第2章 第2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型

1、.第2節(jié)原子的核式構(gòu)造模型 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、方法和結(jié)果重點(diǎn)2知道原子的核式構(gòu)造模型重點(diǎn)、難點(diǎn)3知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí). 粒 子 散 射 實(shí) 驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧Ｗ油ㄟ^(guò)金箔時(shí)，用這些的粒子與金屬內(nèi)的原子互相作用，根據(jù)粒子的偏轉(zhuǎn)情況來(lái)獲得原子內(nèi)部的信息2實(shí)驗(yàn)方法用由放射源發(fā)射的粒子束轟擊金箔，利用熒光屏接收，探測(cè)通過(guò)金箔后的粒子偏轉(zhuǎn)情況3實(shí)驗(yàn)結(jié)果絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但是有少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過(guò)了90°，有的甚至被原路彈回，粒子被反射回來(lái)的概率竟然有1/8 000.1粒子散射實(shí)驗(yàn)主要實(shí)驗(yàn)器材有：放射源、

2、金箔、熒光屏、顯微鏡2金箔的厚薄對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)影響×3粒子大角度的偏轉(zhuǎn)是電子造成的×盧瑟福為何選用粒子去轟擊金箔？【提示】因?yàn)楫?dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了射線(xiàn)和射線(xiàn)，并且，組成射線(xiàn)的粒子是具有很大動(dòng)能的帶電粒子，合適做轟擊金屬的“炮彈另外，金具有較大的密度和很好的延展性，可以做成很薄的箔片1實(shí)驗(yàn)背景：粒子散射實(shí)驗(yàn)是盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生做的一個(gè)著名的物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是想驗(yàn)證湯姆孫原子模型的正確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻成了否認(rèn)湯姆孫原子模型的有力證據(jù)在此根底上，盧瑟福提出了原子核式構(gòu)造模型2否認(rèn)湯姆孫的原子構(gòu)造模型1質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子的電子，對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)影響完全可以忽略，不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)2粒子在穿過(guò)原子時(shí)

3、，受到各方向正電荷的斥力根本上會(huì)互相平衡，對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)方向的影響不會(huì)很大，也不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)3粒子的大角度偏轉(zhuǎn)，否認(rèn)湯姆孫的原子構(gòu)造模型3大角度偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析1由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于粒子質(zhì)量，所以電子不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)2使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的只能是原子中帶正電的部分按照湯姆孫原子模型，正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的，粒子穿過(guò)原子時(shí)，它受到的兩側(cè)斥力大部分抵消，因此也不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不能使粒子反向彈回，這與粒子散射實(shí)驗(yàn)相矛盾3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明原子絕大部分是空的，原子的幾乎全部質(zhì)量和所有正電荷都集中在原子中心的一個(gè)很小的核上，否那么，粒子大角度散射是不可能的1多項(xiàng)選擇關(guān)于粒子散射實(shí)

4、驗(yàn)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A該實(shí)驗(yàn)在真空環(huán)境中進(jìn)展B熒光屏上的閃光是散射的粒子打在熒光屏上形成的C熒光屏只有正對(duì)粒子源發(fā)出的射線(xiàn)方向上才有閃光D不用熒光屏也可用顯微鏡直接觀(guān)察粒子散射情況【解析】此題考察粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置及其作用，只有在正確理解粒子散射實(shí)驗(yàn)的根底上，才能選出正確選項(xiàng)對(duì)于C項(xiàng)，考慮到有少數(shù)的粒子因?yàn)榭拷鹪雍?，受到斥力而改變了運(yùn)動(dòng)方向，C錯(cuò)誤，A、B正確；粒子必須借助于熒光屏觀(guān)察，D錯(cuò)誤【答案】AB2多項(xiàng)選擇如圖2­2­1為盧瑟福所做的粒子散射實(shí)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)，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是圖2­2&#

5、173;1A一樣時(shí)間內(nèi)在A(yíng)時(shí)觀(guān)察到屏上的閃光次數(shù)最多B一樣時(shí)間內(nèi)在B時(shí)觀(guān)察到屏上的閃光次數(shù)比放在A(yíng)時(shí)稍少些C放在D位置時(shí)屏上仍能觀(guān)察到一些閃光D放在C、D位置時(shí)屏上仍能觀(guān)察到一些閃光，只是在D處觀(guān)察到的閃光次數(shù)比在C處還要少【解析】在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中，粒子穿過(guò)金箔后，絕大多數(shù)粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，故A正確少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度大于90°，極個(gè)別粒子反彈回來(lái)，所以在B位置只能觀(guān)察到少數(shù)的閃光，在C、D兩位置能觀(guān)察到的閃光次數(shù)極少，故B錯(cuò)誤，C、D正確【答案】ACD解決粒子散射實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的技巧1熟記實(shí)驗(yàn)裝置及原理2核外電子不會(huì)使粒子的速度發(fā)生明顯改變3湯姆孫的原子

6、模型不能解釋粒子的大角度散射4少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來(lái)，說(shuō)明這些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5絕大多數(shù)粒子在穿過(guò)厚厚的金原子層時(shí)運(yùn)動(dòng)方向沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明原子中絕大部分是空的，原子的質(zhì)量、電荷量都集中在體積很小的核內(nèi)盧瑟福的原子模型及原子大小1核式構(gòu)造模型1原子的內(nèi)部有一個(gè)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)電的電子繞核運(yùn)動(dòng)2原子的核式構(gòu)造模型又被稱(chēng)為行星模型2原子的大小1原子直徑數(shù)量級(jí)：1010 m.2原子核直徑數(shù)量級(jí)：1015 m.1原子內(nèi)部正電荷是均勻分布的×2原子的質(zhì)量是均勻分布的

7、15;3原子的幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)盧瑟福的原子模型是如何解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的？【提示】粒子穿過(guò)原子時(shí)，假如離核較遠(yuǎn)，受到的庫(kù)侖斥力很小，運(yùn)動(dòng)方向也改變很小只有當(dāng)粒子非常接近核時(shí)，才受到很大的庫(kù)侖斥力，發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)由于核很小，粒子非常接近的時(shí)機(jī)很小，所以絕大多數(shù)粒子根本上仍沿原方向前進(jìn)，只有極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)1湯姆孫的原子構(gòu)造模型與盧瑟福的原子核式構(gòu)造比照湯姆孫的葡萄干面包模型盧瑟福的原子核式模型分布情況正電荷和質(zhì)量均勻分布，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)極小核內(nèi)，電子質(zhì)量很小，分布在很大空間內(nèi)受力情況粒子在原子內(nèi)部時(shí)，受到的庫(kù)侖斥力互相抵消，幾乎為零少

8、數(shù)靠近原子核的粒子受到的庫(kù)侖力大，而大多數(shù)離核較遠(yuǎn)的粒子受到的庫(kù)侖力較小偏轉(zhuǎn)情況不會(huì)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不會(huì)被彈回絕大多數(shù)粒子運(yùn)動(dòng)方向不變，少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90°，有的甚至被彈回分析結(jié)論不符合粒子散射現(xiàn)象符合粒子散射現(xiàn)象2.原子的核式構(gòu)造模型對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋?zhuān)?當(dāng)粒子穿過(guò)原子時(shí)，假如離核較遠(yuǎn)，受到原子核的斥力很小，粒子就像穿過(guò)“一片空地一樣，無(wú)遮無(wú)擋，運(yùn)動(dòng)方向改變很小因?yàn)樵雍撕苄?，所以絕大多數(shù)粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)圖2­2­22只有當(dāng)粒子非常接近原子核穿過(guò)時(shí)，才受到很大的庫(kù)侖力作用，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，而這種時(shí)機(jī)很少，所以有少數(shù)粒子發(fā)生了

9、大角度偏轉(zhuǎn)3假如粒子正對(duì)著原子核射來(lái)，偏轉(zhuǎn)角幾乎到達(dá)180°，這種時(shí)機(jī)極少，如圖2­2­2所示，所以極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90°.3多項(xiàng)選擇關(guān)于原子核式構(gòu)造理論說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A是通過(guò)發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來(lái)的B原子的中心有個(gè)核，叫作原子核C原子的正電荷均勻分布在整個(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)【解析】原子的核式構(gòu)造模型是在粒子的散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的根底上提出的，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(chēng)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

10、在核外旋轉(zhuǎn)，D正確【答案】BD4.如圖2­2­3所示，根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式構(gòu)造模型圖中虛線(xiàn)表示原子核所形成的電場(chǎng)的等勢(shì)線(xiàn)，實(shí)線(xiàn)表示一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡在粒子從a運(yùn)動(dòng)到b，再運(yùn)動(dòng)到c的過(guò)程中，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772026】圖2­2­3A動(dòng)能先增大，后減小B電勢(shì)能先減小，后增大 C電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功，總功等于零D加速度先變小，后變大【解析】根據(jù)盧瑟福提出的核式構(gòu)造模型，原子核集中了原子的全部正電荷，即原子核外的電場(chǎng)分布與正點(diǎn)電荷電場(chǎng)類(lèi)似粒子從a運(yùn)動(dòng)到b，電場(chǎng)力做負(fù)功，動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大；從b運(yùn)動(dòng)到c，電場(chǎng)力做正

11、功，動(dòng)能增大，電勢(shì)能減??；a、c在同一條等勢(shì)線(xiàn)上，那么電場(chǎng)力做的總功等于零，C正確，A、B錯(cuò)誤；a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小關(guān)系EaEcEb，故粒子的加速度先變大，后變小，D錯(cuò)誤【答案】C5在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)粒子與原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)能到達(dá)的最小間隔 可以估算原子核的大小現(xiàn)有一個(gè)粒子以2.0×107 m/s的速度去轟擊金箔，假設(shè)金原子的核電荷數(shù)為79.求粒子與金原子核間的最近間隔 帶電粒子在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的電勢(shì)能表達(dá)式為Epk，r為距點(diǎn)電荷的間隔 粒子質(zhì)量為6.64×1027 kg【解析】當(dāng)粒子靠近原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)，粒子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，到達(dá)最近間隔 時(shí)，動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，

12、設(shè)粒子與原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)所能到達(dá)的最小間隔 為d，那么mv2k.d m2.7×1014 m.【答案】2.7×1014 m分析粒子散射實(shí)驗(yàn)中的力電問(wèn)題常用的規(guī)律1庫(kù)侖定律：Fk，用來(lái)分析粒子和原子核間的互相作用力2牛頓第二定律：該實(shí)驗(yàn)中粒子只受庫(kù)侖力，可根據(jù)庫(kù)侖力的變化分析加速度的變化3功能關(guān)系：根據(jù)庫(kù)侖力做功，可分析動(dòng)能的變化，也能分析電勢(shì)能的變化4原子核帶正電，其周?chē)碾妶?chǎng)相當(dāng)于正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)，注意應(yīng)用其電場(chǎng)線(xiàn)和等勢(shì)面的特點(diǎn)學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)五建議用時(shí)：45分鐘學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1多項(xiàng)選擇關(guān)于物質(zhì)構(gòu)造的研究有以下表達(dá)，其中正確的選項(xiàng)是A電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子有復(fù)雜的構(gòu)造B根據(jù)粒子

13、散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式構(gòu)造模型C原子內(nèi)部的正電荷全部集中在原子中心極小的原子核內(nèi)D電子均勻分布在原子內(nèi)部【解析】電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)了原子有復(fù)雜的構(gòu)造，選項(xiàng)A正確；根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式構(gòu)造模型，選項(xiàng)B正確；原子內(nèi)部的正電荷全部集中在極小的原子核內(nèi)，選項(xiàng)C正確，電子在原子核外空間高速運(yùn)轉(zhuǎn)，并不是均勻分布，D錯(cuò)誤【答案】ABC2多項(xiàng)選擇關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)放在真空中B金箔的厚度對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)影響C假如把金箔改為鋁箔，更不容易觀(guān)察到大角度散射現(xiàn)象D實(shí)驗(yàn)時(shí)，金箔、熒光屏和顯微鏡均能在圓周上運(yùn)動(dòng)【解析】根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的要求，不在真空中實(shí)驗(yàn)可能會(huì)受到空氣中塵

14、埃等微粒的影響，A對(duì)當(dāng)金箔偏厚時(shí)，粒子可能無(wú)法穿過(guò)，B錯(cuò)金箔改為鋁箔，由于鋁原子核質(zhì)量較小，而不容易觀(guān)察到大角度散射，C正確實(shí)驗(yàn)中金箔不動(dòng)，顯微鏡沿圓周運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)【答案】AC3從粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)推出的結(jié)論有：金原子內(nèi)部大部分都是空的；金原子是一個(gè)球體；湯姆孫的原子模型不符合原子構(gòu)造的實(shí)際情況；原子核的半徑很小，其中正確的選項(xiàng)是ABC D【解析】從粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，可推出帶電的原子核體積很小，集中了原子幾乎所有的質(zhì)量，帶負(fù)電的電子質(zhì)量很小，繞核運(yùn)動(dòng)；應(yīng)選B.【答案】B4在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看做靜止不動(dòng)；以下各圖畫(huà)出的是其中兩個(gè)粒子經(jīng)歷金箔散射過(guò)程的徑跡，其中正確的選

15、項(xiàng)是A BCD【解析】金箔中的原子核與粒子都帶正電，粒子接近原子核過(guò)程中受到斥力而不是引力作用，A、D錯(cuò)誤；由原子核對(duì)粒子的斥力作用，及物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件，知曲線(xiàn)軌跡的凹側(cè)應(yīng)指向受力一方，選項(xiàng)B錯(cuò)、C對(duì)【答案】C5在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772094】A原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)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(fù)電的電子D原子中的質(zhì)量均勻分布在整個(gè)原子范圍內(nèi)【解析】原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上，才使在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，只有少數(shù)離核很近的粒子，受到較大的庫(kù)侖斥力，發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，所以選項(xiàng)A正確【

16、答案】A6如圖2­2­4所示，實(shí)線(xiàn)表示金原子核電場(chǎng)的等勢(shì)線(xiàn)，虛線(xiàn)表示粒子在金核電場(chǎng)中散射時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)粒子通過(guò)a、b、c三點(diǎn)時(shí)速度分別為va、vb、vc，電勢(shì)能分別為Ea、Eb、Ec，那么va、vb、vc由小到大的順序?yàn)開(kāi)，Ea、Eb、Ec由小到大的順序?yàn)開(kāi) 圖2­2­4【解析】金原子核和粒子都帶正電，粒子在接近金核過(guò)程中需不斷抑制庫(kù)侖力做功，它的動(dòng)能減小，速度減小，電勢(shì)能增加；粒子在遠(yuǎn)離金核過(guò)程中庫(kù)侖力不斷對(duì)它做功，它的動(dòng)能增大，速度增大，電勢(shì)能減小因此這三個(gè)位置的速度大小關(guān)系和電勢(shì)能大小關(guān)系為vbvavc，Ec<Ea<Eb.【答案】vbv

17、avcEc<Ea<Eb7電子質(zhì)量為9.1×1031 kg，帶電荷量為1.6×1019 C，假設(shè)氫原子核外電子繞核旋轉(zhuǎn)時(shí)的軌道半徑為0.53×1010 m，求電子繞核運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度【解析】庫(kù)侖力提供電子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，由，得ve1.6×1019× m/s2.19×106 m/s.【答案】2.19×106 m/s才能提升8多項(xiàng)選擇粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)粒子最接近原子核時(shí)，粒子符合以下哪種情況A動(dòng)能最小B電勢(shì)能最小C粒子與金原子組成的系統(tǒng)的能量最小D所受原子核的斥力最大【解析】粒子在接近金原子核的過(guò)程中，要抑制庫(kù)侖力做功

18、，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增加兩者相距最近時(shí)，動(dòng)能最小，電勢(shì)能最大，總能量守恒根據(jù)庫(kù)侖定律，間隔 最近時(shí)，斥力最大故A、D均正確【答案】AD9盧瑟福的原子核式構(gòu)造模型認(rèn)為，核外電子繞核運(yùn)動(dòng)設(shè)想氫原子的核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，氫原子中電子離核最近的軌道半徑為r1，電子電荷量為e，靜電力恒量為k，用經(jīng)典物理學(xué)的知識(shí)，1計(jì)算電子在半徑為r1的軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能2設(shè)軌道2的半徑r24r1，計(jì)算電子在軌道2運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能3比較電子在軌道1與軌道2的動(dòng)能，Ek1_Ek2選填“或“，電勢(shì)能Ep1_Ep2選填“或“【解析】1根據(jù)庫(kù)侖力充當(dāng)向心力有km，故Ekmv2k.2由1知當(dāng)r24r1時(shí)有Ekkk.3由2知由軌道1運(yùn)動(dòng)至軌道2，電子動(dòng)能減小，故Ek1Ek2，由軌道1至軌道2過(guò)程中，電子抑制庫(kù)侖力引力做功，電勢(shì)能增大，故Ep1Ep2.【答案】1k2k310如圖2­2­5所示，M、N為原子核外的兩個(gè)等勢(shì)面，UNM100 V一個(gè)粒子以2.5×105 m/s從等勢(shì)面M上的A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到等勢(shì)面N上的B點(diǎn)，求粒子在B點(diǎn)時(shí)速度的大小m6.64×1027 kg 【導(dǎo)學(xué)