原子的核式結(jié)構(gòu)模型

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原子結(jié)構(gòu)模型道爾頓把原子看成是“絕對不可再分”的微粒的觀點，在19世紀末受到了新的科學發(fā)現(xiàn)的有力沖擊.1879年，英國著名的物理學家和化學家克魯克斯(1832—1919)在高真空放電管中發(fā)現(xiàn)了一種帶負電的微粒流——“陰極射線”；1879年，英國劍橋大學物理學家湯姆孫等人利用陰極射線能被電場和磁場聯(lián)合偏轉(zhuǎn)的作用，測定了這種粒子的比荷(即電荷與質(zhì)量之比)．實驗表明，不管電極是用什么材料制成和在陰極射線管中充以什么樣的氣體，生成帶負電的粒子的

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比荷都是相同的，說明它是各種原子的一個共同組成部分，即電子.1903年，湯姆孫提出了原子結(jié)構(gòu)的“浸入模型”：原子是由均勻分布的帶正電荷的粒子及浸入其中的運動的許多電子所構(gòu)成的，電子的負電荷中和了粒子的正電荷.1909年，英國物理學家盧瑟福用一束高能的α粒子(帶正電的氦原子核)流轟擊薄的金箔時發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)α粒子幾乎不受阻礙而直接通過金箔，說明原子內(nèi)部很空曠；但也有極少數(shù)(約萬分之幾)α粒子穿過金箔后發(fā)生偏轉(zhuǎn)，個別α粒子偏轉(zhuǎn)程度較大，甚至被反彈回來．

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湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型無法解釋這一實驗現(xiàn)象．盧瑟福設想，這是由于原子中存在一個幾乎集中了原子的全部質(zhì)量并帶正電荷的極小的核，是它對α粒子產(chǎn)生了靜電排斥作用.1911年，盧瑟福提出了原子結(jié)構(gòu)的“核式模型”：每個原子中心都有一個極小的原子核，幾乎集中了原子的全部質(zhì)量并帶Z個單位的正電荷，核外有Z個電子繞核旋轉(zhuǎn)，就像行星繞太陽轉(zhuǎn)動一樣．因此也稱為“行星式模型”．后來，隨著對原子光譜的深入研究和量子力學的出現(xiàn)，才逐步形成了現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論．

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1．α粒子散射實驗．(1)在湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子之后，說明原子可以再分．原子是電中性，說明原子內(nèi)有________兩種電荷．(2)對原子中正負電荷如何分布，科學家提出了許多模型，湯姆孫提出“________”，但后來___________實驗完全否定了湯姆孫的模型．(3)α粒子散射實驗是由英籍物理學家________指導他的學生而設計的，實驗發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上沿________方向前進．

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正、負棗糕模型α粒子散射盧瑟福原來但有少數(shù)α粒子發(fā)生了________偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞了回來”．

(4)1911年，盧瑟福提出了自己的原子結(jié)構(gòu)模型：原子中帶正電部分的體積很________但幾乎占有全部________，電子在正電體的________運動，盧瑟福的原子模型被稱為__________________．

2．原子核的電荷與尺度．

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大角度小質(zhì)量外部核式結(jié)構(gòu)模型(1)原子由帶電荷＋Ze的核與核外________個電子組成，原子核由________和________組成，原子核的電荷數(shù)就是核中的________．(2)原子核半徑的數(shù)量級________m．而整個原子半徑數(shù)量級是________m．兩者相差________倍之多．可見原子內(nèi)部是十分“空曠”的．

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Z質(zhì)子中子質(zhì)子數(shù)10－1510－10十萬

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1α粒子散射實驗

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2．實驗現(xiàn)象與結(jié)果．絕大多數(shù)α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)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)．極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過90°，有的幾乎達到180°，沿原路返回．α粒子散射實驗令盧瑟福萬分驚奇．按照湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型：帶正電的物質(zhì)均勻分布，帶負電的電子質(zhì)量比α粒子的質(zhì)量小得多，α粒子碰到電子就像子彈碰到一粒塵埃一樣，其運動方向不會發(fā)生什么改變．但實驗結(jié)果出現(xiàn)了像一枚炮彈碰到一層薄薄的衛(wèi)生紙被反彈回來這一不可思

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議的現(xiàn)象．盧瑟福通過分析，否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型，提出了核式結(jié)構(gòu)模型．

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2原子的核式結(jié)構(gòu)

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盧瑟福依據(jù)α粒子散射實驗的結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)：在原子中心有一個很小的核，叫原子核．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)．按照盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學說，可以很容易地解釋α粒子的散射實驗現(xiàn)象．如上圖所示．按照這個模型，由于原子核很小，大部分α粒子穿過金箔時都離核很遠，受到的斥力很小，它們的運動幾乎

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不受影響；只有極少數(shù)α粒子從原子核附近飛過，明顯地受到原子核的庫侖斥力而發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)．注：①原子內(nèi)部是十分“空曠”的．原子直徑的數(shù)量級為10－10m，原子核直徑的數(shù)量級為10－15m，兩者相差十萬倍，而體積的差別就更大了．若原子相當于一個立體的足球場的話，則原子核就像足球場中的一粒米．②α粒子并沒有與金原子核直接發(fā)生碰撞．偏轉(zhuǎn)的原因是庫侖斥力影響的結(jié)果．

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例下列敘述不屬于盧瑟福α粒子散射實驗的結(jié)果(

)A．證明了質(zhì)子的存在

B．證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的

C．證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里

D．說明了原子中的電子只能在某些軌道上運動

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解析：該題要考查的是α粒子散射實驗對人類認識原子結(jié)構(gòu)的貢獻．只要考生了解α粒子散射實驗的結(jié)果及核式結(jié)構(gòu)的建立過程，不難得出正確答案．α粒子散射實驗發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核．數(shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預測核內(nèi)存在中子．答案：C

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名師點評：α粒子散射實驗是物理學發(fā)展史上的一個重要的實驗．它的實驗結(jié)果使人們關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的觀念發(fā)生了根本性變化，從而否定了湯姆孫原子結(jié)構(gòu)的棗糕模型，導致了盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型的確立．課本中關(guān)于α粒子散射實驗裝置和實驗方法的描述十分詳盡，對實驗結(jié)果的說明層次非常清楚：絕大多數(shù)α粒子穿過，基本上不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；少數(shù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．變式遷移

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解析：解答本題要把握以下思路：粒子發(fā)生大角度散射是與原子核接近的結(jié)果．原子的中心是體積很小的原子核，原子的絕大部分質(zhì)量和全部正電荷都集中在原子核上，當粒子接近原子核的時候，就會發(fā)生大角度散射，甚至被彈回．所以D選項正確．答案：D變式遷移

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2．盧瑟福的α粒子散射實驗的結(jié)果顯示了下列哪些情況(

)A．原子核內(nèi)存在電子B．原子的大小為10－10mC．原子的正電荷均勻分布在它的全部