课件27张PPT。第一节 敲开原子的大门目标导航预习导引目标导航预习导引二一一、阴极射线
1.阴极射线
科学家用真空度很高的真空管做放电实验时,发现真空管阴极发射出的一种射线,叫做阴极射线.
2.阴极射线的产生
阴极射线是一种带负电的粒子流.英国物理学家汤姆生使阴极射线在磁场和电场中产生偏转,来确定射线微粒的带电性质.
3.阴极射线的特点
(1)在真空中沿直线传播;
(2)碰到物体可使物体发出荧光.
目标导航预习导引二一预习交流1
怎样用实验的方法判断阴极射线的电性?
答案：为了研究阴极射线的带电性质,汤姆生设计了如图所示的装置.从阴极发出的阴极射线,经过与阳极相连的小孔,射到管壁上,产生荧光斑点;用磁铁使射线偏转,进入集电圆筒;用静电计检测的结果表明,收集到的是负电荷.目标导航二一预习导引二、电子的发现
1.汤姆生的探究方法及结论
汤姆生根据阴极射线在电场和磁场中的偏转判定,它的本质是带负电的粒子流,并求出了这种粒子的荷质比.
汤姆生用不同材料的阴极和不同的气体做实验,所得的荷质比都是相同的,是氢离子荷质比的近千倍.
汤姆生直接测量了阴极射线粒子的电荷量,得到这种粒子的电荷量大小与氢离子电荷基本相同.后来把组成阴极射线的粒子称为电子.目标导航二一预习导引?目标导航二一预习导引预习交流2
电子发现的意义是什么?
答案：(1)电子的发现,不仅是找到了一种比原子更小的微粒,更重要的是说明了原子也是有结构的,是可以再分的,电子是原子的组成部分.
(2)由于原子中含有带负电的电子,而由物质呈电中性,推想出原子中还有带正电的部分,这就进一步地提出了探索原子结构和建立原子模型的问题,由此揭开了原子物理研究的序幕,对20世纪原子物理学科的建立和发展起到极为关键的作用.迁移应用典题例解一二知识精要一、阴极射线
1.气体的导电特点
通常情况下,气体是不导电的,但在强电场中,气体能够被电离而导电.平时我们在空气中看到的放电火花,就是气体电离导电的结果.在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体.阴极射线管中气体足够稀薄时,阴极发出的某种射线射在管壁上而发出荧光.
2.辉光放电现象
在置有板状电极的玻璃管内充入低压气体或蒸气,当两极间电压较高(约1 000 V)时,稀薄气体中的残余正离子在电场中加速,有足够的动能轰击阴极,产生二次电子,经簇射过程产生更多的带电粒子,使气体导电.辉光放电的特征是电流较小(约几毫安),温度不高,故放电管内有特殊的亮区和暗区,呈现瑰丽的发光现象.思考探究迁移应用典题例解一二3.阴极射线
(1)产生:在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极.当两极间加一电压时,阴极便发出一射线,这种射线为阴极射线.
(2)特点:能使荧光物质发光.
4.对阴极射线的两种认识
对于阴极射线的本质,科学家做出大量的科学研究,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辐射.
(2)粒子说:代表人物,汤姆生.认为这种射线的本质是一种带电微粒.知识精要思考探究知识精要迁移应用一二思考探究典题例解在演示实验的仪器中,制成阳极的金属环能否换成金属片?
答案：不能.阴极射线是由阴极发出的某种射线,这种射线通过阳极后撞击到玻璃壁上,而产生淡淡的荧光.若将阳极换成金属片,阴极射线就无法通过阳极到达玻璃管上了,此时也就观察不到在玻璃管上的荧光了.知识精要迁移应用一二典题例解思考探究【例1】 关于阴极射线的本质,下列说法正确的是 ( )
A.阴极射线的本质是氢原子
B.阴极射线的本质是电磁波
C.阴极射线的本质是电子流
D.阴极射线的本质是X射线
解析：阴极射线是原子受激发放射出的电子流,关于阴极射线是电磁波,还是X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设,是错误的.
答案：C迁移应用典题例解一二知识精要思考探究(多选)关于空气导电性能,下列说法正确的是( )
A.空气导电,因为空气分子中有的带正电,有的带负电,在强电场作用下向相反方向运动的结果
B.空气能够导电,是因为空气分子在射线或强电场作用下电离的结果
C.空气密度越大,导电性能越好
D.空气越稀薄,越容易发出辉光
答案：BD
解析：空气是由多种气体组成的混合气体,在正常情况下,气体分子不带电(显中性),是较好的绝缘体.但在射线、受热及强电场作用下,空气分子被电离,才具有导电性能,且空气密度较大时,电离的自由电荷很容易与其他空气分子碰撞,正、负电荷重新复合,难以形成稳定的放电电流,因而电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导电性能更好,B、D正确.迁移应用典题例解知识精要思考探究二一二、电子的发现
1.汤姆生实验装置
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上.2.实验原理
判断阴极射线电性的方法:
①粒子在电场中运动,如图甲所示.带电粒子在电场中运动,受电场力作用运动方向会发生改变(粒子质量忽略不计).带电粒子在不受其他力作用时,若沿电场线方向偏转,则粒子带正电;若逆着电场线方向偏转,则粒子带负电.迁移应用典题例解知识精要思考探究二一②粒子在磁场中运动,如图乙所示,粒子将受到洛伦兹力F=qvB的作用,速度方向始终与洛伦兹力方向垂直,利用左手定则即可判断粒子的电性.不考虑其他力的作用,如果粒子按图示方向进入磁场,且做顺时针的圆周运动,则粒子带正电;若做逆时针的圆周运动,则粒子带负电.迁移应用典题例解知识精要思考探究二一?知识精要迁移应用思考探究典题例解二一如何测定射线粒子的荷质比?
?知识精要迁移应用思考探究典题例解二一?知识精要迁移应用典题例解思考探究二一【例2】 如图,汤姆生用来测定电子荷质比的装置.当极板P和P'间不加偏转电压时,电子束打在荧光屏的中心O点处,形成一个亮点;加上偏转电压U后,亮点偏离到O'点,O'点到O点的竖直距离为d,水平距离可忽略不计;此时在P与P'之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场,调节磁感应强度,当其大小为B时,亮点重新回到O点.已知极板水平方向长度为l1,极板间距为b,极板右端到荧光屏的距离为l2.知识精要迁移应用典题例解思考探究二一(1)求加上磁场和电场后打在荧光屏O点的电子速度的大小;
(2)推导出电子荷质比的表达式.
?迁移应用典题例解知识精要思考探究二一??迁移应用典题例解知识精要思考探究二一(多选)英国物理学家汤姆生通过对阴极射线的实验研究发现 ( )
A.阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B.阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C.不同材料所产生的阴极射线的荷质比不同
D.汤姆生并未得出阴极射线粒子的电荷量
答案:AD
解析:阴极射线实质上就是高速电子流,所以在电场中偏向正极板一侧,A正确.由于电子带负电,所以其受力情况与正电荷不同,B错误.不同材料所产生的阴极射线都是电子流,所以它们的荷质比是相同的,C错误.在汤姆生实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量,最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根,D正确.知识链接案例探究 类题试解1.密立根实验的原理
(1)如图所示,两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接,使A板带正电,B板带负电.从喷雾器嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔,落到两板之间的匀强电场E中.?知识链接案例探究 类题试解2.密立根实验更重要的发现
电荷量是量子化的,即任何电荷的电荷量只能是元电荷e的整数倍,并求得了元电荷即电子所带的电荷量e.案例探究知识链接 类题试解如图,在A板上方用喷雾器将细油滴喷出,若干油滴从板上的一个小孔中落下,喷出的油滴因摩擦而带负电.已知A、B板间电压为U、间距为d时,油滴恰好静止.撤去电场后油滴徐徐下落,最后测出油滴以速度v匀速运动,已知空气阻力正比于速度f=kv,则油滴所带的电荷量q= .某次实验得q的测量值见下表(单位:10-19C):分析这些数据可知: .案例探究知识链接 类题试解解析:mg-Eq=0,mg-kv=0,解得 .油滴带的电荷量是1.6×10-19C的整数倍,故电荷的最小电荷量为1.6×10-19C.
答案: 油滴带的电荷量是1.6×10-19C的整数倍,故电荷的最小电荷量为1.6×10-19C 类题试解 案例探究知识链接 类题试解 案例探究知识链接??课件19张PPT。第二节 原子的结构目标导航预习导引目标导航预习导引二一一、α粒子散射实验
1.实验方法:用α放射源放射的α粒子束轰击金箔,利用荧光屏接收,探测通过金箔后的α粒子分布情况.
2.实验结果:绝大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来的方向前进,但少数α粒子发生了较大的偏转,并且有极少数α粒子的偏转超过了90°,有的甚至几乎达到180°.目标导航预习导引二一如何用原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果进行解释?
答案:(1)当α粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,α粒子就像穿过“一片空地”一样,无遮无挡,运动方向改变很小,因为原子核很小,所以绝大多数α粒子不发生偏转.
(2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时,才受到很大的库仑力,偏转角才很大,而这种机会很少.
(3)如果α粒子正对着原子核射来,偏转角几乎达到180°,这种机会极少,如图所示.目标导航二一预习导引二、原子的核式结构的提出
1.汤姆生的原子结构模型——葡萄干布丁模型.
2.原子的核式结构的提出
(1)卢瑟福的原子核式结构模型
原子的中心有一个带正电的原子核,它几乎集中了原子的全部质量,而电子则在核外空间绕核旋转.
(2)核式结构模型能够解释α粒子散射实验.
3.原子核的大小
原子核的半径约为10-15~10-14 m,原子半径大约是10-10 m.?一一、α粒子散射实验
1.装置:放射源、金箔、荧光屏等,如图所示.2.现象:(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进.
(2)少数α粒子发生较大的偏转.
(3)极少数α粒子偏转角度超过90°,有的几乎达到180°.
3.实验的注意事项:
(1)整个实验过程在真空中进行.
(2)α粒子是氦原子核,体积很小,金箔需要做得很薄,α粒子才能穿过.迁移应用典题例解知识精要思考探究二 一知识精要迁移应用思考探究典题例解在α粒子散射实验中为什么选用金箔?
答案:(1)金的延展性好,容易做成很薄很薄,实验用的金箔厚度大约是10-7 m;(2)金原子带的正电荷多,与α粒子间的库仑力大;(3)金原子质量大约是α粒子质量的50倍,因而惯性大,α粒子的运动状态容易改变,金原子的运动状态不容易改变.二 一知识精要迁移应用典题例解思考探究 【例1】 (2015安徽理综)图示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹,M、N、P、Q是轨迹上的四点,在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动.图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是( )A.M点 B.N点 C.P点 D.Q点解析:α粒子在某点时的加速度方向,应沿该点和重金属原子核所在位置的连线,且指向轨迹的内侧,选项C正确.
答案:C二 迁移应用 典题例解知识精要思考探究一二 (多选)在α粒子散射实验中,我们并没有考虑α粒子跟电子碰撞,这是因为( )
A.电子体积非常小,以至于α粒子碰不到它
B.α粒子跟电子碰撞时,损失的能量很小,可以忽略
C.α粒子跟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
答案:BD
解析:α粒子与电子相碰就如同飞行的子弹与灰尘相碰,α粒子几乎不损失能量,且电子在核外均匀分布,对α粒子的库仑引力的合力几乎为零,不会改变α粒子的运动轨迹.迁移应用典题例解知识精要一二 二、原子的核式结构模型
1.原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别2.原子核的尺度
α粒子散射的实验数据,可以估计原子核的半径数量级为10-15 m,不同元素原子核的半径略有不同.原子半径约为10-10 m,原子核半径只相当于原子半径的十万分之一.可见,原子很小,原子核更小.迁移应用典题例解知识精要一3.原子的核式结构模型对α粒子散射实验的解释
按卢瑟福的原子结构模型(核式结构),当α粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,α粒子就像穿过“一片空地”一样,无遮无挡,运动方向改变极少,由于原子核很小,这种机会就很多,所以绝大多数α粒子不发生偏转;只有当α粒子十分接近原子核穿过时,才受到很大的库仑斥力,偏转角才很大,而这种机会很少;如果α粒子几乎正对着原子核射来,偏转角就几乎达到180°,这种机会极少.如图所示.二 知识精要迁移应用典题例解一?思路分析:α粒子与原子核间的作用力主要是库仑力,故由动能定理可知,当速度为零时,α粒子距核最近.?二 一迁移应用 典题例解知识精要卢瑟福通过α粒子散射实验,判断出原子的中心有一个很小的核,并由此提出了原子的核式结构模型.如图所示的平面示意图中,①、③两条线表示某两个α粒子运动的轨迹,则沿轨迹②射向原子核的α粒子经过原子核后可能的运动轨迹为( )A.轨迹a B.轨迹b C.轨迹c D.轨迹d
答案:A
解析:轨迹c无偏转显然错误;偏转后轨迹应为曲线,轨迹b错误;α粒子受原子核的斥力作用,轨迹d偏转方向错误,因此只有A正确.二 知识链接案例探究 类题试解1.解题依据和方法一
解答与本节知识有关的试题,必须以三个实验的现象和从三个实验中发现的事实为基础,应明确以下几点:
(1)汤姆生发现了电子,说明原子是可分的,电子是原子的组成部分.
(2)卢瑟福“α粒子散射实验”现象说明:原子中绝大部分是空的,原子的绝大部分质量和全部正电荷都集中在一个很小的核上.
(3)卢瑟福用α粒子轰击原子核实验,发现了质子.
2.解题依据和方法二
根据原子的核式结构,结合前面所掌握的动能、电势能、库仑定律及能量守恒定律等知识,是综合分析解决有α粒子靠近原子核过程中,有关功、能的变化,加速度、速度的变化所必备的基础知识和应掌握的方法.知识链接案例探究 类题试解3.解题依据和方法三
明确原子核中核电荷数、质子数、核外电子数以及元素的原子序数四种数的数值相等,以及原子的质量数与核子数相等,并等于质子数与中子数的和.它是分析解决实际问题的依据.案例探究 类题试解(多选)如图,α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近时的示意图,A、B、C三点分别位于两个等势面上,则以上说法正确的是( )
A.α粒子在A处的速度比在B处的速度小
B.α粒子在B处的速度最大
C.α粒子在A、C处的速度大小相等
D.α粒子在B处的速度比在C处的速度小
知识链接案例探究 知识链接 类题试解解析:由能量守恒定律可知,对于A、B、C三点,A、C位于原子核形成的同一等势面上,电势能相同,故动能也相同,则A、C两点速率相同,故C正确;由A到B,α粒子克服库仑力做功,动能减小,电势能增大,故B点速度最小,D正确,A、B错误.
答案:CD 类题试解 案例探究 知识链接如图,α粒子散射实验装置的示意图,荧光屏和显微镜在图中的A、B、C、D四个位置时,关于观察到的现象,下述说法不正确的是( )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 类题试解 案例探究 知识链接解析:根据α粒子散射实验的现象,绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上沿原方向前进,因此在A位置观察到的闪光次数最多,故A正确;少数α粒子发生大角度偏转,因此从A到D观察到的闪光次数会逐渐减少,因此B、D正确,C错误.
答案:C课件22张PPT。第三节 氢原子光谱目标导航预习导引目标导航预习导引二一?三目标导航预习导引二一巴耳末公式反映了氢原子谱线的分立特征,这说明了什么?
答案:谱线的分立特征反映原子内部电子运动的量子化特征,对于研究更复杂的原子结构具有指导意义.三目标导航二一预习导引?三目标导航一预习导引三二三、原子光谱
1.原子光谱的特点
(1)原子光谱的谱线是一些分立的亮线,是不连续的.
(2)每种原子都有自己的特定的原子光谱,不同的原子,其原子光谱均不同.
2.原子光谱的用途
通过光谱分析,鉴别不同的原子、确定物体的化学组成并发现新元素.目标导航一预习导引三二在太阳光下,如果我们用一个玻璃棱镜放在水平面上,在棱镜的背面会看到彩色的光带,你知道这种现象是如何产生的吗?
答案:这是一种光的色散现象.白光为复色光,是由七种颜色的光复合而成,复色光分解为单色光的现象叫做光的色散,形成的彩色光带称为光谱.迁移应用典题例解一二知识精要思考探究一、光谱与光谱分析
1.光谱分类
物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类:发射光谱和吸收光谱.
(1)发射光谱:物体直接发出的光通过分光后产生的光谱,它可分为连续谱和明线谱(线状谱).
①连续谱:由连续分布的一切波长的光(一切单色光)组成的光谱.
产生条件:炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱,如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续谱.
②线状谱:只含有一些不连续的亮线的光谱.
产生条件:它是由处于游离状态的原子发射的,因此也叫做原子光谱,稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是线状谱.迁移应用典题例解一二知识精要思考探究 (2)吸收光谱:高温物体发出的白光通过温度较低的物质时,某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱.
光谱特点:在连续谱的背景上由若干条暗线组成.例如:太阳光谱就是太阳内部发出的强光经温度较低的太阳大气层时产生的吸收光谱.
2.原子的特征谱线
(1)每种原子都有一定特征的线状谱.不同原子产生的线状谱是不同的,但同种原子产生的线状谱是相同的.
某种物质的原子可从其线状谱加以鉴别,因此称原子的线状谱的谱线为这种元素原子的特征谱线.迁移应用典题例解一二知识精要思考探究 (2)各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的明线谱中的一条明线相对应.即某种原子发出的光与吸收的光的频率是特定的,因此吸收光谱中的暗线也是该原子的特征谱线.
3.光谱分析
(1)定义:由于每种原子都有自己的特征谱线,因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成,这种方法叫做光谱分析.
(2)优点:非常灵敏而且迅速.若某种元素在物质中的含量达10-10 g,可以从光谱中发现它的特征谱线并将其查出来.
(3)应用:检查物体的纯度;鉴别和发现元素;天文学上光谱的红移表明恒星的远离等.典题例解知识精要迁移应用一二思考探究知识精要迁移应用一二典题例解思考探究【例1】 (多选)关于光谱,下列说法正确的是( )
A.炽热的液体发射连续谱
B.发射光谱一定是连续谱
C.线状谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析
D.霓虹灯发光形成的光谱是线状谱
解析:炽热的液体发射的光谱为连续谱,所以选项A正确.发射光谱可以是连续谱也可以是线状谱,所以选项B错误.线状谱和吸收光谱都对应某种元素的光谱,都可以对物质成分进行分析,所以选项C正确.霓虹灯发光形成的光谱是线状谱,所以选项D正确.
答案:ACD迁移应用典题例解一二知识精要思考探究(多选)有关原子光谱,下列说法正确的是( )
A.原子光谱间接地反映了原子结构特征
B.氢原子光谱跟氧原子光谱是不同的
C.太阳光谱是连续谱
D.鉴别物质的成分可以采用光谱分析
答案:ABD
解析:不同的原子发出的谱线不相同,每一种原子都有自己的特征谱线,利用光谱分析可以用来确定元素,所以原子光谱可以间接反映原子结构的特征,A、B、D三项正确;太阳光谱是不连续的,故C项不正确.迁移应用典题例解知识精要思考探究二一二、氢原子光谱
1.氢原子的光谱
从氢气放电管可以获得氢原子光谱,如图所示.2.氢原子光谱的特点
在氢原子光谱图中的可见光区内,由右向左,相邻谱线间的距离越来越小,表现出明显的规律性.巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式,该公式称为巴耳末公式:迁移应用典题例解知识精要思考探究二一?知识精要迁移应用思考探究典题例解二一随着原子核式结构模型的建立与氢原子光谱规律的研究,经典理论出现了哪些困难?
答案:(1)在核式结构模型中,电子绕原子核做圆周运动,电子具有加速度.根据经典电磁理论,电子加速运动时,要向外辐射电磁波,要辐射能量.这样,能量就会不断减少,轨道半径会越来越小,最终电子会坠入原子核中,原子将不复存在.
(2)根据经典电磁理论,电子辐射电磁波的频率,就是它绕核转动的频率,电子越转能量越小,它离原子核就越来越近,转得也就越来越快,这个变化是连续的,也就是说,我们应该看到原子辐射各种频率的光,即原子的光谱应该总是连续的,而实际我们得到的氢原子光谱是分立的线状谱.知识精要迁移应用典题例解思考探究二一【例2】 在可见光范围内,氢原子发光的波长长的一条谱线所对应的波长各是多少?频率各是多少?
?知识精要迁移应用典题例解思考探究二一?迁移应用典题例解知识精要思考探究二一对于巴耳末公式,下列说法正确的是( )
A.所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应
B.巴耳末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长
C.巴耳末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长,其中既有可见光,又有紫外光
D.巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长
答案:C
解析:巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长,不能描述氢原子发出的各种波长,也不能描述其他原子的发光,A、D错误;巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的,但它适用于整个巴耳末线系,该线系包括可见光和紫外光,B错误,C正确.知识链接案例探究 类题试解1.解决有关光谱和光谱分析的问题,应从深入理解光谱的成因入手,正确理解不同谱线的特点
连续谱是由炽热的固体、液体和高压气体直接发光形成的,例如:白炽灯、炽热的铁水.线状谱是由稀薄气体或金属蒸气所发射的光谱,例如:光谱管、霓虹灯、烧钠盐形成的钠气发光.线状谱主要是由游离状态的原子发射的,所以也叫原子光谱.
2.线状谱中每条光谱线对应着一种频率,不同物质的线状谱不同,因此通过测定线状谱可以鉴别物质
学习光谱时,易对发射光谱、吸收光谱区别不清,造成错误.避免混淆的关键是正确理解光谱的形成原因.发射光谱是物体直接发出的光通过分光后产生的光谱,吸收光谱是高温物体发出的光通过低温物质时,某些波长的光被该物质吸收后而形成的,它的特点是在连续光谱的背景上呈现暗线.太阳光谱是典型的吸收光谱.案例探究知识链接 类题试解太阳的连续光谱中有许多暗线,它们对应着某些元素的特征谱线,产生这些暗线的原因是( )
A.太阳表面大气层中缺少相应的元素
B.太阳内部缺少相应的元素
C.太阳表面大气层中存在着相应的元素
D.太阳内部存在着相应的元素
解析:吸收光谱的暗线是连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的.太阳光的吸收光谱应是太阳内部发出的强光经较低温度的太阳大气层时某些波长的光被太阳大气层的相应的元素吸收而产生的.
答案:C 类题试解 案例探究知识链接下列说法中正确的是( )
A.炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱
B.各种原子的线状光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应
C.气体发出的光只能产生明线光谱
D.甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成的是甲物质的吸收光谱
答案:A
解析:据连续光谱的产生知A正确;由于吸收光谱中的暗线和线状谱中的明线相对应,但通常吸收光谱中看到的暗线要比线状谱中的明线少,所以B不对;气体发光,若为高压气体则产生连续谱,若为稀薄气体则产生明线光谱,所以C不对;甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成了乙物质的吸收光谱,所以D不对,应选A.课件29张PPT。第四节 原子的能级结构目标导航预习导引目标导航预习导引二一一、能级结构猜想
1.能级:原子内部不连续的能量.
2.跃迁:原子从一个能级变化到另一个能级的过程.
3.跃迁公式:hν=Em-En.
Em、En分别为原子跃迁前后的能级,ν为原子辐射或吸收的光谱的频率.答案:能级结构的猜想是针对线状谱提出的.目标导航二一预习导引?目标导航二一预习导引(2)原子辐射光子的能量等于两能级间的能量差.
(3)因能级的不连续性,致使能级间的跃迁产生不连续的谱线.
(4)从不同的高能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系.如:n≥3的能级跃迁到n=2的能级形成巴耳末系;n≥4的能级跃迁到n=3的能级形成帕邢系等.荧光物质在紫外线照射下能够发出可见光,应如何解释这种现象呢?
答案:紫外线光子能量较大,荧光物质的原子吸收紫外线后,跃迁到了较高的能级,在向低能级跃迁时,可能先跃迁到比基态稍高能级,发出光子,再跃迁到基态,又发出光子,发出光子的能量低于紫外线光子能量,属于可见光.迁移应用典题例解一二知识精要思考探究一、玻尔原子理论的基本假设
1.第一条假设——能级(定态)假设
原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量.这些状态叫定态.(本假设是针对原子稳定性提出的)
(1)基态:在正常状态下,原子处于最低能级,这时电子在离核最近的轨道上运动,这种定态叫基态.
(2)激发态:原子处于较高能级时,电子在离核较远的轨道上运动,这种定态叫激发态.除基态以外的定态都叫激发态.迁移应用典题例解一二知识精要思考探究2.第二条假设——轨道量子化假设原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道的分布也是不连续的,如图所示.轨道半径rn=n2r1(n=1,2,3…),式中r1代表第一条(即离核最近的)可能轨道的半径,rn代表第n条可能轨道的半径.
例如:氢原子的电子绕核运动时,其最小半径是0.53×10-10 m,不可再小,电子还可能在半径是2.12×10-10 m、4.77×10-10 m等的轨道上运行,但轨道半径不可能是介于这些数值中间的某个值.
迁移应用典题例解一二知识精要思考探究3.第三条假设——跃迁假设
原子从一种定态(设能量为En)跃迁到另一种定态(设能量为Em)时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定,即hν=Em-En,这个式子称为频率条件公式,也叫辐射条件公式,h为普郎克常量,ν为光子的频率.知识精要迁移应用一二思考探究典题例解何为跃迁?跃迁遵循的规律是什么?
答案:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定,即高能级
Em 低能级En.可见,电子如果从一个轨道到另一个轨道,不是以螺旋线的形式改变半径大小的,而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上.玻尔将这种现象叫做电子的跃迁.知识精要迁移应用一二典题例解思考探究【例1】 (多选)关于玻尔理论,以下论断中正确的是 ( )
A.原子的不同定态对应于电子沿不同的圆形轨道绕核运动
B.当原子处于激发态时,原子向外辐射能量
C.只有当原子处于基态时,原子才不向外辐射能量
D.不论当原子处于何种定态时,原子都不向外辐射能量
解析:据玻尔理论第三条假设知A正确;根据玻尔理论第一、二条假设知不论原子处于何种定态,原子都不向外辐射能量,原子只有从一个定态跃迁到另一个定态时,才辐射或吸收能量,所以B、C错误,D正确.
答案:AD迁移应用典题例解一二知识精要思考探究(多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有 ( )
A.原子处在具有一定能量的定态中,虽然电子做加速运动,但不向外辐射能量
B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应,而电子的可能轨道的分布是不连续的
C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,辐射(或吸收)一定频率的光子
D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
答案:ABC
解析:选项中前三项都是玻尔提出来的假设,其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出,也就是“量子化”概念;原子的不同能量状态与电子绕核运动不同的轨道相对应,是经典理论与量子化概念的结合.迁移应用典题例解知识精要思考探究二一二、玻尔理论对氢光谱的解释
1.能级的定义
在玻尔模型中,原子的可能状态是不连续的,因此各状态对应的能量也是不连续的.这些能量值叫做能级.
2.基态和激发态
各状态的标号1、2、3…叫做量子数,通常用n表示.能量最低的状态叫做基态,其他状态叫做激发态,基态的能量用E1表示,各激发态的能量分别用E2、E3…表示.迁移应用典题例解知识精要思考探究二一?迁移应用典题例解知识精要思考探究二一4.氢原子的能级图
氢原子的能级图如图所示.?迁移应用典题例解知识精要思考探究二一?知识精要迁移应用思考探究典题例解二一氢原子从高能级向低能级跃迁时,是不是能级越高,释放的光子能量越大?
答案:不一定.氢原子从高能级向低能级跃迁时,所释放的光子能量一定等于能级差,氢原子所处的能级高,跃迁时能级差不一定大,释放的光子能量不一定大.知识精要迁移应用典题例解思考探究二一【例2】 氢原子的能级如图所示,已知可见光的光子能量范围为1.62~3.11 eV,下列说法错误的是( )
A.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离
B.大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,发出的光具有显著的热效应
C.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出6种不同频率的光
D.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出3种不同频率的可见光知识精要迁移应用典题例解思考探究二一?迁移应用典题例解知识精要思考探究二一氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1,从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2,已知普朗克常量为h,若氢原子从能级k跃迁到能级m,则( )
A.吸收光子的能量为hν1+hν2
B.辐射光子的能量为hν1+hν2
C.吸收光子的能量为hν2-hν1
D.辐射光子的能量为hν2-hν1
答案:D
解析:氢原子从能级m跃迁到能级n时,辐射红光,则hν1=Em-En;从能级n跃迁到能级k时,吸收紫光,则hν2=Ek-En.因为红光的频率ν1小于紫光的频率ν2,即hν1原子若是吸收光子的能量而被激发,则光子的能量必须等于两能级的能量差,否则不被吸收.不存在激发到n=2时能量有余,而激发到n=3时能量不足,则可激发到n=2的问题.
原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发,由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=Em-En),均可使原子发生能级跃迁.
思悟升华 类题试解 知识链接案例探究? 思悟升华 类题试解 知识链接案例探究? 思悟升华 类题试解幻灯片 28 知识链接案例探究②根据跃迁的原理,分别画出处于激发态的氢原子向低能态跃迁时最多可能的跃迁示意图.
③再根据跃迁能量公式hν=Em-En分别算出几种频率的光子.
4.直接跃迁与间接跃迁
原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时,有时可能是直接跃迁,有时可能是间接跃迁.两种情况的辐射(或吸收)光子的频率可能不同. 思悟升华 类题试解知识链接案例探究5.跃迁与电离
原子跃迁时,不管是吸收还是辐射光子,其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差.若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去,就需要给原子一定的能量.如基态氢原子电离(即上升n=∞),其电离能为13.6 eV,只要能量等于或大于13.6 eV的光子都能被基态氢原子吸收而电离,只不过入射光子的能量越大,原子电离后产生的电子具有的动能越大. 思悟升华 类题试解 (2014山东理综)(多选)氢原子能级如图,当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是( )
A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656 nm
B.用波长为325 nm的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级
案例探究知识链接 思悟升华 类题试解案例探究知识链接 思悟升华C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
D.用波长为633 nm的光照射,不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级? 类题试解 思悟升华 案例探究知识链接 类题试解1.原子能级跃迁时,处于激发态的原子可能经过一次跃迁回到基态;也可能由较高能级的激发态先跃迁到较低能级的激发态,最后回到基态.一个原子由较高能级回到基态,到底发生了几次跃迁,是不确定的.
2.物质中含有大量的原子,各个原子的跃迁方式也是不统一的.有的原子可能经过一次跃迁就回到基态,而有的原子可能经过几次跃迁才回到基态. 类题试解 案例探究知识链接 思悟升华 有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,能级图如下.(1)有可能放出几种能量的光子?
(2)在哪两个能级间跃迁时,发出的光子的波长最长?波长是多少?
类题试解 案例探究知识链接 思悟升华 (1)有可能放出几种能量的光子?
(2)在哪两个能级间跃迁时,发出的光子的波长最长?波长是多少?
?第三章过关检测
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
1.在卢瑟福进行的α粒子散射实验中,少数α粒子发生大角度偏转的原因是( )
A.正电荷在原子中是均匀分布的
B.原子的正电荷以及绝大部分质量都集中在一个很小的核上
C.原子中存在带负电的电子
D.原子核中有中子存在
答案B
解析α粒子散射实验证明了原子的核式结构模型,卢瑟福认为只有原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的区域,才有可能出现α粒子的大角度散射,选项B正确.
2.以下说法中正确的是( )
A.进行光谱分析可以用连续谱,也可以用吸收光谱
B.光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速
C.分析某种物质的化学组成可以使这种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气取得吸收光谱进行分析
D.摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素
答案B
解析进行光谱分析不能用连续谱,只能用线状谱或吸收光谱,故A错误.光谱分析的优点是灵敏而迅速,故B正确.分析某种物质的组成,可用白光照射其低温蒸气产生的吸收光谱进行,故C错误.月球不能发光,它只能反射太阳光,故其光谱是太阳光谱,不是月球的光谱,不能用来分析月球上的元素,故D错误.
3.
如图,氢原子的四个能级,其中E1为基态.若氢原子A处于激发态E2,氢原子B处于激发态E3,则下列说法正确的是( )(导学号51160184)
A.原子A可能辐射出3种频率的光子
B.原子B可能辐射出3种频率的光子
C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4
D.原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4
答案B
解析根据氢原子能级理论,处于激发态的氢原子向较低能级跃迁时会放出相应频率的光子.氢原子向较高能级跃迁时会吸收相应频率的光子.氢原子A在第二能级向基态跃迁时只能放出一种频率的光子,再跃迁到第四能级需要更多的能量.
4.
根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型.如图表示了原子核式结构模型的α粒子散射图景.图中实线表示α粒子的运动轨迹.其中一个α粒子在从a运动到b再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近),下列判断中正确的是( )(导学号51160185)
A.α粒子的动能先增大后减小
B.α粒子的电势能先增大后减小
C.α粒子的加速度先变小后变大
D.电场力对α粒子先做正功后做负功
答案B
解析根据原子核式结构的特点以及电场力做功与电势能的变化关系判断电势能的变化,再由动能定理(或能量守恒)判断动能变化情况.α粒子先靠近原子核,然后又远离原子核,则在运动过程中,电场力(库仑斥力)对α粒子先做负功后做正功,所以其电势能先增大后减小,由动能定理知,动能先减小后增大,则B选项正确,而A、D选项错误;α粒子受到的库仑斥力先增大后减小,由牛顿第二定律知,加速度先增大后减小,C选项错误.故应选择B.
5.氢原子从能级A跃迁到能级B时,释放频率为ν1的光子;氢原子从能级B跃迁到能级C时,吸收频率为ν2的光子.若ν2>ν1,则氢原子从能级C跃迁到能级A时,将( )(导学号51160186)
A.吸收频率为ν2-ν1的光子
B.吸收频率为ν2+ν1的光子
C.释放频率为ν2-ν1的光子
D.释放频率为ν2+ν1的光子
答案C
解析从能级A跃迁到能级B时,有
EA-EB=hν1①
从能级B跃迁到能级C时,有
EC-EB=hν2②
由①②两式可得EC-EA=h(ν2-ν1),
因ν2>ν1,所以EC>EA,则从能级C跃迁到能级A时,放出光子,光子频率为ν2-ν1,故选项C正确.
6.如图,汤姆生的气体放电管的示意图,下列说法中正确的是(不考虑电子重力)( )(导学号51160187)
汤姆生的气体放电管的示意图
A.若在D1、D2之间不加电场和磁场,则阴极射线应打到最右端的P1点
B.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,则阴极射线应向下偏转
C.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,则阴极射线应向上偏转
D.若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场,则阴极射线不偏转
答案AC
解析实验证明,阴极射线是电子,它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧,可知选项C正确,选项B错误;加上磁场时,电子在磁场中受洛伦兹力,要发生偏转,因而选项D错误;当不加电场和磁场时,电子所受的重力可忽略不计,故打在P1点,选项A正确.
7.如图为氢原子能级的示意图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干种不同频率的光.关于这些光,下列说法正确的是( )
A.由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光子能量最大
B.由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子频率最小
C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
答案AD
解析根据hν=Em-En,原子由n=4能级跃迁到n=1能级时,能级差最大,产生的光子能量最大,选项A正确.原子由n=4能级跃迁到n=3能级时,能级差最小,产生的光子能量最小,频率最小,选项B错误.这些氢原子从n=4能级向低能级跃迁时可辐射出6种不同频率的光子,选项C错误.原子由n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量为E=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,大于铂的逸出功,能使铂发生光电效应,选项D正确.
8.下列关于巴耳末公式=R的理解,正确的是( )(导学号51160188)
A.此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的
B.公式中n可取任意值,故氢原子光谱是连续谱
C.公式中n只能取不小于3的整数值,故氢原子光谱是线状谱
D.公式不但适用于氢原子光谱的分析,也适用于其他原子的光谱
答案AC
解析此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的14条谱线中得到的,只适用于氢原子光谱的分析,且n只能取大于等于3的整数,则λ不能取连续值,故氢原子光谱是线状谱.所以选项A、C正确.
二、非选择题(共4小题,共52分)
9.(10分)1911年卢瑟福依据α粒子散射实验中,α粒子发生了 (选填“大”或“小”)角度散射现象,提出了原子的核式结构模型.若用动能为1 MeV的α粒子轰击金箔,则其速度约为 m/s.(质子和中子的质量均为1.67×10-27 kg,1 MeV=1×106 eV) ?
答案大 6.9×106
解析卢瑟福在α粒子散射实验中发现了大多数α粒子没有大的偏转,少数发生了较大的偏转,卢瑟福抓住了这个现象进行分析,提出了原子的核式结构模型;1 MeV=1×106×1.6×10-19 J=mv2,解得v=6.9×106m/s.
10.(10分)氢原子第n能级的能量为En=,其中E1为基态能量.当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时,发出光子的频率为ν1;若氢原子由第2能级跃迁到基态,发出光子的频率为ν2,则= .(导学号51160189)?
答案
解析根据En=可得hν1=,hν2=-E1,两式联立解得.
11.(16分)如图,氢原子最低的四个能级,当氢原子在这些能级间跃迁时,求:(导学号51160190)
(1)有可能放出几种能量的光子?
(2)在哪两个能级间跃迁时,所发出光子波长最长?波长是多少?
答案(1)6 (2)由第4能级向第3能级跃迁 1.88×1 m
解析要放出光子,原子只能从高能级向低能级跃迁,当它们跃迁时,有的氢原子由n=4的激发态跃迁到n=3,然后再跃迁到n=2直到n=1的基态,或由n=3直接到n=1;也有的氢原子由n=4直接跃迁到n=2或n=1等,对大量的氢原子而言,发生上述各种跃迁都是可能的.根据数学知识,可求出放出光子的种类,波长最长的光子,能量最小,因而波长最长的光子应由能级差最小的跃迁发出.
(1)由N=可得N==6(种).
(2)氢原子由第4能级向第3能级跃迁时,能级差最小,辐射的光子波长最长,根据
hν=E4-E3=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV
λ= m
≈1.88×1 m.
12.(16分)美国科学家密立根通过油滴实验首次测得电子的电荷量.油滴实验的原理如图所示,两块水平放置的平行金属板与电源相连,上、下板分别带正、负电荷.油滴从喷雾器喷出后,由于摩擦而带电,经上板中央小孔落到两板间的匀强电场中,通过显微镜可以观察到油滴的运动情况,两金属板间的距离为d,忽略空气对油滴的浮力和阻力作用.(导学号51160191)
(1)调节两金属板间的电势差U,当U=U0时,使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速直线运动,求该油滴所带的电荷量;
(2)若油滴进入电场时的初速度可以忽略,当两金属板间的电势差U=U1时,观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速直线运动,经过时间t运动到下极板,求此油滴所带的电荷量.
答案(1)
(2)
解析(1)质量为m1的油滴恰好做匀速直线运动,则其所受重力与库仑力平衡,即m1g=,得q=.
(2)质量为m2的油滴向下做匀加速运动,d=at2,得a=
若油滴带正电,所受库仑力方向向下,由牛顿第二定律得a=>g,到达下极板的时间很短,难以精确测量,与事实不符,则油滴带负电,受到库仑力的方向竖直向上,由牛顿第二定律得m2g-q=m2a,解得q=.
课时训练10 原子的结构
基础夯实
1.卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出( )
A.原子的核式结构模型
B.原子核内有中子存在
C.电子是原子的组成部分
D.原子核是由质子和中子组成的
答案A
解析α粒子散射实验的结果是大部分α粒子沿原来方向运动,少部分发生大角度偏转,极少数偏转超过90°甚至达到180°,说明原子的几乎全部质量与全部正电荷都集中在很小的核上,据此卢瑟福提出了原子的核式结构模型.
2.在α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中,下列说法正确的是( )
A.α粒子先受到原子核的斥力作用,后受到原子核的引力作用
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粒子一直受到库仑斥力,速度一直减小
答案B
解析α粒子被金原子核散射的过程一直受到原子核对α粒子的库仑斥力作用,靠近过程库仑斥力做负功,电子动能减少,电势能增加;远离过程库仑斥力做正功,电子动能增加,电势能减少.所以散射过程中电子一直受到库仑斥力作用,电子的速度先减小后增大,即正确选项为B.
3.在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是( )
答案C
解析α粒子运动时受到原子核的排斥力作用,离原子核距离远的α粒子受到的排斥力小,运动方向改变的角度也小,离原子核距离近的α粒子受到的排斥力大,运动方向改变的角度就大,C项正确.
4.
根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,图中虚线表示原子核所形成的电场的等势面,实线表示一个α粒子的运动轨迹.在α粒子从A运动到B、再运动到C的过程中,下列说法中正确的是( )(导学号51160168)
A.动能先增大,后减小
B.电势能先减小,后增大
C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零
D.加速度先变小,后变大
答案C
解析α粒子从A点经B点到达等势点C的过程中电场力先做负功,后做正功,α粒子的电势能先增加,后减少,回到同一等势线上时,电场力做的总功为零,故C项正确.
5.关于α粒子散射实验,下列说法错误的是( )
A.该实验在真空环境中进行
B.带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动
C.荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的
D.荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光
答案D
解析考虑到有少数的α粒子因为靠近金原子核,受到斥力而改变了运动方向,故D错误,A、B、C都正确.
6.α粒子散射实验中,可忽略电子对α粒子的碰撞影响,是因为( )
A.α粒子与电子根本无相互作用
B.α粒子受电子作用的合力为零,是因为电子是均匀分布的
C.α粒子和电子碰撞损失能量极少,可忽略不计
D.电子很小,α粒子碰撞不到电子
答案C
解析α粒子与电子之间存在着相互作用力,这个作用力是库仑引力,但由于电子质量很小,只有α粒子质量的约七千分之一,碰撞时对α粒子的运动影响极小几乎不改变运动方向,就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样,故正确选项为C.
7.(多选)关于α粒子散射实验的下列说法中正确的是( )(导学号51160169)
A.在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来方向前进,少数发生了较大偏转,极少数偏转超过90°,有的甚至被弹回,接近180°
B.使α粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子;当α粒子接近电子时,是电子的吸引力使之发生明显偏转
C.实验表明原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分
D.实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷及全部质量
答案AC
解析A项是对该实验现象的正确描述,A正确;B项中,使α粒子偏转的力是原子核对它的静电排斥力,而不是电子对它的吸引力,故B错;C项是对实验结论之一的正确表述;原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量,因核外还有电子,故D错.故正确选项为A、C.
8.(多选)在α粒子散射实验中,当在α粒子最接近原子核时,关于描述α粒子的有关物理量符合下列哪些情况( )
A.动能最小
B.势能最小
C.α粒子与金原子核组成的系统能量最小
D.α粒子所受金原子核的斥力最大
答案AD
解析α粒子和金原子核都带正电,库仑力表现为斥力,两者距离减小,库仑力做负功,故α粒子动能减少,电势能增加;系统的能量守恒,由库仑定律可知,随着距离的减小,库仑斥力逐渐增大.
9.(多选)在α粒子散射实验中,如果两个具有相同能量的α粒子,从不同大小的角度散射出来,则散射角度大的这个α粒子( )(导学号51160170)
A.更接近原子核
B.更远离原子核
C.受到一个以上的原子核作用
D.受到原子核较大的冲量作用
答案AD
解析由库仑定律可知,α粒子受的斥力与距离的二次方成反比,α粒子距原子核越近,受斥力越大,运动状态改变得越大,即散射角度越大,A对,B错;由于原子的体积远远大于原子核的体积,当α粒子穿越某一个原子的空间时,其他原子核距α粒子相对较远,而且其他原子核对α粒子的作用力也可以近似相互抵消,所以散射角度大的这个α粒子并非是由于受到多个原子核作用造成的,C错;当α粒子受到原子核较大的冲量作用时,动量的变化量就大,即速度的变化量就大,则散射角度大,D对.正确选项为A、D.
10.(多选)下列对原子结构的认识中,正确的是( )
A.原子中绝大部分是空的,原子核很小
B.电子在核外运动,库仑力提供向心力
C.原子的全部正电荷都集中在原子核里
D.原子核的直径大约是10-10 m
答案ABC
解析原子由位于原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子构成,电子在核外绕核高速运动,库仑力提供向心力,由此可判定B、C项正确;根据α粒子散射实验可知原子核直径的数量级为10-15 m,而原子直径的数量级为 10-10 m,故A项对,D项错.
能力提升
11.假定质子和中子的质量都是1.67×10-27 kg,而原子核半径大约是10-15 m,请你估算若将剥离了电子的原子核一个挨一个地叠放在一起,求这种材料的密度.(导学号51160171)
答案4×1017 kg/m3
解析ρ= kg/m3
≈4×1017 kg/m3.
12.已知电子质量为9.1×10-31 kg,带的电荷量为-1.6×10-19 C,当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10-10 m时,求电子绕核运动的速率、频率、动能和等效的电流.(导学号51160172)
答案2.186×106 m/s 6.57×1015 Hz 2.17×10-18 J 1.07×10-3 A
解析电子绕原子核做匀速圆周运动,电子与核之间的库仑力充当电子绕核旋转的向心力.由向心力公式可求出速率,继而再求出频率、动能、周期、等效电流.根据库仑力提供电子绕核旋转的向心力,可知
k=m
v=e
=1.6×10-19× m/s
≈2.186×106 m/s,而v=2πfr0
即f= Hz≈6.57×1015 Hz
Ek=mv2=
= J≈2.17×10-18 J
设电子运动周期为T,则
T= s≈1.5×10-16 s
电子绕核的等效电流
I= A≈1.07×10-3 A.
课时训练11 氢原子光谱
基础夯实
1.关于光谱,下列说法正确的是( )(导学号51160173)
A.一切光源发出的光谱都是连续谱
B.一切光源发出的光谱都是线状谱
C.稀薄气体发出的光谱是线状谱
D.做光谱分析时,利用连续谱和线状谱都可以鉴别物质和确定物质的化学成分
答案C
解析物体发光的发射光谱分为连续谱和线状谱,A、B错;做光谱分析可使用吸收光谱也可以使用线状谱,D错.
2.(多选)有关氢原子光谱的说法正确的是( )
A.氢原子的发射光谱是连续谱
B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
C.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
答案BC
解析氢原子由高能级向低能级跃迁时,会发出某些特定频率的光,形成相应频率的光谱线,是非连续谱,A项错误,B项正确;氢原子光谱的不连续性,说明氢原子能级也是不连续的,即是分立的,C项正确;光谱线的频率ν=,其中ΔE为原子能级的能量差,说明氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差有关,D项错误.
3.下列物质产生线状谱的是( )
A.炽热的钢水
B.发亮的白炽灯
C.炽热的高压气体
D.固体或液体汽化成稀薄气体后发光
答案D
解析炽热的固体、液体和高压气体产生的光谱是连续光谱.
4.氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为
( )(导学号51160174)
A. B. C. D.
答案A
解析由巴耳末公式=R,n=3,4,5,….
当n=∞时,最小波长=R,
当n=3时,最大波长=R,
得.
5.关于光谱和光谱分析,下列说法不正确的是( )
A.太阳光谱是连续谱,分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学元素的组成
B.强白光通过酒精灯火焰上的钠盐,产生的是吸收光谱
C.进行光谱分析时,可以利用线状谱,也可以利用吸收光谱,但不能用连续光谱
D.煤气灯火焰上的钠盐产生的光谱是线状谱
答案A
解析太阳光谱是吸收光谱,这是由于太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的,A错误;由吸收光谱产生的条件知B正确;光谱分析中只能用线状谱和吸收光谱,所以C正确;煤气灯火焰上的钠盐呈稀薄气体状,所以产生的光谱是线状谱.
6.(多选)对原子光谱,下列说法正确的是( )
A.原子光谱是不连续的
B.由于原子都是由原子核和电子组成的,所以各种原子的原子光谱是相同的
C.各种原子的原子结构不同,所以各种原子的原子光谱也不相同
D.分析物质发光的光谱,可以鉴别物质中含哪些元素
答案ACD
解析原子光谱为线状谱,A对;各种原子都有自己的特征谱线,故B错,C对;根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成,D对.
能力提升
7.
如图甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线,图乙是某矿物的线状谱,通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为( )(导学号51160175)
A.a元素 B.b元素
C.c元素 D.d元素
答案B
解析由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照,b元素的谱线在该线状谱中不存在,故B正确.与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素.
8.(多选)巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式=R,n=3,4,5,…,对此,下列说法正确的是( )
A.巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式
B.巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性
C.巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式
D.巴耳末公式准确反映了氢原子发光的实际,其波长的分立值并不是人为规定的
答案CD
解析巴耳末公式是根据在可见光区氢原子的14条谱线总结出的规律,氢原子光谱是线状的,不连续的,波长只能是分立的值.谱线之间有一定的关系,可用一个统一的公式(也称广义巴耳末公式)表达:每一个谱线的波数都可以表达为两个光谱项之差.故选项C、D正确.
9.(多选)下列关于巴耳末公式=R()的理解,正确的是( )(导学号51160176)
A.此公式是巴耳末发现的
B.公式很好地符合了氢原子的所有线系
C.公式中n只能取不小于3的整数值,故氢光谱是分立的
D.公式不仅适用于氢光谱的分析,也适用于其他原子的光谱分析
答案AC
解析巴耳末公式只适用于氢原子光谱的分析,且n只能取大于等于3的整数,即λ不能取连续值,故氢原子光谱是分立的.
10.氢原子光谱在巴耳末系中波长最长的谱线的波长为λ1,其次为λ2.(R=1.10×107 m-1,h=6.63×10-34 J·s)求:(导学号51160177)
(1)的比值等于多少?
(2)其中最长波长的光子能量是多少?
答案(1) (2)3.06×10-19 J
解析(1)由巴耳末公式可得
=R,
=R,
所以.
(2)当n=3时,对应的波长最长,代入巴耳末公式有
=1.10×107 m-1×,
解得λ1≈6.5×10-7m.
光子能量为ε1=hν=h J
=3.06×10-19 J.
11.氢原子光谱除了巴耳末系外,还有莱曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式为=R(),n=4,5,6,…,R=1.10×107 m-1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域,试求:(导学号51160178)
(1)n=6时,对应的波长.
(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多少?n=6时,传播频率为多大?
答案(1)1.09×10-6 m (2)3×108 m/s 2.75×1014 Hz
解析(1)根据帕邢系公式=R(),当n=6时,代入数据得λ≈1.09×10-6 m.
(2)帕邢系形成的谱线在红外线区域,而红外线属于电磁波,在真空中以光速传播,故波速为光速,c=3×108 m/s,由c=λν得ν= Hz≈2.75×1014 Hz.
课时训练12 原子的能级结构
基础夯实
1.仔细观察氢原子的光谱,发现它只有几条不连续的亮线,其原因是( )
A.氢原子只有几个能级
B.氢原子只能发出平行光
C.氢原子有时发光,有时不发光
D.氢原子辐射的光子的能量是不连续的,所以对应的光的频率也是不连续的
答案D
解析不连续的亮线对应着不同频率的光,选项B、C错误;氢原子在不同的能级之间跃迁时,辐射出不同能量的光子,并且满足E=hν.能量不同,相应光子频率不同,体现在光谱上是一些不连续的亮线,选项A错误,选项D正确.
2.如图,氢原子的能级图,若用能量为10.5 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子,则氢原子( )
A.能跃迁到n=2的激发态上去
B.能跃迁到n=3的激发态上去
C.能跃迁到n=4的激发态上去
D.以上三种说法均不对
答案D
解析用能量为10.5 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子,从能级差可知,若氢原子跃迁到某一能级上,则该能级的能量为(10.5-13.6) eV=-3.1 eV,根据氢原子的能级图可知,不存在定态能量为-3.1 eV的能级,因此氢原子无法发生跃迁.
3.
如图,某原子的能级图,a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光.在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是( )
答案C
解析由En=、h=ΔE及能级跃迁图可得a光的波长最短,b光的波长最长,选项C正确.
4.用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线,且ν3>ν2>ν1,则以下关系正确的是( )
A.ν0<ν1 B.ν3=ν2+ν1
C.ν0=ν1+ν2+ν3 D.
答案B
解析在光谱中仅能观测到三条谱线,可知基态的氢原子被激发到n=3,且hν3=hν2+hν1,ν3=ν0,选项B正确.
5.原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时,有可能不发射光子,例如在某种条件下,铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子,而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子,使之能脱离原子,这一现象叫做俄歇效应,以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子.已知铬原子的能级公式可简化表示为En=,式中n=1,2,3,…表示不同能级,A是正的已知常数.上述俄歇电子的动能是( )
A.A B.A C.A D.A
答案C
解析由题意知E1=-A,E2=-,E4=-,电子从n=2能级跃迁到n=1能级释放的能量ΔE=E2-E1=A.该能量使处于n=4能级的电子电离后的动能Ek=ΔE-|E4|=A,即选项C正确.
6.(多选)氢原子核外电子由一个轨道向另一轨道跃迁时,可能发生的情况是( )
A.原子吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大,原子的能量增大
B.原子放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小,原子的能量减小
C.原子吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大,原子的能量增大
D.原子放出光子,电子的动能增大,原子的电势能减小,原子的能量减小
答案CD
解析氢原子核外电子由一个轨道跃迁到另一个轨道,可能有两种情况:一是由较高能级向较低能级跃迁,即原子的电子由距核较远处跃迁到较近处,要放出光子.原子的能量(电子和原子核共有的电势能与电子动能之和,也即能级)要减小,原子的电势能要减小(电场力做正功),而电子的动能增大.在氢原子中,电子绕核做圆周运动的向心力由原子核对电子的静电引力提供,即k=m,v=.可见,原子由高能级跃迁到低能级时,电子轨道半径减小,动能增加;二是由较低能级向较高能级跃迁.与上述相反.综上所述,C、D正确.
7.(1)
根据玻尔原子结构理论,氦离子(He+)的能级图如图所示.电子处在n=3轨道上比处在 n=5轨道上离氦核的距离 (选填“近”或“远”).当大量He+处在n=4的激发态时,由于跃迁所发射的谱线有 条.?
(2)有大量的氢原子,吸收某种频率的光子后从基态跃迁到n=3的激发态,已知氢原子处于基态时的能量为E1,则吸收光子的频率ν= ,当这些处于激发态的氢原子向低能态跃迁发光时,可发出 条谱线,辐射光子的能量分别为 .?
答案(1)近 6 (2) 3
解析(1)能级越小的电子,离原子核越近;从n=4的激发态跃迁时,发射的谱线条数为=6条.
(2)根据玻尔的假设,当原子从基态跃迁到n=3的激发态时,吸收光子的能量hν=E3-E1,而E3=E1,所以吸收光子的频率ν=.当原子从n=3的激发态向低能态跃迁时,由于是大量的原子,可能的跃迁有多种,如从n=3到n=1,从n=3到n=2,再从n=2到n=1,因此可能发出三条谱线,三种光子的能量分别为E31=-E1,E32=-E1,E21=-E1.
能力提升
8.氦原子被电离出一个核外电子,形成类氢结构的氦离子.已知基态的氦离子能量为E1=-54.4 eV,氦离子能级的示意图如图所示.在具有下列能量的光子中,不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是( )(导学号51160179)
A.40.8 eV B.43.2 eV
C.51.0 eV D.54.4 eV
答案B
解析要吸收光子发生跃迁需要满足一定的条件,即吸收的光子的能量必须是某两个能级的差值,40.8 eV是第一能级和第二能级的差值,51.0 eV是第一能级和第四能级的差值,54.4 eV是电离需要吸收的能量,均满足条件,故A、C、D均可以,而B不满足条件.
9.氢原子部分能级的示意图如图所示.不同色光的光子能量如下表所示.
色光
红
橙
黄
绿
蓝—靛
紫
光子能量
范围(eV)
1.61~
2.00
2.00~
2.07
2.07~
2.14
2.14~
2.53
2.53~
2.76
2.76~
3.10
处于某激发态的氢原子,发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条,其颜色分别为( )(导学号51160180)
A.红、蓝—靛 B.黄、绿
C.红、紫 D.蓝—靛、紫
答案A
解析由能级图可知,只有原子从n=4能级向n=3能级以及从n=3能级向n=2能级跃迁时发射光子的能量符合题目要求,两种光子对应的能量分别为2.55 eV和1.89 eV,分别为蓝—靛光和红光,选项A正确.
10.(多选)处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时,只发射波长为λ1、λ2、λ3的三种单色光,且λ1>λ2>λ3,则照射光的波长为( )(导学号51160181)
A.λ3 B.λ1+λ2+λ3
C. D.
答案AD
解析由玻尔理论知,该氢原子吸收光子后被激发到n=3的激发态,其辐射的能量最大(波长最短)的单色光的波长应为λ3,则h=h+h,所以λ3=,即选项D正确.
11.(多选)用具有一定动能的电子轰击大量处于基态的氢原子,使这些氢原子被激发到量子数为n(n>2)的激发态.此时出现的氢光谱中有N条谱线,其中波长的最大值为λ.现逐渐提高入射电子的动能,当动能达到某一值时,氢光谱中谱线数增加到N'条,其中波长的最大值变为λ'.下列各式中可能正确的是( )(导学号51160182)
A.N'=N+n B.N'=N+n-1
C.λ'>λ D.λ'<λ
答案AC
解析氢原子处于n能级向较低激发态或基态跃迁时,可能产生的光谱线条数的计算公式为N=.设氢原子被激发到量子数为n'的激发态时出现的氢光谱中有N'条谱线,若n'=n+1,N'==N+n,故A项正确.氢原子能级越高相邻能级差越小,则ΔE=,n'>n,则ΔE'<ΔE,所以λ'>λ,故C项正确.
12.有一群氢原子处于n=4的能级上,已知氢原子的基态能量E1=-13.6 eV,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,求:(导学号51160183)
(1)这群氢原子的光谱共有几条谱线?
(2)这群氢原子发出的光子的最大频率是多少?
答案(1)6 (2)3.1×1015 Hz
解析(1)这群氢原子的能级如图所示,由图可以判断,这群氢原子可能发生的跃迁共有6种,所以它们的谱线共有6条.
(2)频率最大的光子能量最大,对应的跃迁能级差也最大,即从n=4跃迁到n=1发出的光子能量最大,根据玻尔第二假设,发出光子的能量hν=-E1()
代入数据,解得ν=3.1×1015 Hz.
课时训练9 敲开原子的大门
基础夯实
1.如图是阴极射线管示意图.接通电源后,阴极射线由阴极沿x轴方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转,在下列措施中可采用的是( )(导学号51160163)
A.加一磁场,磁场方向沿z轴负方向
B.加一磁场,磁场方向沿y轴正方向
C.加一电场,电场方向沿z轴负方向
D.加一电场,电场方向沿y轴正方向
答案B
解析若加磁场,由左手定则可知,所加磁场方向沿y轴正方向,B正确;若加电场,因电子向下偏转,则电场方向沿z轴正方向.
2.如图甲从阴极发射出来的电子束,在阴极和阳极间的高电压作用下,轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光,可以显示出电子束运动的径迹.若把射线管放在如图乙蹄形磁铁的两极间,阴极接高压电源负极,阳极接高压电源正极,关于荧光屏上显示的电子束运动的径迹,下列说法正确的是( )
A.电子束向上弯曲
B.电子束沿直线前进
C.电子束向下弯曲
D.电子的运动方向与磁场方向无关
答案C
解析因为左边是阴极,右边是阳极,所以电子在阴极管中的运动方向是左到右,产生的电流方向是右到左(注意是电子带负电),根据左手定则,四指指向左,手掌对向N极(就是这个角度看过去指向纸面向里),此时大拇指指向下面,所以电子在洛伦兹力作用下轨迹向下偏转,故A、B错误,C正确;根据左手定则可知,磁场的方向会影响洛伦兹力的方向,从而会影响运动方向,故D错误.
3.(多选)关于阴极射线,下列说法正确的是( )
A.阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象
B.阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流
C.阴极射线是组成物体的原子
D.阴极射线沿直线传播,但在电场、磁场中偏转
答案BD
解析阴极射线是原子受激发射出的电子;碰到荧光物质时,能使荧光物质发光,阴极射线(即电子流)在电场和磁场中会发生偏转.
4.(多选)下列说法正确的是( )
A.电子是原子核的组成部分
B.电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的
C.电子电荷量的数值约为1.602×10-19 C
D.电子质量与电荷量的比值称为电子的荷质比
答案BC
解析电子是原子的组成部分,电子的发现说明原子是可以再分的.电子的电荷量与质量的比值称为电子的荷质比,也叫荷质比.
5.(多选)关于电子的发现,下列叙述中正确的是( )
A.电子的发现,说明原子是由电子和原子核组成的
B.电子的发现,说明原子具有一定的结构
C.电子是第一种被人类发现的微观粒子
D.电子的发现,比较好地解释了物体的带电现象
答案BCD
解析发现电子之前,人们认为原子是不可再分的最小粒子,电子的发现,说明原子有一定的结构,B正确;电子是人类发现的第一种微观粒子,C正确;物体带电的过程,就是电子的得失和转移的过程,D正确.
6.(多选)下列是某实验小组测得的一组电荷量,哪些是符合事实的( )
A.+3×10-19 C B.+4.8×10-19 C
C.-3.2×10-26 C D.-4.8×10-19 C
答案BD
解析电荷是量子化的,任何带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍.1.6×10-19C是目前为止自然界中最小的电荷量,故B、D正确.
7.(多选)1897年英国物理学家汤姆生发现了电子,因此被称为“电子之父”,下列关于电子的说法正确的是( )(导学号51160164)
A.汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论,并求出了阴极射线的荷质比
B.汤姆生通过光电效应的研究,发现了电子
C.电子的质量是质子质量的1 836倍
D.汤姆生通过对不同材料作阴极发出的射线进行研究,并研究光电效应等现象,说明了电子是原子的组成部分,是比原子更基本的物质单元
答案AD
解析汤姆生对不同材料的阴极发出的射线进行研究,发现均为同一种相同的粒子——电子,电子是构成物质的基本单元,它的质量远小于质子的质量.
8.(多选)如图所示的阴极射线管,无偏转电场时,电子束加速后打到荧屏中央形成亮斑.如果只逐渐增大M1、M2 之间的电势差,则( )
A.在荧屏上的亮斑向上移动
B.在荧屏上的亮斑向下移动
C.偏转电场对电子做的功增大
D.偏转电场的电场强度减小
答案AC
解析设电子由加速电场加速后的速度为v,电子在加速电场中运动过程,由动能定理得eU1=mv2,解得v=,偏转电场的电场强度E=,电子进入偏转电场后做匀变速曲线运动,沿极板方向做匀速直线运动,沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动,a=,L=vt,vy=at,y=at2,电子刚离开偏转电场时偏转角的正切为tan α=,电场对电子做的功W=eEy,电子离开偏转电场时的偏转角α随偏转电压的增大而增大,如果只逐渐增大M1M2之间的电势差U2,偏转电场的电场强度增大,在荧屏上的亮斑向上移动,电场力做的功增大,故A、C两项正确.
9.阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流.若在如图所示的阴极射线管中部加上竖直向上的匀强电场,阴极射线将向 (选填“外”“里”“上”或“下”)偏转;若使阴极射线不偏转,可在匀强电场区域再加一大小合适、方向垂直纸面向 (选填“外”或“里”)的匀强磁场.?
答案下 外
解析阴极射线带负电,在竖直向上的匀强电场中受向下的静电力作用,将向下偏转;要使阴极射线不偏转,应使其再受一竖直向上的洛伦兹力与库仑力平衡,由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外.
能力提升
10.
汤姆生1897年用阴极射线管测量了电子的荷质比(电子电荷量与质量之比),其实验原理如图所示.电子流平行于极板射入,极板P、P'间同时存在匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B时,电子流不会发生偏转;极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B时,电子流穿出平行板电容器时的偏向角θ= rad.已知极板长 L=3.0×10-2 m,电场强度大小为E=1.5×104 V/m,磁感应强度大小为B=5.0×10-4 T.求电子荷质比.(导学号51160165)
答案1.3×1011 C/kg
解析无偏转时,洛伦兹力和电场力平衡,则eE=evB
只存在磁场时,有evB=m,由几何关系r=,偏转角很小时,r≈
联立上述公式并代入数据得电子的荷质比
≈1.3×1011 C/kg.
11.电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的.他测定了数千个带电油滴的电荷量,发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍.这个最小电荷量就是电子所带的电荷量.密立根实验的原理如图所示,A、B是两块平行放置的水平金属板,A板带正电,B板带负电.从喷雾器喷嘴中喷出的小油滴落到A、B两板之间的电场中,小油滴由于摩擦而带负电,调节A、B两板间的电压,可使小油滴受到的电场力和重力平衡.已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/C,油滴半径是1.64×10-4 cm,油的密度是0.851 g/cm3,求油滴所带的电荷量,这个电荷量是电子电荷量的多少倍?(导学号51160166)
密立根油滴实验
答案5倍
解析小油滴质量m=ρV=ρ·πr3,①
由题意知mg=Eq.②
由①②两式可得q=,代入数据得q≈8.19×10-19 C,小油滴所带电荷量q为电子电荷量e的倍数n=≈5.
12.带电粒子的荷质比是一个重要的物理量.某中学物理兴趣小组设计了一个实验,探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响,以求得电子的荷质比,实验装置如图所示.(导学号51160167)
(1)他们的主要实验步骤如下:
A.首先在两极板M1、M2之间不加任何电场、磁场,开启阴极射线管电源,发射的电子束从两极板中央通过,在荧屏的正中心处观察到一个亮点;
B.在M1、M2两极板间加合适的电场:加极性如图所示的电压,并逐步调节增大,使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移,直到荧屏上恰好看不见亮点为止,记下此时外加电压为U.请问本步骤的目的是什么?
C.保持步骤B中的电压U不变,对M1M2区域加一个大小、方向合适的磁场B,使荧屏正中心处重现亮点,试问外加磁场的方向如何?
(2)根据上述实验步骤,同学们正确地推算出电子的荷质比与外加电场、磁场及其他相关量的关系为.一位同学说,这表明电子的荷质比大小将由外加电压决定,外加电压越大则电子的荷质比越大,你认为他的说法正确吗?为什么?
答案见解析
解析(1)B.使电子刚好落在正极板的近荧屏端边缘,利用已知量表示.
C.垂直电场方向向外(垂直纸面向外).
(2)说法不正确,电子的荷质比是电子的固有参数.
