2024-2025學(xué)年高中物理第2章原子結(jié)構(gòu)第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型教學(xué)案魯科版選修3-5

PAGEPAGE1第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型1．知道α粒子散射試驗(yàn)的原理和試驗(yàn)結(jié)果．(重點(diǎn)＋難點(diǎn))2．知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型．(重點(diǎn))一、α粒子散射試驗(yàn)1．試驗(yàn)?zāi)康模害亮Ｗ油ㄟ^金箔時(shí)，用這些已知的粒子與金屬內(nèi)的原子相互作用，依據(jù)粒子的偏轉(zhuǎn)狀況來獲得原子內(nèi)部的信息．2．試驗(yàn)方法：用由放射源放射的α粒子束轟擊金箔，利用熒光屏接收，探測(cè)通過金箔后的α粒子的偏轉(zhuǎn)狀況．3．試驗(yàn)結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過90°，有的甚至被原路彈回，α粒子被反射回來的概率竟然有1/8__000．1．(1)α粒子散射試驗(yàn)證明白湯姆孫的原子模型是符合事實(shí)的．()(2)α粒子散射試驗(yàn)中大多數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈．()(3)α粒子大角度的偏轉(zhuǎn)是電子造成的．()提示：(1)×(2)×(3)×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．原子的大小(1)原子直徑數(shù)量級(jí)：10－10__m．(2)原子核直徑數(shù)量級(jí)：10－15__m．2．(1)原子核很小，原子中絕大部分是空的．()(2)原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10－10m．()(3)原子核的質(zhì)量數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)．()提示：(1)√(2)×(3)×α粒子散射試驗(yàn)的理解1．試驗(yàn)背景α粒子散射試驗(yàn)是盧瑟福和他的合作者做的一個(gè)聞名的物理試驗(yàn)，試驗(yàn)的目的是想證明湯姆孫原子模型的正確性，試驗(yàn)結(jié)果卻成了否定湯姆孫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．試驗(yàn)裝置：如圖所示，由放射源、金箔、熒光屏等組成．3．試驗(yàn)的留意事項(xiàng)(1)整個(gè)試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)過程必需在真空中進(jìn)行．(2)α粒子是氦核，穿透實(shí)力很弱，因此金箔必需很薄，α粒子才能穿過．4．試驗(yàn)分析(1)由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子質(zhì)量，所以電子不行能使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，依據(jù)湯姆孫原子模型，正電荷在原子內(nèi)是勻稱分布的，α粒子穿過原子時(shí)，它受到的兩側(cè)斥力大部分抵消，因而也不行能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不能使α粒子反射彈回，這與α粒子的散射試驗(yàn)相沖突．(3)試驗(yàn)現(xiàn)象表明原子絕大部分是空的，除非原子的幾乎全部質(zhì)量和全部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行能的．5．試驗(yàn)意義(1)否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型．(2)提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，明確了原子核大小的數(shù)量級(jí)．如圖所示為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射試驗(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)，視察到的現(xiàn)象，下述說法中正確的是()A．放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)視察到屏上的閃光次數(shù)最多B．放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)視察到屏上的閃光次數(shù)最多C．放在C位置時(shí)，屏上視察不到閃光D．放在D位置時(shí)，屏上視察不到閃光[思路點(diǎn)撥]依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)的現(xiàn)象解答．[解析]試驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子能夠穿過金箔沿原方向前進(jìn)，有少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的甚至被反向彈回，依據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象可知，只有A正確．[答案]A在盧瑟福α粒子散射試驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看做靜止不動(dòng)，下列各圖畫出的是其中兩個(gè)α粒子經(jīng)驗(yàn)金箔散射過程的徑跡，其中正確的是()解析：選C．α粒子與原子核相互排斥，A、D錯(cuò)；運(yùn)動(dòng)軌跡與原子核越近，力越大，運(yùn)動(dòng)方向變更越明顯，B錯(cuò)，C對(duì)．兩種原子模型的區(qū)分湯姆孫的葡萄干面包模型盧瑟福的原子核式模型分布狀況正電荷和質(zhì)量勻稱分布，負(fù)電荷鑲嵌在其中正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子中心的一個(gè)微小核內(nèi)，電子質(zhì)量很小，分布在很大空間內(nèi)受力狀況α粒子在原子內(nèi)部時(shí)，受到的庫侖斥力相互抵消，幾乎為零少數(shù)靠近原子核的α粒子受到的庫侖力大，而大多數(shù)離核較遠(yuǎn)的α粒子受到的庫侖力較小偏轉(zhuǎn)狀況不會(huì)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不會(huì)彈回絕大多數(shù)α粒子運(yùn)動(dòng)方向不變，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)角度超過90°，有的甚至被彈回分析結(jié)論不符合α粒子散射現(xiàn)象符合α粒子散射現(xiàn)象在原子的核式結(jié)構(gòu)中，原子核的體積遠(yuǎn)小于原子的體積，原子內(nèi)部是非常“空曠”的．(多選)關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)理論說法正確的是()A．是通過發(fā)覺電子現(xiàn)象得出來的B．原子的中心有個(gè)核，叫做原子核C．原子的正電荷勻稱分布在整個(gè)原子中D．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn)[解題探究](1)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型帶正電部分如何分布？(2)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型帶負(fù)電部分如何分布？[解析]原子的核式結(jié)構(gòu)模型是在α粒子的散射試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出的，A錯(cuò)誤．原子中絕大部分是空的，帶正電的部分集中在原子中心一個(gè)很小的范圍，稱為原子核，B正確，C錯(cuò)誤．原子核集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn)，D正確．[答案]BD原子核式結(jié)構(gòu)與力電綜合問題已知電子質(zhì)量為9．1×10－31kg，帶電荷量為－1．6×10－19C．當(dāng)氫原子核外電子繞核旋轉(zhuǎn)時(shí)的軌道半徑為0．53×10－10m，求電子繞核運(yùn)動(dòng)的線速度、動(dòng)能、周期和形成的等效電流．[思路點(diǎn)撥]α粒子的散射試驗(yàn)推出的核式結(jié)構(gòu)模型中，核外電子繞核高速旋轉(zhuǎn)，往往把它看成是庫侖力供應(yīng)向心力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，利用圓周運(yùn)動(dòng)的學(xué)問求周期及等效電流等．[解析]由盧瑟福的原子模型可知：電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)，所需的向心力由核對(duì)電子的庫侖引力來供應(yīng)．依據(jù)eq\f(mv2,r)＝keq\f(e2,r2)，得v＝eeq\r(\f(k,rm))＝1．60×10－19×eq\r(\f(9×109,0.53×10－10×9.1×10－31))m/s≈2．19×106m/s其動(dòng)能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×9．1×10－31×(2．19×106)2J≈2．18×10－18J運(yùn)動(dòng)周期T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2×3.14×0.53×10－10,2.19×106)s≈1．52×10－16s電子繞核運(yùn)動(dòng)形成的等效電流I＝eq\f(q,t)＝eq\f(e,T)＝eq\f(1.6×10－19,1.52×10－16)A≈1．05×10－3A．[答案]2．19×106m/s2．18×10－18J1．52×10－16s1．05×10－3A[隨堂檢測(cè)]1．有一位科學(xué)家，他通過α粒子散射試驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這位提出原子核式結(jié)構(gòu)模型的科學(xué)家被譽(yù)為原子物理學(xué)之父，他是()A．湯姆孫 B．盧瑟福C．蓋革 D．馬斯頓答案：B2．盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔試驗(yàn)，獲得了重要發(fā)覺．關(guān)于α粒子散射試驗(yàn)的結(jié)果，下列說法正確的是()A．說明白質(zhì)子的存在B．說明白原子核是由質(zhì)子和中子組成的C．說明白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D．說明白正電荷在原子核內(nèi)勻稱分布解析：選C．α粒子散射試驗(yàn)說明白在原子中心有一個(gè)核，它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量．故應(yīng)選C．3．下列對(duì)原子結(jié)構(gòu)的相識(shí)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)，向心力主要由庫侖力供應(yīng)C．原子的全部正電荷都集中在原子核里D．原子核的直徑大約為10－10m解析：選D．原子由位于原子中的帶正電的原子核和核外帶負(fù)電的電子構(gòu)成，電子在核外繞核高速旋轉(zhuǎn)，庫侖力供應(yīng)向心力，由此可判定B、C正確．依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)知原子核半徑數(shù)量級(jí)為10－15m，而原子半徑的數(shù)量級(jí)為10－10m，故A正確，D錯(cuò)誤．4．α粒子與金核197Au發(fā)生正碰時(shí)，假如α粒子能接近金核的最小距離為2．0×10－14m，試估算金核的密度．解析：粗略地，可把金核看作一個(gè)球體，把α粒子接近它的最小距離作為它的半徑r，則金核的體積表示為V＝eq\f(4,3)πr3，而金核的質(zhì)量M＝197×1．67×10－27kg≈3．29×10－25kg，故其密度為ρ＝eq\f(M,V)＝eq\f(3.29×10－25,\f(4,3)×3.14×（2.0×10－14）3)kg/m3≈9．8×1015kg/m3．答案：9．8×1015kg/m3[課時(shí)作業(yè)]一、單項(xiàng)選擇題1．盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這一模型建立的基礎(chǔ)是()A．α粒子的散射試驗(yàn)B．對(duì)陰極射線的探討C．自然放射性現(xiàn)象的發(fā)覺D．質(zhì)子的發(fā)覺解析：選A．盧瑟福依據(jù)α粒子的散射試驗(yàn)結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子核聚集了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，電子在核外繞核運(yùn)轉(zhuǎn)．故正確答案為A．2．盧瑟福通過α粒子散射試驗(yàn)，推斷出原子的中心有一個(gè)很小的核，并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)．如圖所示的平面示意圖中，①、②兩條實(shí)線表示α粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡，則沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的運(yùn)動(dòng)軌跡為虛線中的()A．軌跡a B．軌跡bC．軌跡c D．軌跡d解析：選A．α粒子帶正電，α粒子的偏轉(zhuǎn)是由于受到原子核的庫侖斥力作用，且離原子核越近，受到的斥力作用越大，所以軌跡b、c、d都是不行能的，正確選項(xiàng)為A．3．盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的試驗(yàn)探討原子結(jié)構(gòu)，得到的試驗(yàn)結(jié)果有()A．全部α粒子幾乎無偏轉(zhuǎn)地穿過金箔B．大多數(shù)α粒子發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)C．向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的α粒子數(shù)目基本相等D．極少數(shù)α粒子產(chǎn)生超過90°的大角度偏轉(zhuǎn)解析：選D．由盧瑟福α粒子散射試驗(yàn)的結(jié)果可知，D正確，A、B、C錯(cuò)誤．4．α粒子散射試驗(yàn)中，使α粒子散射的緣由是()A．α粒子與原子核外電子碰撞B．α粒子與原子核發(fā)生接觸碰撞C．α粒子發(fā)生明顯衍射D．α粒子與原子核的庫侖斥力作用解析：選D．α粒子與原子核外的電子的作用是很微弱的，A錯(cuò)誤．由于原子核的質(zhì)量和電荷量很大，α粒子與原子核很近時(shí)，庫侖斥力很強(qiáng)，足可以使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)甚至反向彈回，使α粒子散射的緣由是庫侖斥力，B錯(cuò)誤，D正確．5．如圖所示畫出了α粒子散射試驗(yàn)中的一些曲線，這些曲線中可能是α粒子的徑跡的是()A．a(chǎn)、b、d B．b、dC．a(chǎn)、d D．a(chǎn)、c、d解析：選B．α粒子與金原子核均帶正電、相互排斥，故不行能沿軌跡c運(yùn)動(dòng)；a軌跡彎曲程度很大，說明受到的庫侖力很大，但α粒子離核較遠(yuǎn)，故a軌跡不行能存在，而b軌跡正確；d軌跡是α粒子正對(duì)金原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀況．6．α粒子散射試驗(yàn)中，不考慮電子和α粒子的碰撞影響，是因?yàn)?)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?yàn)殡娮邮莿蚍Q分布的C．α粒子和電子碰撞損失能量極少，可忽視不計(jì)D．電子很小，α粒子碰撞不到電子解析：選C．α粒子與電子之間存在相互作用力，這個(gè)作用力是庫侖力，但由于電子質(zhì)量很小，不到α粒子質(zhì)量的eq\f(1,7000)，碰撞時(shí)對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)影響微小，幾乎不變更運(yùn)動(dòng)方向，就像一顆子彈撞上一顆塵埃一樣，正確選項(xiàng)是C．7．在盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)中，某一α粒子經(jīng)過某一原子核旁邊時(shí)的軌跡如圖中實(shí)線所示．圖中P、Q為軌跡上的點(diǎn)，虛線是過P、Q兩點(diǎn)并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個(gè)區(qū)域．不考慮其他原子核對(duì)該α粒子的作用，那么關(guān)于該原子核的位置，下列說法中正確的是()A．可能在①區(qū)域 B．可能在②區(qū)域C．可能在③區(qū)域 D．可能在④區(qū)域解析：選A．α粒子帶正電，原子核也帶正電，對(duì)靠近它的α粒子產(chǎn)生斥力，故原子核不會(huì)在④區(qū)；假如原子核在②、③區(qū)，α粒子會(huì)向①區(qū)偏；如原子核在①區(qū)，可能會(huì)出現(xiàn)如題圖所示的軌跡，故應(yīng)選A．二、多項(xiàng)選擇題eq\a\vs4\al(8.)關(guān)于α粒子散射試驗(yàn)的說明有下列幾種說法，其中正確的是()A．從α粒子的散射試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以估計(jì)出原子核的大小B．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度的散射的事實(shí)，表明原子中有一個(gè)質(zhì)量很大而體積很小的帶正電的核C．原子核帶的正電荷數(shù)等于它的原子序數(shù)D．絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原方向前進(jìn)，表明原子中正電荷是勻稱分布的解析：選ABC．從α粒子的散射試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以估計(jì)出原子核的大小，A項(xiàng)正確．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度的散射的事實(shí)，表明原子中有一個(gè)質(zhì)量很大而體積很小的帶正電的核，B項(xiàng)正確．由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知原子核帶的正電荷數(shù)等于它的原子序數(shù)，C項(xiàng)正確．絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原方向前進(jìn)，表明原子中是比較空曠的，D項(xiàng)錯(cuò)誤．eq\a\vs4\al(9.)在α粒子的散射試驗(yàn)中，當(dāng)α粒子最接近金原子核時(shí)，α粒子符合下列哪種狀況()A．動(dòng)能最小B．電勢(shì)能最小C．α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解析：選AD．α粒子接近原子核時(shí)庫侖斥力做負(fù)功，α粒子的動(dòng)能減?。沪亮Ｗ舆h(yuǎn)離原子核時(shí)庫侖斥力做正功，α粒子的動(dòng)能又增大，故當(dāng)α粒子最接近原子核時(shí)動(dòng)能最小，A對(duì)；系統(tǒng)只有電場(chǎng)力做功，電勢(shì)能與動(dòng)能之和守恒，α粒子動(dòng)能最小時(shí)，電勢(shì)能應(yīng)最大，B錯(cuò)；系統(tǒng)的能量是守恒的，C錯(cuò)；α粒子最接近金原子核時(shí)，α粒子與金原子核間的距離最小，由庫侖定律知α粒子所受金原子核的庫侖斥力最大，D對(duì)．10．在α粒子散射試驗(yàn)中，假如一個(gè)α粒子跟金箔中的電子相撞，則()A．α粒子的動(dòng)能和動(dòng)量幾乎沒有損失B．α粒子將損失大部分動(dòng)能和動(dòng)量C．α粒子不會(huì)發(fā)生顯著的偏轉(zhuǎn)D．α粒子將發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)解析：選AC．電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子的質(zhì)量，兩者發(fā)生碰撞時(shí)，對(duì)α粒子的動(dòng)能和動(dòng)量幾乎沒有影響，選項(xiàng)A、C正確．三、非選擇題eq\a\vs4\al(11.)α粒子散射試驗(yàn)是讓?duì)亮Ｗ由湎蚪鸩ヅ鲎步鹪樱Y(jié)果發(fā)覺：大部分α粒子穿過金箔后不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，有的偏轉(zhuǎn)角很大，問：(1)為什么有的α粒子會(huì)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)？(2)已知金的原子序數(shù)為79，當(dāng)α粒子距原子中心為1．0×10－13m時(shí)受到的庫侖力多大？解析：(1)依據(jù)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，原子中全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在很小的原子核上，核外分布著帶負(fù)電荷的電子，當(dāng)α粒子穿過金原子時(shí)，假如離