第四章第3節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型（原卷版）

選擇性必修三學(xué)案第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第3節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型一、新課標(biāo)要求.知道陰極射線是由電子組成的，電子是原子的組成部分，知道電子的電荷量。.了解湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的研究方法及蘊(yùn)含的科學(xué)思想，領(lǐng)會(huì)電子的發(fā)現(xiàn)對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義。.知道a粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。.知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容，知道原子核半徑的數(shù)量級(jí)。二、科學(xué)素養(yǎng)要求.物理觀念：知道陰極射線及本質(zhì)，了解電子及其比荷，知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型及原子核的電荷量與尺度。.科學(xué)思維：知道電子的電荷量、原子的核式結(jié)構(gòu)模型，能夠通過科學(xué)推理解決相關(guān)的問題。.科學(xué)探究：探究陰極射線的本質(zhì)，理解。粒子散射實(shí)驗(yàn)，揭示實(shí)驗(yàn)本質(zhì)，得出結(jié)論，體會(huì)科學(xué)家的探索方法，提高觀察與實(shí)驗(yàn)的能力。.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過學(xué)習(xí)體驗(yàn)科學(xué)家探索科學(xué)的艱辛，堅(jiān)持實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)積極探索科學(xué)的興趣。三、教材研習(xí)要點(diǎn)原子的核式結(jié)構(gòu)模型1911年，盧瑟福提出了自己的原子結(jié)構(gòu)模型①,原子中帶正電部分的體積很小，但兒乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運(yùn)動(dòng)。正電體的尺度是很小的，稱為原子核。自主思考①在探究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的過程中，盧瑟福說:“我知道了，原子到底是什么樣的……可以將它想象成一個(gè)小的太陽(yáng)系?！痹鯓永斫膺@段話？答案：提示在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫作原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核，帶負(fù)電的電子在核外空間運(yùn)動(dòng)，這就像行星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)一樣，原子內(nèi)部就像一個(gè)小型的太陽(yáng)系。名師點(diǎn)睛理解建立核式結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)：（1）湯姆孫的原了?模型不能解釋a粒子的大角度散射。（2）原子核外電子不會(huì)使a粒子的速度發(fā)生明顯改變。（3）少數(shù)a粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至反彈回來，表明這些a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)a粒子在穿過厚厚的金原子層時(shí)運(yùn)動(dòng)方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的，原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在體積很小的核內(nèi)。四、互動(dòng)探究探究點(diǎn)一、電子的發(fā)現(xiàn)情境探究1.在如圖所示的演示實(shí)驗(yàn)中，K和A之間加上高電壓后，玻璃管壁上觀察到淡淡的熒光及管中物體在玻璃管壁上的影，這說明陰極能夠發(fā)出某種射線，并且撞擊玻璃引起熒光。（1）人們對(duì)這種陰極射線的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有兩種觀點(diǎn)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為是電磁輻射，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為是帶電微粒，如何用實(shí)驗(yàn)判斷哪種觀點(diǎn)正確？（2）根據(jù)帶電粒子在電、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，哪些方法可以判斷運(yùn)動(dòng)的帶電粒子所帶電荷的電性？探究歸納.對(duì)陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)——兩種觀點(diǎn)兩種觀點(diǎn)代表人物觀點(diǎn)內(nèi)容電磁波說赫茲陰極射線是一種電磁輻射粒子說湯姆孫陰極射線是一種帶電粒子流.陰極射線帶電性質(zhì)的判斷方法（1）方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場(chǎng)，通過打在熒光屏上的亮點(diǎn)的變化和電場(chǎng)的情況確定陰極射線帶電性質(zhì)。如圖所示帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，受電場(chǎng)力作用運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變（粒子重力忽略不計(jì)）。帶電粒了?在不受其他力時(shí)，沿電場(chǎng)線方向偏轉(zhuǎn)時(shí)，粒子帶正電，逆電場(chǎng)線方向偏轉(zhuǎn)時(shí)，粒子帶負(fù)電。（2）方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場(chǎng)，根據(jù)亮點(diǎn)位置的變化和左手定則確定帶電的性質(zhì)。如圖所示粒子將受到洛倫茲力作用，速度方向始終與洛倫茲力方向垂直，利用左手定則，即可判斷粒子的電性。如果粒子按圖示方向進(jìn)入磁場(chǎng)，且做順時(shí)針的圓周運(yùn)動(dòng)，則粒子帶正電；如做逆時(shí)針的圓周運(yùn)動(dòng)，則粒子帶負(fù)電。.電子比荷（或電荷量）的測(cè)定方法（1）讓粒子通過正交的電磁場(chǎng)（如圖），讓其做直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)二力平衡，即/濟(jì)=F電（Bqu=qE）得到粒子的運(yùn)動(dòng)速度u=，（2）在其他條件不變的情況下，撤去電場(chǎng)，保留磁場(chǎng)讓粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力即8qu=竽，根據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡由幾何知識(shí)求出其半徑r,得2=捻=含。（3）當(dāng)電子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，y=^at2=/^-,測(cè)出電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)量也可以確定比/22mvgd荷。.電子發(fā)現(xiàn)的意義電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)比原子小的粒子。電子的發(fā)現(xiàn)，打破了原子不可再分的傳統(tǒng)觀念,使人們認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。從此，原子物理學(xué)飛速發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。湯姆孫也由于發(fā)現(xiàn)了電子，不僅榮獲了1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，而且被后人譽(yù)為“最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”。探究應(yīng)用例（多選）關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn)，下列敘述中正確的是（）A.電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子是由電子和原子核組成的B.電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子具有一定的結(jié)構(gòu)C.電子被人類發(fā)現(xiàn)前，人們認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的最小微粒D.電子的發(fā)現(xiàn)，比較好地解釋了物體的帶電現(xiàn)象遷移應(yīng)用1.關(guān)于電荷的電荷量下列說法錯(cuò)誤的是（）A.電子的電荷量是由密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)得的B.物體所帶電荷量可以是任意值C.物體所帶電荷量最小值為1.6x1079cD.物體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍2.（★）如圖所示為湯姆孫用來測(cè)定電子比荷的裝置。當(dāng)極板P和P'間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心。點(diǎn)處，形成一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到。'點(diǎn)，。'點(diǎn)到。點(diǎn)的豎直距離為d,水平距離可忽略不計(jì)；此時(shí)在P與產(chǎn)之間的區(qū)域里再加上一個(gè)方向垂宜于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)其大小為8時(shí)，亮點(diǎn)重新回到。點(diǎn)。己知極板水平方向長(zhǎng)度為L(zhǎng)i，極板間距為b,極板右端到熒光屏的距離為（1）求打在熒光屏。點(diǎn)的電子速度的大小;（2）推導(dǎo)出電子比荷的表達(dá)式。探究點(diǎn)二、?粒子散射實(shí)驗(yàn)和原子的核式結(jié)構(gòu)模型情境探究1.如圖為1909年英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福指導(dǎo)他的助手蓋革和馬斯頓進(jìn)行的a粒子散射實(shí)驗(yàn)時(shí)的實(shí)驗(yàn)裝置，閱讀課本，完成以下探究。（1）a粒子是什么？（2）實(shí)驗(yàn)裝置由幾部分組成？實(shí)驗(yàn)過程是怎樣的？a粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么？a粒子射入金箔時(shí)，難免與電子碰撞，試分析這種碰撞對(duì)a粒子速度影響的大??？（5）按照湯姆孫的原子模型，正電荷是均勻分布在整個(gè)原子中的，a粒子穿過金箔，受到電荷的作用力后，沿哪些方向前進(jìn)的可能性較大，最不可能沿哪些方向前進(jìn)？（6）a粒子散射實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒苡^察到原子的實(shí)際結(jié)構(gòu)？探究歸納L對(duì)a粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解（1）現(xiàn)象及解釋①絕大多數(shù)的a粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)a粒子離金原子核較遠(yuǎn)。②少數(shù)。粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)，發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)的戊粒子是由于離金原子核較近，庫(kù)侖斥力較大。③極少數(shù)a粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90。，有的幾乎達(dá)到180。，正對(duì)或基本正對(duì)著金原子核入射的a粒子在庫(kù)侖斥力作用下先減速至較小速度然后加速遠(yuǎn)離金原子核。（2）實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)①整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程在真空中進(jìn)行。②金箔需要做得很薄，a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(diǎn)就是金的原子序數(shù)大，。粒子與金核間的庫(kù)侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯。(3)a粒子的受力及能量轉(zhuǎn)化情況①a粒子的受力情況。粒子與原子核間的作用力是庫(kù)侖斥力F=祟a粒子離原子核越近，庫(kù)侖力越大，運(yùn)動(dòng)加速度越大；反之，則越小。方向：a粒子的受力沿原子核與a粒子的連線，由原子核指向a粒子。②庫(kù)侖力對(duì)a粒子的做功情況當(dāng)a粒子靠近原子核時(shí)，庫(kù)侖力做負(fù)功，電勢(shì)能增加；當(dāng)a粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí)，庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能減小。③a粒子的能量轉(zhuǎn)化情況僅有庫(kù)侖力做功，能量只在電勢(shì)能和動(dòng)能之間相互轉(zhuǎn)化，而總能量保持不變。.原子的核式結(jié)構(gòu)模型(1)原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕模型的比較核式結(jié)構(gòu)棗糕模型原子內(nèi)部是非常空曠的，正電荷集中在一個(gè)很小的核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)核式結(jié)構(gòu)模型對(duì)a粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋①當(dāng)a粒子穿過原子時(shí)，如果離核較遠(yuǎn)，受到原子核的斥力很小，a粒子就像穿過“一片空地”一樣，無遮無擋，運(yùn)動(dòng)方向改變很小，因?yàn)樵雍撕苄?，所以絕大多數(shù)a粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。②只有當(dāng)a粒子十分接近原子核時(shí)，才受到很大的庫(kù)侖力作用，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，而這種機(jī)會(huì)很少。③如果。粒子正對(duì)著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180。，這種機(jī)會(huì)極少，如圖所示。.原子核的電荷與尺度原子內(nèi)的電原子核的電荷數(shù)即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，與核外的電子數(shù)相等荷關(guān)系原子核的組原子核由質(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)成原子核的大原子半徑的數(shù)量級(jí)是10T°m,原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10T5m,兩者相差10萬(wàn)小倍之多，因而原子內(nèi)部十分“空曠”探究應(yīng)用【典例】關(guān)于a粒子散射實(shí)驗(yàn)的下述說法中正確的是（）A.實(shí)驗(yàn)表明原子中心的核帶有原子的全部正電及全部質(zhì)量B.實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)較大的核，它占有原子體積的較大部分C.在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后，仍沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)