學(xué)習目標：1.[物理觀念]知道陰極射線及本質(zhì)，了解電子及其比荷，知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型及原子核的電荷與尺度。[科學(xué)思維]掌握電子的電荷量、原子的核式結(jié)構(gòu)模型，能夠通過科學(xué)推理解決相關(guān)的問題。[科學(xué)研究]探究陰極射線的性質(zhì)，分析α粒子散射實驗，揭示其實質(zhì)，得出結(jié)論，領(lǐng)悟科學(xué)家的探索方法，提升觀察與實驗技能。[科學(xué)態(tài)度與責任]通過學(xué)習體驗科學(xué)家探索科學(xué)的艱辛，堅持實事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)積極探索科學(xué)的興趣。閱讀本節(jié)教材，回答第78頁“問題”并梳理必要的知識點。教材P78“問題”提示：這種射線叫陰極射線，本質(zhì)是電子流。一、熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的，這種射線命名為陰極射線。(1)根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況斷定，它的本質(zhì)是帶負電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷。(2)換用不同材料的陰極做實驗，所得比荷的數(shù)值都相同，是氫離子比荷的近兩千倍。(3)結(jié)論：陰極射線粒子帶負電，其電荷量的大小與氫離子大致相同，而質(zhì)量比氫離子小得多，后來組成陰極射線的粒子被稱為電子。湯姆孫又進一步研究了許多新現(xiàn)象，證明了電子是原子的組成部分。(1)電子電荷量：1910年前后由密立根通過著名的得出，電子電荷的現(xiàn)代值為e＝1.602×10－19C。(2)電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍。(3)電子的質(zhì)量：me＝9.10938356×10－31kg，質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比＝1836。說明：陰極射線實質(zhì)是帶負電的電子流。二、湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認為原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌在球中。①實驗裝置：α粒子源、金箔、放大鏡和熒光屏。②實驗現(xiàn)象：a.絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進。b.少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)。c.極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角大于90°，甚至有極個別α粒子被反彈回來。實驗意義：盧瑟福通過α粒子散射實驗，否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結(jié)構(gòu)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。它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外空間運動。三、說明：原子半徑與原子核半徑相差十萬多倍，因此原子內(nèi)部是十分“空曠”的。(1)陰極射線撞擊玻璃管壁會發(fā)出熒光。(2)電子的電荷量是湯姆孫首先精確測定的。(3)α粒子散射實驗中，大多數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈。(4)原子中所有正電荷都集中在原子核內(nèi)。C．物體所帶電荷量最小值為1.6×10－19ACD[密立根的油滴實驗測出了電子的電荷量為1.6×10－19C，并提出了電荷量子化的觀點，故A、C正確，B錯誤；任何物體的電荷量都是e的整數(shù)倍，故D正確。3．(多選)如圖所示為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實驗的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中A、B、C、D．放在C、在盧瑟福的α粒子散射實驗中，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原方向前進，故選項A正確；少數(shù)α粒子發(fā)生顯著偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度超過90°，個別α粒子甚至被反彈回來，因此選項B、D錯誤，C正確。電子的發(fā)現(xiàn)電子所帶電荷量最早是由美國科學(xué)家密立根通過油滴實驗測出的。油滴實驗的原理如圖所示，兩塊水平放置的平行金屬板與電源連接，上、下板分別帶正、負電荷。油滴從噴霧器噴出后，由于摩擦而帶電，油滴進入上板中央小孔后落到勻強電場中，通過顯微鏡可以觀察到油滴的運動情況。兩金屬板間的距離為d，忽略空氣對油滴的浮力和阻力。試探究：1．如何判定油滴的電性？2．通過調(diào)節(jié)兩金屬板間的電勢差U，當U等于U0時，使質(zhì)量為m1的油滴恰好做勻速運動。求該油滴所帶電荷量q。提示：1．因要求油滴勻速運動，電場力與重力平衡，而電場上端為正極，故油滴帶負電。2．由平衡條件知m1g＝q，得q＝。(1)電磁波說，代表人物——赫茲，他認為這種射線是一種電磁輻射。(2)粒子說，代表人物——湯姆孫，他認為這種射線是一種帶電粒子流。(1)方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場，通過打在熒光屏上的亮點的變化和電場的情況確定帶電的性質(zhì)。(2)方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場，根據(jù)亮點位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)。根據(jù)陰極射線在電場中和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況，判斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж撾姟?．帶電油滴的電荷量均為最小電荷量的整數(shù)倍，證實了電荷的量子化特性，并確定了其最小值即電子所帶電荷量e?！纠?】如圖所示為湯姆孫用來測定電子比荷的裝置。在極板P和P′間不施加偏轉(zhuǎn)電壓時，電子束擊中熒光屏中心O點，形成亮點；施加偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點移至O′點，O′與O的豎直距離為d，水平距離可忽略。此時，在P與P′之間添加垂直于紙面向里的勻強磁場，調(diào)整磁感應(yīng)強度B，使亮點重新回到O點。已知極板水平方向長度為l1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為l2。(2)推導(dǎo)出電子比荷的表達式。思路點撥：(1)在復(fù)合場中洛倫茲力與電場力是一對平衡力。(2)由類平拋規(guī)律及運動學(xué)公式可得表達式。即打到熒光屏O點的電子速度的大小為。＝＝。(1)當電子在復(fù)合場中做勻速直線運動時，qE＝qvB，可以測出電子速度的大小。(2)電子在熒光屏上的落點至屏中心的距離等于電場中偏轉(zhuǎn)位移與出電場至屏的傾斜直線運動偏轉(zhuǎn)位移之和。D正離子在垂直的勻強電場和磁場中，受到向上電場力F=qE與向下洛倫茲力F洛=qvB。因離子向上偏轉(zhuǎn)，表明F＞F洛。為使離子沿直線運動，需qE=qvB，可通過增大加速電壓U或增強磁感應(yīng)強度B來實現(xiàn)，從而增大洛倫茲力。因此，選項D正確。AD陰極射線實質(zhì)上是高速電子流，在電場中偏向正極板，因此選項A正確；由于電子帶負電，其受力情況與正電荷相反，故選項B錯誤；不同材料產(chǎn)生的陰極射線均為電子流，比荷相同，所以選項C錯誤；湯姆孫證實陰極射線為帶負電的電子流時未測定電子電荷量，美國科學(xué)家密立根最早測量了電子電荷量，因此選項D正確。對α散射實驗的理解試探究：(1)該實驗中為什么用金箔作靶子？(2)當把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，哪個位置相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多？提示：(1)金的延展性好，可以做得很薄而且金的原子序數(shù)大，產(chǎn)生的庫侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯。(2)在A處相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多。放射源、金箔、熒光屏等，如圖所示。(1)絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進。大多數(shù)α粒子離金原子核較遠。(2)少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)。發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)的α粒子是由于離金原子核較近，庫侖斥力較大。(3)極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的幾乎達到180°。正對或基本正對著金原子核入射的α粒子在庫侖斥力作用下先減速至較小速度然后反向加速遠離金原子核。(1)整個實驗過程在真空中進行。(2)金箔需要做得很薄，α粒子才能穿過。(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄。另外一點就是金的原子序數(shù)大，α粒子與金核間的庫侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯。C[α粒子與原子核相互排斥，運動軌跡與原子核越近，庫侖斥力越大，運動方向變化越明顯，故C正確。(1)分析α粒子散射實驗中的現(xiàn)象時，應(yīng)注意是“絕大多數(shù)”“少數(shù)”還是“極少數(shù)”粒子的行為?！按蠼嵌绕D(zhuǎn)”只是少數(shù)粒子的行為。(2)α粒子散射實驗是得出原子核式結(jié)構(gòu)模型的實驗基礎(chǔ)，對實驗現(xiàn)象的分析是建立盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵。通過對α粒子散射實驗這一宏觀探測，間接地構(gòu)建出原子結(jié)構(gòu)的微觀圖景?！疽活}多變】根據(jù)上題，可以證明什么？[解析]證明原子內(nèi)存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核，叫原子核。由于α粒子具有強電離作用但穿透力弱，實驗需在真空中進行，選項A正確；α粒子撞擊熒光屏會產(chǎn)生閃光，為觀察大角度散射，帶有熒光屏的顯微鏡可在水平面不同方向移動，選項B、C正確，選項D錯誤。原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子核的組成1909～1911年英籍物理學(xué)家盧瑟福指導(dǎo)其學(xué)生做了用α粒子轟擊金箔的實驗。他觀察到，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍保持原方向，少數(shù)粒子發(fā)生顯著偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90度，甚至有部分被反彈回來。這就是α粒子散射實驗。為了解釋這個結(jié)果，盧瑟福在1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子的核心是一個微小的核，稱為原子核，幾乎所有的質(zhì)量集中于此。帶負電的電子在核外空間高速旋轉(zhuǎn)。(下列公式或數(shù)據(jù)為已知：點電荷的電勢U＝，k＝9.0×109N·m2/C2，金原子序數(shù)為79，α粒子質(zhì)量mα＝6.65×10－27kg，α粒子速度v＝1.6×107m/s，電子電荷量e＝1.6×10－19C)。請?zhí)骄浚?1)如何測定金原子核的半徑大?。刻崾荆?1)當α粒子速度減為0時，α粒子與金原子核間的距離最小，這個距離近似認為等于金原子核的半徑。(2)此過程中動能轉(zhuǎn)化為電勢能，由mαv2＝得r＝，則求得r＝4×10－14m。1．原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕模型的根本區(qū)別。核式結(jié)構(gòu)棗糕模型原子內(nèi)部是非?？諘绲模姾杉性谝粋€很小的核里原子是充滿了正電荷的球體電子繞核高速旋轉(zhuǎn)電子均勻嵌在原子球體內(nèi)2.原子內(nèi)的電荷關(guān)系：原子核的電荷數(shù)即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，與核外的電子數(shù)相等。3．原子核的組成：原子核由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核的質(zhì)子數(shù)。4．原子半徑的數(shù)量級是10－10m，原子核半徑的數(shù)量級是10－15m，兩者相差10萬倍之多。D．原子核的直徑約是10－10思路點撥：(1)原子中心有很小的原子核集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量。(2)電子在核外繞核運動。由于原子核集中了幾乎全部正電荷和質(zhì)量，且體積很小，因此原子內(nèi)部大部分區(qū)域為空，選項A正確而C錯誤。電子繞原子核的圓周運動由庫侖力提供向心力，選項B正確。原子核半徑的數(shù)量級為10?1?。m，原子半徑的數(shù)量級是10－10m，選項D錯誤。BCD[原子核帶正電，與α粒子間存在庫侖力。當α粒子接近原子核時，受庫侖力影響而偏轉(zhuǎn)；電子對其影響可忽略，故A錯誤，B正確。由于原子核體積小，大多數(shù)粒子經(jīng)過時離核較遠，運動方向幾乎不變。僅少數(shù)離核很近的α粒子受庫侖力較大，方向改變較多，故C、D正確。1．物理觀念：電子、陰極射線、盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型。2．科學(xué)思維：能用電子的理論、α粒子散射實驗及核式結(jié)構(gòu)解決相關(guān)問題。3．科學(xué)方法：實驗法、模型法、假設(shè)法。ABC[因為X射線的“光子”不帶電，故電場、磁場對X射線不產(chǎn)生作用力，故選項A、B、C正確。BCD[先前，人們認為原子是不可分割的最小單元；電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子具有結(jié)構(gòu)，B正確；電子是人類首次識別的微觀粒子，C正確；物體帶電涉及電子的得失與轉(zhuǎn)移，D正確。]A．實驗器材有放射源、金箔、AC[α粒子散射實驗器材有放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡，A正確；若金箔過厚，α粒子穿越時受阻影響實驗效果，B錯誤；改用鋁箔，由于鋁核質(zhì)量遠大于α粒子，散射現(xiàn)象仍會發(fā)生，C正確；置于空氣中，塵埃對α粒子運動有影響，D錯誤。4．在盧瑟福的α粒子散射實驗中，某一α粒子經(jīng)過某一原子核附近時的軌跡如圖中實線所示。圖中P、Q為軌跡上的點，虛線是過P、Q兩點并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個區(qū)域。A[α粒子帶正電，原子核也帶正電，對靠近它的α粒子產(chǎn)生斥力，故原子核不會在④區(qū)域；如原子核在②、③區(qū)域，α粒子會向①區(qū)域