人教版選修35 第十八章 第2節(jié)　原子的核式結(jié)構(gòu)模型 學案.doc

第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型湯姆孫的原子模型探新知基礎(chǔ)練1湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認為原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌在球中。2湯姆孫的原子模型，小圓點代表正電荷，大圓點代表電子。3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驗現(xiàn)象，但后來被粒子散射實驗否定了。辨是非(對的劃“”，錯的劃“”)1盧瑟福提出了原子的棗糕模型。()2湯姆孫認為原子是由原子核和電子組成的。()釋疑難對點練湯姆孫認為原子是一個球體，正電荷均勻分布，電子像棗糕一樣鑲嵌在原子里。均勻分布和鑲嵌都沒有說它是固定的，實驗證明它是高速運轉(zhuǎn)的。這雖是一個錯誤的模型推論，但湯姆孫通過陰極射線的研究，發(fā)現(xiàn)了電子，并提出原子由電子和帶正電的物質(zhì)兩部分組成。這是對物理學做出的重大貢獻。試身手1以下說法中符合湯姆孫原子模型的是()a原子中的正電部分均勻分布在原子中b原子中的正電部分集中在很小的體積內(nèi)c電子在原子內(nèi)可以自由運動d電子在原子內(nèi)不能做任何運動解析：選a在湯姆孫原子模型中，正電荷均勻分布在原子中，電子鑲嵌在原子中，但并不是完全固定的，它可以振動，故只有選項a正確。粒子散射實驗探新知基礎(chǔ)練1粒子粒子是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來的快速運動的粒子，帶有兩個單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍。2實驗方法用粒子源發(fā)射的粒子束轟擊金箔，用帶有熒光屏的放大鏡，在水平面內(nèi)不同方向?qū)ι⑸涞牧Ｗ舆M行觀察，根據(jù)散射到各方向的粒子所占的比例，可以推知原子中正、負電荷的分布情況。3實驗結(jié)果絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有少數(shù)粒子(約占八千分之一)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90，也就是說它們幾乎被“撞了回來”。4湯姆孫模型的困難(1)粒子的大角度偏轉(zhuǎn)不可能是電子造成的。(2)粒子偏轉(zhuǎn)的主要原因應(yīng)是具有原子的大部分質(zhì)量的帶正電部分的作用，但正電荷的均勻分布對粒子運動的影響不會很大。所以，湯姆孫模型無法解釋大角度散射的實驗結(jié)果。辨是非(對的劃“”，錯的劃“”)1粒子散射實驗中，大部分粒子穿過金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)。()2盧瑟福根據(jù)粒子散射實驗估測了原子核的大小。()釋疑難對點練對粒子散射實驗的認識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)的粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進。大多數(shù)粒子離金原子核較遠。(2)少數(shù)粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)。發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)的粒子是由于離金原子核較近，庫侖斥力較大。(3)極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90，有的幾乎達到180。正對或基本正對著金原子核入射的粒子在庫侖斥力作用下先減速至較小速度然后加速遠離金原子核。3實驗的注意事項(1)整個實驗過程在真空中進行。(2)金箔需要做得很薄，粒子才能穿過。(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄。另外一點就是金的原子序數(shù)大，粒子與金核間的庫侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯。試身手2當粒子穿過金箔發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的過程中，下列說法正確的是()a粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力作用b粒子一直受到原子核的斥力作用c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粒子一直受到原子核的斥力，速度一直減小解析：選b粒子與金原子核帶同種電荷，兩者相互排斥，故a、c錯誤，b正確；粒子在靠近金原子核時斥力做負功，速度減小，遠離時做正功，速度增大，故d錯誤。 盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型探新知基礎(chǔ)練1核式結(jié)構(gòu)模型(1)內(nèi)容：原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運動。正電體的尺度是很小的，被稱為原子核。盧瑟福的原子模型因而被稱為核式結(jié)構(gòu)模型。(2)對散射實驗的解釋正電體很小，當粒子進入原子區(qū)域后，大部分離正電體很遠，受到的庫侖斥力很小，運動方向幾乎不改變，只有極少數(shù)粒子在穿過時距離正電體很近，受到很強的庫侖斥力，發(fā)生大角度散射。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)與含有的電子數(shù)相等，非常接近于它們的原子序數(shù)。(2)原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)。(3)原子核的大小：實驗確定的原子核半徑r的數(shù)量級為1015 m，而原子的半徑的數(shù)量級是1010 m。原子內(nèi)部是十分“空曠”的。辨是非(對的劃“”，錯的劃“”)1盧瑟福根據(jù)粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。()2盧瑟福認為原子核很小，集中了原子所有質(zhì)量和正電荷。()3盧瑟福提出的原子的核式結(jié)構(gòu)模型已經(jīng)完美了。()釋疑難對點練原子的核式結(jié)構(gòu)模型的依據(jù)1電子不可能使粒子發(fā)生大角度散射。粒子跟電子碰撞過程中，兩者動量的變化量相等。由于粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的7 300倍，在碰撞前后，質(zhì)量大的粒子速度幾乎不變，而質(zhì)量小的電子速度要發(fā)生改變。因此，粒子與電子正碰時，不會出現(xiàn)被反彈回來的現(xiàn)象。發(fā)生非對心碰撞時，粒子也不會有大角度的偏轉(zhuǎn)?？梢姡娮邮沽Ｗ釉谒俣鹊拇笮『头较蛏系母淖兌际鞘治⑿〉?。2按照湯姆孫的原子模型，正電荷在原子內(nèi)部均勻地分布，粒子穿過原子時，由于粒子兩側(cè)正電荷對它的斥力有相當大一部分互相抵消，使粒子偏轉(zhuǎn)的力也不會很大。粒子的大角度散射現(xiàn)象，說明了湯姆孫提出的“棗糕模型”不符合原子結(jié)構(gòu)的實際情況。3實驗中發(fā)現(xiàn)少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些粒子在原子中的某個地方受到了質(zhì)量、電荷量均比它本身大得多的物體的作用。4金箔的厚度大約是1 m，金原子的直徑大約是31010 m。絕大多數(shù)粒子在穿過金箔時，相當于穿過幾千個金原子的厚度，但它們的運動方向卻沒有發(fā)生明顯的變化，這個現(xiàn)象表明了粒子在穿過時基本上沒有受到力的作用，說明原子中的絕大部分是空的，原子的質(zhì)量和電荷量都集中在體積很小的核上。試身手3(多選)盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有()a原子的中心有個核，叫做原子核b原子的正電荷均勻分布在整個原子中c原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里d帶負電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn)解析：選acd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)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)，由此可見b選項錯誤，a、c、d選項正確。對粒子散射實驗的理解典例1(多選)如圖所示為盧瑟福和他的學生們做粒子散射實驗的裝置示意圖。熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的a、b、c、d四個位置時，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說法中正確的是()a相同的時間內(nèi)放在a位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多b相同的時間內(nèi)放在b位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)只比放在a位置時稍少些c放在c、d位置時屏上觀察不到閃光d放在d位置時屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少解析選ad由粒子散射實驗的結(jié)論：絕大多數(shù)粒子仍沿原方向運動，少數(shù)粒子運動方向發(fā)生改變，極少數(shù)粒子運動方向發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，甚至是180。由a、b、c、d的位置可知絕大多數(shù)粒子打到a位置的熒光屏上，少數(shù)粒子打到b位置的熒光屏上，而極少數(shù)粒子能打到c、d位置的熒光屏上，故選項a、d正確。(1)熟練記憶粒子散射實驗的實驗結(jié)果，重點把握幾個關(guān)鍵詞，“絕大多數(shù)”“少數(shù)”“甚至”等。(2)粒子散射實驗的現(xiàn)象和結(jié)果，只能推測出原子的結(jié)構(gòu)，不能證明原子及原子核的組成。原子的核式結(jié)構(gòu)模型和原子核的組成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?，正電荷集中在一個很小的核里原子是充滿了正電荷的球體電子繞核高速旋轉(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)與核外的電子數(shù)相等，非常接近原子序數(shù)。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原子的半徑數(shù)量級為1010 m，原子核半徑的數(shù)量級為1015 m，原子核的半徑只相當于原子半徑的十萬分之一，體積只相當于原子體積的1015。典例2(多選)如圖所示表示粒子散射實驗中，某個粒子經(jīng)過原子核的情景，虛線a、b和c表示原子核形成的靜電場中的三個等勢面，它們的電勢分別為a、b和c，abc，一個粒子射入電場中，其運動軌跡如實線klmn所示，由圖可知()a粒子從k到l的過程中，電場力做負功b粒子從l到m的過程中，電場力做負功c粒子從k到l的過程中，電勢能增加d粒子從l到m的過程中，動能減小解析選ac從k到l時，電場力與運動方向的夾角大于90，做負功，電勢能增加，選項a、c正確；從l到m過程中，電場力先做負功，后做正功，動能先減小，后增大，選項b、d錯誤。典例3氫原子的核外電子質(zhì)量為m，電荷量為e，在離核最近的軌道上做圓周運動，軌道半徑為r。試回答下列問題：(1)電子運動的動能ek是多少？(2)電子繞核運動的頻率是多少？(3)電子繞核運動相當于環(huán)形電流，則該環(huán)形電流的大小為多少？思路點撥根據(jù)題意可知，氫原子中的電子繞核做勻速圓周運動，電子和原子核間的庫侖力提供電子所需的向心力，而軌道半徑已知，可由牛頓第二定律和圓周運動規(guī)律列方程求解。解析(1)根據(jù)牛頓第二定律得km故電子的動能ekmv2。(2)電子繞核運動的頻率f (3)該環(huán)形電流的大小為ief 。答案(1)(2) (3) 課堂對點鞏固1在粒子散射實驗中，我們并沒有考慮電子對粒子偏轉(zhuǎn)角度的影響，這是因為()a電子的體積非常小，以致粒子碰不到它b電子的質(zhì)量遠比粒子的小，所以它對粒子運動的影響極其微小c粒子使各個電子碰撞的效果相互抵消d電子在核外均勻分布，所以粒子受電子作用的合外力為零解析：選b粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的7 300倍，電子雖然很小，但數(shù)量很多，粒子仍能碰到，但影響微乎其微。選項b正確。2下列對原子結(jié)構(gòu)的認識，錯誤的是()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原子核的直徑大約為1010 m解析：選d盧瑟福粒子散射實驗的結(jié)果否定了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的湯姆孫模型，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學說，并估算出了原子核直徑的數(shù)量級為1015 m，原子直徑的數(shù)量級為1010 m，原子直徑是原子核直徑的十萬倍，所以原子內(nèi)部十分“空曠”。核外帶負電的電子繞核旋轉(zhuǎn)，其向心力是由庫侖力為其提供的，所以本題應(yīng)選d項。 3(多選)盧瑟福的粒子散射實驗結(jié)果表明了()a原子核是可分的b湯姆孫的“棗糕”模型是錯誤的c原子是由均勻帶正電的物質(zhì)和帶負電的電子構(gòu)成d原子中的正、負電荷并非均勻分布解析：選bd粒子散射實驗沒有證明原子是由什么構(gòu)成的，也沒有證明原子核是否可分，而是證明了組成原子的正、負電荷在原子內(nèi)部是如何分布的，由實驗現(xiàn)象可知原子內(nèi)部的正、負電荷并非均勻分布，證明了“棗糕模型”是錯誤的，故答案為b、d。4人們在研究原子結(jié)構(gòu)時提出過許多模型，其中比較有名的是棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型，它們的模型示意圖如圖所示。下列說法中正確的是()a粒子散射實驗與棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型的建立無關(guān)b科學家通過粒子散射實驗否定了棗糕模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型c科學家通過粒子散射實驗否定了核式結(jié)構(gòu)模型，建立了棗糕模型d科學家通過粒子散射實驗否定了棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型，建立了玻爾的原子模型解析：選b粒子散射實驗與核式結(jié)構(gòu)模型的建立有關(guān)，并通過該實驗，否定了棗糕模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型。b正確。課堂小結(jié) 課時跟蹤檢測十一、單項選擇題1對粒子散射實驗裝置的描述，你認為正確的有()a實驗器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡b金箔的厚度對實驗無影響c如果不用金箔改用鋁箔，就不會發(fā)生散射現(xiàn)象d實驗裝置放在空氣中和真空中都可以解析：選a若金箔的厚度過大，粒子穿過金箔時必然受較大的阻礙而影響實驗效果，b錯；若改用鋁箔，鋁核的質(zhì)量仍遠大于粒子的質(zhì)量，散射現(xiàn)象仍能發(fā)生，c錯；若放置在空氣中，空氣中的塵埃對粒子的運動會產(chǎn)生影響，故d錯。只有a對。2盧瑟福利用粒子轟擊金箔的實驗研究原子結(jié)構(gòu)，正確反映實驗結(jié)果的示意圖是()解析：選d盧瑟福利用粒子轟擊金箔的實驗研究原子結(jié)構(gòu)，即粒子散射實驗，實驗結(jié)果顯示：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進，但是有少數(shù)粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過90，有的幾乎達到180，也就是說它們幾乎被“撞了回來”。能正確反映該實驗結(jié)果的是選項d。3在盧瑟福的粒子散射實驗中，某一粒子經(jīng)過某一原子核附近時的軌跡如圖中實線所示。圖中p、q為軌跡上的點，虛線是過p、q兩點并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個區(qū)域。不考慮其他原子核對該粒子的作用，那么關(guān)于該原子核的位置，下列說法中正確的是()a可能在區(qū)域b可能在區(qū)域c可能在區(qū)域d可能在區(qū)域解析：選a粒子帶正電，原子核也帶正電，對靠近它的粒子產(chǎn)生斥力，故原子核不會在區(qū)域；若原子核在、區(qū)域，粒子會向區(qū)域偏 ；若原子核在區(qū)域，可能會出現(xiàn)題圖所示的軌跡，故應(yīng)選a。4(福建高考)在盧瑟福粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是()解析：選c粒子與原子核均帶正電荷，所以粒子受到原子核的作用力為斥力，據(jù)此可排除選項a、d；粒子不可能先受到吸引力，再受到排斥力，選項b錯誤，c正確。二、多項選擇題5在粒子散射實驗中，當粒子最接近金原子核時，粒子符合下列哪種情況()a動能最小b電勢能最小c粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量最小d所受金原子核的斥力最大解析：選ad粒子在接近金原子核的過程中，要克服庫侖斥力做功，動能減小，電勢能增大；兩者相距最近時，動能最小，電勢能最大，總能量守恒；根據(jù)庫侖定律，距離最近時斥力最大。故a、d正確。6盧瑟福對粒子散射實驗的解釋是()a使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力主要是原子中電子對粒子的作用力b使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力c原子核很小，粒子接近它的機會很小，所以絕大多數(shù)的粒子仍沿原來的方向前進d能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的粒子是穿過原子時離原子核近的粒子解析：選bcd原子核帶正電且很小，與粒子之間存在庫侖力，當