高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 第2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué)案 新人教版選修3-5

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1、 2　原子的核式結(jié)構(gòu)模型 1．了解湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型。 2．知道α粒子實驗現(xiàn)象、方法和結(jié)果。 3．知道盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)容和意義。 4．知道原子和原子核的大小數(shù)量級。 電子的發(fā)現(xiàn)說明原子是可以再分的，原子是有一定結(jié)構(gòu)的。你知道哪些原子結(jié)構(gòu)模型呢？ 提示：湯姆孫的“棗糕模型”、盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型和玻爾原子模型等。 1．湯姆孫的原子模型 (1)湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認(rèn)為原子是一個______，________彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，______鑲嵌在球中。 (2)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)

2、象，但后來被____________實驗否定了。 2．α粒子散射實驗 (1)α粒子：是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來的快速運動的粒子，實質(zhì)是失去兩個電子的__________，帶__________電荷，質(zhì)量為________質(zhì)量的4倍。 (2)實驗結(jié)果： ①__________α粒子穿過金箔后，基本沿原方向前進。 ②______α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角甚至大于90°。 (3)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__________模型。 思考：你認(rèn)為α粒子散射實驗的意義是什么？ 3．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型 (1)核式結(jié)構(gòu)模型：1911年由盧瑟福提出，在原子中心

3、有一個很小的核，叫________。它集中了全部的________和幾乎全部的______，______在核外空間運動。 (2)原子核的電荷與尺度： ①原子內(nèi)的電荷關(guān)系：各種元素的原子核的電荷數(shù)與含有的________相等，非常接近于它們的__________。 ②原子核的組成：原子核是由______和______組成的，原子核的電荷數(shù)就等于原子核中的________。 ③原子核的大小：實驗確定的原子核半徑R的數(shù)量級為____________ m，而原子的半徑的數(shù)量級是____________ m。因而原子內(nèi)部十分“空曠”。 答案：1．(1)球體　正電荷　電子 (2)α粒子散射

4、 2．(1)氦原子核　兩個單位正　氫原子 (2)絕大多數(shù)　少數(shù) (3)核式結(jié)構(gòu) 思考 提示：揭示了湯姆孫原子模型的局限性，為核式結(jié)構(gòu)提供了實驗基礎(chǔ)。 3．(1)原子核　正電荷　質(zhì)量　電子 (2)電子數(shù)　原子序數(shù)　質(zhì)子　中子　質(zhì)子數(shù)　10－15 10－10 一、對α粒子散射實驗的正確理解 1．裝置 放射源、金箔、熒光屏等，如圖所示。 2．現(xiàn)象 (1)絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進。 (2)少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)。 (3)極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的幾乎達到180°。 3．實驗的注意事項 (1)整個實驗過程在真空中進行。 (2)α

5、粒子是氦原子核，體積很小，金箔需要做得很薄，α粒子才能穿過。 (3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄，可認(rèn)為只有一層金原子。另外一點就是金的原子序數(shù)大，α粒子與金核間的庫侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯。 二、對α粒子散射實驗的解釋 1．α粒子的散射實驗否定了湯姆孫原子模型 (1)α粒子在穿過原子之間時，所受周圍的正、負(fù)電荷作用的庫侖力是平衡的，α粒子不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)； (2)α粒子正對著電子射來，質(zhì)量遠小于α粒子的電子不可能使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，更不可能使它反彈。 2．原子的核式結(jié)構(gòu)模型對α粒子散射實驗結(jié)果的解釋 (1)當(dāng)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

6、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(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 (2)只有當(dāng)α粒子十分接近原子核穿過時，才受到很大的庫侖力，偏轉(zhuǎn)角才很大，而這種機會很少。 (3)如果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。 類型一 α粒子散射實驗現(xiàn)象及分析 【例題1】 如圖所示為α粒子散射實驗裝置的示意圖，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(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說法不正確的是(　　)。 A．相同時間內(nèi)放在A位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B．相同時間內(nèi)放在B位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置

7、時少得多 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到一些閃光，但次數(shù)極少 解析：根據(jù)α粒子散射實驗的現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上沿原方向前進，因此在A位置觀察到的閃光次數(shù)最多，故選項A正確；少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，因此從A到D觀察到的閃光次數(shù)會逐漸減少，因此選項B、D正確，C錯誤。 答案：C 題后反思：α粒子大角度地散射，不可能是因為金箔的原子內(nèi)的電子造成的，因為電子質(zhì)量很小。只有當(dāng)α粒子受到原子內(nèi)正電荷很強的排斥力時它的運動方向才會有這樣大的改變。原子中的正電荷與原子的很大一部分質(zhì)量一定集中在一個很小的核上。 類型二 估算原子核的大小 【

8、例題2】 在α粒子散射實驗中，根據(jù)α粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達到的最小距離可以估算原子核的大小?，F(xiàn)有一個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(shù)為79，求該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，α粒子質(zhì)量為6.64×10－27 kg)。 點撥：α粒子靠近金核的過程中，動能轉(zhuǎn)化為電勢能，用功能關(guān)系可求解α粒子與金核間的最小距離，這個最小距離可視為金核的半徑。 解析：當(dāng)α粒子靠近原子核運動時，α粒子的動能轉(zhuǎn)化為電勢能，達到最近距離時，動能全部轉(zhuǎn)化為電勢能，設(shè)α粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達到的最小距離L，則mv2＝k

9、 L＝＝ m＝2.7×10－14 m 所以α粒子與金原子核間的最近距離為2.7×10－14 m。 答案：2.7×10－14 m 題后反思：有關(guān)原子核間的力學(xué)問題，可根據(jù)庫侖力的做功情況，用功能關(guān)系處理。 觸類旁通：試分析α粒子與原子核發(fā)生對心碰撞達到最小距離前的動能、電勢能的變化情況。 觸類旁通 答案：α粒子與金原子核間存在著相互作用的庫侖斥力，在靠近的過程中，庫侖力做負(fù)功，所以動能逐漸減小，電勢能逐漸增加。 1．盧瑟福對α粒子散射實驗的解釋是(　　)。 A．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力主要是原子中電子對α粒子的作用力 B．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力 C．原子核很小，α

10、粒子接近它的機會很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來的方向前進 D．能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是穿過原子時離原子核近的α粒子 2．盧瑟福通過對α粒子散射實驗結(jié)果的分析，提出(　　)。 A．原子的核式結(jié)構(gòu)模型 B．原子核內(nèi)有中子存在 C．電子是原子的組成部分 D．原子核是由質(zhì)子和中子組成的 3．如圖所示，X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它們?nèi)肷鋾r的動能相同，其偏轉(zhuǎn)軌道可能是圖中的(　　)。 4．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．原子核的直徑的數(shù)量級是10－10 m C．原子的全部電荷都集中在原子核內(nèi) D

11、．原子的全部的質(zhì)量都集中在原子核內(nèi) 5．根據(jù)α粒子散射實驗，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(fù)功，后做正功，總功等于零 D．加速度先變小，后變大 答案：1．BCD　原子核很小，只有離核近的α粒子在庫侖力的作用下發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，B、C、D選項正確。 2．A　α粒子散射實驗的結(jié)果是大部分α粒子沿原來方向運動，少部分發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過90度甚至達到180度，說明原子的幾乎全部的質(zhì)量與全部正電荷都集中在很小的核上，據(jù)此盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。 3．D　α粒子離金核越遠，其所受斥力越小，軌道彎曲程度越小，故選項D正確。 4．A　大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明核外很“空曠”，故選項A正確；原子核的直徑的數(shù)量級為10－15 m，故選項B錯誤。由盧瑟福核式結(jié)構(gòu)內(nèi)容知，選項C、D錯誤。 5．C　α粒子從A點經(jīng)B點到達A點的等勢點C點的過程中電場力先做負(fù)功，后做正功，α粒子的電勢能先增加，后減小，回到同一等勢線上時，電場力做的總功為零。故C選項正確。 5