2024-2025學(xué)年高中物理第十八章原子結(jié)構(gòu)第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué)案新人教版選修3-5

PAGE6-第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型1．知道湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型。2．了解α粒子散射試驗(yàn)的原理、現(xiàn)象和結(jié)論，領(lǐng)悟盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的科學(xué)方法，培育抽象思維實(shí)力和想象實(shí)力。3．知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)內(nèi)容和意義。4．知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí)以及原子核的電荷數(shù)和核外電子數(shù)的關(guān)系。5．利用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)與方法分析α粒子運(yùn)動(dòng)情形與軌跡，利用能量觀點(diǎn)分析庫侖力對(duì)α粒子做功狀況。一、湯姆孫的原子模型湯姆孫于1898年提出了一種原子模型，他認(rèn)為原子是一個(gè)eq\o(□,\s\up3(01))球體，eq\o(□,\s\up3(02))正電荷充溢性地勻稱分布在整個(gè)球體內(nèi)，eq\o(□,\s\up3(03))電子鑲嵌在球中，該模型被稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”，能夠說明一些試驗(yàn)現(xiàn)象，但后來被eq\o(□,\s\up3(04))α粒子散射試驗(yàn)否定了。二、α粒子散射試驗(yàn)1．α粒子是從放射性物質(zhì)中放射出來的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，帶兩個(gè)單位eq\o(□,\s\up3(01))正電荷，質(zhì)量為eq\o(□,\s\up3(02))氫原子質(zhì)量的4倍。2．試驗(yàn)結(jié)果(1)eq\o(□,\s\up3(03))絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本沿原方向前進(jìn)。(2)eq\o(□,\s\up3(04))少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90°。3．盧瑟福通過α粒子散射試驗(yàn)，否定了湯姆孫的原子模型，建立了原子的eq\o(□,\s\up3(05))核式結(jié)構(gòu)模型。4．核式結(jié)構(gòu)模型：1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個(gè)很小的核，叫eq\o(□,\s\up3(06))原子核，它集中了全部的eq\o(□,\s\up3(07))正電荷和幾乎全部的eq\o(□,\s\up3(08))質(zhì)量，eq\o(□,\s\up3(09))電子在核外空間運(yùn)動(dòng)。三、原子核的電荷與尺度1．原子內(nèi)的電荷關(guān)系：各種元素的原子核的電荷數(shù)與含有的eq\o(□,\s\up3(01))電子數(shù)相等，特別接近于它們的eq\o(□,\s\up3(02))原子序數(shù)。2．原子核的組成：原子核是由eq\o(□,\s\up3(03))質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就等于原子核中的eq\o(□,\s\up3(04))質(zhì)子數(shù)。3．原子核的大小：試驗(yàn)確定的原子核半徑R的數(shù)量級(jí)為eq\o(□,\s\up3(05))10－15_m，而原子的半徑的數(shù)量級(jí)是eq\o(□,\s\up3(06))10－10_m，因而原子內(nèi)部特別“空曠”。判一判(1)湯姆孫的原子模型不能說明α粒子散射試驗(yàn)中少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)甚至反向彈回的現(xiàn)象。()(2)原子中心有一個(gè)很小的核，原子的全部正電荷和全部質(zhì)量都集中在這個(gè)核里。()(3)α粒子散射試驗(yàn)是估算原子核半徑的最簡潔的方法。()提示：(1)√(2)×(3)√想一想(1)在做α粒子散射試驗(yàn)時(shí)，α粒子射入金箔后為什么不考慮α粒子與電子的碰撞對(duì)α粒子速度的影響？提示：電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子質(zhì)量，對(duì)α粒子的速度幾乎沒有影響。(2)在α粒子散射試驗(yàn)中，偏轉(zhuǎn)角大的α粒子與偏轉(zhuǎn)角小的α粒子相比，誰離原子核更近一些？提示：偏轉(zhuǎn)角越大，說明α粒子受力越大，離原子核越近。課堂任務(wù)α粒子散射試驗(yàn)1．試驗(yàn)過程：α粒子從鉛盒射出，形成細(xì)射線打在金箔上，被散射的α粒子打在熒光屏上產(chǎn)生閃光，用可轉(zhuǎn)動(dòng)的顯微鏡從不同角度進(jìn)行視察。2．現(xiàn)象(1)絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)；(2)少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)；(3)極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的幾乎被“撞了回來”。如圖所示。3．α粒子散射試驗(yàn)與湯姆孫的原子模型的沖突分析(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)，更不行能使α粒子反向彈回，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。4．試驗(yàn)意義：否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型，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)。例1如圖所示為盧瑟福α粒子散射試驗(yàn)裝置的示意圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)，通過顯微鏡前相連的熒光屏可視察α粒子在各個(gè)角度的散射狀況。下列說法中正確的是()A．在圖中的A、B兩位置分別進(jìn)行視察，相同時(shí)間內(nèi)視察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B．在圖中的B位置進(jìn)行視察，屏上視察不到任何閃光C．盧瑟福選用不同金屬箔片作為α粒子散射的靶，視察到的試驗(yàn)結(jié)果基本相像D．α粒子發(fā)生散射的主要緣由是α粒子撞擊到金箔原子后產(chǎn)生的反彈(1)α粒子散射的試驗(yàn)現(xiàn)象是什么？提示：絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進(jìn)，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°，有的幾乎被“撞了回來”。(2)α粒子在穿過原子過程中受什么力？提示：主要受原子核的庫侖斥力。[規(guī)范解答]α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子有大角度散射。所以A處視察到的粒子多，B處視察到的粒子少，所以A、B錯(cuò)誤。α粒子發(fā)生散射的主要緣由是受到原子核庫侖斥力的作用，所以D錯(cuò)誤，C正確。[完備答案]Cα粒子散射試驗(yàn)題的解法要點(diǎn)(1)熟記裝置及原理α粒子散射試驗(yàn)是一個(gè)特別重要的試驗(yàn)，因此對(duì)試驗(yàn)器材、現(xiàn)象、現(xiàn)象分析、結(jié)論都必需弄明白，才能順當(dāng)解答有關(guān)問題。(2)理解建立核式結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)①核外電子不會(huì)使α粒子的速度發(fā)生明顯變更。②湯姆孫模型不能說明α粒子的大角度散射。③少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些α粒子在原子中的某個(gè)地方受到了質(zhì)量，質(zhì)量很大、帶正電的物質(zhì)的作用。④絕大多數(shù)α粒子在穿過厚厚的金原子層時(shí)運(yùn)動(dòng)方向沒有明顯變更，說明原子中絕大部分是空的。原子的絕大部分質(zhì)量、帶正電的那部分物質(zhì)集中在原子中體積很小的空間范圍。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練1])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粒子碰撞不到電子答案C解析α粒子與電子之間存在著相互作用力，這個(gè)作用力是庫侖引力，但由于電子質(zhì)量很小，只有α粒子質(zhì)量的eq\f(1,7300)，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，故正確答案為C。課堂任務(wù)原子的核式結(jié)構(gòu)模型1．發(fā)覺原子核式結(jié)構(gòu)模型的過程試驗(yàn)和發(fā)覺說明白什么電子的發(fā)覺說明原子有困難結(jié)構(gòu)α粒子散射試驗(yàn)說明湯姆孫(棗糕式)原子模型不符合實(shí)際，盧瑟福重新建立原子的核式結(jié)構(gòu)模型2．原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕式結(jié)構(gòu)的根本區(qū)分核式結(jié)構(gòu)棗糕式結(jié)構(gòu)原子內(nèi)部是特別空曠的，全部正電荷及幾乎全部質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核里原子是充溢了正電荷的球體電子繞核高速旋轉(zhuǎn)電子勻稱嵌在原子球體內(nèi)3．原子的核式結(jié)構(gòu)模型對(duì)α粒子散射試驗(yàn)結(jié)果的說明(1)當(dāng)α粒子穿過原子時(shí)，假如離核較遠(yuǎn)，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(yùn)動(dòng)方向變更很小，因?yàn)樵雍撕苄?，所以絕大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。(2)只有當(dāng)α粒子特別接近原子核穿過時(shí)，才受到很大的庫侖力作用，偏轉(zhuǎn)角才很大，而這種機(jī)會(huì)很少。(3)假如α粒子正對(duì)著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°，這種機(jī)會(huì)極少，如圖所示。4．原子核式結(jié)構(gòu)模型(1)在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核。(2)原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在這個(gè)核里。(3)帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。例2對(duì)盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)的結(jié)果，下列相識(shí)正確的是()A．試驗(yàn)證明白質(zhì)子的存在B．試驗(yàn)證明白原子核是由質(zhì)子和中子組成的C．試驗(yàn)證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．試驗(yàn)說明白原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動(dòng)(1)盧瑟福通過對(duì)α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象的分析總結(jié)出了什么結(jié)論？提示：通過對(duì)α粒子散射試驗(yàn)分析建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型。(2)原子是由哪幾部分組成的？原子帶電嗎？提示：原子是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成的，是呈電中性的，對(duì)外不顯電性。[規(guī)范解答]依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子內(nèi)部有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子核內(nèi)集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量；電子在核外繞原子核運(yùn)動(dòng)，C正確。[完備答案]C原子結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建需留意的問題(1)在α粒子散射試驗(yàn)中α粒子的受力特點(diǎn)：α粒子受到原子核的萬有引力和原子核的庫侖斥力作用，由于庫侖斥力遠(yuǎn)大于萬有引力，在計(jì)算中只考慮受到的庫侖斥力作用。(2)原子核式結(jié)構(gòu)模型中原子的幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，因?yàn)楹送怆娮右灿匈|(zhì)量。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練2])(多選)在α粒子散射試驗(yàn)中，當(dāng)α粒子最接近金原子核時(shí)，關(guān)于α粒子的有關(guān)物理量，下列描述正確的是()A．α粒子