高中物理粵教版5第三章原子結(jié)構(gòu)之謎 第3章第2節(jié)原子的結(jié)構(gòu)

第二節(jié)原子的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)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))α粒子散射實(shí)驗(yàn)eq\o([先填空])1．湯姆生原子模型(葡萄干布丁模型)湯姆生于1898年提出了原子模型，他設(shè)想原子是一個(gè)球體，帶正電的部分均勻地分布在其中，質(zhì)量很小的電子則像布丁中的葡萄干一樣鑲嵌在內(nèi)(圖3-2-1)．圖3-2-12．α粒子散射實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)裝置：α粒子源、金箔、顯微鏡和熒光屏．(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)了90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°.eq\o([再判斷])1．α粒子散射實(shí)驗(yàn)主要實(shí)驗(yàn)器材有：放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡．(√)2．金箔的厚薄對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)影響．(×)3．α粒子大角度的偏轉(zhuǎn)是電子造成的．(×)eq\o([后思考])盧瑟福為何選用α粒子去轟擊金箔？【提示】因?yàn)楫?dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了α射線(xiàn)和β射線(xiàn)，并且，組成α射線(xiàn)的α粒子是具有很大動(dòng)能的帶電粒子，適合做轟擊金屬的“炮彈”．另外，金具有較大的密度和很好的延展性，能夠做成很薄的箔片．1．實(shí)驗(yàn)背景α粒子散射實(shí)驗(yàn)是盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生做的一個(gè)著名的物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是想驗(yàn)證湯姆生原子模型的正確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻成了否定湯姆生原子模型的有力證據(jù)．在此基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型．2．否定湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型(1)質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子的電子，對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)影響完全可以忽略，不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．(2)α粒子在穿過(guò)原子時(shí)，受到各方向正電荷的斥力基本上會(huì)相互平衡，對(duì)α粒子運(yùn)動(dòng)方向的影響不會(huì)很大，也不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．(3)α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)，否定湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型．3．大角度偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析(1)由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子質(zhì)量，所以電子不可能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．(2)使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的只能是原子中帶正電的部分．按照湯姆生原子模型，正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的，α粒子穿過(guò)原子時(shí)，它受到的兩側(cè)斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不能使α粒子反向彈回，這與α粒子散射實(shí)驗(yàn)相矛盾．(3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明原子絕大部分是空的，原子的幾乎全部質(zhì)量和所有正電荷都集中在原子中心的一個(gè)很小的核上，否則，α粒子大角度散射是不可能的．1．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是()A．該實(shí)驗(yàn)在真空環(huán)境中進(jìn)行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(xiàn)方向上才有閃光E．不用熒光屏也可用顯微鏡直接觀察α粒子散射情況【解析】本題考查α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置及其作用，只有在正確理解α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，才能選出正確選項(xiàng)．對(duì)于D項(xiàng)，考慮到有少數(shù)的α粒子因?yàn)榭拷鹪雍?，受到斥力而改變了運(yùn)動(dòng)方向，D錯(cuò)誤，A、B、C正確；α粒子必須借助于熒光屏觀察，E錯(cuò)誤．【答案】ABC2．如圖3-2-2為盧瑟福所做的α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)，下列說(shuō)法中正確的是()圖3-2-2A．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D．放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光E．放在C、D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，只是在D處觀察到的閃光次數(shù)比在C處還要少【解析】在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子穿過(guò)金箔后，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，故A正確．少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度大于90°，極個(gè)別α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)誤，C、E正確．【答案】ACE1．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(guò)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．原子的核式結(jié)構(gòu)的提出eq\o([先填空])1．核式結(jié)構(gòu)模型原子的核式結(jié)構(gòu)：原子的中心有一個(gè)帶正電的原子核，它幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，而電子則在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)．2．原子核的電荷與尺度eq\o([再判斷])1．原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核上．(√)2．原子中所有正電荷都集中在原子核內(nèi)．(√)3．核電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，也等于中子數(shù)．(×)eq\o([后思考])1．原子中的原子核所帶的電荷量有何特點(diǎn)？【提示】原子核帶正電，所帶電荷量與核外電子所帶的電荷量絕對(duì)值相等．2．原子核的大小在整個(gè)原子中占有多大的比例？【提示】原子半徑數(shù)量級(jí)是10－10m，而原子核半徑數(shù)量級(jí)是10－15m，二者相差10萬(wàn)倍之多，故原子核在原子中所占的體積是很小的．1．兩種根本區(qū)別核式結(jié)構(gòu)葡萄干布丁模型原子內(nèi)部是非?？諘绲模姾杉性谝粋€(gè)很小的核里原子是充滿(mǎn)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，非常接近它們的原子序數(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(wàn)倍之多．3．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(kù)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(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E．因正、負(fù)電荷在原子中是均勻分布的，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)【解析】原子核帶正電，與α粒子之間存在庫(kù)侖力，當(dāng)α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α粒子受到的庫(kù)侖力較大，方向改變較多，故C、D對(duì)．【答案】BCD4．在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，如果兩個(gè)具有相同能量的α粒子，從不同大小的角度散射出來(lái)，則散射角度大的α粒子()A．更接近原子核B．更遠(yuǎn)離原子核C．受到一個(gè)以上的原子核作用D．受到原子核較大的沖量作用E．動(dòng)量的變化量較大【解析】由于原子的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子核的體積，當(dāng)α粒子穿越某一個(gè)原子的空間時(shí)，其他原子核距α粒子相對(duì)較遠(yuǎn)，而且其他原子核對(duì)α粒子的作用力也可以近似相互抵消，所以散射角度大的這個(gè)α粒子并非由于受到多個(gè)原子核作用，C錯(cuò)；由庫(kù)侖定律可知，α粒子受到的斥力與距離的平方成反比，α粒子距原子核越近，斥力越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變?cè)酱?，即散射角度越大，A對(duì)，B錯(cuò)；當(dāng)α粒子受到原子核較大的沖量作用時(shí)，動(dòng)量的變化量就大，即速度的變化量就大，則散射角度就大，D、E對(duì)．【答案】ADE5．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)能最小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E．α粒子所受金原子核的斥力最大【解析】α粒子和金原子核都帶正電，庫(kù)侖力表現(xiàn)為斥力，兩者距離減小時(shí)，庫(kù)侖力做負(fù)功，故α粒子動(dòng)能減小，電勢(shì)能增加；系統(tǒng)的能量守恒，由庫(kù)