高中物理第2章原子結(jié)構(gòu)2原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué)案魯科版選修3_5.doc

第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型目標(biāo)定位1.了解粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.2.理解盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型一、粒子散射實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)裝置(如圖1)：圖12實(shí)驗(yàn)方法用由放射源發(fā)射的粒子束轟擊金箔，利用熒光屏接收，探測(cè)通過(guò)金箔后的粒子分布情況3實(shí)驗(yàn)結(jié)果絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后，仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過(guò)了90，有的甚至被原路彈回，粒子被反射回來(lái)的概率竟然有.二、盧瑟福原子模型1核式結(jié)構(gòu)模型原子內(nèi)部有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷以及幾乎全部的質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，帶負(fù)電的電子繞核運(yùn)動(dòng)原子的核式結(jié)構(gòu)模型又被稱為行星模型2原子的大?。?1)原子直徑數(shù)量級(jí)：1010 m.(2)原子核直徑數(shù)量級(jí)：1015 m.一、對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解1裝置：放射源、金箔、熒光屏等，如圖2所示 圖22現(xiàn)象：(1)絕大多數(shù)的粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)(2)少數(shù)粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)(3)極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90，有的幾乎達(dá)到180.3注意事項(xiàng)：(1)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在真空中進(jìn)行(2)粒子是氦原子核，體積很小，金箔需要做得很薄，粒子才能穿過(guò)4湯姆孫的原子模型不能解釋粒子的大角度散射【例1】 (多選)如圖3為盧瑟福所做的粒子散射實(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)，下述說(shuō)法中正確的是()圖3A相同時(shí)間內(nèi)在A時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B相同時(shí)間內(nèi)在B時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A時(shí)稍少些C放在D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少D放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光答案AC解析在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中，粒子穿過(guò)金箔后，絕大多數(shù)粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，故A正確；少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度大于90，極個(gè)別粒子反彈回來(lái)，所以在B位置只能觀察到少數(shù)的閃光，在C、D兩位置能觀察到的閃光次數(shù)極少，故B、D錯(cuò)，C對(duì)借題發(fā)揮解決粒子散射實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的技巧1熟記實(shí)驗(yàn)裝置及原理2理解建立核式結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)(1)核外電子不會(huì)使粒子的速度發(fā)生明顯改變(2)湯姆孫的原子模型不能解釋粒子的大角度散射(3)少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來(lái)，表明這些粒子在原子中的某個(gè)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)絕大多數(shù)粒子在穿過(guò)厚厚的金原子層時(shí)運(yùn)動(dòng)方向沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明原子中絕大部分是空的，原子的質(zhì)量、電荷量都集中在體積很小的核內(nèi)針對(duì)訓(xùn)練1(多選)圖4用粒子撞擊金原子核發(fā)生散射，圖4中關(guān)于粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡正確的是()Aa BbCc Dd答案CD解析粒子受金原子核的排斥力，方向沿兩者的連線方向，運(yùn)動(dòng)軌跡彎向受力方向的一側(cè)，A、B均錯(cuò)誤；離原子核越近，粒子受到的斥力越大，偏轉(zhuǎn)越大，C、D正確二、盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型1內(nèi)容：在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核內(nèi)，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)2對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋(1)當(dāng)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，運(yùn)動(dòng)方向改變很小，因?yàn)樵雍撕苄?，所以絕大多數(shù)粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)(2)只有當(dāng)粒子十分接近原子核穿過(guò)時(shí)，才受到很大的庫(kù)侖力作用，偏轉(zhuǎn)角才很大，而這種機(jī)會(huì)很少(3)如果粒子正對(duì)著原子核射來(lái)，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180，這種機(jī)會(huì)極小，如圖5所示 圖53數(shù)量級(jí)：原子的半徑數(shù)量級(jí)為1010 m，原子核半徑的數(shù)量級(jí)為1015 m【例2】下列對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)中，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原子核直徑的數(shù)量級(jí)大約為1010 m答案D解析盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果否定了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的湯姆孫模型，盧瑟福提出了關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，并估算出原子核直徑的數(shù)量級(jí)為1015 m，而原子直徑的數(shù)量級(jí)為1010 m，是原子核直徑的十萬(wàn)倍，所以原子內(nèi)部是十分“空曠”的，核外帶負(fù)電的電子由于受到帶正電的原子核的庫(kù)侖引力而繞核旋轉(zhuǎn)，所以本題應(yīng)選D.針對(duì)訓(xùn)練2在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中，只有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是()A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B正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的C原子中存在著帶負(fù)電的電子D原子的質(zhì)量在原子核內(nèi)是均勻分布的答案A解析原子的核式結(jié)構(gòu)正是建立在粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上的，C、D的說(shuō)法沒(méi)有錯(cuò)，但與題意不符粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解1在粒子的散射實(shí)驗(yàn)中，使少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的作用力是原子核對(duì)粒子的()A萬(wàn)有引力 B庫(kù)侖力C磁場(chǎng)力 D核力答案B2英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福用粒子轟擊金箔，為了解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，如圖所示，O表示金原子核的位置，曲線ab和cd表示經(jīng)過(guò)金原子核附近的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，能正確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖是()答案D解析粒子散射實(shí)驗(yàn)的原因是粒子與金原子核間存在庫(kù)侖斥力，因此僅有D圖正確原子的核式結(jié)構(gòu)模型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(gè)核，叫原子核B原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中C原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)D帶負(fù)電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn)答案ACD解析盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容是：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)，由此可見(jiàn)，B選項(xiàng)錯(cuò)誤，A、C、D選項(xiàng)正確4(多選)盧瑟福對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋是()A使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要是原子中電子對(duì)粒子的作用力B使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫(kù)侖力C原子核很小，粒子接近它的機(jī)會(huì)很小，所以絕大多數(shù)的粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)D能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的粒子是穿過(guò)原子時(shí)離原子核近的粒子答案BCD解析原子核帶正電，與粒子間存在庫(kù)侖力，當(dāng)粒子靠近原子核時(shí)受庫(kù)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(guò)時(shí)離核較遠(yuǎn)因而運(yùn)動(dòng)方向幾乎不變，只有離核很近的粒子受到的庫(kù)侖力較大，方向改變較多，故C、D對(duì).(時(shí)間：60分鐘)題組一對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解1關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述，下列說(shuō)法中正確的是()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(wú)影響C如果不用金箔改為鋁箔，就不會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象D實(shí)驗(yàn)裝置放置在空氣中和真空中都可以答案A解析實(shí)驗(yàn)用的器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡，放大鏡可以在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)不同的方向，對(duì)散射的粒子進(jìn)行觀察，A對(duì)；實(shí)驗(yàn)用的金箔的厚度極小，如果厚度增大，粒子穿過(guò)金箔時(shí)必然受到較大的阻礙作用而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，B錯(cuò)；如果改用鋁箔，鋁的原子核的電量仍然大粒子很多，當(dāng)粒子靠近鋁原子核時(shí)，庫(kù)侖斥力仍然很大，散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象仍能夠發(fā)生，C錯(cuò)；空氣的流動(dòng)和塵埃對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大影響，且粒子在空氣中由于電離作用，只能前進(jìn)很短距離，使實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，故實(shí)驗(yàn)裝置是放在真空中進(jìn)行的，D錯(cuò)2盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型的依據(jù)是用粒子轟擊金箔，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)粒子()A全部穿過(guò)或發(fā)生很小偏轉(zhuǎn)B絕大多數(shù)沿原方向穿過(guò)，只有少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，有的甚至被彈回C絕大多數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回，只有少數(shù)穿過(guò)D全部發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)答案B解析盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果是絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤粒子被散射時(shí)只有少數(shù)發(fā)生了較大角度偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過(guò)了90，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180，故選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤3在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，使粒子散射的原因是()A粒子與原子核外電子碰撞B粒子與原子核發(fā)生接觸碰撞C粒子發(fā)生明顯衍射D粒子與原子核的庫(kù)侖斥力作用答案D解析粒子與原子核外電子的作用是很微弱的，由于原子核的質(zhì)量和電荷量很大，粒子與原子核很近時(shí)，庫(kù)侖斥力很強(qiáng)，足可以使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)甚至反向彈回，使粒子散射的原因是庫(kù)侖斥力，D對(duì)4如圖所示，X表示金原子核，粒子射向金箔被散射，若它們的入射時(shí)的動(dòng)能相同，其偏轉(zhuǎn)軌跡可能是圖中的() 答案D解析粒子離金核越遠(yuǎn)，其所受斥力越小，軌跡彎曲的就越小，故D對(duì)5在粒子穿過(guò)金箔發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用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粒子一直受到庫(kù)侖斥力，速度一直減小答案B解析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；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6(多選)根據(jù)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1中虛線表示原子核所形成的電場(chǎng)等勢(shì)面，實(shí)線表示一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡在粒子從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()圖1A電場(chǎng)力在ab過(guò)程中做負(fù)功，bc過(guò)程中做正功，但總功等于零B加速度先變大，后變小Ca、c兩點(diǎn)的動(dòng)能不相等D其動(dòng)能與電勢(shì)能的和不變答案ABD解析粒子與原子核之間的力為庫(kù)侖斥力，從ab庫(kù)侖力做負(fù)功，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增加，從bc庫(kù)侖力做正功，動(dòng)能增加，且ab與bc庫(kù)侖力所做的總功為0，則a、c兩點(diǎn)的動(dòng)能相等，因此A正確，C錯(cuò)；因?yàn)橹挥须妶?chǎng)力做功，故動(dòng)能與電勢(shì)能之和不變，故D正確；粒子與原子核相距越近，庫(kù)侖力越大，加速度越大，故從ac加速度先增大后減小，B正確題組二盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型7盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示了下列哪些情況()A原子內(nèi)存在電子B原子的大小為1010 mC原子的正電荷均勻分布在它的全部體積上D原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)答案D解析根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后沿原來(lái)方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過(guò)90，可知C錯(cuò)，A與題意不符；而實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能判定原子的大小為1010 m，B錯(cuò)，故選D.8(多選)粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)粒子最接近金原子核時(shí)，粒子符合下列哪種情況()A動(dòng)能最小B勢(shì)能最小C粒子與金原子核組成的系統(tǒng)的能量最小D所受金原子核的斥力最大答案AD解析粒子在接近金原子核的過(guò)程中，要克服庫(kù)侖斥力做功，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增加，兩者相距最近時(shí)，動(dòng)能最小，電勢(shì)能最大，總能量守恒根據(jù)庫(kù)侖定律，距離最近時(shí)，斥力最大9速度為107 m/s的粒子從很遠(yuǎn)的地方飛來(lái)，與鋁原子核發(fā)生對(duì)心碰撞，若粒子的質(zhì)量為4m0，鋁核的質(zhì)量為27m0，它們相距最近時(shí)，鋁核獲得的動(dòng)能是原粒子動(dòng)能的多少？答案解析在粒子和鋁原子核發(fā)生對(duì)心碰撞后，當(dāng)二者速度相同時(shí)相距最近，在粒子靠近過(guò)程中，由動(dòng)量守恒得mv0(mm鋁)v共，所以v共10已知電子質(zhì)量為9.11031kg，帶電荷量為1.61019 C，若氫原子核外電子繞核旋轉(zhuǎn)時(shí)的軌道半徑為0.5