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1、第十八章 原子结构 1 电子的发现 2原子的核式结构模型 知识点1阴极射线1 产生 在研究空气导电的玻璃管内有 两极 当在两极间加一定电压 阴极便发出一种射线 这种射线为 阴 阳 阴极射线 2 特点 碰到 能使其发光 荧光物质 在稀薄气体的辉光放电实验中 若不断地抽出管中的气体 当管中的气压降到0 1Pa的时候 管内已接近真空 不能使气体电离发光 这时对着阴极的玻璃管壁却发出荧光 如果在管中放一个十字形金属片 荧光中会出现十字形阴影 如图18 1 1所示 图18 1 1 知识点2电子的发现1 汤姆孙发现电子 1 从1890年起英国物理学家汤姆孙开始了对阴极射线的 一系列实验研究 2 汤姆孙利用
2、电场和磁场能使带电的运动粒子发生偏转的原理检测了阴极射线的带电性质 并定量测定了阴极射线粒 3 年汤姆孙发现了 阴极射线是高速电子流 1897 电子 电子的电量 电子的质量 e 1 6 10 19C me 9 1 10 31kg 2 电子发现的意义 以前人们认为物质由分子组成 分子由原子组成 原子是不可再分的最小微粒 现在人们发现了各种物质里都有电子 而且电子是原子的组成部分 电子带 而原子是电中性的 可见原子内还有带正电的物质 这些带正电的物质和带负电的电子如何构成原子呢 电子的发现大大激发了人们研究原子内部结构的热情 拉开了人们研究原子结构的序幕 负电 3 密立根油滴实验 1 美国物理学家
3、密立根在1909 1913年间通过著名的 精确测定了电子的电荷量 2 密立根实验的重要意义 发现电荷是 的 即任何电荷只能是e的整数倍 油滴实验 量子化 知识点3 粒子散射实验1 实验装置如图18 1 2所示 用 粒子轰击金箔 由于金原子中的带电粒子对 粒子有库仑力作用 一些 粒子穿过金箔后改变了 粒子散射 运动方向 这种现象叫做 图18 1 2 2 实验注意事项 1 整个实验过程需在真空中进行 2 本身很小 金箔需很薄 粒子才能 很容易穿过 粒子是氦核 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 粒子与金核之间的库仑力大 偏转明显 另外金的延展性好 容易做成极薄的金箔 3 实验结
4、果绝大多数 粒子穿过金箔后基本仍沿原来的方向前进 但是有少数 粒子发生了大角度偏转 偏转角度甚至大于90 知识点4原子的核式结构 1 汤姆孙的枣糕模型 汤姆孙 枣糕模型 于1898年提出原子的 汤姆孙在发现电子后 便投入了对原子内部结构的探索 他运用丰富的想象 提出了原子枣糕模型 图18 1 3 在这个模型里 汤姆孙把原子看作一个球体 正电荷均匀地分布在整个球内 电子像枣糕的枣子一样嵌在球中 被正电荷吸引着 原子内正 负电荷相等 因此原子的整体呈中性 汤姆孙的模型是第一个有一定科学依据的原子结构模型 图18 1 3 特别提醒 汤姆孙的原子结构模型虽然能解释一些实验事实 但这一模型很快就被新的实
5、验事实所否定 不过它的意义却极其深远 电子的发现使我们认识到原子是有结构的 并用汤姆孙的原子模型可以粗略解释原子发光问题 为我们揭开了原子结构研究的帷幕 2 原子的核式结构 卢瑟福 结构 依据 粒子散射实验的结果 提出了 在原子中心有一个很小的核 叫原子核 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里 带负电的电子在核外空间绕核旋转 原子的核式 按照卢瑟福的核式结构学说 可以很容易地解释 粒子的散 射实验现象 如图18 1 4所示 图18 1 4 按照这个模型 由于原子核很小 大部分 粒子穿过金箔时都离核很远 受到的斥力很小 它们的运动几乎不受影响 只有极少数 粒子从原子核附近飞过 明显地受到原
6、子核的库仑斥力而发生大角度的偏转 例题 下列对原子结构的认识中 错误的是 A 原子中绝大部分是空的 原子核很小 D B 电子在核外绕核旋转 向心力为库仑力C 原子的全部正电荷都集中在原子核里D 原子核的半径大约为10 10m 解析 卢瑟福 粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型 卢瑟福提出了关于原子的核式结构学说 并估算出原子核半 1 原子的核式结构学说是卢瑟福根据以下哪个实验或现象 提出来的 C A 光电效应实验C 粒子散射实验 B 黑体辐射D 阴极射线 题型1 电子比荷测定的有关计算 例题 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18 1 5所示 真空管内
7、的阴极K发出的电子 不计初速 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的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P 间的区域 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 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 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18 1 5所示 求 图18 1 5 1 打在荧光屏O点的电子速度的大小 2 推导
8、出电子的比荷的表达式 解析 1 当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时 电子做匀速直线运动 亮点重新回到中心O点 设电子的速度为v 则evB eE 规律总结 测定电子比荷问题 实际上是电荷在电场 磁场或复合场中的运动问题 根据相应的规律求解即可 1 1897年 物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷 打破了原子是不可再分的最小单位的观点 因此 汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一 在实验中 汤姆孙采用了如图18 1 6所示的阴极射线管 从电子枪C出来的电子经过A B间的电场加速后 水平射入长度为L的D E平行板间 接着在荧光屏F中心出现荧光斑 若在D E间加上方向向下 场强为E的匀强电场
9、电子将向上偏转 如果再利用通电线圈在D E电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B 的匀强磁场 图中未画 荧光斑恰好回到荧光屏中心 接着再去掉电场 电子向下偏转 偏转角为 试解决下列问题 1 说明图中磁场沿什么方向 2 根据L E B和 求出电子的比荷 图18 1 6 图2 题型2 粒子散射实验 例题 卢瑟福 粒子散射实验的结果 A 证明了质子的存在B 证明了原子核是由质子和中子组成C 证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D 说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动 解析 该题要考查的是 粒子散射实验对人类认识原子结构的贡献 只要学生了解 粒子散射实验的结果及核式结构的建立过程
10、 不难得出正确答案 粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核 数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子 答案 C 规律总结 粒子散射实验是物理学发展史上的一个重要的实验 它的实验结果使人们关于物质结构的观念发生了根本性变化 从而否定了汤姆孙原子结构的枣糕模型 导致了卢瑟福核式结构模型的确立 教材中关于 粒子散射实验装置和实验方法的描述十分详尽 对实验结果的说明层次非常清楚 绝大多数 粒子穿过 基本上不发生偏转 少数发生了大角度偏转 偏转角甚至大于90 2 卢瑟福提出原子核式结构的实验基础是 粒子散射实验 在 粒子散射实验中 大多数 粒子穿越金箔后仍然沿着原来的 方向运动 其较为合理的解释是 B A 粒子穿越金箔时距离原子核较近B 粒子穿越金箔时距离原子核较远C 粒子穿越金箔时没有受到原子核的作用力D 粒子穿越金箔时受到原子核与电子的作用力构成平衡力
