高中物理选修35第十八章《原子结构》全章导学案附同步强化训练与详细参考答案汇总.docx
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高中物理选修35第十八章《原子结构》全章导学案附同步强化训练与详细参考答案汇总
高中物理选修3—5第十八章《原子结构》全章
导学案汇总
一.§§18.1《电子的发现》
（附课后同步强化训练与详细参考答案）
二.§§18.2《原子的核式结构模型》
（附课后同步强化训练与详细参考答案）
三.§§18.3《氢原子光谱》
（附课后同步强化训练与详细参考答案）
四.§§18.4《波尔的原子模型》
（附课后同步强化训练与详细参考答案）
§§18.1《电子的发现》导学案
【教学目标】
1．知道阴极射线的概念，了解电子的发现过程。
2．知道电子是原子的组成部分。
3．知道电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。
重点：
电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。
难点：
阴极射线
【自主预习】
1.1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带________的粒子流并求出了这种粒子的________，后来汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的________，它的电荷量的大小与氢离子大致相同。
2．组成阴极射线的粒子被称为________。
电子是________的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
3．电子电荷的精确测定是在1910年前后由________通过著名的________做出的。
电子电荷的值一般取做e＝________C。
4．密立根实验更重要的发现是：
电荷是________的，即任何带电体的电荷只能是e的________。
5．质子质量与电子质量的比值为mp/me＝________。
6.阴极射线的产生
1）.阴极射线由阴极射线管产生
2）．阴极射线:
在两极间加有高压时，阴极会发生一种射线，这种射线称为阴极射线。
3）．阴极射线的特点:
阴极射线能够使荧光物质发光。
4）．对阴极射线的本质的认识：
19世纪后期的两种观点：
（1）认为是电磁辐射，类似X射线；
（2）是带电粒子。
7.2.密立根的“油滴实验”
1910年密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷现代值为
e＝1.60217733（49）×10－19C，有关计算中一般使用e＝1.6×10－19C。
该实验还发现：
电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
由比荷及e的数值确定电子的质量为me＝9.1093897×10－31kg。
质子质量与电子质量的比值为mp/me＝1836。
【典型例题】
一、阴极射线的产生
【例1】关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（ ）
A．阴极射线本质是氢原子
B．阴极射线本质是电磁波
C．阴极射线本质是电子
D．阴极射线本质是X射线
二、电子的发现
【例2】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18－1－2所示。
真空管内的阴极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′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，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。
（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。
§§18.1例题详细参考答案：
1.【解析】阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、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
2.【答案】
（1）
（2）
【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，设电子的速度为v，则evB＝eE，
得v＝
，即v＝
。
（2）当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为a＝
。
电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间t1＝
。
这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为d1＝
at
＝
。
离开电场时竖直向上的分速度v⊥＝at1＝
。
电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏t2＝
。
t2时间内向上运动的距离为 d2＝v⊥t2＝
。
这样，电子向上的总偏转距离为d＝d1＋d2＝
L1
，可解得
＝
。
§§18.1《电子的发现》同步强化训练
1．下面对阴极射线的认识正确的是（ ）
A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光而产生的
B．只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C．阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波
D．阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
2．如果阴极射线像X射线一样，则下列说法正确的是（ ）
A．阴极射线管内的高电压能够对其加速而增加能量
B．阴极射线通过偏转电场不会发生偏转
C．阴极射线通过偏转电场能够改变方向
D．阴极射线通过磁场时方向可能发生改变
3．如图10－1所示，在阴极射线管正下方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将（ ）
图10－1
A．向纸内偏转 B．向纸外偏转
C．向下偏转D．向上偏转
4．关于电荷量下列说法错误的是（ ）
A．物体的带电荷量可以是任意值
B．物体的带电荷量只能是某些值
C．物体的带电荷量的最小值为1.6×10－19C
D．一个物体带1.6×10－9C的正电荷，这是它失去了1.0×1010个电子的缘故
5.如图10－2所示为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空，A为发射热电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，A、K间电压为U，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K的小孔中射出的速度大小为v，下面的说法中正确的是（ ）
A．如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度变为2v
B．如果A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度变为
C．如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为
D．如果A、K间距离保持不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为
v
6．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
D．阴极射线的本质是X射线
7．关于阴极射线的性质，下列说法正确的是（）
A．阴极射
线带负电
B．阴极射线带正电
C．阴极射线的荷质比比氢原子的荷质比大
D．阴极射线的荷质比比氢原子的荷质比小
8．关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确的是（）
A．测得了电子的电荷量
B．提出了电荷
分布的量子化观点
C．为电
子质量的最终获得做出了突出贡献
D．为人类进一步研究原子的结构提供了一定的理论依据
9．一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线AB时，发现射线径迹向下偏，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．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现
D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关
10．一个半径为1.6
4ⅹ10-4cm的带负电的油滴，在电场强度等于1.92ⅹ105V/m的竖直向下的匀强电场中，如果油滴受到的库伦力恰好与重力平衡，则这个油滴带有几个电子的电荷量？
已知油滴的密度为0.851ⅹ103kg/m3
§§18.1《电子的发现》同步强化训练
详细参考答案
1.解析：
阴极射线是由阴极直接发出的，A错误；只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，B错误，D正确；阴极射线可以穿透薄铝片，可能是电磁波，也可能是更小的粒子，C错误。
答案：
D
2.解析：
X射线是电磁波，不带电，通过电场、磁场时不受力的作用，不会发生偏转、加速，B正确。
答案：
B
3.解析：
根据安培定则可知长直导线下方的磁场方向垂直纸面向外，电子从负极射出向右运动，由左手定则可知阴极射线（本质是电子流）将向上偏转，故D选项正确。
答案：
D
4.解析：
物体所带的电荷量是量子化的，它只能是电子电荷量e＝1.6×10－19C的整数倍，故仅A选项错误。
答案：
A
5.解析：
由eU＝
mv2得v＝
，电子速度与A、K间距无关。
当电压减半时，速度变为
v。
答案：
D
6．B
7．A
8．AB
9.B
10．分析;油滴重力
油滴受到的电场力F=neE
库仑力恰好与重力平衡G=F
§§18.2《原子的核式结构模型》
导学案
【教学目标】
1．知道α粒子散射实验。
2．知道原子的核式结构模型的主要内容，理解模型提出的主要思想。
3．知道原子的组成，了解原子核和原子大小的数量级。
重点：
α粒子散射实验
难点：
α粒子散射实验
【自主预习】
1.汤姆孙原子模型：
原子是一个球体，正电荷弥漫性地________分布在整个球体内，电子________其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“________模型”。
说明：
汤姆孙的原子结构模型虽然能解释一些实验事实，但这一模型很快被新的实验事实——α粒子散射实验所否定。
2．α粒子散射实验现象：
绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上________方向前进，但有少数α粒子（约占八千分之一）发生了________偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”
3．卢瑟福原子结构模型：
原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有________质量，电子在正电体的________运动。
正电体的尺度是很小的，被称为________。
所以卢瑟福的电子结构模型因而被称为________结构模型。
4．原子由带电荷________的核与核外Z个电子组成。
原子序数Z等于________与电子电荷大小的比值。
原子核由________和________组成的，原子核的电荷数就是核中的________数。
5．α粒子散射实验：
1909～1911年卢瑟福和他的助手做了用α粒子轰击金箔的实验，获得了重要的发现。
（1）实验装置（如图18－2－1所示）
说明：
①整个实验过程在真空中进行。
②金箔很薄，α粒子（42He核）很容易穿过。
（2）实验结果：
绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了大角度的偏转，偏转角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”。
（3）实验分析
按照汤姆孙的“枣糕”原子模型，α粒子如果从原子之间或原子的中心线穿过时，它受到周围的正负电荷作用的库仑力是平衡的，α粒子不产生偏转；如果α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于一部分被抵消，α粒子偏转很小；如果α粒子正对着电子射来，质量远小于α粒子的电子不可能使α粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹。
所以α粒子的散射实验结果否定了汤姆孙的原子模型。
（4）原子的核式结构模型：
（见上面3）
【典型例题】
一、α粒子散射实验
【例1】卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（ ）
A．原子的中心有个核，叫原子核
B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C．原子的全部正电荷与几乎全部质量都集中在原子核里
D．带负电的电子在核外绕着核旋转
【例2】下列关于卢瑟福α粒子散射实验结果的叙述正确的是（ ）
A．全部α粒子都穿过金箔未发生偏转
B．绝大多数α粒子穿过金箔未发生偏转，少数发生较大偏转，极少数被弹回
C．绝大多数α粒子发生很大偏转，只有少数穿过金箔
D．所有α粒子都发生较大偏转
二、原子核的电荷与尺度
【例3】下列对原子结构的认识，错误的是（ ）
A．原子中绝大部分是空的，原子核很小
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．原子核的直径大约为10－10m
【例4】α粒子散射实验中，不考虑电子和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
三、卢瑟福的核式结构模型对α粒子散射分析
【例5】卢瑟福对α粒子散射实验的解释是（ ）
A．使α粒子产生偏转的力主要是原子中电子对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
§§18.2例题详细参考答案：
1.【答案】A、C、D
【解析】卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：
在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，由此可见B选项错，A、C、D选项正确。
2.解析：
对实验结果来看，只有B说法是与实验现象相吻合的。
答案：
B
3.【答案】D
【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，卢瑟福提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核直径的数量级为10－15m，而原子直径的数量级为10－10m，是原子核直径的十万倍，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库仑引力而绕核旋转。
所以本题应选D。
4.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1/7300，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粒尘埃一样，故正确答案为C。
答案：
C
5.【答案】B、C、D
【解析】原子核带正电与α粒子间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，故B对，A错；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对。
§§18.2《原子的核式结构模型》
同步强化训练
1．如图11－1为α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的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
2．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（ ）
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
3．卢瑟福的α粒子散射实验的结果显示了下列哪些情况（ ）
A．原子内存在电子
B．原子的大小为10－10m
C．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上
D．原子的正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
4．在α粒子的散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的（ ）
A．万有引力 B．库仑力
C．磁场力D．核力
5．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，这是因为（ ）
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
6．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粒子的有关物理量情况正确的是（ ）
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
7．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
8．关于原子的核式结构模型，下列说法正确的是（ ）
A．原子中绝大部分是“空”的，原子核很小
B．电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力
C．原子的全部电荷和质量都集中在原子核里
D．原子核的直径的数量级是10－10m
9.用α粒子撞击金原子核发生散射，图11－2中关于α粒子的运动轨迹正确的是（ ）
A．a
B．b
C．c
D．d
10．如图11－3所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一金属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，则以下说法正确的是（ ）
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处速度比在C处速度小
§§18.2《原子的核式结构模型》
同步强化训练详细参考答案
1.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观察到的闪光会逐渐减小，因此B、D正确，C错。
答案：
C
2.解析：
由α粒子散射实验装置及其作用，可选A、B、C；对于C项，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。
答案：
A、B、C
3.解析：
根据α粒子散射实验现象，绝大多数α粒子穿过金箔后沿原来方向前进，少数发生较大的偏转，极少数偏转角几乎到180°，可知A、C不正确，而实验结果不能判定原子的大小为10－10m，只有D项才是上述实验结果，故答案选D。
答案：
D
4.解析：
在α粒子散射实验中，粒子间的主要作用力是库仑力。
答案：
B
5.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，碰撞时电子对α粒子的运动影响极小，几乎不改变其运动方向，故C正确。
答案：
C
6.解析：
α粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小时，库仑力做负功，故α粒子动能减小，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。
答案：
A、D
7.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，α粒子动能减小，电势能增大；远离过程库仑斥力做正功，α粒子动能增大，电势能减小。
所以散射过程中α粒子一直受到库仑斥力作用，α粒子的速度先减小后增大，即正确选项为B。
答案：
B
8.解析：
因为原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，而原子核又很小，所以原子内绝大部分区域是“空”的，A正确，C错误；电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑引力提供向心力，B正确；原子核直径的数量级是10－15m，原子直径的数量级是10－10m，D错误。
答案：
A、B
9.解析：
α粒子受金原子核的排斥力，方向沿两者的连线方向，运动轨迹弯向受力方向的一侧，A、B均错误；离原子核越近，α粒子受到的斥力越大，偏转越大，C、D正确。
答案：
C、D
10．CD
§§18.3《氢原子光谱》导学案
【教学目标】
1．知道光谱、线状谱、连续谱、特征谱线的概念。
2．知道利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成。
3．知道氢原子光谱的规律。
4．了解经典理论的困难。
重点：
氢原子光谱的规律
难点：
氢原子光谱的规律
【自主预习】
1.光谱：
用光栅或棱镜把光按________展开，获得光的________和强度分布的记录，即光谱。
2．有些光谱是一条条的亮线，把它们叫做________，这样的光谱叫做________谱，有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，我们把它叫做________谱。
3．各种原子的发射光谱都是________谱，说明原子只发出几种________的光。
不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光________是不一样的，因此这些亮线称为原子的________谱线。
4．每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来________物质和确定物质的________，这种方法称为光谱分析。
5．在氢原子光谱的可见光区，有四条谱线，这些谱线的波长可用一个公式表示，这个公式可写作：
＝________，n＝3,4,5，…式中R叫做里德伯常量，实验测得的值为R＝________m－1。
6．光谱：
用光栅或棱镜可以把光波按波长展开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录，即光谱。
用摄谱仪可以得到光谱的照片。
物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类：
（1）发射光谱：
物质直接发出的光通过分光后产生的光谱。
它可分为连续光谱和明线光谱（线状光谱）。
①连续光谱：
由连续分布的一切波长的光（单色光）组成的光谱。
炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。
如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都是连续光谱。
②明线光谱：
只含有一些不连续的亮线的光谱。
它是由游离状态的原子发射的，因此也叫原子光谱。
稀薄气体或金属的蒸气的发射的光谱就是明线光谱。
实验证明，每种元素的原子都有一定特征的明线光谱。
（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。
这种光谱的特点是在连续光谱的背景上由若干条暗线组成的。
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。
实验表明，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的明线光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元素原子的特征谱线。
【典型例题】
一、光谱
【例1】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
【例2】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由于（ ）
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
【例3】要得到钠元素的特征谱线，下列做法正确的是（ ）
A．使固体钠在空气中燃烧
B．将固体钠高温加热成稀薄钠蒸汽
C．使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸汽
D．使炽热固体发出的白光通过高温钠蒸汽
二、氢原子光谱的实验规律
【例4】关于巴耳末公式
＝R（
－
）的理解，正确的是（ ）
A．此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的
B．公式中n可取任意值，故氢光谱是连续谱
C．公式中n只能取整数值，故氢光谱是线状谱
D．公式不但适用于氢光谱的分析，也适用于其他原子的光谱
三、经典理论的困难
【例5】关于经典电磁理论与原子的核式结构之间的关系，下列说法中正确的是（ ）
A．经典电磁理论很容易解释原子的稳定性
B．根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核上
C．根据经典电磁理论，原子光谱应该是连续的
D．原子的核式结构模型彻底否定了经典电磁理论
§§18.3
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