高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 2 原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué)案(新人教版)選修3-5

1、2原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.了解粒子散射實驗器材、實驗原理和實驗現(xiàn)象(重點)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、難點)3了解盧瑟福的實驗和科學(xué)方法，培養(yǎng)抽象思維能力(重點) 粒 子 散 射 實 驗1湯姆孫原子模型湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認(rèn)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(nèi)，電子鑲嵌在球中圖18212粒子散射實驗(1)實驗裝置：粒子源、金箔、放大鏡和熒光屏(2)實驗現(xiàn)象：絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)少數(shù)粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角大于90，甚至有極個別粒子被反彈回來(3)實驗意義：盧瑟福通過粒子散射實驗，

2、否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型1盧瑟福為了證實湯姆孫原子模型的正確性進(jìn)行了粒子散射實驗()2粒子散射實驗中大多數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈()3盧瑟福否定了湯姆孫模型，建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型()1粒子發(fā)生大角度散射的原因是什么？【提示】粒子帶正電，粒子受原子中帶正電的部分的排斥力發(fā)生了大角度散射2湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型為什么被盧瑟福否定掉？【提示】按照湯姆孫的“棗糕”原子模型，粒子如果從原子之間或原子的中心軸線穿過時，它受到周圍的正負(fù)電荷作用的庫侖力是平衡的，粒子不產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)；如果粒子偏離原子的中心軸線穿過，兩側(cè)電荷作用的庫侖力相當(dāng)于一部分被抵消，粒子偏轉(zhuǎn)很?。蝗绻Ｗ诱龑χ娮由鋪?，

3、質(zhì)量遠(yuǎn)小于粒子的電子不可能使粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，更不可能使它反彈所以粒子的散射實驗結(jié)果否定了湯姆孫的原子模型湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后對于原子的結(jié)構(gòu)提出了“棗糕”原子模型，盧瑟福為尋找實驗依據(jù)設(shè)計進(jìn)行了粒子散射實驗探討1：粒子散射實驗有何意義？【提示】(1)否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型(2)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型探討2：由粒子散射實驗的結(jié)果為何可以說明原子核尺度很小，但幾乎占有全部質(zhì)量？【提示】絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)，說明帶正電荷部分很小，少數(shù)粒子被“撞了回來”說明遇到了質(zhì)量很大的部分1裝置放射源、金箔、熒光屏等，如圖1822所示圖18222現(xiàn)象及解釋(1)絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后仍

4、沿原來的方向前進(jìn)大多數(shù)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)的粒子是由于離金原子核較近，庫侖斥力較大(3)極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90，有的幾乎達(dá)到180.正對或基本正對著金原子核入射的粒子在庫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3實驗的注意事項(1)整個實驗過程在真空中進(jìn)行(2)金箔需要做得很薄，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就是金的原子序數(shù)大，粒子與金核間的庫侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯1如圖1823所示為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實驗的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中A、B、C、D四個位置時觀察到的現(xiàn)象，下述說法中正確

5、的是()圖1823A放在A位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B放在B位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置稍少些C放在B位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)要比A位置少很多D放在C、D位置時，屏上觀察不到閃光E放在D位置時，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少【解析】在盧瑟福粒子散射實驗中，粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)粒子仍沿原來的方向前進(jìn)，故A正確；少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90，極個別粒子被反射回來，故B、D錯誤，CE正確【答案】ACE2由粒子的散射實驗可以得出的正確結(jié)論有()A原子中絕大部分是空的B原子中全部正電荷都集中在原子核上C原子內(nèi)有中子D原子的質(zhì)量

6、幾乎全部都集中在原子核上E原子中存在著帶負(fù)電的電子【解析】盧瑟福由粒子散射實驗得到的結(jié)論有：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)量都集中在原子核內(nèi)，帶負(fù)電的電子在核外的空間運動【答案】ABD3在盧瑟福粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中一定不符合實驗事實的是()【解析】粒子與原子核相互排斥，運動軌跡與原子核越近，力越大，運動方向變化越明顯【答案】ABD(1)分析粒子散射實驗中的現(xiàn)象時，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)粒子散射實驗是得出原子核式結(jié)

7、構(gòu)模型的實驗基礎(chǔ)，對實驗現(xiàn)象的分析是建立盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵通過對粒子散射實驗這一宏觀探測，間接地構(gòu)建出原子結(jié)構(gòu)的微觀圖景盧 瑟 福 的 核 式 結(jié) 構(gòu) 模 型1核式結(jié)構(gòu)模型1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個很小的核，叫原子核它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外空間運動2原子核的電荷與尺度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)()1原子中的原子核所帶的電荷量有何特點？【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值相等2原子核的大小在整個原子中占有多大的比例？【提示】原子半徑數(shù)量級是1

8、010m，而原子核半徑數(shù)量級是1015m，二者相差10萬倍之多，故原子核在原子中所占的體積是很小的湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后建立了“棗糕”模型，盧瑟福根據(jù)粒散射實驗推翻了“棗糕”模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型探討1：盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型是最科學(xué)的嗎？【提示】盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型是比湯姆孫的“棗糕”模型更科學(xué)的模型，但不是最科學(xué)的模型，隨著人們認(rèn)識水平的不斷提高，原子結(jié)構(gòu)模型也在不斷更新探討2：如何理解原子內(nèi)絕大部分是空的？【提示】原子核的半徑數(shù)量級為1015 m，原子的半徑數(shù)量級為1010 m，原子核的體積只相當(dāng)于原子體積的1015，故原子內(nèi)部絕大部分是空的1原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕模型的根本區(qū)別核式結(jié)構(gòu)棗

9、糕模型原子內(nèi)部是非常空曠的，正電荷集中在一個很小的核里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.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)量級是1010m，原子核半徑的數(shù)量級是1015m，兩者相差10萬倍之多4盧瑟福對粒子散射實驗的解釋是()A使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要原因是原子中電子對粒子的作用力B使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力C原子核很小，粒子接近它的機會很小，所以絕大多數(shù)的粒子仍沿原來的方向前進(jìn)D能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的粒子是穿過原子時離原子核近的粒子E因正、負(fù)電

10、荷在原子中是均勻分布的，所以絕大多數(shù)的粒子仍沿原來的方向前進(jìn)【解析】原子核帶正電，與粒子之間存在庫侖力，當(dāng)粒子靠近原子核時受庫侖力而偏轉(zhuǎn)，電子對它的影響可忽略，故A錯，B對；由于原子核非常小，絕大多數(shù)粒子經(jīng)過時離核較遠(yuǎn)因而運動方向幾乎不變，只有離核很近的粒子受到的庫侖力較大，方向改變較多，故C、D對【答案】BCD5在粒子散射實驗中，如果兩個具有相同能量的粒子，從不同大小的角度散射出來，則散射角度大的粒子()A更接近原子核B更遠(yuǎn)離原子核C受到一個以上的原子核作用D受到原子核較大的沖量作用E動量的變化量較大【解析】由于原子的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子核的體積，當(dāng)粒子穿越某一個原子的空間時，其他原子核距粒子相

11、對較遠(yuǎn)，而且其他原子核對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粒子并非由于受到多個原子核作用，C錯；由庫侖定律可知，粒子受到的斥力與距離的平方成反比，粒子距原子核越近，斥力越大，運動狀態(tài)改變越大，即散射角度越大，A對，B錯；當(dāng)粒子受到原子核較大的沖量作用時，動量的變化量就大，即速度的變化量就大，則散射角度就大，D、E對【答案】ADE6在粒子散射實驗中，當(dāng)在粒子最接近原子核時，關(guān)于描述粒子的有關(guān)物理量情況正確的是()A動能最小B勢能最小C勢能最大D粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量最小E粒子所受金原子核的斥力最大【解析】粒子和金原子核都帶正電，庫侖力表現(xiàn)為斥力，兩者距離減小時，庫侖力做負(fù)

12、功，故粒子動能減小，電勢能增加；系統(tǒng)的能量守恒，由庫侖定律可知隨著距離的減小，庫侖斥力逐漸增大【答案】ACE粒子散射實驗中的力電問題分析(1)庫侖定律：Fk，用來分析粒子和原子核間的相互作用力(2)牛頓第二定律：該實驗中粒子只受庫侖力，可根據(jù)庫侖力的變化分析加速度的變化(3)功能關(guān)系：根據(jù)庫侖力做功，可分析動能的變化，也能分析電勢能的變化學(xué)業(yè)分層測評(十) (建議用時：45分鐘) 學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1對 粒子散射實驗裝置的描述，你認(rèn)為正確的有()A實驗器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡B金箔的厚度對實驗無影響C如果不用金箔改用鋁箔，仍會發(fā)生散射現(xiàn)象D實驗裝置放在空氣中和真空中都可以E實驗裝置必須放在

13、真空中【解析】若金箔的厚度過大，粒子穿過金箔時必然受較大的阻礙而影響實驗效果，B錯若改用鋁箔，鋁核的質(zhì)量仍遠(yuǎn)大于粒子的質(zhì)量，散射現(xiàn)象仍能發(fā)生，C對若放置在空氣中，空氣中的塵埃對粒子的運動會產(chǎn)生影響，故D錯，E對【答案】ACE2當(dāng)粒子穿過金箔發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的過程中，下列說法正確的是()A粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用B粒子一直受到原子核的斥力作用C粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用D粒子一直受到庫侖斥力，速度先減小后增大E粒子在靠近原子核的過程中，粒子和原子核組成的系統(tǒng)能量不變【解析】粒子與金原子核帶同種電荷，兩者相互排斥，故A、C錯誤，B正確；粒子在靠近金原

14、子核時斥力做負(fù)功，速度減小，遠(yuǎn)離時斥力做正功，速度增大，二者組成的系統(tǒng)能量不變故DE正確【答案】BDE3關(guān)于盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容，下列敘述正確的是()A原子是一個質(zhì)量分布均勻的球體B原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)C原子的正電荷全部集中在一個很小的核內(nèi)D原子核半徑的數(shù)量級是1010 mE原子核半徑的數(shù)量級是1015 m【解析】根據(jù)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，可知選項B、C、E正確【答案】BCE4關(guān)于粒子散射實驗，下列說法中正確的是()A絕大多數(shù)粒子經(jīng)過金箔后，發(fā)生了角度很大的偏轉(zhuǎn)B粒子在接近原子核的過程中，動能減少C粒子離開原子核的過程中，電勢能減少D對粒子散射實驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以

15、估算出原子核的大小E對粒子散射實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以估算出粒子的大小【解析】由于原子核占整個原子很小的一部分，十分接近核的粒子很少，所以絕大多數(shù)粒子幾乎不偏轉(zhuǎn)，A錯誤；由粒子散射實驗數(shù)據(jù)，盧瑟福估算出了原子核的大小，D正確，E錯誤；粒子接近原子核的過程中，克服庫侖力做功，所以動能減小，電勢能增大，遠(yuǎn)離原子核時，庫侖力做正功，動能增大，電勢能減小，B、C正確【答案】BCD5如圖1824所示為粒子散射實驗中粒子穿過某一金原子核附近時的示意圖，A、B、C三點分別位于兩個等勢面上，則以下說法正確的是()圖1824A粒子在A處的速度比在B處的速度小B粒子在B處的速度最大C粒子在A、C處的速度大小相等D粒

16、子在B處速度比在C處速度小E粒子在A、C兩處的電勢能相等【解析】由能量守恒定律可知，對于A、B、C三點，A、C位于原子核形成的同一等勢面上，電勢能相同，故動能也相同，則A、C兩點速率相同，C、E正確；由A到B，粒子克服庫侖力做功，動能減小，電勢能增大，故B點速度最小，D正確，A、B錯誤【答案】CDE61911年，盧瑟福依據(jù)粒子散射實驗中粒子發(fā)生了_(選填“大”或“小”)角度散射現(xiàn)象，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型若用動能用1 MeV的粒子轟擊金箔，其速度約為_m/s.(質(zhì)子和中子的質(zhì)量均為1.671027 kg,1 MeV1106 eV)【解析】設(shè)粒子的速度為v，Ekmv2，則v m/s6.9106

17、 m/s.【答案】大6.91067如圖1825所示，M、N為原子核外的兩個等勢面，已知UNM100 V一個粒子以2.5105 m/s從等勢面M上的A點運動到等勢面N上的B點，求粒子在B點時速度的大小(已知m6.641027 kg)圖1825【解析】粒子在由A到B的過程中，滿足2eUNMmv2mv由此得v2.3105 m/s.【答案】2.3105 m/s8速度為107 m/s的粒子從很遠(yuǎn)的地方飛來，與鋁原子核發(fā)生對心碰撞，若粒子的質(zhì)量為4m0，鋁核的質(zhì)量為27m0，它們相距最近時，鋁核獲得的動能是原粒子動能的多少？【解析】當(dāng)兩者速度相同時相距最近，由動量守恒，得mv0(mm鋁)v解得vv0所以.

18、【答案】能力提升9在盧瑟福的粒子散射實驗中，某一粒子經(jīng)過某一原子核附近時的軌跡如圖1826中實線所示圖中P、Q為軌跡上的點，虛線是過P、Q兩點并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個區(qū)域不考慮其他原子核對該粒子的作用，那么該原子核的位置在_區(qū)域. 【導(dǎo)學(xué)號：】圖1826【解析】粒子帶正電，原子核也帶正電，對靠近它的粒子產(chǎn)生斥力，故原子核不會在區(qū)域；如原子核在、區(qū)域，粒子會向區(qū)域偏；如原子核在區(qū)域，可能會出現(xiàn)題圖所示的軌跡【答案】10關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，湯姆孫提出棗糕模型、盧瑟福提出行星模型如圖1827甲、乙所示，都采用了_方法甲：棗糕模型乙：行星模型圖1827【答案】類比推理11在粒子散射實驗中，根據(jù)粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時能達(dá)到的最小距離可以估算原子核的大小現(xiàn)有一個粒子以2.0107 m/s的速度去轟擊金箔，若金原子的核電荷數(shù)為79.求粒子與金原子核間的最近距離(已知帶電粒子在點電荷電場中的電勢能表達(dá)式為Epk，r為距點電荷的距離粒子質(zhì)量為6.641027 kg). 【導(dǎo)學(xué)號：】【解析】當(dāng)粒子靠近原子核運動時，粒子的動能轉(zhuǎn)化為電勢能，達(dá)到最近距離時，動能全部轉(zhuǎn)化為電勢能，設(shè)粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達(dá)到的最小距離為d，則mv2k.dm2.71014m.【答案】2.71014m12已