2019-2020學(xué)年高中物理 第18章 2 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 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．(重點(diǎn))2.知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容．(重點(diǎn)、難點(diǎn))3.了解盧瑟福的實(shí)驗(yàn)和科學(xué)方法，培養(yǎng)抽象思維能力．(重點(diǎn)) 一、α粒子散射實(shí)驗(yàn) 1．湯姆孫原子模型 湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌在球中． 2．α粒子散射實(shí)驗(yàn) (1)實(shí)驗(yàn)裝置：α粒子源、金箔、放大鏡和熒光屏． (2)實(shí)驗(yàn)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)生了大角度的偏轉(zhuǎn)． ③極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角大于90°，

2、甚至有極個(gè)別α粒子被反彈回來． (3)實(shí)驗(yàn)意義：盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型． 二、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，在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核．它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外空間運(yùn)動(dòng)． 2．原子核的電荷與尺度 1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”) (1)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中大多數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈． (×) (2)盧瑟福否定了湯姆孫模型，建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型． (√) (3)原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核上． (√) (4)原子中所有正電荷都集

3、中在原子核內(nèi)． (√) (5)核電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，也等于中子數(shù)． (×) 2．(多選)如圖所示為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)觀察到的現(xiàn)象，下述說法中正確的是(　　) A．放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B．放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置稍少些 C．放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)要比A位置少很多 D．放在C、D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光 [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)生較大

4、偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°，極個(gè)別α粒子被反射回來，故B、D錯(cuò)誤，C正確． [答案]　AC 3．盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果(　　) A．證實(shí)了質(zhì)子的存在 B．證實(shí)了原子核是由質(zhì)子和中子組成的 C．證實(shí)了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 D．說明了原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中 [解析]　α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子內(nèi)存在一個(gè)集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核．?dāng)?shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)測(cè)核內(nèi)存在中子． [答案]　C 對(duì)α散射實(shí)驗(yàn)的理解 1．裝置 放射源、金箔、熒光屏等，如圖所示． 2．現(xiàn)象及解釋 (1)絕大多數(shù)的α粒子穿過

5、金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)．大多數(shù)α粒子離金原子核較遠(yuǎn)． (2)少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)．發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)的α粒子是由于離金原子核較近，庫侖斥力較大． (3)極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的幾乎達(dá)到180°.正對(duì)或基本正對(duì)著金原子核入射的α粒子在庫侖斥力作用下先減速至較小速度然后加速遠(yuǎn)離金原子核． 3．實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng) (1)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程在真空中進(jìn)行． (2)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?。硗庖稽c(diǎn)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． 【例1】　在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng)，下列各

6、圖畫出的是其中兩個(gè)α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的是(　　) [解析]　α粒子與原子核相互排斥，運(yùn)動(dòng)軌跡與原子核越近，力越大，運(yùn)動(dòng)方向變化越明顯，故只有C正確． [答案]　C (1)分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)注意是“絕大多數(shù)”“少數(shù)”還是“極少數(shù)”粒子的行為.“大角度偏轉(zhuǎn)”只是少數(shù)粒子的行為. (2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)是得出原子核式結(jié)構(gòu)模型的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析是建立盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵.通過對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)這一宏觀探測(cè)，間接地構(gòu)建出原子結(jié)構(gòu)的微觀圖景. 1．(多選)關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是(　　) A．該實(shí)驗(yàn)在真空環(huán)境中進(jìn)行

7、 B．帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內(nèi)的不同方向上移動(dòng) C．熒光屏上的閃光是散射的α粒子打在熒光屏上形成的 D．熒光屏只有正對(duì)α粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光 [解析]　由于α粒子有很強(qiáng)的電離作用，其穿透能力很弱，所以該實(shí)驗(yàn)要在真空中進(jìn)行，選項(xiàng)A正確；α粒子打在熒光屏上會(huì)有閃光，為了觀察大角度散射，帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內(nèi)的不同方向上移動(dòng)，選項(xiàng)B、C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． [答案]　ABC 原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子核的組成 1．原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕模型的根本區(qū)別． 核式結(jié)構(gòu) 棗糕模型 原子內(nèi)部是非?？諘绲?，正電荷集中在一個(gè)很小的核里 原子是充滿了正電荷的球體

8、 電子繞核高速旋轉(zhuǎn) 電子均勻嵌在原子球體內(nèi) 2．原子內(nèi)的電荷關(guān)系：原子核的電荷數(shù)即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，與核外的電子數(shù)相等． 3．原子核的組成：原子核由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核的質(zhì)子數(shù)． 4．原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10m，原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－15m，兩者相差10萬倍之多． 【例2】　(多選)關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，下列說法正確的是(　　) 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)的向心力是原子核對(duì)它的庫侖力 C．原子的全部正電荷和質(zhì)量都集中在原子核里 D．原子核的直徑約是10－10 m [解析]　由于原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量

9、都集中在原子核內(nèi)，而原子核又很小，所以原子內(nèi)絕大部分區(qū)域是“空”的，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電子繞原子核的圓周運(yùn)動(dòng)是原子核與電子間的庫侖力提供向心力，選項(xiàng)B正確；原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－15 m，原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10 m，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． [答案]　AB 2．(多選)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)的主要原因是原子中電子對(duì)α粒子的作用力 B．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力 C．原子核很小，α粒子接近它的機(jī)會(huì)很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來的方向前進(jìn) D．能產(chǎn)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 [解析]　原子核帶正電，與α粒子之

10、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(duì)它的影響可忽略，故A錯(cuò)，B對(duì)；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(dòng)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(duì)． [答案]　BCD 課 堂 小 結(jié) 1.α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°. 2.原子結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞核旋轉(zhuǎn). 3.原子核由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核中的質(zhì)子數(shù)

11、. 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1．(多選)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述，你認(rèn)為正確的有(　　) A．實(shí)驗(yàn)器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡 B．金箔的厚度對(duì)實(shí)驗(yàn)無影響 C．如果不用金箔改用鋁箔，仍會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象 D．實(shí)驗(yàn)裝置放在空氣中和真空中都可以 [解析]　若金箔的厚度過大，α粒子穿過金箔時(shí)必然受較大的阻礙而影響實(shí)驗(yàn)效果，B錯(cuò)；若改用鋁箔，鋁核的質(zhì)量仍遠(yuǎn)大于α粒子的質(zhì)量，散射現(xiàn)象仍能發(fā)生，C對(duì)；若放置在空氣中，空氣中的塵埃對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生影響，故D錯(cuò)． [答案]　AC 2．當(dāng)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(　　) A．α粒子先受到原子核的斥力作

12、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 [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． [答案]　B 3．在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)在α粒子最接近原子核時(shí)，關(guān)于描述α粒子的有關(guān)物理量情況正確的是(　　) A．動(dòng)能最大 B．勢(shì)能最小 C．勢(shì)能最大 D．α粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量最小 [解析]　α粒子和金原子核都帶正電，庫侖力表現(xiàn)為斥力，兩者距離

13、減小時(shí)，庫侖力做負(fù)功，故α粒子動(dòng)能減小，電勢(shì)能增加，故A、B錯(cuò)誤，C正確；系統(tǒng)的能量守恒，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． [答案]　C 4.在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，某一α粒子經(jīng)過某一原子核附近時(shí)的軌跡如圖中實(shí)線所示．圖中P、Q為軌跡上的點(diǎn)，虛線是過P、Q兩點(diǎn)并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個(gè)區(qū)域．不考慮其他原子核對(duì)該α粒子的作用，那么關(guān)于該原子核的位置，下列說法中正確的是(　　) A．可能在①區(qū)域　　　 B．可能在②區(qū)域 C．可能在③區(qū)域 D．可能在④區(qū)域 [解析]　α粒子帶正電，原子核也帶正電，對(duì)靠近它的α粒子產(chǎn)生斥力，故原子核不會(huì)在④區(qū)域；如原子核在②、③區(qū)域，α粒子會(huì)向①區(qū)域偏；如原子核在①區(qū)域，可能會(huì)出現(xiàn)題圖所示的軌跡，故應(yīng)選A. [答案]　A - 7 -