原子的核式結構模型【含答案解析】人教版【知識架構+對點訓練】 高二物理備課精研提升

4.3原子的核式結構模型基礎導學要點一、電子的發(fā)現1．陰極射線：陰極發(fā)出的一種射線．它能使對著陰極的玻璃管壁發(fā)出熒光。2．湯姆孫的探究根據陰極射線在電場和磁場中的偏轉情況斷定，它的本質是帶負電(填“正電”或“負電”)的粒子流，并求出了這種粒子的比荷．組成陰極射線的粒子被稱為電子。3．密立根實驗：電子電荷的精確測定是由密立根通過著名的“油滴實驗”做出的．目前公認的電子電荷的值為e＝1.6×10－19C(保留兩位有效數字)。4．電荷的量子化：任何帶電體的電荷只能是e的整數倍。5．電子的質量me＝9.1×10－31kg(保留兩位有效數字)，質子質量與電子質量的比值為eq\f(mp,me)＝1836。要點二、原子的核式結構模型1．湯姆孫原子模型：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，電子鑲嵌其中，有人形象地把湯姆孫模型稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”。2．粒子散射實驗：(1)粒子散射實驗裝置由粒子源、金箔、顯微鏡等幾部分組成，實驗時從粒子源到熒光屏這段路程應處于真空中。(2)實驗現象①絕大多數的粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進；②少數粒子發(fā)生了大角度偏轉；偏轉的角度甚至大于90°，它們幾乎被“撞了回來”。(3)實驗意義：盧瑟福通過粒子散射實驗，否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結構模型。3．核式結構模型：原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質量，電子在正電體的外面運動。4.原子核的電荷與尺度（1）原子核的電荷數：各種元素的原子核的電荷數，即原子內的電子數，非常接近它們的原子序數，這說明元素周期表中的各種元素是按原子中的電子數來排列的。（2）原子核的組成：原子核是由質子和中子組成的，原子核的電荷數就是核中的質子數。（3）原子核的大小：用核半徑描述核的大?。灰话愕脑雍?，實驗確定的核半徑的數量級為10－15m，而整個原子半徑的數量級是10－10m，兩者相差十萬倍之多。要點突破突破一：電子的發(fā)現1．對陰極射線的認識(1)對陰極射線本質的認識——兩種觀點①電磁波說，代表人物——赫茲，他認為這種射線是一種電磁輻射；②粒子說，代表人物——湯姆孫，他認為這種射線是一種帶電粒子流；(2)陰極射線帶電性質的判斷方法①方法一：在陰極射線所經區(qū)域加上電場，通過打在熒光屏上的亮點位置的變化和電場的情況確定陰極射線的帶電性質；②方法二：在陰極射線所經區(qū)域加一磁場，根據熒光屏上亮點位置的變化和左手定則確定陰極射線的帶電性質。(3)實驗結果：根據陰極射線在電場中和磁場中的偏轉情況，判斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж撾姟?．電子發(fā)現的意義(1)電子發(fā)現以前人們認為物質由分子組成，分子由原子組成，原子是不可再分的最小微粒；(2)現在人們發(fā)現了各種物質里都有電子，而且電子是原子的組成部分；(3)電子帶負電，而原子是電中性的，說明原子是可再分的。突破二：原子的核式結構模型1．實驗現象的分析(1)核外電子不會使粒子的速度發(fā)生明顯改變；(2)少數粒子發(fā)生了大角度偏轉，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量比它本身大得多的物質的作用．湯姆孫的原子模型不能解釋粒子的大角度散射；(3)絕大多數粒子在穿過厚厚的金原子層時運動方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的，原子的正電荷和幾乎全部質量都集中在體積很小的核內；2．盧瑟福的原子核式結構模型在原子的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。（1）原子的核式結構與原子的棗糕模型的比較核式結構棗糕模型原子內部是非?？諘绲模姾杉性谝粋€很小的核原子是充滿了正電荷的球體電子繞核高速旋轉電子均勻嵌在原子球體內（2）核式結構模型對α粒子散射實驗結果的解釋①當α粒子穿過原子時，如果離核較遠，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿過“一片空地”一樣，無遮無擋，運動方向改變很小，因為原子核很小，所以絕大多數α粒子不發(fā)生偏轉。②只有當α粒子十分接近原子核時，才受到很大的庫侖力作用，發(fā)生大角度偏轉，而這種機會很少。③如果α粒子正對著原子核射來，偏轉角幾乎達到180°3.原子核的電荷與尺度原子內的電荷關系原子核的電荷數即核內質子數，與核外的電子數相等原子核的組成原子核由質子和中子組成，原子核的電荷數等于原子核的質子數原子核的大小原子半徑的數量級是10-10m，原子核半徑的數量級是10-15m典例精析題型一：電子的發(fā)現例一．電子的發(fā)現揭示了（）A．原子可再分 B．原子具有核式結構C．原子核可再分 D．原子核由質子和中子組成【答案】A【分析】電子的發(fā)現，不僅揭示了電的本質，而且打破了幾千年來人們認為原子是不可再分的陳舊觀念，證實原子也有其自身的構造，揭開了人類向原子進軍的第一幕，迎來了微觀粒子學（基本粒子物理學）的春天；故選A。變式遷移1：物理學史的學習是物理學習中很重要的一部分，下列關于物理學史敘述中正確的是（）A．湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現了電子，從而證明了原子核可再分B．盧瑟福通過對α粒子散射實驗現象的分析，提出了原子的核式結構模型C．愛因斯坦發(fā)現了光電效應，并提出了光量子理論成功解釋了光電效應D．玻爾首先把能量子引入物理學，正確地破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念【答案】B【分析】A．湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現了電子，從而證明了原子可再分，A錯誤；B．盧瑟福通過對α粒子散射實驗現象的分析，提出了原子的核式結構模型，B正確；C．愛因斯坦提出了光量子理論成功解釋了光電效應，但不是愛因斯坦發(fā)現了光電效應，C錯誤；D．普朗克最早提出了量子化理論，正確地破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念。D錯誤。故選B。題型二：原子的核式結構例二．引力波也被稱為“時空的漣漪”，是愛因斯坦根據廣義相對論做出的預言之一。對于引力波概念的提出過程，我們大致可以這樣理解：麥克斯韋認為，電荷周圍有電場，當電荷加速運動時，會輻射電磁波；愛因斯坦認為，物體周圍存在引力場，當物體加速運動時，會也輻射出引力波。在中學物理學習過程中，你認為可能用到與愛因斯坦上述思想方法類似的是（）A．盧瑟福預言中子的存在B．庫侖預測兩點電荷間的相互作用力與萬有引力有相似的規(guī)律C．法拉第猜想：電能生磁，磁也一定能生電D．湯姆生發(fā)現電子后猜測原子中存在帶正電的物質【答案】B【分析】根據相似的特點，把物體類比于電荷，引力波類比于電磁波，故采用類比法，而ABCD選項中只有庫侖預測兩點電荷間的相互作用力與萬有引力有相似的規(guī)律采用類比法。故選B。變式遷移2：如圖是盧瑟福的α粒子散射實驗裝置，在一個小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細的一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產生閃爍的光點。下列說法正確的是（）A．該實驗證實了原子的棗糕模型的正確性B．只有少數的α粒子發(fā)生大角度偏轉C．根據該實驗估算出原子核的半徑約為10－10mD．α粒子與金原子中的電子碰撞可能會發(fā)生大角度偏轉【答案】B【分析】AB．α粒子散射實驗的內容是：絕大多數α粒子幾乎不發(fā)生偏轉；少數α粒子發(fā)生了較大的角度偏轉；極少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉(偏轉角度超過90°，有的甚至幾乎達到180°，被反彈回來)，粒子散射實驗現象盧瑟福提出了原子核式結構模型的假設，從而否定了湯姆孫原子模型的正確性，故A錯誤B正確；C．通過α粒子散射實驗估算出原子核半徑數量級約為10-15m，故C錯誤；D．發(fā)生α粒子偏轉現象，主要是由于α粒子和金原子的原子核發(fā)生碰撞的結果，與電子碰撞時不會發(fā)生大角度的偏轉，故D錯誤。故選B。強化訓練選擇題1、人們在研究原子結構時提出過許多模型，其中比較有名的是棗糕模型和核式結構模型，它們的模型示意圖如圖所示．下列說法中正確的是（）A．α粒子散射實驗與棗糕模型和核式結構模型的建立無關B．科學家通過α粒子散射實驗否定了棗糕模型，建立了核式結構模型C．科學家通過α粒子散射實驗否定了核式結構模型，建立了棗糕模型D．科學家通過α粒子散射實驗否定了棗糕模型和核式結構模型【答案】B【解析】盧瑟福通過粒子散射實驗否定了湯姆孫的棗糕模型，建立了原子的核式結構模型，故B正確，A、C、D錯誤。故選B。2、如圖所示是粒子散射實驗裝置的示意圖。從粒子源發(fā)射的粒子射向金箔，利用觀測裝置觀測發(fā)現，絕大多數粒子穿過金箔后，基本上熒光屏仍沿原來的方向前進，但有少數粒子（約占八千分之一）發(fā)生了大角度偏轉，極少數偏轉的角粒子束度甚至大于90°。下列說法正確的是（）A．粒子是從放射性物質中發(fā)射出來的快速運動的質子流B．實驗結果說明原子中的正電荷彌漫性地均勻分布在原子內C．粒子發(fā)生大角度偏轉是金箔中的電子對粒子的作用引起的D．粒子發(fā)生大角度偏轉是帶正電的原子核對粒子的斥力引起的【答案】D【解析】A．粒子是從放射性物質中發(fā)射出來的氦核，A錯誤；B．若原子中的正電荷彌漫性地均勻分布在原子內，粒子穿過原子時受到的各方向正電荷的斥力基本上會相互平衡，對粒子運動的影響不會很大，不會出現大角度偏轉的實驗結果，B錯誤；C．電子對粒子速度的大小和方向的影響可以忽略，C錯誤；D．原子核帶正電，體積很小，但幾乎占有原子的全部質量，電子在核外運動，當粒子進入原子區(qū)域后，大部分離原子核很遠，受到的庫侖斥力很小，運動方向幾乎不變，只有極少數粒子在穿過時離原子核很近，因此受到很強的庫侖斥力，發(fā)生大角度散射，D正確。故選D。3、在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉，其原因是（）A．原子中的正電荷和絕大部分質量集中在一個很小的核上B．正電荷在原子中是均勻分布的C．原子中存在著帶負電的電子D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中【答案】A【解析】在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉，其原因是原子中的正電荷和絕大部分質量集中在一個很小的核上，從而使α粒子在經過時受到很強的斥力，發(fā)生大角度偏轉.故選A。4、如圖所示為盧瑟福α粒子散射實驗裝置的示意圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉動，通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察α粒子在各個角度的散射情況。下列說法中正確的是（）A．在圖中的A、B兩位置分別進行觀察，相同時間內觀察到屏上的閃光次數一樣多B．在圖中的B位置進行觀察，屏上觀察不到任何閃光C．盧瑟福選用不同重金屬箔片作為α粒子散射的靶，觀察到的實驗結果基本相似D．α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子撞擊到金箔原子后產生的反彈【答案】C【解析】AB．α粒子散射實驗現象是：絕大多數α粒子沿原方向前進，少數α粒子有大角度散射，所以A處觀察到的α粒子多，B處觀察到的α粒子少，故A錯誤，B錯誤；C．選用不同重金屬箔片作為α粒子散射的靶，觀察到的實驗結果基本相似，故C正確；D．α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子打入到金原子內部受到金原子核的斥力作用從而改變運動方向，故D錯誤。故選C。5、在α粒子散射實驗中，我們并沒有考慮電子對α粒子偏轉角度的影響，這是因為（）A．電子的體積非常小，以致α粒子碰不到它B．電子的質量遠比α粒子的小，所以它對α粒子運動的影響極其微小C．α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α粒子受電子作用的合外力為零【答案】B【解析】A．電子體積非常小，α粒子碰到它像子彈碰到灰塵，損失的能量極少，不改變運動的軌跡，故A錯誤；B．電子質量遠比α粒子的小，所以它對α粒子運動的影響極其微小，故B正確；C．α粒子跟各個電子碰撞的效果像子彈碰到很多灰塵小顆粒，損失的能量極少，不改變運動的軌跡，但不能說相互抵消，各個電子對α粒子的作用力對α粒子運動形成阻礙，故C錯誤；D．α粒子受到不同電子的作用不全是同一時刻受到的，所以說合外力為零錯誤，故D錯誤。故選B。6、1911年，盧瑟福提出了原子核式結構模型。他提出這種模型的依據是（）A．粒子散射實驗 B．光電效應實驗 C．天然放射現象 D．核聚變反應【答案】A【解析】1911年，通過粒子散射實驗，盧瑟福根據粒子散射實驗的結果，提出了原子核式結構模型。故選A。7、α粒子散射實驗中，不考慮電子和α粒子的碰撞影響，是因為（）A．α粒子與電子根本無相互作用B．α粒子受電子作用的合力為零，是因為電子是均勻分布的C．α粒子和電子碰撞損失能量極少，可忽略不計D．電子很小，α粒子碰撞不到電子【答案】C【分析】α粒子與電子之間存在著相互作用力，這個作用力是庫侖引力，但由于電子質量很小，只有α粒子質量的，碰撞時對α粒子的運動影響極小，幾乎不改變運動方向，就像一顆子彈撞上一顆塵埃一樣，故C正確，ABD錯誤。故選C。8、分子運動是看不見、摸不著的，其運動特征不容易研究，但科學家可以通過布朗運動認識它，這種方法叫做“轉換法”.下面給出的四個研究實例，其中采取的方法與上述研究分子運動的方法相同的是（）A．牛頓通過對天體現象的研究，總結出萬有引力定律B．密立根通過油滴實驗，測定了元電荷的電荷量C．歐姆在研究電流與電壓、電阻關系時，先保持電阻不變研究電流與電壓的關系；然后再保持電壓不變研究電流與電阻的關系D．奧斯特通過放在通電直導線下方的小磁針發(fā)生偏轉得出通電導線的周圍存在磁場的結論【答案】D【分析】A．牛頓通過對天體運動的研究，根據開普勒定律、牛頓第二定律、第三定律，直接得出萬有弓力定律，這種方法不是轉換法，故A錯誤；B．密立根通過油滴實驗，測定了元電荷的電荷量沒有用到轉換法，故B錯誤；C．歐姆在研究電流與電壓、電阻關系時，采用的控制變量法得到了歐姆定律，故C錯誤；D．奧斯特通過放在通電直導線下方的小磁針發(fā)生偏轉，根據小磁針的偏轉得出通電導線的周圍存在磁場的結論，是一種轉換法，故D正確。故選D。9、．對圖中的甲、乙、丙、丁圖，下列說法中正確的是（）A．圖甲中，盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果，發(fā)現了質子和中子B．圖乙是一束單色光進入平行玻璃磚后傳播的示意圖，當入射角i逐漸增大到某一值后不會再有光線從bb′面射出C．圖丙是用干涉法檢測工件表面平整程度時得到的干涉圖樣，彎曲的干涉條紋說明被檢測的平面在此處是凸起的D．圖丁中的M、N是偏振片，P是光屏，當M固定不動緩慢轉動N時，光屏P上的光亮度將發(fā)生變化，此現象表明光是橫波【答案】D【分析】A．圖甲中，盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果，發(fā)現了質子，并預言了中子的存在，后由學生查德維克發(fā)現中子，A錯誤；B．當入射角i逐漸增大，折射角逐漸增大，由于折射角小于入射角，不論入射角如何增大，玻璃磚中的光線不會消失，結合射向玻璃磚的光線和射出玻璃磚的光線為平行光線可知肯定有光線從bb′面射出，B錯誤；C．根據干涉產生的條件，同一級亮條紋上的光程差相等，可知彎曲的干涉條紋說明被檢測平面在此處是凹陷的，C錯誤；D．只有橫波才能產生偏振現象，所以光的偏振現象表明光是一種橫波，D正確。故選D。10、下列四幅圖涉及不同的物理知識，其中說法不正確的是（）A．原子中的電子繞原子核高速運轉時，運行軌道的半徑是任意的B．光電效應實驗說明了光具有粒子性C．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣證實了電子具有波動性D．極少數α粒子發(fā)生大角度偏轉，說明原子的質量絕大部分集中在很小空間【答案】A【分析】A．原子中的電子繞原子核高速運轉時，運行軌道的半徑是量子化的，只能是某些特定值，A錯誤；B．光電效應實驗說明了光具有粒子性，B正確；C．衍射是波的特性，電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣證實了電子具有波動性，C正確；D．極少數α粒子發(fā)生大角度偏轉，說明原子的質量和正電荷主要集中在很小的核上，否則不可能發(fā)生大角度偏轉，D正確。本題選錯誤的，故選A。11、．1909年，英籍物理學家盧瑟福和他的學生蓋革·馬斯頓一起進行了著名的“α粒子散射實驗”，實驗中大量的粒子穿過金屬箔前后的運動情形如圖所示，下列關于該實驗的描述正確的是（）A．“α粒子散射實驗”現象中觀察到絕大多數粒子發(fā)生了大角度偏轉B．“α粒子散射實驗”現象能夠說明原子中帶正電的物質占據的空間很小C．根據α粒子散射實驗不可以估算原子核的大小D．該實驗證實了湯姆孫原子模型的正確性【答案】B【解析】A．“α粒子散射實驗”現象中觀察到絕大多數粒子基本上仍沿原來的方向前進，有少數α粒子（約占八千分之一）發(fā)生了大角度偏轉，故A錯誤；B．“α粒子散射實驗”現象能夠說明原子中帶正電的物質占據的空間很小，這樣才會使α粒子在經過時受到很強的斥力，才可能使α粒子發(fā)生大角度的偏轉，故B正確；C．原子核的半徑是無法直接測量的，一般通過其他粒子與核的相互作用來確定，α粒子散射是估計核半徑的最簡單的方法，故C錯誤；D．該實驗否定了湯姆孫原子模型的正確性，故D錯誤。故選B。12、．根據α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結構模型。如圖所示為原子核式結構模型的α粒子散射圖景，圖中實線表