2017-2018學(xué)年高中物理 第2章 原子結(jié)構(gòu) 2 原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué)案 魯科版選修3-5

《2017-2018學(xué)年高中物理 第2章 原子結(jié)構(gòu) 2 原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué)案 魯科版選修3-5》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中物理 第2章 原子結(jié)構(gòu) 2 原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué)案 魯科版選修3-5（9頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第2節(jié)　原子的核式結(jié)構(gòu)模型 [目標(biāo)定位]　1.了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.2.理解盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型． 一、α粒子散射實(shí)驗(yàn) 1．實(shí)驗(yàn)裝置(如圖1)： 圖1 2．實(shí)驗(yàn)方法 用由放射源發(fā)射的α粒子束轟擊金箔，利用熒光屏接收，探測通過金箔后的α粒子分布情況． 3．實(shí)驗(yàn)結(jié)果 絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90°，有的甚至被原路彈回，α粒子被反射回來的概率竟然有. 二、盧瑟福原子模型 1．核式結(jié)構(gòu)模型 原子內(nèi)部有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷以及幾乎全部的質(zhì)

2、量都集中在原子核內(nèi)，帶負(fù)電的電子繞核運(yùn)動．原子的核式結(jié)構(gòu)模型又被稱為行星模型． 2．原子的大?。? (1)原子直徑數(shù)量級：10－10 m. (2)原子核直徑數(shù)量級：10－15 m. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解 1．裝置：放射源、金箔、熒光屏等，如圖2所示． 圖2 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(jìn)． (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(dá)到180°. 3．注意事項(xiàng)：(1)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程在真空中進(jìn)行． (2)α粒子是氦原子核，體積很小，金箔需要做得很薄，

3、α粒子才能穿過． 4．湯姆孫的原子模型不能解釋α粒子的大角度散射． 【例1】　 (多選)如圖3為盧瑟福所做的α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(gè)位置時(shí)，下述說法中正確的是(　　) 圖3 A．相同時(shí)間內(nèi)在A時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B．相同時(shí)間內(nèi)在B時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A時(shí)稍少些 C．放在D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少 D．放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光 答案　AC 解析　在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來的方向前進(jìn)，故A正確；少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度大于

4、90°，極個(gè)別α粒子反彈回來，所以在B位置只能觀察到少數(shù)的閃光，在C、D兩位置能觀察到的閃光次數(shù)極少，故B、D錯(cuò)，C對． 借題發(fā)揮　解決α粒子散射實(shí)驗(yàn)問題的技巧 1．熟記實(shí)驗(yàn)裝置及原理． 2．理解建立核式結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)． (1)核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯改變． (2)湯姆孫的原子模型不能解釋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(gè)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粒子在穿過厚厚的金原子層時(shí)運(yùn)動方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的，原子的質(zhì)量、電荷量都集中在體積很小的核內(nèi)．

5、 針對訓(xùn)練1　(多選) 圖4 用α粒子撞擊金原子核發(fā)生散射，圖4中關(guān)于α粒子的運(yùn)動軌跡正確的是(　　) A．a(chǎn) B．b C．c D．d 答案　CD 解析　α粒子受金原子核的排斥力，方向沿兩者的連線方向，運(yùn)動軌跡彎向受力方向的一側(cè)，A、B均錯(cuò)誤；離原子核越近，α粒子受到的斥力越大，偏轉(zhuǎn)越大，C、D正確． 二、盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型 1．內(nèi)容：在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核內(nèi)，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)． 2．對α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋 (1)當(dāng)α粒子穿過原子時(shí)，如果離核較遠(yuǎn)，受到原子核的斥力很小，運(yùn)動方向改變很小，

6、因?yàn)樵雍撕苄?，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(shí)，才受到很大的庫侖力作用，偏轉(zhuǎn)角才很大，而這種機(jī)會很少． (3)如果α粒子正對著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°，這種機(jī)會極小，如圖5所示． 圖5 3．?dāng)?shù)量級：原子的半徑數(shù)量級為10－10 m，原子核半徑的數(shù)量級為10－15 m 【例2】　下列對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識中，錯(cuò)誤的是(　　) A．原子中絕大部分是空的，原子核很小 B．電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)，向心力為庫侖力 C．原子的全部正電荷都集中在原子核里 D．原子核直徑的數(shù)量級大約為10－10 m 答案　D 解析　盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

7、否定了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的湯姆孫模型，盧瑟福提出了關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，并估算出原子核直徑的數(shù)量級為10－15 m，而原子直徑的數(shù)量級為10－10 m，是原子核直徑的十萬倍，所以原子內(nèi)部是十分“空曠”的，核外帶負(fù)電的電子由于受到帶正電的原子核的庫侖引力而繞核旋轉(zhuǎn)，所以本題應(yīng)選D. 針對訓(xùn)練2　在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，只有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是(　　) A．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核里 B．正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的 C．原子中存在著帶負(fù)電的電子 D．原子的質(zhì)量在原子核內(nèi)是均勻分布的 答案　A 解析　原子的核式結(jié)構(gòu)正是建立在α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)

8、上的，C、D的說法沒有錯(cuò)，但與題意不符． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解 1．在α粒子的散射實(shí)驗(yàn)中，使少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的作用力是原子核對α粒子的(　　) A．萬有引力 B．庫侖力 C．磁場力 D．核力 答案　B 2．英國物理學(xué)家盧瑟福用α粒子轟擊金箔，為了解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，如圖所示，O表示金原子核的位置，曲線ab和cd表示經(jīng)過金原子核附近的α粒子的運(yùn)動軌跡，能正確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖是(　　) 答案　D 解析　α粒子散射實(shí)驗(yàn)的原因是α粒子與金原子核間存在庫侖斥力，因此僅有D圖正確． 原子的核式結(jié)構(gòu)模型

9、 3．(多選)盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有(　　) A．原子的中心有個(gè)核，叫原子核 B．原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中 C．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi) D．帶負(fù)電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn) 答案　ACD 解析　盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容是：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)，由此可見，B選項(xiàng)錯(cuò)誤，A、C、D選項(xiàng)正確． 4．(多選)盧瑟福對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋是(　　) A．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的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

10、．原子核很小，α粒子接近它的機(jī)會很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來的方向前進(jìn) D．能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是穿過原子時(shí)離原子核近的α粒子 答案　BCD 解析　原子核帶正電，與α粒子間存在庫侖力，當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí)受庫侖力而偏轉(zhuǎn)，電子對它的影響可忽略，故A錯(cuò)，B對；由于原子核非常小，絕大多數(shù)粒子經(jīng)過時(shí)離核較遠(yuǎn)因而運(yùn)動方向幾乎不變，只有離核很近的α粒子受到的庫侖力較大，方向改變較多，故C、D對. (時(shí)間：60分鐘)　　　　　　　　　　　　　　　　　　 題組一　對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解 1．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述，下列說法中正確的是(　　) A．實(shí)驗(yàn)器材有放射源、金箔、帶有熒

11、光屏的放大鏡 B．金箔的厚度對實(shí)驗(yàn)無影響 C．如果不用金箔改為鋁箔，就不會發(fā)生散射現(xiàn)象 D．實(shí)驗(yàn)裝置放置在空氣中和真空中都可以 答案　A 解析　實(shí)驗(yàn)用的器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡，放大鏡可以在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動不同的方向，對散射的α粒子進(jìn)行觀察，A對；實(shí)驗(yàn)用的金箔的厚度極小，如果厚度增大，α粒子穿過金箔時(shí)必然受到較大的阻礙作用而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，B錯(cuò)；如果改用鋁箔，鋁的原子核的電量仍然大α粒子很多，當(dāng)α粒子靠近鋁原子核時(shí)，庫侖斥力仍然很大，散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象仍能夠發(fā)生，C錯(cuò)；空氣的流動和塵埃對α粒子的運(yùn)動產(chǎn)生較大影響，且α粒子在空氣中由于電離作用，只能前進(jìn)很短距離，使實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行，故實(shí)驗(yàn)

12、裝置是放在真空中進(jìn)行的，D錯(cuò)． 2．盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型的依據(jù)是用α粒子轟擊金箔，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)α粒子(　　) A．全部穿過或發(fā)生很小偏轉(zhuǎn) B．絕大多數(shù)沿原方向穿過，只有少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，有的甚至被彈回 C．絕大多數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回，只有少數(shù)穿過 D．全部發(fā)生很大偏轉(zhuǎn) 答案　B 解析　盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤．α粒子被散射時(shí)只有少數(shù)發(fā)生了較大角度偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90°，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°，故選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤． 3．在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，使α粒子散射的原因是(　

13、　) A．α粒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 答案　D 解析　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(zhì)量和電荷量很大，α粒子與原子核很近時(shí)，庫侖斥力很強(qiáng)，足可以使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)甚至反向彈回，使α粒子散射的原因是庫侖斥力，D對． 4．如圖所示，X表示金原子核，α粒子射向金箔被散射，若它們的入射時(shí)的動能相同，其偏轉(zhuǎn)軌跡可能是圖中的(　　) 答案　D 解析　α粒子離金核越遠(yuǎn)，其所受斥力越小，軌跡彎曲的就越小，故D對． 5．在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

14、(　　) A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用 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粒子一直受到庫侖斥力，速度一直減小 答案　B 解析　α粒子與金原子核帶同種電荷，兩者相互排斥，故A、C錯(cuò)誤，B正確；α粒子在靠近金原子核時(shí)斥力做負(fù)功，速度減小，遠(yuǎn)離時(shí)斥力做正功，速度增大，故D錯(cuò)誤． 6．(多選)根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型．圖1中虛線表示原子核所形成的電場等勢面，實(shí)線表示一個(gè)α粒子的運(yùn)動軌跡．在α粒子從a運(yùn)動到b、再運(yùn)動到c的過程中，下列說法中正確的是(　　) 圖1

15、A．電場力在a→b過程中做負(fù)功，b→c過程中做正功，但總功等于零 B．加速度先變大，后變小 C．a(chǎn)、c兩點(diǎn)的動能不相等 D．其動能與電勢能的和不變 答案　ABD 解析　α粒子與原子核之間的力為庫侖斥力，從a→b庫侖力做負(fù)功，動能減少，電勢能增加，從b→c庫侖力做正功，動能增加，且a→b與b→c庫侖力所做的總功為0，則a、c兩點(diǎn)的動能相等，因此A正確，C錯(cuò)；因?yàn)橹挥须妶隽ψ龉?，故動能與電勢能之和不變，故D正確；α粒子與原子核相距越近，庫侖力越大，加速度越大，故從a→c加速度先增大后減小，B正確． 題組二　盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型 7．盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示了下列哪些情況(　　

16、) A．原子內(nèi)存在電子 B．原子的大小為10－10 m C．原子的正電荷均勻分布在它的全部體積上 D．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi) 答案　D 解析　根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過90°，可知C錯(cuò)，A與題意不符；而實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能判定原子的大小為10－10 m，B錯(cuò)，故選D. 8．(多選)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)α粒子最接近金原子核時(shí)，α粒子符合下列哪種情況(　　) A．動能最小 B．勢能最小 C．α粒子與金原子核組成的系統(tǒng)的能量最小 D．所受金原子核的斥力最大 答案　AD 解析　α粒子在接

17、近金原子核的過程中，要克服庫侖斥力做功，動能減少，電勢能增加，兩者相距最近時(shí)，動能最小，電勢能最大，總能量守恒．根據(jù)庫侖定律，距離最近時(shí)，斥力最大． 9．速度為107 m/s的α粒子從很遠(yuǎn)的地方飛來，與鋁原子核發(fā)生對心碰撞，若α粒子的質(zhì)量為4m0，鋁核的質(zhì)量為27m0，它們相距最近時(shí)，鋁核獲得的動能是原α粒子動能的多少？ 答案　 解析　在α粒子和鋁原子核發(fā)生對心碰撞后，當(dāng)二者速度相同時(shí)相距最近，在α粒子靠近過程中，由動量守恒得 mαv0＝(mα＋m鋁)v共，所以v共＝ ＝＝ ＝＝＝ 10．已知電子質(zhì)量為9.1×10－31kg，帶電荷量為－1.6×10－19 C，若氫原子核外電子繞

18、核旋轉(zhuǎn)時(shí)的軌道半徑為0.53×10－10m，求電子繞核運(yùn)動的線速度大小、動能、周期和形成的等效電流． 答案　2.19×106 m/s　2.18×10－18 J　1.53×10－16 s　1.05×10－3 A 解析　由盧瑟福的原子模型可知：電子繞核做圓周運(yùn)動所需的向心力由核對電子的庫侖引力來提供． 根據(jù)＝k ，得v＝e ＝1.6×10－19× m/s＝2.19×106 m/s； 其動能Ek＝mv2＝×9.1×10－31×(2.19×106)2J ＝2.18×10－18 J； 運(yùn)動周期T＝＝ s ＝1.53×10－16 s； 電子繞核運(yùn)動形成的等效電流 I＝＝＝A≈1.05×10－3 A． 9