PAGE17-原子的核式結(jié)構(gòu)模型課程標(biāo)準(zhǔn)素養(yǎng)目標(biāo)1.了解人類探究原子及其結(jié)構(gòu)的歷史。2.知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型。1.理解原子的核式結(jié)構(gòu)模型及原子核、核外電子的概念。 (物理觀念)2.能對α粒子散射試驗現(xiàn)象進行說明。 (科學(xué)思維)3.知道電子的發(fā)覺過程并對α粒子散射試驗的過程和結(jié)果進行溝通、評估、反思。 (科學(xué)探究)必備學(xué)問·素養(yǎng)奠基一、電子的發(fā)覺提示:說明陰極射線帶負電。1.湯姆孫的探究:(1)讓陰極射線分別通過電場和磁場,依據(jù)偏轉(zhuǎn)狀況,證明它是B(A.帶正電B.帶負電)的粒子流并求出了它的比荷。(2)換用不同材料的陰極做試驗,所得比荷的數(shù)值都相同。證明這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。(3)進一步探討新現(xiàn)象,不論是由于正離子的轟擊,紫外光的照耀,金屬受熱還是放射性物質(zhì)的自發(fā)輻射,都能放射同樣的帶電粒子——電子。由此可見,電子是原子的組成部分,是比原子更基本的物質(zhì)單元。2.密立根“油滴試驗”:(1)精確測定電子電荷。(2)電荷是量子化的。3.電子的有關(guān)常量:二、湯姆孫的原子模型1.湯姆孫原子模型:湯姆孫于1898年提出了原子模型,他認為原子是一個球體,正電荷充溢性地勻稱分布在整個球體內(nèi),電子鑲嵌其中,有人形象地把湯姆孫模型稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”。2.α粒子散射試驗:(1)試驗裝置。(2)試驗現(xiàn)象。①絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來的方向前進;②少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn);偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°,它們幾乎被“撞了回來”。(3)試驗意義:盧瑟福通過α粒子散射試驗,否定了湯姆孫的原子模型,建立了核式結(jié)構(gòu)模型。三、盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型依據(jù)核式結(jié)構(gòu)模型,原子的組成微粒是什么?它們的大小尺度是怎樣的?提示:原子核和核外電子。原子半徑的數(shù)量級為10-10m,原子核半徑的數(shù)量級為10-151.核式結(jié)構(gòu)模型:1911年由盧瑟福提出,原子中帶正電的部分體積很小,但幾乎占有全部質(zhì)量,電子在正電體的外面運動。2.原子核的電荷與尺度:關(guān)鍵實力·素養(yǎng)形成一電子比荷的確定依據(jù)電場、磁場對電子(帶電粒子)的偏轉(zhuǎn)測量比荷:1.讓帶電粒子通過相互垂直的電場和磁場(如圖),讓其做勻速直線運動,依據(jù)二力平衡,即F洛=F電(Bqv=qE),得到粒子的運動速度v=。2.撤去電場(如圖),保留磁場,讓粒子單純地在磁場中運動,由洛倫茲力供應(yīng)向心力,即Bqv=m,依據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)狀況,由幾何學(xué)問求出其半徑r。3.由以上兩式確定粒子的比荷表達式:=。【思索·探討】如圖所示為湯姆孫的氣體放電管。(1)在金屬板D1、D2之間加上如圖所示的電場時,發(fā)覺陰極射線向下偏轉(zhuǎn),說明它帶什么性質(zhì)的電荷?提示:陰極射線向下偏轉(zhuǎn),與電場線方向相反,說明陰極射線帶負電。(2)在金屬板D1、D2之間單獨加哪個方向的磁場,可以讓陰極射線向上偏轉(zhuǎn)?提示:由左手定則可得,在金屬板D1、D2之間單獨加垂直紙面對外的磁場,可以讓陰極射線向上偏轉(zhuǎn)?！镜淅痉丁吭谠佻F(xiàn)湯姆孫測陰極射線比荷的試驗中,采納了如圖所示的陰極射線管,從C出來的陰極射線經(jīng)過A、B間的電場加速后,水平射入長度為L的D、G平行板間,接著在熒光屏F中心出現(xiàn)熒光斑。若在D、G間加上方向向上、場強為E的勻強電場,陰極射線將向下偏轉(zhuǎn);假如再利用通電線圈在D、G電場區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場(圖中未畫),熒光斑恰好回到熒光屏中心,接著再去掉電場,陰極射線向上偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角為θ,試解決下列問題:(1)說明陰極射線的電性。(2)說明圖中磁場沿什么方向。(3)依據(jù)L、E、B和θ,求出陰極射線的比荷?！窘馕觥?1)由于陰極射線在電場中向下偏轉(zhuǎn),因此陰極射線受電場力方向向下,又由于勻強電場方向向上,則電場力的方向與電場方向相反,所以陰極射線帶負電。(2)由于所加磁場使陰極射線受到向上的洛倫茲力,而與電場力平衡,由左手定則得磁場的方向垂直紙面對外。(3)設(shè)此射線帶電量為q,質(zhì)量為m,當(dāng)射線在D、G間做勻速直線運動時,有qE=Bqv。當(dāng)射線在D、G間的磁場中偏轉(zhuǎn)時,有Bqv=同時又有L=r·sinθ,如圖所示,解得=。答案:(1)負電(2)垂直紙面對外(3)【規(guī)律方法】求解帶電粒子比荷的思路(1)帶電粒子在勻強磁場中做類平拋運動,可利用運動的分解、運動學(xué)公式、牛頓運動定律列出相應(yīng)的關(guān)系式。(2)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動,要留意通過畫軌跡示意圖來確定圓心位置,利用幾何學(xué)問求其半徑。(3)帶電粒子通過相互垂直的勻強電磁場時,可使其做勻速直線運動,依據(jù)qE=qvB可求其速度?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】1.以下說法正確的是 ()A.密立根用摩擦起電的試驗發(fā)覺了電子B.密立根用摩擦起電的試驗測定了元電荷的電荷量C.密立根用油滴試驗發(fā)覺了電子D.密立根用油滴試驗測定了元電荷的電荷量【解析】選D。密立根用油滴試驗測定了元電荷的電荷量,故D正確。2.(多選)1897年英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)覺了電子,湯姆孫也被稱為“電子之父”。下列關(guān)于電子的說法正確的是 ()A.湯姆孫通過對陰極射線在電場和磁場中的運動得出了陰極射線是帶負電的粒子的結(jié)論,并求出了陰極射線的比荷B.湯姆孫通過對光電效應(yīng)的探討,發(fā)覺了電子C.電子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1836倍D.湯姆孫通過對不同材料做成的陰極發(fā)出射線的探討,并進一步探討光電效應(yīng)等現(xiàn)象,說明電子是原子的組成部分,是比原子更基本的物質(zhì)單元【解析】選A、D。湯姆孫依據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)狀況斷定陰極射線本質(zhì)上是帶負電的電子流,并求出了比荷,從而發(fā)覺了電子,故A正確,B錯誤;電子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的,故C錯誤;湯姆孫發(fā)覺用不同材料的陰極做試驗,探討陰極射線時均發(fā)出同一種粒子——電子,這就說明電子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元,而對光電效應(yīng)等現(xiàn)象的探討更加驗證了這一點,故D正確。故選A、D。3.帶電粒子的比荷是一個重要的物理量。某中學(xué)物理愛好小組設(shè)計了一個試驗,探究電場和磁場對電子運動軌跡的影響,以求得電子的比荷,試驗裝置如圖所示。其中兩正對極板M1、M2之間的距離為d,極板長度為L。他們的主要試驗步驟如下:A.首先在兩極板M1、M2之間不加任何電場、磁場,開啟陰極射線管電源,放射的電子束從兩極板中心通過,在熒光屏的正中心處視察到一個亮點;B.在M1、M2兩極板間加合適的電場:加極性如圖所示的電壓,并逐步調(diào)整增大,使熒光屏上的亮點漸漸向熒光屏下方偏移,直到熒光屏上恰好看不見亮點為止,登記此時外加電壓為U。請問本步驟的目的是什么?C.保持步驟B中的電壓U不變,對M1、M2區(qū)域加一個大小、方向合適的磁場B,使熒光屏正中心處重現(xiàn)亮點。試問外加磁場的方向如何?【解析】步驟B中電子在M1、M2兩極板間做類平拋運動,當(dāng)增大兩極板間電壓時,電子在兩極板間的偏轉(zhuǎn)位移增大。當(dāng)在熒光屏上看不到亮點時,電子剛好打在下極板M2靠近熒光屏端的邊緣,則=()2,=。由此可以看出這一步的目的是使粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)位移成為已知量,就可以表示出比荷。步驟C加上磁場后電子不偏轉(zhuǎn),電場力等于洛倫茲力,且洛倫茲力方向向上,由左手定則可知磁場方向垂直于紙面對外。答案:見解析【補償訓(xùn)練】如圖所示,讓一束勻稱的陰極射線以速率v垂直進入正交的電、磁場中,選擇合適的磁感應(yīng)強度B和電場強度E,帶電粒子將不發(fā)生偏轉(zhuǎn),然后撤去電場,粒子將做勻速圓周運動,測得其半徑為R,求陰極射線中帶電粒子的比荷。【解析】因為帶電粒子在復(fù)合場中不偏轉(zhuǎn),所以qE=qvB,即v=,撤去電場后,粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動,則qvB=m。由此可得=。答案:二α粒子散射試驗探究分析1.試驗背景:α粒子散射試驗是盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生做的一個聞名的物理試驗,試驗的目的是想驗證湯姆孫原子模型的正確性,試驗結(jié)果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據(jù)。在此基礎(chǔ)上,盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型。2.否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型:(1)質(zhì)量遠小于原子的電子,對α粒子的運動影響完全可以忽視,不應(yīng)當(dāng)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。(2)α粒子在穿過原子時,受到各方向正電荷的斥力基本上會相互平衡,對α粒子運動方向的影響不會很大,也不應(yīng)當(dāng)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。(3)α粒子的大角度偏轉(zhuǎn),否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型。3.大角度偏轉(zhuǎn)的試驗現(xiàn)象分析:(1)由于電子質(zhì)量遠小于α粒子質(zhì)量,所以電子不行能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。(2)使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的只能是原子中帶正電的部分。依據(jù)湯姆孫原子模型,正電荷在原子內(nèi)是勻稱分布的,α粒子穿過原子時,它受到的兩側(cè)斥力大部分抵消,因而也不行能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),更不能使α粒子反向彈回,這與α粒子散射試驗相沖突。(3)試驗現(xiàn)象表明原子絕大部分是空的,原子的幾乎全部質(zhì)量和全部正電荷都集中在原子中心的一個很小的核上,否則,α粒子大角度散射是不行能的。4.原子的核式結(jié)構(gòu)模型對α粒子散射試驗結(jié)果的說明:(1)當(dāng)α粒子穿過原子時,假如離核較遠,受到原子核的斥力很小,α粒子就像穿過“一片空地”一樣,無遮無擋,運動方向變更很小。因為原子核很小,所以絕大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。(2)只有當(dāng)α粒子特別接近原子核穿過時,才受到很大的庫侖力作用,發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),而這種機會很少,所以有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)。(3)假如α粒子正對著原子核射來,偏轉(zhuǎn)角幾乎達到180°,這種機會極少,如圖所示,所以極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90°。(1)α粒子與原子核之間的萬有引力遠小于二者之間的庫侖斥力,因而可以忽視不計。(2)在處理α粒子等微觀粒子時一般不計重力?！舅妓鳌ぬ接憽咳鐖D是α粒子散射試驗裝置,各部分的作用是什么?提示:放射源放出快速運動的α粒子,α粒子通過金箔時被散射,打在熒光屏上發(fā)出熒光,可通過帶有熒光屏的放大鏡進行視察,并可以在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動,視察不同方向和不同位置通過金箔的散射α粒子數(shù)量,整個裝置封閉在真空內(nèi)。【典例示范】如圖所示,依據(jù)α粒子散射試驗,盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線,實線表示一個α粒子的運動軌跡。在α粒子從a運動到b、再運動到c的過程中,下列說法中正確的是()A.動能先增大,后減小B.電勢能先減小,后增大C.電場力先做負功,后做正功,總功等于零D.加速度先變小,后變大【解析】選C。α粒子從a到b電場力做負功,速度減小,動能減小,電勢能增大。從b到c電場力做正功,α粒子的速度增大,動能增大,電勢能減小,加速度應(yīng)先變大,后變小。正確選項應(yīng)為C?！疽?guī)律方法】α粒子散射試驗中常用的規(guī)律(1)庫侖定律F=k:用來分析α粒子和原子核間的相互作用力。(2)牛頓其次定律:該試驗中α粒子只受庫侖力,可依據(jù)庫侖力的變更分析加速度的變更。(3)功能關(guān)系:依據(jù)庫侖力做功可分析電勢能的變更,也可分析動能的變更。(4)原子核帶正電,其四周的電場相當(dāng)于正點電荷的電場,留意應(yīng)用其電場線和等勢面的特點?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】1.在用α粒子轟擊金箔的試驗中,盧瑟福視察到的α粒子的運動狀況是 ()A.全部α粒子穿過金箔后仍按原來的方向前進B.絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍按原來的方向前進,少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn),極少數(shù)甚至被彈回C.少數(shù)α粒子穿過金箔后仍按原來的方向前進,絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn),甚至被彈回D.全部α粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)【解析】選B。當(dāng)α粒子穿過原子時,電子對α粒子影響很小,影響α粒子運動的主要是原子核,離核遠則α粒子受到的庫侖斥力很小,運動方向變更小。只有當(dāng)α粒子與核特別接近時,才會受到很大的庫侖斥力,而原子核很小,所以α粒子接近它的機會就很少,所以絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍按原來的方向前進,少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn),極少數(shù)甚至被彈回,故B正確,A、C、D錯誤。故選B。2.依據(jù)α粒子散射試驗,盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景,圖中實線表示α粒子的運動軌跡。則關(guān)于α粒子散射試驗,下列說法正確的是 ()A.圖中大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子的電勢能先減小后增大B.圖中的α粒子反彈是因為α粒子與金原子核發(fā)生了碰撞C.絕大多數(shù)α粒子沿原方向接著前進說明白帶正電的原子核占據(jù)原子的空間很小D.依據(jù)α粒子散射試驗可以估算原子大小【解析】選C。圖中大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子的電場力先做負功,后做正功,則其電勢能先增大后減小,故A錯誤;圖中的α粒子反彈是因為α粒子與金原子核之間的庫侖斥力作用,并沒有發(fā)生碰撞,故B錯誤;從絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn),可以推想使粒子受到排斥力的核體主動小,所以帶正電的物質(zhì)只占整個原子的很小空間,故C正確;依據(jù)α粒子散射試驗可以估算原子核的大小,故D錯誤;故選C。3.如圖所示是20世紀(jì)初宏大的物理學(xué)家盧瑟福在探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)時的試驗裝置,請依據(jù)物理學(xué)史的學(xué)問完成下題:(1)盧瑟福用這個試驗裝置發(fā)覺了__________________;

(2)圖中的放射源發(fā)出的是____________粒子;

(3)圖中的金箔是________層分子膜(選填“單”或“多”);

(4)如圖位置的四個顯微鏡中,閃光頻率最高的是________顯微鏡;

(5)除上述試驗成就外,盧瑟福還發(fā)覺了__________的存在;(選填“電子”“質(zhì)子”或“中子”)

(6)最終盧瑟福__________諾貝爾獎(填是否獲得了)。

【解析】(1)該圖顯示的是盧瑟福的α粒子散射試驗,該試驗的結(jié)果推翻了原有的原子“棗糕狀”模型概念,盧瑟福在其試驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上提出了“核式結(jié)構(gòu)”的原子模型觀點。(2)該圖顯示的是盧瑟福的α粒子散射試驗,因此放射源發(fā)出的是α粒子。(3)選擇單層分子膜的金箔是為了盡量保證α粒子只與一個金箔原子發(fā)生碰撞。(4)放在A位置時,相同時間內(nèi)視察到屏上的閃光次數(shù)最多,大多數(shù)射線基本不偏折,金箔原子內(nèi)部很空曠,因此A位置的顯微鏡閃光頻率最高。(5)1919年,盧瑟福做了用α粒子轟擊氮原子核的試驗,發(fā)覺了質(zhì)子的存在。(6)盧瑟福于1908年獲得諾貝爾化學(xué)獎。答案:(1)核式結(jié)構(gòu)模型(2)α(3)單(4)A(5)質(zhì)子(6)獲得了【補償訓(xùn)練】1.如圖所示是α粒子被重核散射時的運動軌跡,其中不行能存在的軌跡是 ()A.aB.bC.cD.d【解析】選C。依據(jù)α粒子散射試驗現(xiàn)象的說明,離核越近偏轉(zhuǎn)越明顯,C軌跡離核較遠,應(yīng)當(dāng)偏轉(zhuǎn)很少,故正確答案為C項。2.當(dāng)α粒子穿過金箔發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的過程中,下列說法正確的是 ()A.α粒子先受到原子核的斥力作用,后受原子核的引力作用B.α粒子始終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粒子始終受到庫侖斥力,速度始終減小【解析】選B。α粒子與金原子核帶同種電荷,兩者相互排斥,故A、C錯誤,B正確;α粒子在靠近金原子核時斥力做負功,速度減小,遠離時做正功,速度增大,故D錯誤。三原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子核的組成1.理解建立核式結(jié)構(gòu)模型的要點:(1)核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯變更。(2)湯姆孫模型不能說明α粒子的大角度散射。(3)少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),甚至反彈回來,表明這些α粒子在原子中的某個地方受到了質(zhì)量、電荷量均比它本身大得多的物體的作用。(4)絕大多數(shù)α粒子在穿過金原子層時運動方向沒有明顯變更,說明原子中絕大多數(shù)部分是空的。原子的質(zhì)量電荷量都集中在體積很小的核上。2.原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕模型的對比:核式結(jié)構(gòu)棗糕模型原子內(nèi)部是特別空曠的,正電荷集中在一個很小的核里原子是充溢了正電荷的球體電子繞核高速旋轉(zhuǎn)電子勻稱嵌在原子球體內(nèi)3.原子內(nèi)的電荷關(guān)系:原子核的電荷數(shù)與核外的電子數(shù)相等,特別接近原子序數(shù)。4.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)。5.原子核的大小:原子的半徑數(shù)量級為10-10m,原子核半徑的數(shù)量級為10-15m,原子核的半徑只相當(dāng)于原子半徑的十萬分之一,體積只相當(dāng)于原子體積的10【思索·探討】如圖所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景。(1)為什么絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來運動方向前進?提示:因為原子核很小,所以絕大多數(shù)α粒子穿過原子時,離核較遠,受到原子核的斥力很小,基本上仍沿原來運動方向前進。(2)為什么少數(shù)的α粒子穿過金箔后,發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)?提示:少數(shù)α粒子特別接近原子核穿過時,才受到很大的庫侖力作用,發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)?！镜淅痉丁筷P(guān)于α粒子的散射,下列說法正確的是 ()A.α粒子穿過金箔后多數(shù)發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)B.α粒子的散射試驗發(fā)覺了質(zhì)子C.α粒子的散射試驗表明原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量勻稱分布在一個球上D.α粒子的散射試驗表明原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在一個很小的核上【解析】選D。α粒子穿過金箔后多數(shù)粒子不變更方向,少數(shù)粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn),選項A錯誤;α粒子的散射確定了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,并不是發(fā)覺質(zhì)子的試驗,選項B錯誤;α粒子的散射試驗表明原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核上,選項C錯誤,D正確,故選D?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】1.關(guān)于原子結(jié)構(gòu),下列說法正確的是 ()A.原子中原子核很小,核外很“空曠”B.原子核的半徑的數(shù)量級是10-10C.原子的全部電荷都集中在原子核里D.原子的全部質(zhì)量都集中在原子核里【解析】選A。盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)容為:在原子中心有一個很小的核,叫原子核。它集中了全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量,電子在核外空間運動,故C、D錯;又因為原子核半徑的數(shù)量級為10-15m,原子半徑的數(shù)量級為10-102.盧瑟福預(yù)想到原子核內(nèi)除質(zhì)子外,還有中子的事實依據(jù)是 ()A.電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等B.原子核的質(zhì)量大約是質(zhì)子質(zhì)量的整數(shù)倍C.原子核的核電荷數(shù)比其質(zhì)量數(shù)小D.質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎相等【解析】選C。原子核假如只是由質(zhì)子組成,那么核的質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量的比值(即質(zhì)量數(shù))應(yīng)當(dāng)與核的電荷與質(zhì)子的電荷的比值(即電荷數(shù))相等,但原子核的核電荷數(shù)只是質(zhì)量數(shù)的一半或少一些,所以,原子核內(nèi)除了質(zhì)子,還可能有一種質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量相等、但不帶電的中性粒子,即中子?！就卣估}】考查內(nèi)容:密立根測電子的電荷量【典例】美國物理學(xué)家密立根通過如圖所示的試驗裝置,最先測出了電子的電荷量,被稱為密立根油滴試驗。兩塊水平放置的金屬板A、B分別與電源的正、負極相連接,板間產(chǎn)生勻強電場,方向豎直向下,圖中油滴由于帶負電懸浮在兩板間保持靜止。(1)若要測出該油滴的電荷量,須要測出的物理量有_________________。

A.油滴質(zhì)量m B.兩板間的電壓UC.兩板間的距離d D.兩板的長度L(2)用所選擇的物理量表示出該油滴的電荷量q=________(已知重力加速度為g)。

(3)在進行了幾百次的測量以后,密立根發(fā)覺油滴所帶的電荷量雖不同,但都是某個最小電荷量的整數(shù)倍,這個最小電荷量被認為是元電荷,其值為e=________C。(保留兩位有效數(shù)字)

【解析】(1)(2)平行板電容器間的電場為勻強電場,液滴處于靜止?fàn)顟B(tài),所以電場力與重力平衡,故mg=qE=q,可得q=,所以須要測出的物理量有油滴質(zhì)量m、兩板間的電壓U、兩板間的距離d。(3)這個最小電荷量是元電荷,其大小等于電子的電荷量e=1.6×10-19C。答案:(1)A、B、C(2)(3)1.6×10-19【課堂回眸】課堂檢測·素養(yǎng)達標(biāo)1.(多選)關(guān)于電子的發(fā)覺,下列說法正確的是 ()A.電子的發(fā)覺,說明原子是由電子和原子核組成的B.電子的發(fā)覺,說明原子具有肯定的結(jié)構(gòu)C.在電子被人類發(fā)覺前,人們認為原子是組成物質(zhì)的最小微粒D.電子帶負電,使人們意識到原子內(nèi)應(yīng)當(dāng)還有帶正電的部分【解析】選B、C、D。發(fā)覺電子時,人們對原子的結(jié)構(gòu)仍舊不清晰,但人們意識到電子應(yīng)當(dāng)是原子的組成部分,故A錯誤,B正確;在電子被人類發(fā)覺前,人們認為原子是組成物質(zhì)的最小微粒,C正確;原子對外顯電中性,而電子帶負電,使人們意識到,原子中應(yīng)當(dāng)還有其他帶正電的部分,D正確。2.(多選)下列說法中正確的是 ()A.湯姆孫精確地測出了電子電荷量e=1.60217733(49)×10-19B.電子電荷量的精確值是密立根通過“油滴試驗”測出的C.湯姆孫油滴試驗更重要的發(fā)覺是電荷量是量子化的,即任何電荷量只能是e的整數(shù)倍D.通過試驗測得電子的比荷及其電荷量e的值,就可以確定電子的質(zhì)量【解析】選B、D。電子的電荷量是密立根通過“油滴試驗”測出的,選項A、C錯誤,選項B正確。測出比荷的值和電子電荷量e的值,可以確定電子的質(zhì)量,故選項D正確。3.(多選)在α粒子散射試驗中,只有少數(shù)的α粒子發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn),下列說明正確的是 ()A.相對于原子的體積,集中幾乎全部質(zhì)量的原子核體積很小B.多數(shù)α粒子通過金箔時,離原子核較遠,受到四周原子核的庫侖斥力作用可忽視C.少數(shù)的α粒子通過金箔時與電子發(fā)生碰撞,運動方向發(fā)生了較大的變更D.少數(shù)的α粒子通過金箔時,離原子核較近,受到原子核較大的沖量作用【解析】選A、B、D。由于原子的體積遠遠大于原子核的體積,原子內(nèi)多為“空曠地帶”,當(dāng)α粒子穿越金箔時,多數(shù)α粒子離原子核較遠,α粒子受到的庫侖力可忽視,A、B正確;電子的質(zhì)量較小,α粒子的運動方向幾乎不產(chǎn)生影響,C錯誤;當(dāng)少數(shù)α粒子距原子核較近時,庫侖斥力較大,α粒子