1電子的發現2原子的核式結構模型[目標定位]1.知道陰極射線是由電子組成的，電子是原子的組成部分，知道電子的電荷量和比荷.2.知道α粒子散射實驗的實驗方法和實驗現象及盧瑟福原子核式結構模型的主要內容.3.能說出原子和原子核大小的數量級．一、陰極射線1．實驗：如圖18－1、2－1所示，圖18－1、2－1真空玻璃管中K是金屬板制成的陰極，接感應線圈的負極，A是金屬環制成的陽極，在K、A間加近萬伏的高電壓，可觀察到玻璃壁上淡淡的熒光及管中物體在玻璃壁上的影．2．陰極射線：熒光的實質是由于玻璃受到陰極發出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線被命名為陰極射線．二、電子的發現1．讓陰極射線分別通過電場或磁場，根據偏轉情況，證明了它的本質是帶負電的粒子流，并求出其比荷．2．密立根通過著名的“油滴實驗”精確地測出了電子電荷．電子電荷量一般取e＝×10－19__C，電子質量me＝×10－31__kg．想一想電子發現的重大意義是什么？答案電子是人類發現的第一個比原子小的粒子．電子的發現，打破了原子不可再分的傳統觀念，使人們認識到原子不是組成物質的最小微粒，原子本身也有內部結構．從此，原子物理學飛速發展，人們對物質結構的認識進入了一個新時代．三、α粒子散射實驗1．α粒子從放射性物質中發射出來的快速運動的粒子，實質是失去兩個電子的氦原子核，帶有兩個單位的正電荷，質量為氫原子質量的4倍、電子質量的7300倍．2．實驗結果絕大多數α粒子穿過金箔后，基本沿原方向前進．少數α粒子發生大角度偏轉，偏轉角甚至大于90°.3．盧瑟福的核式結構模型1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個很小的核，叫原子核．它集中了全部的正電荷和幾乎全部的質量，電子在核外空間運動．四、原子核的電荷與尺度1．原子內的電荷關系各種元素的原子核的電荷數與原子內含有的電子數相等，非常接近它們的原子序數．2．原子核的組成原子核是由質子和中子組成的，原子核的電荷數就等于原子核中的質子數．3．原子核的大小對于一般的原子核，實驗確定的原子核半徑R的數量級為10－15m，而整個原子半徑的數量級是10－10m．因而原子內部十分“空曠”．一、探究電子發現的歷程1．真空玻璃管兩極加上高電壓→玻璃管壁上發出熒光2．德國物理學家戈德斯坦將陰極發出的射線命名為陰極射線．3．猜想(1)陰極射線是一種電磁輻射．(2)陰極射線是帶電微粒．4．英國物理學家湯姆孫讓陰極射線在電場和磁場中偏轉．5．密立根通過“油滴實驗”精確測定了電子的電荷量和電子的質量．例1湯姆孫對陰極射線的探究，最終發現了電子，由此被稱為“電子之父”，關于電子的說法正確的是()A．電子是原子核的組成部分B．電子電荷的精確測定最早是由密立根通過著名的“油滴實驗”實現的C．電子電荷量的數值約為×10－19CD．電子質量與電荷量的比值稱為電子的比荷答案BC解析電子是原子的組成部分，電子的發現說明原子是可以再分的．電子的電荷量與質量的比值稱為電子的比荷，也叫荷質比．二、對α粒子散射實驗的理解1．裝置：放射源、金箔、熒光屏等，如圖18－1、2－2所示．圖18－1、2－22．現象：(1)絕大多數的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進．(2)少數α粒子發生較大的偏轉．(3)極少數α粒子偏轉角度超過90°，有的幾乎達到180°.3．注意事項：(1)整個實驗過程在真空中進行．(2)α粒子是氦原子核，體積很小，金箔需要做得很薄，α粒子才能穿過．4．湯姆孫的原子模型不能解釋α粒子的大角度散射圖18－1、2－3例2如圖18－1、2－3為盧瑟福所做的α粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，下述說法中正確的是()A．相同時間內在A時觀察到屏上的閃光次數最多B．相同時間內在B時觀察到屏上的閃光次數比放在A時稍少些C．放在D位置時屏上仍能觀察到一些閃光，但次數極少D．放在C、D位置時屏上觀察不到閃光答案ABC解析在盧瑟福α粒子散射實驗中，α粒子穿過金箔后，絕大多數α粒子仍沿原來的方向前進，故A正確；少數α粒子發生大角度偏轉，極少數α粒子偏轉角度大于90°，極個別α粒子反彈回來，所以在B位置只能觀察到少數的閃光，在C、D兩位置能觀察到的閃光次數極少，故D錯，B、C對．借題發揮解決α粒子散射實驗問題的技巧(1)熟記裝置及原理．(2)理解建立核式結構模型的要點．①核外電子不會使α粒子的速度發生明顯改變．②湯姆孫的原子模型不能解釋α粒子的大角度散射．③少數α粒子發生了大角度偏轉，甚至反彈回來，表明這些α粒子在原子中的某個地方受到了質量、電量均比它本身大得多的物體的作用．④絕大多數α粒子在穿過厚厚的金原子層時運動方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的，原子的質量、電量都集中在體積很小的核內．針對訓練1(2023·福建高考)在盧瑟福α粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是()答案C解析α粒子與原子核相互排斥，A、D錯；運動軌跡與原子核越近，力越大，運動方向變化越明顯，B錯，C對．三、盧瑟福原子核式結構模型1．內容：在原子中心有一個很小的核，叫原子核．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在核內，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉．2．對α粒子散射實驗結果的解釋(1)當α粒子穿過原子時，如果離核較遠，受到原子核的斥力很小，運動方向改變很小，因為原子核很小，所以絕大多數α粒子不發生偏轉．(2)只有當α粒子十分接近原子核穿過時，才受到很大的庫侖力作用，偏轉角才很大，而這種機會很少．(3)如果α粒子正對著原子核射來，偏轉角幾乎達到180°，這種機會極少，如圖18－1、2－4所示．圖18－1、2－43．數量級：原子的半徑數量級為10－10m，原子核半徑的數量級為10－15m，原子核的半徑只相當于原子半徑的十萬分之一，體積只相當于原子體積的10－15.例3下列對原子結構的認識中，錯誤的是()A．原子中絕大部分是空的，原子核很小B．電子在核外繞核旋轉，向心力為庫侖力C．原子的全部正電荷都集中在原子核里D．原子核的直徑大約為10－10m答案D解析盧瑟福α粒子散射實驗的結果否定了關于原子結構的湯姆孫模型，盧瑟福提出了關于原子的核式結構學說，并估算出原子核直徑的數量級為10－15m，而原子直徑的數量級為10－10m，是原子核直徑的十萬倍，所以原子內部是十分“空曠”的，核外帶負電的電子由于受到帶正電的原子核的庫侖引力而繞核旋轉，所以本題應選D.針對訓練2在盧瑟福α粒子散射實驗中，只有少數α粒子發生了大角度偏轉，其原因是()A．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小的核里B．正電荷在原子內是均勻分布的C．原子中存在著帶負電的電子D．原子的質量在原子核內是均勻分布的答案A解析本題考查了學生對α粒子散射實驗結果與原子的核式結構關系的理解．原子的核式結構正是建立在α粒子散射實驗結果基礎上的，C、D的說法沒有錯，但與題意不符．電子的發現及對電子的認識1．關于陰極射線的性質，判斷正確的是()A．陰極射線帶負電B．陰極射線帶正電C．陰極射線的比荷比氫原子比荷大D．陰極射線的比荷比氫原子比荷小答案AC解析通過讓陰極射線在電場、磁場中的偏轉的研究發現陰極射線帶負電，其比荷比氫原子的比荷大得多，故A、C正確．2．陰極射線從陰極射線管中的陰極發出，在其間的高電壓下加速飛向陽極，如圖18－1、2－5所示．若要使射線向上偏轉，所加磁場的方向應為()圖18－1、2－5A．平行于紙面向左B．平行于紙面向上C．垂直于紙面向外D．垂直于紙面向里答案C解析由于陰極射線的本質是電子流，陰極射線方向向右傳播，說明電子的運動方向向右，相當于存在向左的電流，利用左手定則，使電子所受洛倫茲力方向平行于紙面向上，由此可知磁場方向應為垂直于紙面向外，故選項C正確．α粒子散射實驗的理解3．在α粒子的散射實驗中，使少數α粒子發生大角度偏轉的作用力是原子核對α粒子的()A．萬有引力B．庫侖力C．磁場力D．核力答案B原子的核式結構模型4．盧瑟福原子核式結構理論的主要內容有()A．原子的中心有個核，叫原子核B．原子的正電荷均勻分布在整個原子中C．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核內D．帶負電的電子在核外繞著核旋轉答案ACD解析盧瑟福原子核式結構理論的主要內容是：在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核內，帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉，由此可見，B選項錯誤，A、C、D選項正確．5．盧瑟福對α粒子散射實驗的解釋是()A．使α粒子產生偏轉的主要原因是原子中電子對α粒子的作用力B．使α粒子產生偏轉的力是庫侖力C．原子核很小，α粒子接近它的機會很小，所以絕大多數的α粒子仍沿原來的方向前進D．能發生大角度偏轉的α粒子是穿過原子時離原子核近的α粒子答案BCD解析原子核帶正電，與α粒子間存在庫侖力，當α粒子靠近原子核時受庫侖力而偏轉，電子對它的影響可忽略，故A錯、B對；由于原子核非常小，絕大多數粒子經過時離核較遠因而運動方向幾乎不變，只有離核很近的α粒子受到的庫侖力較大，方向改變較多，故C、D對．題組一電子的發現及對電子的認識1．關于陰極射線的本質，下列說法正確的是()A．陰極射線本質是氫原子B．陰極射線本質是電磁波C．陰極射線本質是電子D．陰極射線本質是X射線答案C解析陰極射線是原子受激發射出的電子，關于陰極射線是電磁波、X射線都是在研究陰極射線過程中的一些假設，是錯誤的．2．關于陰極射線，下列說法正確的是()A．陰極射線就是稀薄氣體導電的輝光放電現象B．陰極射線是在真空管內由陰極發出的電子流C．陰極射線是組成物體的原子D．陰極射線沿直線傳播，但可被電場、磁場偏轉答案BD解析陰極射線是在真空管中由陰極發出的電子流，B正確，A錯誤；電子是原子的組成部分，C錯誤；電子可被電場、磁場偏轉，D正確．3．關于電荷的電荷量下列說法錯誤的是()A．電子的電量是由密立根油滴實驗測得的B．物體所帶電荷量可以是任意值C．物體所帶電荷量最小值為×10－19CD．物體所帶的電荷量都是元電荷的整數倍答案B解析密立根的油滴實驗測出了電子的電量為×10－19C，并提出了電荷量子化的觀點，因而A對，B錯，C對；任何物體的電荷量都是e的整數倍，故D對．因此選B.4．如圖18－1、2－6是陰極射線管示意圖．接通電源后，陰極射線由陰極沿x軸正方向射出，在熒光屏上會看到一條亮線．要使熒光屏上的亮線向下(z軸負方向)偏轉，在下列措施中可采用的是()圖18－1、2－6A．加一磁場，磁場方向沿z軸負方向B．加一磁場，磁場方向沿y軸正方向C．加一電場，電場方向沿z軸負方向D．加一電場，電場方向沿y軸正方向答案B解析若加磁場，由左手定則可知，所加磁場方向沿y軸正方向，B正確；若加電場，因電子向下偏轉，則電場方向沿z軸正方向．題組二對α粒子散射實驗的理解5．盧瑟福提出原子的核式結構模型的依據是用α粒子轟擊金箔，實驗中發現α粒子()A．全部穿過或發生很小偏轉B．絕大多數穿過，只有少數發生較大偏轉，有的甚至被彈回C．絕大多數發生很大偏轉，甚至被彈回，只有少數穿過D．全部發生很大偏轉答案B解析盧瑟福的α粒子散射實驗結果是絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，故選項A錯誤．α粒子被散射時只有少數發生了較大角度偏轉，并且有極少數α粒子偏轉角超過了90°，有的甚至被彈回，偏轉角幾乎達到180°，故選項B正確，選項C、D錯誤．6．如圖所示，X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它們入射時的動能相同，其偏轉軌道可能是圖中的()答案D解析α粒子離金核越遠，其所受斥力越小，軌道彎曲的就越小，故D對．7．當α粒子穿過金箔發生大角度偏轉的過程中，下列說法正確的是()A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用B．α粒子一直受到原子核的斥力作用C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用D．α粒子一直受到庫侖斥力，速度一直減小答案B解析α粒子與金原子核帶同種電荷，兩者相互排斥，故A、C錯誤，B正確；α粒子在靠近金原子核時斥力做負功，速度減小，遠離時斥力做正功，速度增大，故D錯誤．題組三盧瑟福的核式結構模型8．盧瑟福的α粒子散射實驗的結果顯示了下列哪些情況()A．原子內存在電子B．原子的大小為10－10mC．原子的正電荷均勻分布在它的全部體積上D．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核內答案D解析根據α粒子散射實驗現象，絕大多數α粒子穿過金箔后沿原來方向前進，少數發生較大的偏轉，極少數偏轉角超過90°，可知C錯，A與題意不符；而實驗結果不能判定原子的大小為10－10m，B錯，故選D.9．關于盧瑟福的原子核式結構學說的內容，下列敘述正確的是()A．原子是一個質量分布均勻的球體B．原子的質量幾乎全部集中在原子核內C．原子的正電荷和負電荷全部集中在一個很小的核內D．原子半徑的數量級是10－10m，原子核半徑的數量級是10－15m答案BD解析根據盧瑟福的原子核式結構學說，可知選項B、D正確．10．α粒子散射實驗中，當α粒子最接近原子核時，α粒子符合下列哪種情況()A．動能最小B．勢能最小C．α粒子與金原子組成的系統的能量小D．所受原子核的斥力最大答案AD解析該題考查了原子的核式結構、動能、電勢能、庫侖定律及能量守恒等知識點．α粒子在接近金原子核的過程中，要克服庫侖斥力做功，動能減少，電勢能增加，兩者相距最近時，動能最小，電勢能最大，總能量守恒．根據庫侖定律，距離最近時，斥力最大．11．已知金的原子序數為79，α粒子離金原子核的最近距離為10－13m，則α粒子離金核最近時受到的庫侖力多大？對α粒子產生的加速度多大？已知α粒子的電荷量qα＝2e，質量mα＝×10