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人教版高中物理选修3-5
知识点梳理
重点题型（常考知识点）巩固练习
原子结构
【学习目标】
1．知道电子是怎样发现的；
2．知道电子的发现对人类探索原子结构的重大意义； 3．了解汤姆孙发现电子的研究方法． 4．知道?粒子散射实验；
5．明确原子核式结构模型的主要内容； 6．理解原子核式结构提出的主要思想．
【要点梳理】要点诠释： 要点一、原子结构 1．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，导电时可以看到发光放电现象．
（2）1858年德国物理学家普里克发现了阴极射线．
①产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极．当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线．
②阴极射线的特点：碰到荧光物质能使其发光． 2．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，并定量地测定了阴极射线粒子的比荷（带电粒子的电荷量与其质量之比，即 （3）1897年汤姆孙发现了电子（阴极射线是高速电子流）．
电子的电量
e）． me?1.60217733?49??10－19C，
电子的质量
m?9.1093897?10－31kg，
电子的比荷
e?1.7588?1011C/kg． m资料来源于网络 仅供免费交流使用
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电子的质量约为氢原子质量的
1． 1836 3．汤姆孙对阴极射线的研究 （1）阴极射线电性的发现．
为了研究阴极射线的带电性质，他设计了如图所示装置．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．
（2）测定阴极射线粒子的比荷． 4．密立根实验
美国物理学家密立根在1910年通过著名的“油滴实验”简练精确地测定了电子的电量 密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何电荷只能是元电荷e的整数倍． 5．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，而且电子的质量比最轻的氢原子质量小得多，这说明电子是原子的组成部分．电子是带负电，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．
6．19世纪末物理学的三大发现
对阴极射线的研究，引发了19世纪末物理学的三大发现：（1）1895年伦琴发现了X射线；（2）1896年贝克勒尔发现了天然放射性；（3）1897年汤姆孙发现了电子．
要点二、原子的核式结构模型 1．汤姆孙的原子模型 “枣糕模型”．
“葡萄干布丁模型”（如图所示）．
“葡萄干面包模型”．
汤姆孙的原子模型是在发现电子的基础上建立起来的，汤姆孙认为，原子是一个球体，正电荷均
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匀分布在球内，电子像枣糕里的枣子一样，镶嵌在原子里面，所以汤姆孙的原子模型也叫枣糕式原子结构模型．
【注意】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验事实——仅粒子散射实验所否定．
2．?粒子散射实验
1909～1911年卢瑟福和他的助手做?粒子轰击金箔的实验，获得了重要的发现． （1）实验装置（如图所示）由放射源、金箔、荧光屏等组成．
特别提示：①整个实验过程在真空中进行． ②金箔很薄，?粒子（2He核）很容易穿过．
4
（2）实验现象与结果．
绝大多数?粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数?粒子发生了较大角度的偏转，极少数?粒子偏转角超过90?，有的几乎达到180?，沿原路返回．仅粒子散射实验令卢瑟福万分惊奇．按照汤姆孙的原子结构模型：带正电的物质均匀分布，带负电的电子质量比?粒子的质量小得多．?粒子碰到电子就像子弹碰到一粒尘埃一样，其运动方向不会发生什么改变．但实验结果出现了像一枚炮弹碰到一层薄薄的卫生纸被反弹回来这一不可思议的现象．卢瑟福通过分析，否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了核式结构模型．
3．原子的核式结构
卢瑟福依据?粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构：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．
4．原子核的电荷与尺度
由不同原子对?粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的电荷．又由于原子是电中性的，可以推算出原子内含有的电子数．结果发现各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数非常接近于它们的原子序数，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数来排列的．
原子核的半径无法直接测量，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定，?粒子散射是估算核半径最简单的方法．对于一般的原子核半径数量级为10－15m，整个原子半径的数量级是10－10m，两
者相差十万倍之多，可见原子内部是十分“空旷”的． 5．解题依据和方法
（1）解答与本节知识有关的试题，必须以两个实验现象和发现的实际为基础，应明确以下几点： ①汤姆孙发现了电子，说明原子是可分的，电子是原子的组成部分．
②卢瑟福“?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．
（2）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，
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是综合分析解决d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知识基础和应掌握的方法．
6．对?粒子散射实验的理解
如果按照汤姆孙的“枣糕”原子模型，?粒子如果从原子之间或原子的中心轴线穿过时，它受到周围的正负电荷作用的库仑力是平衡的，?粒子不产生偏转；如果?粒子偏离原子的中心轴线穿过，两侧电荷作用的库仑力相当大一部分被抵消，?粒子偏转很小；如果?粒子正对着电子射来，质量远小于?粒子的电子不可能使?粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹．所以?粒子的散射实验结果否定了汤姆孙的原子模型．
按卢瑟福的原子模型（核式结构），当?粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核
的斥力很小，仅粒子就像穿过“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?粒子不产生偏转；只有当?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?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．
卢瑟福根据?粒子散射实验，不仪建立了原子的核式结构，还估算出了原子核的大小．
2Ze21?(1?) rm?（?为散射角）．
?4??0Mv2sin21 原子核的商径数量级在10－15m．原子直径数量级大约是10－10m，所以原子核半径只相当于原
子半径的十万分之一．
原子的核式结构初步建立了原子结构的正确图景，但跟经典的电磁理论发生了矛盾．（见玻尔的原子模型）
7．原子结构的探索历史
（1）发现原子核式结构的过程． 实验和发现 电子的发现 说明了什么 说明原子有复杂结构 说明汤姆孙（枣糕式）原子模型不符合实际，卢瑟福重新建立原子的核式结构模型 枣糕式结构 原子是充满了正电荷的球体 电子均匀嵌在原子球体内 ?粒子散射实验 核式结构 （2）原子的核式结构与原子的枣糕式结构的根本区别． 原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里 电子绕核高速旋转
【典型例题】 类型一、原子结构
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