3-5教學案：第十八章 第2節(jié) 原子的核式結構模型 Word版含解析-物理備課大師

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1、物理備課大師 【全免費】 第2節(jié)原子的核式結構模型 1．α粒子散射實驗結果：絕大多數α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉，偏轉的角度甚至大于90°。 2．原子結構模型：在原子的中心有一個很小的核叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞核旋轉。 3．原子核由質子和中子組成，原子核的電荷數等于原子核中的質子數。 4．原子半徑的數量級為10－10m，原子核半徑的數量級為10－15 m。 一、湯姆孫的原子模型 湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認為原子是一個球體，正電荷彌漫

2、性地均勻分布在整個球體內，電子鑲嵌在球中。 圖18-2-1 湯姆孫的原子模型，小圓點代表正電荷，大圓點代表電子。 湯姆孫的原子模型被稱為西瓜模型或棗糕模型，該模型能解釋一些實驗現(xiàn)象，但后來被α粒子散射實驗否定了。 二、α粒子散射實驗 1．α粒子 α粒子是從放射性物質中發(fā)射出來的快速運動的粒子，含有兩個單位的正電荷，質量為氫原子質量的4倍。 2．實驗方法 用α粒子源發(fā)射的α粒子束轟擊金箔，用帶有熒光屏的放大鏡，在水平面內不同方向對散射的α粒子進行觀察，根據散射到各方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中正、負電荷的分布情況。 3．實驗裝置 圖18-2-2 4．實驗現(xiàn)象

3、 (1)絕大多數的α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進。 (2)少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉；偏轉的角度甚至大于90°，它們幾乎被“撞了回來”。 5．實驗意義：盧瑟福通過α粒子散射實驗，否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結構模型。 三、盧瑟福的核式結構模型 1．核式結構模型：1911年由盧瑟福提出，原子中帶正電的部分體積很小，但幾乎占有全部質量，電子在正電體的外面運動。 2．原子核的電荷與尺度 1．自主思考——判一判 (1)湯姆孫的棗糕式模型認為原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內。(√) (2)α粒子帶有一個單位的正電荷，質量為氫原子質量的2倍。(

4、×) (3)α粒子實驗證實了湯姆孫的棗糕式原子模型。(×) (4)盧瑟福的核式結構模型認為原子中帶正電的部分體積很小，電子在正電體外面運動。(√) (5)原子核的電荷數等于核中的中子數。(×) (6)對于一般的原子，由于原子核很小，所以內部十分空曠。(√) 2．合作探究——議一議 由原子的半徑和原子核的半徑數值可推知，原子核體積只占原子體積的，其空曠程度可想而知。據此，你能否說明產生α粒子散射現(xiàn)象的原因？可得到怎樣的啟示？ 提示：由于α粒子的質量遠大于電子質量，電子不可能使其發(fā)生大角度偏轉，產生大角度偏轉的原因應該是原子核，由于原子核非常小，入射的α粒子絕大多數距原子核很遠。只有

5、極少數α粒子靠近原子核，由于其庫侖斥力而使α粒子發(fā)生大角度偏轉。由α粒子散射現(xiàn)象可知，原子核非常??；能夠使α粒子發(fā)生大角度偏轉，說明原子核聚集了原子的絕大部分質量且?guī)д姟? 對α粒子散射實驗現(xiàn)象的分析 1．實驗背景 α粒子散射實驗是盧瑟福指導他的學生做的一個著名的物理實驗，實驗的目的是想驗證湯姆孫原子模型的正確性，實驗結果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據。在此基礎上，盧瑟福提出了原子核式結構模型。 2．否定湯姆孫的原子結構模型 (1)質量遠小于原子的電子，對α粒子的運動影響完全可以忽略，不應該發(fā)生大角度偏轉。 (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

6、互平衡，對α粒子運動方向的影響不會很大，也不應該發(fā)生大角度偏轉。 (3)α粒子的大角度偏轉，否定湯姆孫的原子結構模型。 3．大角度偏轉的實驗現(xiàn)象分析 (1)由于電子質量遠小于α粒子質量，所以電子不可能使α粒子發(fā)生大角度偏轉。 (2)使α粒子發(fā)生大角度偏轉的只能是原子中帶正電的部分。按照湯姆孫原子模型，正電荷在原子內是均勻分布的，α粒子穿過原子時，它受到的兩側斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子發(fā)生大角度偏轉，更不能使α粒子反向彈回，這與α粒子散射實驗相矛盾。 (3)實驗現(xiàn)象表明原子絕大部分是空的，原子的幾乎全部質量和所有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

7、不可能的。 4．原子的核式結構模型對α粒子散射實驗結果的解釋 (1)當α粒子穿過原子時，如果離核較遠，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，運動方向改變很小。因為原子核很小，所以絕大多數α粒子不發(fā)生偏轉。 (2)只有當α粒子十分接近原子核穿過時，才受到很大的庫侖力作用，發(fā)生大角度偏轉，而這種機會很少， 圖18-2-3 所以有少數粒子發(fā)生了大角度偏轉。 (3)如果α粒子正對著原子核射來，偏轉角幾乎達到180°，這種機會極少，如圖18-2-3所示，所以極少數粒子的偏轉角度甚至大于90°。 1．α粒子散射實驗中，使α粒子散射的原因是(　　) A．α粒

8、子與原子核外電子碰撞 B．α粒子與原子核發(fā)生接觸碰撞 C．α粒子發(fā)生明顯衍射 D．α粒子與原子核的庫侖斥力作用 解析：選D　α粒子與原子核外電子的作用是很微弱的。由于原子核的質量和電荷量很大，α粒子與原子核很近時，庫侖斥力很強，足可以使α粒子發(fā)生大角度偏轉甚至反向彈回，使α粒子散射的原因是庫侖斥力。選項D對。 2.如圖18-2-4所示是α粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運動軌跡，M、N、P、Q是軌跡上的四點，在散射過程中可以認為重金屬原子核靜止。圖中所標出的α粒子在各點處的加速度方向正確的是(　　) 圖18-2-4 A．M點　　　　　　　　 B．N點 C．P點 D

9、．Q點 解析：選C　α粒子(氦原子核)和重金屬原子核都帶正電，互相排斥，加速度方向與α粒子所受斥力方向相同。帶電粒子加速度方向沿相應點與重金屬原子核連線指向曲線的凹側，故只有選項C正確。 3．(多選)如圖18-2-5所示為盧瑟福和他的學生們做α粒子散射實驗的裝置示意圖。熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，關于觀察到的現(xiàn)象，下列說法中正確的是(　　) 圖18-2-5 A．相同的時間內放在A位置時觀察到屏上的閃光次數最多 B．相同的時間內放在B位置時觀察到屏上的閃光次數只比放在A位置時稍少些 C．放在C、D位置時屏上觀察不到閃光 D．放在D位置時屏上仍能觀察

10、到一些閃光，但次數極少 解析：選AD　由α粒子散射實驗的結論：絕大多數α粒子仍沿原方向運動，少數α粒子運動方向發(fā)生改變，極少數α粒子運動方向發(fā)生大角度的偏轉，甚至是180°。由A、B、C、D的位置可知絕大多數α粒子打到A位置的熒光屏上，少數α粒子打到B位置的熒光屏上，而極少數α粒子能打到C、D位置的熒光屏上，故選項A、D正確。 原子的核式結構模型與原子核的組成 1．原子的核式結構與原子的棗糕模型的對比： 核式結構 棗糕模型 原子內部是非常空曠的，正電荷集中在一個很小的核里 原子是充滿了正電荷的球體 電子繞核高速旋轉 電子均勻嵌在原子球體內 2．原子內的電荷關

11、系：原子核的電荷數與核外的電子數相等，非常接近原子序數。 3．原子核的組成：原子核由質子和中子組成，原子核的電荷數等于原子核的質子數。 4．原子核的大?。涸拥陌霃綌盗考墳?0－10 m，原子核半徑的數量級為10－15 m，原子核的半徑只相當于原子半徑的十萬分之一，體積只相當于原子體積的10－15。 [典例]　在α粒子散射實驗中，根據α粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時能達到的最小距離可以估算原子核的大小?，F(xiàn)在一個α粒子以2.0×107 m/s的速度去轟擊金箔，若金原子的核電荷數為79。求α粒子與金原子核間的最近距離(已知帶電粒子在點電荷電場中的電勢能表達式為Ep＝k，r為距點電荷的距離。α

12、粒子質量為6.64×10－27kg)。 [思路點撥] (1)α粒子的運動方向沿α粒子和金原子核的連線。 (2)當α粒子的動能減為零時，電勢能最大，離原子核最近。 (3)原子核的大小應比最近距離小一些。 [解析]　當α粒子靠近原子核運動時，α粒子的動能轉化為電勢能，達到最近距離時，動能全部轉化為電勢能，所以α粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達到的最小距離為d，則mv2＝k，則d＝＝ m＝2.7×10－14 m。 [答案]　2.7×10－14 m 解答原子結構問題的三大規(guī)律 (1)庫侖定律：F＝k，可以用來確定電子和原子核、α粒子和原子核間的相互作用力。 (2)牛頓運動定律和圓

13、周運動規(guī)律，可以用來分析電子繞原子核做勻速圓周運動的問題。 (3)功能關系：可以分析由于庫侖力做功引起的帶電粒子在原子核周圍運動時動能、電勢能之間的轉化問題?！　　　? 1．(多選)關于原子核式結構理論說法正確的是(　　) A．是通過發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來的 B．原子的中心有個核，叫作原子核 C．原子的正電荷均勻分布在整個原子中 D．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外旋轉 解析：選BD　原子的核式結構模型是在α粒子的散射實驗結果的基礎上提出的，A 錯誤。原子中絕大部分是空的，帶正電的部分集中在原子中心一個很小的范圍，稱為原子核，B 正確，C 錯誤。原

14、子核集中了原子全部正電荷和幾乎全部質量，帶負電的電子在核外旋轉，D 正確。 2．關于α粒子散射實驗(　　) A．絕大多數α粒子經過金箔后，發(fā)生了角度不太大的偏轉 B．α粒子在接近原子核的過程中，動能減少，電勢能減少 C．α粒子離開原子核的過程中，動能增加，電勢能也增加 D．對α粒子散射實驗的數據進行分析，可以估算出原子核的大小 解析：選D　由于原子核很小，α粒子十分接近它的機會很少，所以絕大多數α粒子基本上仍沿原方向前進。只有極少數發(fā)生大角度的偏轉，從α粒子的散射實驗的數據可以估算出原子核直徑的大小約為10－15 m～10－14 m。由此可知A 錯，D 正確；α粒子向原子核射去，當

15、α粒子接近核時，克服電場力做功，所以其動能減少，電勢能增加；當α粒子遠離原子核時，電場力做正功，其動能增加，電勢能減少，所以選項B、C都錯。 3.根據α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結構模型，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(　　) 圖18-2-6 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點經b點到達等勢點c的過程中電場力先做負功，后做正功，α粒子的電勢能先增加，后減小，回到

16、同一等勢線上時，電場力做的總功為零，故C項正確。 1．(多選)盧瑟福的α粒子散射實驗結果表明了(　　) A．原子核是可分的 B．湯姆孫的“棗糕”模型是錯誤的 C．原子是由均勻帶正電的物質和帶負電的電子構成 D．原子中的正、負電荷并非均勻分布 解析：選BD　α粒子散射實驗并非證明原子是由什么構成的，而是證明了組成原子的正、負電荷在原子內部是如何分布的，由實驗現(xiàn)象可知原子內部的正、負電荷并非均勻分布，證明了“棗糕模型”是錯誤的，故答案為B、D。 2．(多選)在α粒子散射實驗中，關于選用金箔的原因下列說法正確的是(　　) A．金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔 B．金原子

17、核不帶電 C．金原子核質量大，被α粒子轟擊后不易移動 D．金這種材料比較昂貴 解析：選AC　α粒子散射實驗中，選用金箔是因為金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔，α粒子很容易穿過，A 正確。金原子核質量大，被α粒子轟擊后不易移動，C 正確。金核帶正電，B 錯誤。選用金箔做實驗與金這種材料比較昂貴沒有任何關系，D項錯誤。 3．在α粒子散射實驗中，我們并沒有考慮電子對α粒子偏轉角度的影響，這是因為(　　) A．電子的體積非常小，以致α粒子碰不到它 B．電子的質量遠比α粒子的小，所以它對α粒子運動的影響極其微小 C．α粒子使各個電子碰撞的效果相互抵消 D．電子在核外均勻分布，所以α粒

18、子受電子作用的合外力為零 解析：選B　α粒子的質量是電子質量的7 300倍，電子雖然很小，但數量很多，α粒子仍能碰到，影響微乎其微。選項B正確。 4．(多選)用α粒子撞擊金原子核發(fā)生散射，圖1中關于α粒子的運動軌跡正確的是(　　) 圖1 A．a　　　　　　　　　 B．b C．c D．d 解析：選CD　α粒子受金原子核的排斥力，方向沿兩者的連線方向，運動軌跡彎向受力方向的一側，A、B均錯誤；離原子核越近，α粒子受到的斥力越大，偏轉越大，C、D正確。 5．(多選)如圖2所示，表示α粒子散射實驗中，某個α粒子經過原子核的情景，虛線a、b和c表示原子核形成的靜電場中的三個等勢面

19、，它們的電勢分別為φa、φb和φc，φa>φb>φc，一個α粒子射入電場中，其運動軌跡如實線KLMN所示，由圖可知(　　) 圖2 A．α粒子從K到L的過程中，電場力做負功 B．α粒子從L到M的過程中，電場力做負功 C．α粒子從K到L的過程中，電勢能增加 D．α粒子從L到M的過程中，動能減小 解析：選AC　從K到L時，庫侖力與運動方向的夾角大于90°，做負功，電勢能增加，選項A、C正確。從L到M過程中，電場力先做負功，后做正功，動能先減小，后增大，選項B、D錯誤。 6．(多選)關于α粒子散射實驗及核式結構模型，下列說法正確的是(　　) A．帶有熒光屏的顯微境可以在水平面內

20、的不同方向上移動 B．熒光屏上的閃光是散射的α粒子打在熒光屏上形成的 C．熒光屏只有正對α粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光 D．使α粒子散射的原因是α粒子與原子核發(fā)生接觸碰撞 解析：選AB　為觀察α粒子穿過金箔后在各個方向上的散射情況，顯微鏡必須能在水平面內各個方向上移動，故A正確；熒光屏上的閃光是α粒子打在熒光屏上引起的，并且在各個方向上都能觀察到閃光，故B正確，C錯；α粒子散射的原因是α粒子受到原子核的庫侖斥力，D錯。 7．若氫原子的核外電子繞核做半徑為r的勻速圓周運動，則其角速度ω是多少？電子繞核的運動可等效為環(huán)形電流，則電子運動的等效電流I是多少？(已知電子的質量為m，電荷

21、量為e，靜電力常量用k表示) 解析：電子繞核運動的向心力是庫侖力，因為＝mω2r，所以ω＝；其運動周期為T＝＝，其等效電流I＝＝ 。 答案：　 8．已知金原子序數為79，α粒子離金原子核的最近距離約為2×10－14m，則； (1)α粒子離金原子核最近時受到的庫侖力是多大？ (2)α粒子產生的最大加速度為多大？ (3)估算金原子核的平均密度為多少？ (已知qα＝2e，mα＝6.64×10－27kg，MAu＝3.3×10－25 kg) 解析：(1)根據庫侖定律得：F＝k＝k，代入數據得：F＝9×109×N＝91.008 N。 (2)根據牛頓第二定律得：a＝＝ m/s2＝1.37×1028 m/s2。 (3)α粒子離金原子核最近的距離約等于金原子核的半徑，體積為V＝πr3， 金原子核的密度約為ρ＝＝，代入數據解得：ρ＝9.9×1015 kg/m3。 答案：(1)91.008 N　(2)1.37×1028 m/s2 (3)9.9×1015 kg/m3 “備課大師”全科【9門】：免注冊，不收費！