高中物理 18_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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課時(shí)18.?2　原子的核式結(jié)構(gòu)模型 　　1.?了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 2.?知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。 3.?領(lǐng)會(huì)盧瑟福提出原子核式結(jié)構(gòu)模型的實(shí)驗(yàn)和思維過(guò)程，感受科學(xué)家們細(xì)致、敏銳的科學(xué)態(tài)度和不畏權(quán)威、尊重事實(shí)的科學(xué)精神，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和想象力。 4.?知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí)以及原子核的電荷數(shù)。 　　1.?湯姆孫的原子模型 湯姆孫于1898年提出了原子模型，在這個(gè)模型里，把原子看作一個(gè)球體，正電荷彌漫性地①均勻(選填“均勻”或“不均勻”)分布在整個(gè)球內(nèi)，電子嵌在球中。 2.?α粒子散射實(shí)驗(yàn) (1)α粒子：α粒子是放射性物質(zhì)中放射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，帶有兩個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子的②4　倍。 (2)實(shí)驗(yàn)裝置：由③放射源、金箔、熒光屏、望遠(yuǎn)鏡和轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤等組成。 (3)實(shí)驗(yàn)方法：用放射源發(fā)出的α粒子束轟擊④金箔，用帶有熒光屏的望遠(yuǎn)鏡，在水平面內(nèi)的不同方向?qū)ι⑸涞摩亮Ｗ舆M(jìn)行觀察，根據(jù)散射到各方向的α粒子所占的⑤比例，可以推測(cè)原子中正負(fù)電荷的分布情況。 (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：穿過(guò)金箔后，絕大多數(shù)α粒子⑥沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。 3.?原子核式結(jié)構(gòu)模型 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⑦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⑧繞核高速旋轉(zhuǎn)。 4.?原子核的電荷與尺度 (1)原子內(nèi)的電荷關(guān)系：各種元素原子核的電荷數(shù)與含有的電子數(shù)相等。 (2)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)就是核中的⑨質(zhì)子數(shù)。 (3)原子核的大?。涸雍说陌霃降臄?shù)量級(jí)為⑩10-15m，原子半徑的數(shù)量級(jí)為10-10 m。 　　主題1：α粒子散射實(shí)驗(yàn) 情景：湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，繼而認(rèn)識(shí)到電子是比原子更基本的物質(zhì)單元，那么電子是如何構(gòu)成原子的？原子中正、負(fù)電荷怎樣分布？科學(xué)家提出了很多原子模型，其中影響較大的是湯姆孫模型——“棗糕模型”：原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布于整個(gè)球體，電子鑲嵌其中。又稱“西瓜模型”。但是，湯姆孫的學(xué)生盧瑟福，本想用一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明他的老師——湯姆孫的原子模型，不料正是這個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)，徹底推翻了湯姆孫的原子模型。 問(wèn)題：(1)盧瑟福做的是什么實(shí)驗(yàn)？實(shí)驗(yàn)裝置有哪些？ (2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果怎樣？ (3)為什么這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定了湯姆孫的原子模型？盧瑟福又建立了怎樣的原子模型？ (4)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型如何解釋?duì)亮Ｗ由⑸洮F(xiàn)象？ 　　主題2：原子核的電荷與尺度 情景：原子核的半徑無(wú)法直接測(cè)量，由于只有離核較近的α粒子才能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，可以將α粒子與原子核接近的最小距離近似認(rèn)為是原子核的半徑，α粒子散射實(shí)驗(yàn)提供了估算核半徑的最簡(jiǎn)單的方法。 問(wèn)題：你知道原子核的電荷量嗎？原子核的半徑的數(shù)量級(jí)為多少？ 1.?(考查α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)圖示為盧瑟福和他的同事們做α 粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，關(guān)于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)觀察到的現(xiàn)象，下列說(shuō)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位置時(shí)稍少些 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 2.?(考查α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋)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)的力主要是庫(kù)侖力 C.?原子核很小，α粒子接近它的機(jī)會(huì)很少，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 3.?(考查α粒子散射實(shí)驗(yàn)軌跡)用α粒子撞擊金原子核發(fā)生散射，圖示中關(guān)于α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡基本正確的是(　　) A.?a　　　　　　B.?b　　　　　　C.?c　　　　　　D.?d 4.?(考查原子核的電荷與尺度)下列對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，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(kù)侖力 C.?原子的全部正電荷都集中在原子核里 D.?原子核的直徑大約為10-10 m 　　拓展一：α粒子散射實(shí)驗(yàn)解釋 1.?在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子的偏轉(zhuǎn)是由于受到原子內(nèi)正電荷的庫(kù)侖力而發(fā)生的。實(shí)驗(yàn)中即使1 mm 厚的金箔也大約有3300層原子，但絕大多數(shù)的α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，只有少數(shù)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，這說(shuō)明了什么？ 　　拓展二：α粒子散射實(shí)驗(yàn)中能的關(guān)系 2.?關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.?α粒子在接近原子核的過(guò)程中，動(dòng)能增加，電勢(shì)能減少 B.?α粒子在接近原子核的過(guò)程中，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增加 C.?α粒子在遠(yuǎn)離原子核的過(guò)程中，動(dòng)能增加，電勢(shì)能減少 D.?α粒子在遠(yuǎn)離原子核的過(guò)程中，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增加 　　3.?如圖所示，實(shí)線表示金原子核電場(chǎng)的等勢(shì)面，虛線表示α粒子在金原子核電場(chǎng)中散射時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡。設(shè)α粒子通過(guò)a、b、c三點(diǎn)時(shí)的速度分別為va、vb、vc，電勢(shì)能分別為Ea、Eb、Ec，則(　　) A.?va>vb>vc，Eb>Ea>Ec B.?vb>vc>va，Ebva>vc，EbEa>Ec 參考答案 知識(shí)體系梳理 ①均勻?、??、鄯派湓础、芙鸩、荼壤、扪卦瓉?lái)的方向前進(jìn)?、邘缀跞俊、嗬@核高速旋轉(zhuǎn)?、豳|(zhì)子數(shù)?、?0-15 重點(diǎn)難點(diǎn)探究 主題1：(1)這是著名的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置，主要由放射源、金箔、熒光屏、望遠(yuǎn)鏡(探測(cè)器)和轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤組成。熒光屏和望遠(yuǎn)鏡能夠圍繞金箔在一個(gè)圓周上運(yùn)動(dòng)，從而可以觀察到穿透金箔后偏轉(zhuǎn)角度不同的粒子。 (2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)90，有的甚至幾乎達(dá)到180而被反彈回來(lái)，這就是α粒子的散射現(xiàn)象。 (3)根據(jù)湯姆孫的原子模型，正電荷是均勻分布的，α粒子穿過(guò)原子時(shí)，它所受到原子內(nèi)部?jī)蓚?cè)正電荷的斥力大部分相互抵消，使α粒子偏轉(zhuǎn)的力就不會(huì)很大。α粒子如果遇到電子，由于電子的質(zhì)量與α粒子的質(zhì)量相比可以忽略，就像飛行著的子彈碰到一粒塵埃一樣，運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯的改變。因此，不會(huì)有大角度偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生。事實(shí)上卻出現(xiàn)了極少數(shù)α粒子大角度偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，湯姆孫的原子模型無(wú)法解釋這一現(xiàn)象。 盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫作原子核，原子核的體積很小，原子的全部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著核旋轉(zhuǎn)。按照原子的核式結(jié)構(gòu)，很好地解釋了α粒子散射現(xiàn)象。 (4)α粒子穿過(guò)原子時(shí)，電子對(duì)α粒子運(yùn)動(dòng)的影響很小，但原子核對(duì)α粒子的影響卻不同，由于原子核很小，絕大多數(shù)的α粒子穿過(guò)原子時(shí)離核較遠(yuǎn)，受到的庫(kù)侖斥力很小，運(yùn)動(dòng)方向幾乎沒有改變，只有極少數(shù)α粒子可能與核十分接近，受到較大的庫(kù)侖斥力，才會(huì)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)。 主題2：原子由原子核和核外電子構(gòu)成，原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成，電子帶負(fù)電，中子不帶電，質(zhì)子帶正電，原子是電中性的。因此，原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)，亦即核外電子數(shù)。 原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10-15 m。 基礎(chǔ)智能檢測(cè) 1.?ABD　2.?BCD　3.?CD　4.?D 全新視角拓展 1.?α粒子散射實(shí)驗(yàn)說(shuō)明原子內(nèi)帶正電荷的部分在整個(gè)原子中占的空間非常小。 【解析】α粒子穿過(guò)金箔后絕大多數(shù)仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，說(shuō)明它們距正電荷部分較遠(yuǎn)，所受庫(kù)侖力很小，盡管經(jīng)過(guò)若干層原子，但靠近正電荷部分的機(jī)會(huì)很小，這說(shuō)明原子內(nèi)帶正電荷的部分在整個(gè)原子中占的空間非常小。 2.?BC　【解析】α粒子在接近原子核的過(guò)程中，庫(kù)侖力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，動(dòng)能減少，A錯(cuò)誤，B正確;α粒子在遠(yuǎn)離原子核的過(guò)程中，庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能減少，動(dòng)能增加，C正確，D錯(cuò)誤。 3.?D　【解析】b最靠近原子核，速度最小，電勢(shì)能最大;c離核最遠(yuǎn)，速度最大，電勢(shì)能最小。