《学霸笔记 同步精讲》第4章 原子结构 1.电子的发现　2.原子的核式结构模型（课件）高中物理教科版选择性必修3

(共42张PPT)
1.电子的发现　2.原子的核式结构模型
第四章
2026
课 标 定 位
1.知道阴极射线是由电子组成的以及电荷量是量子化的。
2.知道粒子比荷的测定方法及元电荷的概念。
3.了解α粒子散射实验的原理和现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容。
4.知道原子和原子核的大小数量级,原子核的电荷数。
素 养 阐 释
物理观念:阴极射线、电子、比荷、元电荷、原子核、核式结构模型。
科学思维:原子模型的建立。
科学探究:阴极射线、比荷的测定、α粒子散射实验。
科学态度与责任:通过电子的发现培养分析问题、解决问题的能力,体会发现过程蕴含的科学方法;通过核式结构模型的建立培养抽象思维能力和想象力。
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、阴极射线
1.定义:通电时,真空度很高的玻璃管阴极会发射出一种沿直线传播、撞击到玻璃壁上会产生荧光的射线,称为阴极射线。
2.两种观点:电磁辐射和带电微粒。
3.电性确定:汤姆孙通过阴极射线在磁场或电场中的偏转,确定阴极射线为负电荷。
4.阴极射线的发现有什么意义
提示:说明原子是可以再分的。
二、微粒比荷的测定　元电荷
1.比荷:带电粒子的电荷量与质量之比称为比荷,是带电微粒的基本属性之一。
2.元电荷:能够独立存在的最小电荷称为元电荷,密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子电荷。电子电荷量一般取e=1.6×10-19 C。
3.比荷的测定
(1)在D1、D2之间加上如图所示的电场时,发现阴极射线向上偏转,说明它带什么性质的电荷
(2)在D1、D2之间单独加哪个方向的磁场,可以让阴极射线向上偏转
(3)当运动电荷在D1、D2间受到电场力和洛伦兹力而平衡时得到的关系式是什么
(4)撤去D1、D2间的电场,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,若粒子速度为v,磁感应强度为B,运动半径为R,可得到的关系式是什么
(5)联立以上两式可得比荷的表达式是什么
提示:(1)阴极射线在电场中向上偏转,说明射线带负电。
(2)要使带负电的阴极射线向上偏转,根据左手定则可知,需加垂直纸面向外的磁场。
(3)qE=qvB。
三、原子的结构模型
1.汤姆孙原子模型。
(1)模型特点:汤姆孙于1904年提出了“枣糕模型”,他认为原子是正电荷构成的一个密度均匀的球体,电子“镶嵌”其中。
(2)成功之处:在解释电子轨道半径与电子数目的关系、元素的周期性方面取得了一定的成功,也能定性解释原子的光辐射现象。
3.图(a)是汤姆孙的“枣糕模型”,图(b)是α粒子散射实验装置。结合两模型思考下列问题:
(a)
(b)
(1)汤姆孙提出的原子结构模型成功之处在哪里
(2)α粒子散射实验装置各部分的作用是什么
提示:(1)汤姆孙的原子结构模型认为正电荷均匀分布在球体内,电子镶嵌其中,正负电荷电量相等,可以解释原子呈电中性的问题,汤姆孙的原子结构模型为我们揭开原子结构研究的序幕。
(2)整个装置封闭在真空内,放射源放出快速运动的α粒子,α粒子通过金箔时被散射,打在荧光屏上发出荧光,可通过带有荧光屏的放大镜进行观察,并可以在水平面内转动,观察不同方向和不同位置的通过金箔散射的α粒子数量。
【思考讨论】
判断下列说法的正误。
(1)阴极射线本质是氢原子。(　　)
(2)阴极射线本质是电磁波。(　　)
(3)阴极射线实际上是高速运动的电子流。(　　)
(4)电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的。(　　)
(5)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹。(　　)
(6)卢瑟福否定了汤姆孙模型,建立了原子核式结构模型。(　　)
(7)原子的质量几乎全部集中在原子核上。(　　)
√
×
×
×
×
√
√
合作探究·释疑解惑
知识点一
电子比荷的测定
【问题引领】
1.在如图所示的演示实验中,K是金属板制成的阴极,A是金属环制成的阳极。K和A之间加上近万伏的高电压后,管端玻璃壁上能观察到什么现象 该现象说明了什么问题
提示:能看到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影,这说明阴极能够发出某种射线,并且撞击玻璃引起荧光。
2.如何判断阴极射线的带电性质
提示:方法一:在阴极射线所经区域加上电场,通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定阴极射线的带电性质。
方法二:在阴极射线所经区域加一磁场,根据荧光屏上亮点位置的变化和磁场方向利用左手定则确定阴极射线的带电性质。
【归纳提升】
(a)
(b)
1.汤姆孙实验的原理
(1)让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场[图(a)],让其做匀速直线运动,根据二力平衡,即F洛=F电(Bqv=qE),得到粒子的运动速度
2.密立根实验的原理
【典型例题】
【例题1】 汤姆孙用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示。真空管内的阴极K发出的电子(不计初速度、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的方向进入两块水平正对放置的平行极板P和P'间的区域内。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'点与O点的竖直间距为d,水平间距可忽略不计)。此时,在P和P'间的区域内,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(如图所示)。
(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小。
(2)推导出电子的比荷的表达式。
求解带电粒子比荷的思路
(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系式。
(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,要注意通过画轨迹示意图来确定圆心位置,利用几何知识求其半径。
(3)带电粒子通过相互垂直的匀强电磁场时,可使其做匀速直线运动,根据qE=qvB可求其速度。
【变式训练1】 关于阴极射线的性质,下列说法正确的是(　　)
A.阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的
B.阴极射线本质是电子流
C.阴极射线在电磁场中的偏转,表明阴极射线带正电
D.阴极射线的比荷比氢原子核的小
答案:B
解析:阴极射线是在真空管内由负极放出的电子流,不是电子打在玻璃管壁上产生的,故A错误;阴极射线本质就是电子流,故B正确;阴极射线在电磁场中的偏转表明阴极射线带负电,故C错误;电子的电荷量与氢原子核的电荷量相等,质量比氢原子核质量小,所以电子的比荷比氢原子核的大,故D错误。
【问题引领】
知识点二
α粒子散射实验和原子结构模型
下图为α粒子散射的实验装置。实验过程中,α粒子为什么会发生大角度散射
提示:α粒子受到原子核的库仑力。
【归纳提升】
2.实验注意事项
(1)整个实验过程需在真空中进行。
(2)α粒子是氦核,本身很小,金箔需很薄,α粒子才能很容易穿过。
(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粒子受到金核库仑力大,偏转明显;另外金的延展性好,容易做成极薄的金箔。
3.卢瑟福的核式结构模型对α粒子散射分析
(1)分布情况:原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内,原子中绝大部分是空的。
(2)受力情况
①少数α粒子靠近原子核时,受到的库仑斥力大;
②大多数α粒子离原子核较远,受到的库仑斥力较小。
(3)偏转情况
①绝大多数α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小);
②少数α粒子发生大角度偏转,甚至被弹回;
③如果α粒子几乎正对着原子核射来,偏转角就几乎达到180°,这种情况极少。
【典型例题】
【例题2】 (多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是(　　)
A.使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力
B.使α粒子产生偏转的力是库仑力
C.原子核很小,α粒子接近它的机会很小,所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进
D.能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子
答案:BCD
解析:原子核带正电,与α粒子之间存在库仑力,当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转,电子对它的影响可忽略,故A错误,B正确;由于原子核非常小,绝大多数粒子经过时离核较远,因而运动方向几乎不变,只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大,方向改变较多,故C、D正确。
【变式训练2】 关于卢瑟福的α粒子散射实验,下列说法正确的是(　　)
A.大多数α粒子发生大角度偏转
B.α粒子发生偏转的原因是与电子发生碰撞
C.穿过金箔过程中,远离金原子核的α粒子电势能减小
D.α粒子散射实验证明了汤姆孙关于原子的结构模型是正确的
答案:C
解析:因为原子核所占空间较小,极少数α粒子发生大角度偏转,故A错误;α粒子发生偏转的原因是原子核对它有斥力的作用,故B错误;远离金原子核的α粒子受到库仑力,库仑力做正功,它的电势能减小,故C正确;散射实验证明汤姆孙的原子结构模型(“枣糕模型”)是错误的,如果按照“枣糕模型”,不可能出现α粒子散射实验的结果,故D错误。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(阴极射线)(多选)如图所示,一只阴极射线管左侧不断有电子射出,若在管的正下方放一通电直导线AB,发现射线的轨迹往下偏,则(　　)
A.导线中的电流由A流向B
B.导线中的电流由B流向A
C.若要使电子束的轨迹往上偏,可以通过改变AB中的电流方向来实现
D.电子束的轨迹与AB中电流方向无关
答案:BC
解析:电子往下偏,说明受向下的洛伦兹力,由左手定则判断出阴极射线管处磁场的方向向里,由右手定则得到AB中电流的方向由B向A,故A错误,B正确;若要使电子束的轨迹往上偏,即使电子受向上的洛伦兹力,则可以使电流的方向改变为由A向B,故C正确,D错误。
2.(原子的核式结构模型)(多选)根据卢瑟福的原子核式结构理论,下列对原子结构的认识正确的是(　　)
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.原子核的直径大约为10-10 m
答案:ABC
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,提出了关于原子的核式结构学说,并估算出原子核半径的数量级为10-15 m,原子半径的数量级为10-10 m,原子半径是原子核半径的十万倍,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吸引而绕核运动,所以A、B、C正确,D错误。
3.(α粒子散射实验)关于原子结构理论和α粒子散射实验,下列说法不正确的是(　　)
A.卢瑟福做α粒子散射实验发现绝大多数α粒子仍沿着原来的方向前进,说明原子内部很空旷
B.卢瑟福做α粒子散射实验发现少数α粒子发生了较大的偏转,极个别α粒子甚至被反弹回来,说明原子内部有一个质量很大体积很小的带正电的核心
C.卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构理论
D.卢瑟福做α粒子散射实验的目的是推翻汤姆孙的“枣糕模型”
答案:D
解析:卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,由此推断原子内部很空旷,故A正确,不符合题意;卢瑟福做α粒子散射实验发现少数α粒子发生了较大的偏转,极个别α粒子甚至被反弹回来,则可推断原子内部有一个质量很大、体积很小的带正电的核心,故B正确,不符合题意;卢瑟福做了α粒子散射实验后,由实验现象提出了核式结构理论,故C正确,不符合题意;卢瑟福设计α粒子散射实验是为了探究原子内电荷的分布,并非为了推翻汤姆孙的“枣糕模型”,故D错误,符合题意。
4.(比荷的测定)如图所示,D1、D2为两个足够大的相距为d的平行极板,接在电压为U的电源上。在D1的中央P点放置一个电子发射源,可以向各个方向释放电子,初速度为v,电子打在D2上的区域面积为S,不计电子的重力,试求电子的比荷。