的核式按照卢瑟福的核式结构学说，可以很容易地解释α粒子的散射实验现象．如图18－1－4所示．图18－1－4按照这个模型，由于原子核很小，大部分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；只有极少数α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．【特别提醒】①原子内部是十分“空旷”的.原子半径的数量级为10－10m，原子核半径的数量级为10－15m，两者相差十万倍，而体积的差别就更大了.若原子相当于一个立体的足球场的话，则原子核就像足球场中的一粒米.,②α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.【例题】下列对原子结构的认识中，错误的是()A．原子中绝大部分是空的，原子核很小DB．电子在核外绕核旋转，向心力为库仑力C．原子的全部正电荷都集中在原子核里D．原子核的半径大约为10-10m径的数量级为10－15m，而原子半径的数量级为10－10m，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库仑引力而绕核旋转．所以本题应选D.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，卢瑟福提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核半1．原子的核式结构学说是卢瑟福根据以下哪个实验或现象提出来的()CA．光电效应实验C．α粒子散射实验B．黑体辐射D．阴极射线题型1电子比荷测定的有关计算【例题】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18－1－5所示．真空管内的阴极K发出的电子(不计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A′中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P′间的区域．当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O′点(O′与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计)．此时，在P和P′间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场．调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向的长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2(如图18－1－5所示)．求：图18－1－5(1)打在荧光屏O点的电子速度的大小；(2)推导出电子的比荷的表达式．得v＝EB，即v＝UBb(2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，在竖直方向做匀加速运动，加速度为a＝eUmb解析：(1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O点，设电子的速度为v，则evB＝eE，电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间内t1＝L1v这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为d1＝12at21＝eL21U2mv2b离开电场时竖直向上的分速度为v⊥＝at1＝eL1Umvb电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏t2＝L2v规律总结：测定电子比荷问题，实际上是电荷在电场、磁场或复合场中的运动问题，根据相应的规律求解即可.t2时间内向上运动的距离为d2＝v⊥t2＝eUL1L2mv2b这样，电子向上的总偏转距离为d＝d1＋d2＝eUmv2bL1L2＋L12可解得em＝UdB2bL1L2＋L1/2.答案：(1)UBb(2)UdB2bL1L2＋L1/21．1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在实验中，汤姆孙采用了如图18—1—6所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑．若在D、E间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：(1)说明图中磁场沿什么方向；(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷．图18－1－6图2解：(1)磁场方向垂直纸面向里(2)当电子在D、E间做匀速直线运动时有：eE＝Bev当电子在D、E间的磁场中做偏转时有Bev＝mv2r，同时又有：L＝r·sinθ，如图2所示可得：em＝EsinθB2L题型2α粒子散射实验【例题】卢瑟福α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．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动解析：该题要考查的是α粒子散射实验对人类认识原子结构的贡献．只要学生了解α粒子散射实验的结果及核式结构的建立过程，不难得出正确答案．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．答案：C规律总结：α粒子散射实验是物理学发展史上的一个重要的实验，它的实验结果使人们关于物质结构的观念发生了根本性变化，从而否定了汤姆孙原子结构的枣糕模型，导致了卢瑟福核式结构模型的确立.教材中关于α粒子散射实验装置和实验方法的描述十分详尽，对实验结果的说明层次非常清楚：绝大多数α粒子穿过，基本上不发生偏转；少数发生了大角度偏转，偏转角甚至大于90°.2．卢瑟福提出原子核式结构的实验基础是α粒子散射实验．在α粒子散射实验中，大多数α粒子穿越金箔后仍然沿着原来的方向运动，其较为合理的解释是()BA．α粒子穿越金箔时距离原子核较近B．α粒子穿越金箔时距离原子核较远C．α粒子穿越金箔时没有受到原子核的作用力D．α粒子穿越金箔时受到原子核与电子的作用力构成平衡力