資源簡介

(共32張PPT)
科學家在研究稀薄氣體放電時發現，當玻璃管內的氣體足夠稀薄時，陰極就發出一種射線。它能使對著陰極的玻璃管壁發出熒光，這種射線的本質是什么呢？
這種射線稱為陰極射線（cathode ray）。對這種射線本質的認識有兩種觀點：一種觀點認為，它是一種電磁輻射；另一種觀點認為，它是帶電微粒。如何用實驗判斷哪一種觀點正確呢？
新課導入
第3節 原子的核式結構模型
英國物理學家J. J. 湯姆孫認為陰極射線是帶電粒子流
1、湯姆孫實驗裝置及實驗原理
陰極
⑵陰極射線通過A、B形成一束細細射線。
⑶D1、D2之間加電場（或磁場）檢測射線的帶電性質。
熒光屏
⑴陰極射線的產生機理：管中殘存氣體分子中的正負電荷在強電場的作用下被“拉開”（即氣體分子被電離），正電荷（即正離子）在電場加速下撞擊陰極，于是陰極釋放更多粒子流，形成了陰極射線。
陽極
縫隙
金屬板
一.電子的發現
學習任務一 陰極射線與電子的發現
2、測定粒子的比荷
⑴應用帶電粒子在恒定電場中的偏轉求比荷（電偏轉）
①兩極板C、D間無電場和磁場時，粒子將打在熒光屏上的O點。
③在兩極板間施加一個方向垂直于紙面向里、磁感應強度為B的勻強磁場，則粒子在熒光屏上產生的光點又回到O點。
②在極板間施加電壓U（上正下負），離開極板區域的粒子將打在熒光屏上的P點
2、測定粒子的比荷
⑵應用帶電粒子在恒定磁場中的偏轉求比荷（磁偏轉）
①兩極板C、D間無電場和磁場時，粒子將打在熒光屏上的O點。
②在兩極板間施加一個方向垂直于紙面向外、磁感應強度為B的勻強磁場，則離開極板區域的粒子將打在熒光屏上的P點。
③再在極板間施加電壓U（下正上負）則粒子在熒光屏上產生的光點又回到O點。
3、湯姆孫發現電子
⑴陰極射線的本質是帶負電的粒子流。
⑵不同物質都能發射這種帶電粒子，它是構成各種物質的共有成分。
⑶陰極射線粒子電荷量的大小與一個氫離子一樣，而質量比氫離子小得多。
后來組成陰極射線的粒子被稱為電子
電子的發現是物理學史上的重要事件。人們由此認識到原子不是組成物質的最小微粒，原子本身也有結構。
第一次較為精確測量出電子電荷量的是美國物理學家密立根利用油滴實驗測量出的。
電子的質量m=9.1094×10－31 kg
電子的電荷量e=1.6022×10－19 C
密立根實驗發現：電荷具有量子化的特征，即任何帶電體的電荷只能是e的整數倍。
密立根 (美國)
4.密立根測電子電量
例1 英國物理學家湯姆孫通過對陰極射線的實驗研究發現 (　)
A.陰極射線在電場中偏向正極板一側
B.陰極射線在磁場中受力情況跟正電荷受力情況相同
C.不同材料所產生的陰極射線的比荷不同
D.湯姆孫直接精確測得了陰極射線粒子的電荷量
學習任務一
A
[解析] 陰極射線在電場中偏向正極板一側,因此陰極射線應該帶負電荷,A正確;
陰極射線在磁場中受力情況跟負電荷受力情況相同,B錯誤;
不同材料所產生的陰極射線的比荷相同,C錯誤;
湯姆孫并沒有直接精確測得陰極射線粒子的電荷量,D錯誤.
變式1 關于陰極射線,下列說法正確的是 (　)
A.陰極射線是真空管內由負極放出的質子流
B.陰極射線是在真空管內由正極放出的電子流
C.陰極射線管中的高電壓是為了使電子加速
D.陰極射線管中的高電壓是為了使電子偏轉,使實驗現象更明顯
學習任務一
C
[解析]陰極射線是在真空管內由負極放出的高速電子流,A、B錯誤;
陰極射線管中的高電壓是為了使電子加速,C正確,D錯誤.
變式2 [2023·大連二十四中月考] 圖為湯姆孫用來測定電子比荷的裝置.當極板P和P'間不加偏轉電壓時,電子束打在熒光屏的中心O點處,形成一個亮點;加上偏轉電壓U后,亮點偏離到O'點,O'點到O點的豎直距離為d,水平距離可忽略不計.此時在P與P'之間的區域里再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場,調節磁感應強度,當其大小為B時,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.
(1)求打在熒光屏O點的電子速度的大小;
學習任務一
[答案] 　
[解析] 設電子的速度為v,則有evB=eE
所以v==.
【要點總結】
學習任務一
1.對陰極射線本質的認識
觀點 代表人物 對陰極射線本質的認識
電磁波說 赫茲 認為陰極射線是一種電磁輻射
粒子說 湯姆孫 認為陰極射線是一種帶電微粒
2.陰極射線帶電性質的判斷
在陰極射線所經區域加上電場 通過打在熒光屏上的亮點位置的變化和電場的情況確定帶電的性質
在陰極射線所經區域加上磁場 通過打在熒光屏上亮點位置的變化和左手定則確定帶電的性質
實驗結果:根據陰極射線在電場或磁場中的偏轉,可以判斷出陰極射線是一種帶負電的粒子流 [教材鏈接]閱讀教材“原子的核式結構模型”相關內容,完成下列填空:
(1)如圖所示為湯姆孫1898年提出的原子模型:他認為原子是一個球體,正電荷彌漫性地　　　　分布在整個球體內,電子鑲嵌其中.湯姆孫模型被稱為“西瓜模型”或“　　　　模型”.該模型能夠解釋一些實驗現象,后來被　　　　　　　實驗否定了.
(2)盧瑟福的原子核式結構模型:在原子的中心有一個很小的核,
叫作　　　　　,原子的全部正電荷和幾乎全部的　　　　都
集中在原子核里,帶負電的電子在　　　　空間運動.
學習任務二 原子的核式結構模型
學習任務二
均勻　
棗糕　
α粒子散射　
核外
原子核
　質量　
α粒子是從放射性物質（如鈾和鐳）中發射出來的快速運動的粒子，質量為氫原子質量的4 倍、電子質量的7300倍。
⑴α粒子
1909 年，英國物理學家盧瑟福指導他的助手蓋革和馬斯頓進行α粒子散射實驗的研究時，所用儀器的示意圖。
1.α粒子散射實驗
⑵實驗原理和實驗裝置
③M顯微鏡帶有光屏S，可以在水平而內轉到不同的方向對散射的α粒子進行觀察。
①R是被鉛塊包圍的α粒子源
②F是金箔：接收α粒子的轟擊
當α粒子打到金箔時，發生了α粒子的散射。統計散射到各個方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中電荷的分布情況。
為什么用金？
金的延展性好，
核電荷量大，
核質量大。
1.α粒子射入金箔時難免與電子碰撞。試估計這種碰撞對α粒子速度影響的大小。
2.按照J. J.湯姆孫的原子模型，正電荷均勻分布在整個原子球體內。請分析：α粒子穿過金箔，受到電荷的作用力后，沿哪些方向前進的可能性較大，最不可能沿哪些方向前進。
α粒子的質量大約是電子質量的7300倍，α粒子與電子碰撞時，對α粒子速度影響的很小，碰撞前后，質量大的α粒子速度幾乎不變。只可能是電子的速度發生大的改變，因此不可能出現α粒子反彈現象，即使是非對心碰撞，也不會有大角度散射。
按照J. J.湯姆孫的原子模型，正電荷均勻分布在整個原子球體內，由于受庫侖斥力的作用，α粒子穿過原子時，受到的各個方向正電荷的斥力基本會相互平衡，因此對α粒子運動的影響不會很大。大部分α粒子會有小角度偏轉，但不可能有大角度偏轉。
思考與討論
2.α粒子散射實驗現象
①絕大多數α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進。
③極少數偏轉的角度甚至大于90°，也就是說，它們幾乎被“撞了回來”。
②少數α粒子（約占 ）發生了大角度偏轉，
3.對α粒子散射實驗的解釋
①J. J.湯姆孫的模型無法解釋大角度散射的實驗結果。
②占原子質量絕大部分的帶正電的物質集中在很小的空間范圍。這樣才會使α粒子在經過時受到很強的斥力，使其發生大角度的偏轉。
⑴大角度的偏轉不可能是電子造成的
⑵α粒子偏轉主要是具有原子的大部分質量的帶正電部分造成的
因為電子的質量只有α粒子的 ，它對α粒子速度的大小和方向的影響就像灰塵對槍彈的影響，完全可以忽略。
4.盧瑟福核式結構模型
⑶帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉做圓周運動
⑴在原子的中心有一個體積很小、帶正電荷的核，叫做原子核
⑵原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里
例2 如圖所示為盧瑟福α粒子散射實驗裝置的示意圖,圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉動,通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察α粒子在各個角度的散射情況.下列說法中正確的是 (　)
A.在圖中的A、B兩位置分別進行觀察,相同時間內
觀察到屏上的閃光次數一樣多
B.在圖中的B位置進行觀察,屏上觀察不到任何閃光
C.盧瑟福選用不同重金屬箔作為α粒子散射的靶,觀察到的實驗結果基本相似
D.α粒子發生散射的主要原因是α粒子撞擊到金原子后產生的反彈
學習任務二
C
學習任務二
[解析] α粒子散射實驗現象:絕大多數α粒子沿原方向前進,少數α粒子有大角度散射.所以A處觀察到的閃光次數多,B處觀察到的閃光次數少,選項A、B錯誤.
α粒子發生散射的主要原因是受到原子核庫侖斥力的作用,選用不同重金屬箔作為α粒子散射的靶,觀察到的實驗結果基本相似,選項D錯誤,C正確.
變式3 (多選)[2023·天津一中月考] α粒子散射實驗是近代物理學中經典的實驗之一,盧瑟福通過該實驗證實了原子的核式結構模型,其實驗裝置如圖所示.下列說法正確的是 ( 　)
A.熒光屏在B位置的亮斑比A位置多
B.該實驗說明原子的正電荷和絕大部分
質量集中在一個很小的核上
C.熒光屏在C位置的亮斑比A、B位置少
D.該實驗說明原子質量均勻地分布在原子內
學習任務二
BC
學習任務二
[解析]根據α粒子散射實驗現象,大多數粒子通過金箔后運動方向不變,少數粒子運動方向發生改變,極少數偏轉超過90°,甚至有的被反向彈回,可知熒光屏在B位置的亮斑比A位置少,熒光屏在C位置的亮斑比A、B位置少,選項A錯誤,C正確;
該實驗說明原子的正電荷和絕大部分質量集中在一個很小的核上,而不是原子質量均勻地分布在原子內,選項B正確,D錯誤.
【要點總結】
學習任務二
1.實驗過程:α粒子從鉛盒射出,形成細射線打在金箔上,被散射的α粒子打在熒光屏上產生閃光,用可轉動的顯微鏡從不同角度進行觀察.
2.現象及解釋
(1)絕大多數的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進.大多數α粒子離金原子核較遠.
(2)少數α粒子發生較大的偏轉.發生較大偏轉的α粒子是由于離金原子核較近,庫侖斥力較大.
(3)極少數α粒子偏轉角度超過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加速遠離金原子核.
3.實驗意義:否定了湯姆孫的原子結構模型,提出了原子的核式結構模型.
[教材鏈接]閱讀教材“原子核的電荷與尺度”相關內容,完成下列填空:
(1)原子核的大小:原子核的質量幾乎集中了原子的全部質量,但它的　　　　卻非常小,原子半徑的數量級是　　　　　,而原子核半徑的數量級是　　　　　,兩者相差十萬倍之多.
(2)原子核的電荷:各種元素的原子核的　　　　　,即原子內的　　　　　,非常接近它們的　　　　　　,這說明元素周期表中的各種元素是按原子中的
　　　　　來排列的.
(3)原子核的組成:原子核是由　　　　和　　　　組成的,原子核的電荷數就是核中的　　　　　.
學習任務三 原子核的電荷與尺度
學習任務三
質子數
半徑　
10-10 m　
10-15 m　
電荷數　
電子數　
原子序數　
電子數　
質子　
中子　
例3 [2023·徐州一中期末] 1909年,英國物理學家盧瑟福和他的助手蓋革、馬斯頓一起進行了著名的“α粒子散射實驗”,實驗中大量的粒子穿過金箔前后的運動圖景如圖所示.盧瑟福通過對實驗結果的分析和研究,于1911年建立了他自己的原子結構模型.下列關于α粒子散射實驗的描述中,正確的是 (　)
A.絕大多數α粒子穿過金箔后,都發生了大角度偏轉
B.少數α粒子穿過金箔后,基本上沿原來方向前進
C.通過α粒子散射實驗,確定了原子核半徑的數量級為10-15 m
D.通過α粒子散射實驗,確定了原子半徑的數量級為10-15 m
學習任務三
[解析] 絕大多數α粒子穿過金箔后,基本上沿原來方向前進,少數α粒子穿過金箔后,發生大角度偏轉,A、B錯誤;
通過α粒子散射實驗盧瑟福確定了原子核半徑的數量級為10-15 m,原子半徑的數量級為10-10 m,不是通過α粒子散射實驗確定的,D錯誤,C正確.
C
【要點總結】
1.原子核中的質子數、原子核的電荷數、元素的原子序數都相等.
2.核外電子數等于核內質子數,僅限于呈電中性的原子,對于帶電離子,核外電子數和核內質子數不相等.
學習任務三
湯姆孫發現電子
密立根油滴
電子的發現
原子的核式結構模型
盧瑟福α粒子散射實驗
原子核式結構模型特點
原子核的電荷與尺度
電子的電性
電子的比荷
測出電子電量：e=1.602×10-19C
原子核的電荷數就是核中的質子數。
原子核半徑的數量級為10-15 m
課堂小結
課后習題
1.加在陰極射線管內兩個電極之間的電壓為4×103V，如果電子離開陰極表面時的速度為0，試求電子到達陽極時的速度。
課后習題
2.一個半徑為1.6×10-4cm的帶負電的油滴，在電場強度為1.92V/m、方向豎直向下的勻強電場中，如果油滴受到的庫侖力恰好與重力平衡，問：這個油滴帶有幾個電子的電荷？已知油的密度為0.851×103kg/m3。
課后習題
3.一種測定電子比荷的實驗裝置如圖4.3-5所示。真空玻璃管內陰極K發出的電子經陽極A與陰極K之間的高壓加速后，形成一細束電子流，以平行于平板電容器極板的速度進入兩極板C、D間的區域，若兩極板C、D間無電壓，電子將打在熒光屏上的O點，若在兩極板間施加電壓U，則離開極板區域的電子將打在熒光屏上的P點；若再在極板間施加一個方向垂直于紙面向外、磁感應強度為B的勻強磁場，則電子在熒光屏上產生的光點又回到O點。已知極板的長度為5.00cm，C、D間的距離為1.50cm，極板區的中點M到熒光屏中點O的距離為12.50cm，電壓U為200V，磁感應強度B為6.3×10-4T，P點到O點的距離y為3.00cm。試求電子的比荷。
課后習題
4.盧瑟福提出的原子結構的模型是怎樣的？他提出這種模型的依據是什么？
4.盧瑟福的原子核式結構模型是：在原子的中間有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中于原子核，帶負電的電子在核外空間里繞核旋轉。
盧瑟福提出原子核式結構的依據是α粒子散射實驗。α粒子穿過原子時，電子對它的運動影響很小，影響粒子運動的主體是原子核。α粒子進入原子區域后，由于原子核很小，大部分α粒子離核較遠，受到的庫侖力很小，運動方向幾乎不變。極少數α粒子距核較近，因此受到很強的庫侖力，發生大角度散射。
課后習題
5.按照原子的核式結構模型的比例，假如原子核有綠豆那么大，那么整個原子有多大？
5.如果假設原子核像綠豆那么大，則整個原子就相當于直徑為300 m的球體。
提示：原子大小的數量級是10-10m,原子核大小的數量級是10-15m,兩者相差10萬倍。如果假設原子核像綠豆那么大，綠豆可看作直徑約為0.003m的球體，則整個原子就相當于直徑為300 m的球體。
課后習題
6.α粒子散射實驗用的是金箔等重金屬箔，而沒有用輕金屬箔，例如鋁箔。除了金的延展性好，可以把金箔做得非常薄這個原因以外，你認為還有什么原因？
6.被打金屬箔的原子量越大，出現大角度散射現象越明顯。金原子的質量比α粒子質量大得多，且幾乎全部集中在金原子核內。當α粒子穿過重金屬箔金原子區域，靠近金原子核時，其作用力對α粒子運動方向影響很大，出現大角度散射現象較明顯，比使用輕金屬箔(如鋁箔)的實驗效果更好。

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