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(shí)驗(yàn)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(jí)。 電子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)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(gè)______，________彌漫性地均勻分布在整個(gè)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)

2、象，但后來(lái)被____________實(shí)驗(yàn)否定了。 2．α粒子散射實(shí)驗(yàn) (1)α粒子：是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，實(shí)質(zhì)是失去兩個(gè)電子的__________，帶__________電荷，質(zhì)量為_(kāi)_______質(zhì)量的4倍。 (2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果： ①__________α粒子穿過(guò)金箔后，基本沿原方向前進(jìn)。 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(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(gè)很小的核，叫________。它集中了全部的________和幾乎全部的______，______在核外空間運(yùn)動(dòng)。 (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?。簩?shí)驗(yàn)確定的原子核半徑R的數(shù)量級(jí)為_(kāi)___________ m，而原子的半徑的數(shù)量級(jí)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(guò)金箔后仍沿原來(lái)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(guò)90°，有的幾乎達(dá)到180°。 3．實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng) (1)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在真空中進(jìn)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(guò)。 (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(diǎn)就是金的原子序數(shù)大，α粒子與金核間的庫(kù)侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯。 二、對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋 1．α粒子的散射實(shí)驗(yàn)否定了湯姆孫原子模型 (1)α粒子在穿過(guò)原子之間時(shí)，所受周圍的正、負(fù)電荷作用的庫(kù)侖力是平衡的，α粒子不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)； (2)α粒子正對(duì)著電子射來(lái)，質(zhì)量遠(yuǎn)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(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋 (1)當(dāng)α粒子穿過(guò)原子時(shí)，如果離核較遠(yuǎn)，受到原子核的斥力很小，α粒子就像

6、穿過(guò)“一片空地”一樣，無(wú)遮無(wú)擋，運(yùn)動(dòng)方向改變很小，因?yàn)樵雍撕苄。越^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(guò)時(shí)，才受到很大的庫(kù)侖力，偏轉(zhuǎn)角才很大，而這種機(jī)會(huì)很少。 (3)如果α粒子正對(duì)著原子核射來(lái)，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°，這種機(jī)會(huì)極少，如圖所示。 類型一 α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析 【例題1】 如圖所示為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)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說(shuō)法不正確的是(　　)。 A．相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B．相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置

7、時(shí)少得多 C．放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光 D．放在D位置時(shí)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(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上沿原方向前進(jìn)，因此在A位置觀察到的閃光次數(shù)最多，故選項(xiàng)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(huì)逐漸減少，因此選項(xiàng)B、D正確，C錯(cuò)誤。 答案：C 題后反思：α粒子大角度地散射，不可能是因?yàn)榻鸩脑觾?nèi)的電子造成的，因?yàn)殡娮淤|(zhì)量很小。只有當(dāng)α粒子受到原子內(nèi)正電荷很強(qiáng)的排斥力時(shí)它的運(yùn)動(dòng)方向才會(huì)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(gè)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(shí)驗(yàn)中，根據(jù)α粒子與原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)所能達(dá)到的最小距離可以估算原子核的大小?，F(xiàn)有一個(gè)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(diǎn)電荷電場(chǎng)中的電勢(shì)能表達(dá)式為Ep＝k，α粒子質(zhì)量為6.64×10－27 kg)。 點(diǎn)撥：α粒子靠近金核的過(guò)程中，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，用功能關(guān)系可求解α粒子與金核間的最小距離，這個(gè)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(yùn)動(dòng)時(shí)，α粒子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，達(dá)到最近距離時(shí)，動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，設(shè)α粒子與原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)所能達(dá)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(wèn)題，可根據(jù)庫(kù)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(duì)心碰撞達(dá)到最小距離前的動(dòng)能、電勢(shì)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(kù)侖斥力，在靠近的過(guò)程中，庫(kù)侖力做負(fù)功，所以動(dòng)能逐漸減小，電勢(shì)能逐漸增加。 1．盧瑟福對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋是(　　)。 A．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力主要是原子中電子對(duì)α粒子的作用力 B．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫(kù)侖力 C．原子核很小，α

10、粒子接近它的機(jī)會(huì)很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn) D．能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是穿過(guò)原子時(shí)離原子核近的α粒子 2．盧瑟福通過(guò)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(shí)的動(dòng)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(shuō)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(jí)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(shí)驗(yàn)，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(chǎng)的等勢(shì)線，實(shí)線表示一個(gè)α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。在α粒子從A運(yùn)動(dòng)到B、再運(yùn)動(dòng)到C的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是(　　)。 A．動(dòng)能先增大，后減小 B．電勢(shì)能先減小，后增大 C．電場(chǎng)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(kù)侖力的作用下發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，B、C、D選項(xiàng)正確。 2．A　α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是大部分α粒子沿原來(lái)方向運(yùn)動(dòng)，少部分發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過(guò)90度甚至達(dá)到180度，說(shuō)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(yuǎn)，其所受斥力越小，軌道彎曲程度越小，故選項(xiàng)D正確。 4．A　大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明核外很“空曠”，故選項(xiàng)A正確；原子核的直徑的數(shù)量級(jí)為10－15 m，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤。由盧瑟福核式結(jié)構(gòu)內(nèi)容知，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 5．C　α粒子從A點(diǎn)經(jīng)B點(diǎn)到達(dá)A點(diǎn)的等勢(shì)點(diǎn)C點(diǎn)的過(guò)程中電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功，α粒子的電勢(shì)能先增加，后減小，回到同一等勢(shì)線上時(shí)，電場(chǎng)力做的總功為零。故C選項(xiàng)正確。 5