2019_2020学年高中物理第18章2原子的核式结构模型学案新人教版选修3_5

2　原子的核式结构模型[学习目标]　1.了解α粒子散射实验器材、实验原理和实验现象．(重点)2.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要．(重点、难点)3.了解卢瑟福的实验和科学方法，培养抽象思维能力．(重点)一、α粒子散射实验1．汤姆孙原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中．2．α粒子散射实验(1)实验装置：α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏．(2)实验现象：①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．②少数α粒子发生了大角度的偏转．③极少数α粒子的偏转角大于90°，甚至有极个别α粒子被反弹回来．(3)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型．二、卢瑟福的核式结构模型1．核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核．它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动．2．原子核的电荷与尺度1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹．(×)(2)卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型．(√)(3)原子的质量几乎全部集中在原子核上．(√)(4)原子中所有正电荷都集中在原子核内．(√)(5)核电荷数等于质子数，也等于中子数．(×)2．(多选)如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是(　　)A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些C．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多D．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光[解析]　在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，极个别α粒子被反射回来，故B、D错误，C正确．[答案]　AC3．卢瑟福α粒子散射实验的结果(　　)A．证实了质子的存在B．证实了原子核是由质子和中子组成的C．证实了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D．说明了原子的正电荷均匀分布在整个原子中[解析]　α粒子散射实验说明原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子．[答案]　C 对α散射实验的理解1．装置放射源、金箔、荧光屏等，如图所示．2．现象及解释(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．大多数α粒子离金原子核较远．(2)少数α粒子发生较大的偏转．发生较大偏转的α粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大．(3)极少数α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°.正对或基本正对着金原子核入射的α粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后加速远离金原子核．3．实验的注意事项(1)整个实验过程在真空中进行．(2)金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过．(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄．另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显．【例1】　在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中符合实验事实的是(　　)[解析]　α粒子与原子核相互排斥，运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变化越明显，故只有C正确．[答案]　C(1(分析α粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为.“大角度偏转”只是少数粒子的行为.(2(α粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键.通过对α粒子散射实验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景.1．(多选)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)A．该实验在真空环境中进行B．带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动C．荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的D．荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光[解析]　由于α粒子有很强的电离作用，其穿透能力很弱，所以该实验要在真空中进行，选项A正确；α粒子打在荧光屏上会有闪光，为了观察大角度散射，带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动，选项B、C正确，选项D错误．[答案]　ABC 原子的核式结构模型与原子核的组成1．原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别． 核式结构 枣糕模型 原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里 原子是充满了正电荷的球体 电子绕核高速旋转 电子均匀嵌在原子球体内2．原子内的电荷关系：原子核的电荷数即核内质子数，与核外的电子数相等．3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数．4．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m，两者相差10万倍之多．【例2】　(多选)关于原子的核式结构学说，下列说法正确的是(　　)A．原子中绝大部分是“空”的，原子核很小B．电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力C．原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里D．原子核的直径约是10－10m[解析]　由于原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，而原子核又很小，所以原子内绝大部分区域是“空”的，选项A正确，选项C错误；电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑力提供向心力，选项B正确；原子核半径的数量级是10－15m，原子半径的数量级是10－10m，选项D错误．[答案]　AB2．(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是(　　)A．使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力B．使α粒子产生偏转的力是库仑力C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子[解析]　原子核带正电，与α粒子之间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错，B对；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远，因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D对．[答案]　BCD 课堂小结 1.α粒子散射实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°.2.原子结构模型：在原子的中心有一个很小的核叫原子核，原子的所有正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕核旋转.3.原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核中的质子数. 知识脉络 1．(多选)对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有(　　)A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜B．金箔的厚度对实验无影响C．如果不用金箔改用铝箔，仍会发生散射现象D．实验装置放在空气中和真空中都可以[解析]　若金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受较大的阻碍而影响实验效果，B错；若改用铝箔，铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍能发生，C对；若放置在空气中，空气中的尘埃对α粒子的运动会产生影响，故D错．[答案]　AC2．当α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是(　　)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粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小[解析]　α粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，故A、C错误，B正确；α粒子在靠近金原子核时斥力做负功，速度减小，远离时斥力做正功，速度增大，故D错误．[答案]　B3．在α粒子散射实验中，当在α粒子最接近原子核时，关于描述α粒子的有关物理量情况正确的是(　　)A．动能最大B．势能最小C．势能最大D．α粒子与金原子核组成的系统能量最小[解析]　α粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小时，库仑力做负功，故α粒子动能减小，电势能增加，故A、B错误，C正确；系统的能量守恒，选项D错误．[答案]　C4.在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示．图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域．不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是(　　)A．可能在①区域　　　B．可能在②区域C．可能在③区域D．可能在④区域[解析]　α粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的α粒子产生斥力，故原子核不会在④区域；如原子核在②、③区域，α粒子会向①区域偏；如原子核在①区域，可能会出现题图所示的轨迹，故应选A.[答案]　A