2017-2018學年高中物理 第2章 原子結構 2 原子的核式結構模型學案 魯科版選修3-5

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1、 第2節(jié)　原子的核式結構模型 [目標定位]　1.了解α粒子散射實驗的實驗裝置、實驗原理和實驗現象.2.理解盧瑟福的原子核式結構模型． 一、α粒子散射實驗 1．實驗裝置(如圖1)： 圖1 2．實驗方法 用由放射源發(fā)射的α粒子束轟擊金箔，利用熒光屏接收，探測通過金箔后的α粒子分布情況． 3．實驗結果 絕大多數α粒子穿過金箔后，仍沿原來的方向前進，但有少數α粒子發(fā)生了較大的偏轉，有極少數α粒子偏轉角超過了90°，有的甚至被原路彈回，α粒子被反射回來的概率竟然有. 二、盧瑟福原子模型 1．核式結構模型 原子內部有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷以及幾乎全部的質

2、量都集中在原子核內，帶負電的電子繞核運動．原子的核式結構模型又被稱為行星模型． 2．原子的大小： (1)原子直徑數量級：10－10 m. (2)原子核直徑數量級：10－15 m. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、對α粒子散射實驗的理解 1．裝置：放射源、金箔、熒光屏等，如圖2所示． 圖2 2．現象：(1)絕大多數的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進． (2)少數α粒子發(fā)生較大的偏轉． (3)極少數α粒子偏轉角度超過90°，有的幾乎達到180°. 3．注意事項：(1)整個實驗過程在真空中進行． (2)α粒子是氦原子核，體積很小，金箔需要做得很薄，

3、α粒子才能穿過． 4．湯姆孫的原子模型不能解釋α粒子的大角度散射． 【例1】　 (多選)如圖3為盧瑟福所做的α粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，下述說法中正確的是(　　) 圖3 A．相同時間內在A時觀察到屏上的閃光次數最多 B．相同時間內在B時觀察到屏上的閃光次數比放在A時稍少些 C．放在D位置時屏上仍能觀察到一些閃光，但次數極少 D．放在C、D位置時屏上觀察不到閃光 答案　AC 解析　在盧瑟福α粒子散射實驗中，α粒子穿過金箔后，絕大多數α粒子仍沿原來的方向前進，故A正確；少數α粒子發(fā)生大角度偏轉，極少數α粒子偏轉角度大于

4、90°，極個別α粒子反彈回來，所以在B位置只能觀察到少數的閃光，在C、D兩位置能觀察到的閃光次數極少，故B、D錯，C對． 借題發(fā)揮　解決α粒子散射實驗問題的技巧 1．熟記實驗裝置及原理． 2．理解建立核式結構模型的要點． (1)核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯改變． (2)湯姆孫的原子模型不能解釋α粒子的大角度散射． (3)少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉，甚至反彈回來，表明這些α粒子在原子中的某個地方受到了質量、電荷量均比它本身大得多的物體的作用． (4)絕大多數α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，原子的質量、電荷量都集中在體積很小的核內．

5、 針對訓練1　(多選) 圖4 用α粒子撞擊金原子核發(fā)生散射，圖4中關于α粒子的運動軌跡正確的是(　　) A．a B．b C．c D．d 答案　CD 解析　α粒子受金原子核的排斥力，方向沿兩者的連線方向，運動軌跡彎向受力方向的一側，A、B均錯誤；離原子核越近，α粒子受到的斥力越大，偏轉越大，C、D正確． 二、盧瑟福原子核式結構模型 1．內容：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量都集中在核內，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉． 2．對α粒子散射實驗現象的解釋 (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，運動方向改變很小，

6、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穿過時，才受到很大的庫侖力作用，偏轉角才很大，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°，這種機會極小，如圖5所示． 圖5 3．數量級：原子的半徑數量級為10－10 m，原子核半徑的數量級為10－15 m 【例2】　下列對原子結構的認識中，錯誤的是(　　) 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，向心力為庫侖力 C．原子的全部正電荷都集中在原子核里 D．原子核直徑的數量級大約為10－10 m 答案　D 解析　盧瑟福α粒子散射實驗的結果

7、否定了關于原子結構的湯姆孫模型，盧瑟福提出了關于原子的核式結構學說，并估算出原子核直徑的數量級為10－15 m，而原子直徑的數量級為10－10 m，是原子核直徑的十萬倍，所以原子內部是十分“空曠”的，核外帶負電的電子由于受到帶正電的原子核的庫侖引力而繞核旋轉，所以本題應選D. 針對訓練2　在盧瑟福α粒子散射實驗中，只有少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉，其原因是(　　) A．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小的核里 B．正電荷在原子內是均勻分布的 C．原子中存在著帶負電的電子 D．原子的質量在原子核內是均勻分布的 答案　A 解析　原子的核式結構正是建立在α粒子散射實驗結果基礎

8、上的，C、D的說法沒有錯，但與題意不符． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 α粒子散射實驗的理解 1．在α粒子的散射實驗中，使少數α粒子發(fā)生大角度偏轉的作用力是原子核對α粒子的(　　) A．萬有引力 B．庫侖力 C．磁場力 D．核力 答案　B 2．英國物理學家盧瑟福用α粒子轟擊金箔，為了解釋實驗結果，提出了原子的核式結構學說，如圖所示，O表示金原子核的位置，曲線ab和cd表示經過金原子核附近的α粒子的運動軌跡，能正確反映實驗結果的圖是(　　) 答案　D 解析　α粒子散射實驗的原因是α粒子與金原子核間存在庫侖斥力，因此僅有D圖正確． 原子的核式結構模型

9、 3．(多選)盧瑟福原子核式結構理論的主要內容有(　　) A．原子的中心有個核，叫原子核 B．原子的正電荷均勻分布在整個原子中 C．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核內 D．帶負電的電子在核外繞著核旋轉 答案　ACD 解析　盧瑟福原子核式結構理論的主要內容是：在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核內，帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉，由此可見，B選項錯誤，A、C、D選項正確． 4．(多選)盧瑟福對α粒子散射實驗的解釋是(　　) A．使α粒子產生偏轉的主要是原子中電子對α粒子的作用力 B．使α粒子產生偏轉的力是庫侖力 C

10、．原子核很小，α粒子接近它的機會很小，所以絕大多數的α粒子仍沿原來的方向前進 D．能發(fā)生大角度偏轉的α粒子是穿過原子時離原子核近的α粒子 答案　BCD 解析　原子核帶正電，與α粒子間存在庫侖力，當α粒子靠近原子核時受庫侖力而偏轉，電子對它的影響可忽略，故A錯，B對；由于原子核非常小，絕大多數粒子經過時離核較遠因而運動方向幾乎不變，只有離核很近的α粒子受到的庫侖力較大，方向改變較多，故C、D對. (時間：60分鐘)　　　　　　　　　　　　　　　　　　 題組一　對α粒子散射實驗的理解 1．關于α粒子散射實驗裝置的描述，下列說法中正確的是(　　) A．實驗器材有放射源、金箔、帶有熒

11、光屏的放大鏡 B．金箔的厚度對實驗無影響 C．如果不用金箔改為鋁箔，就不會發(fā)生散射現象 D．實驗裝置放置在空氣中和真空中都可以 答案　A 解析　實驗用的器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡，放大鏡可以在水平面內轉動不同的方向，對散射的α粒子進行觀察，A對；實驗用的金箔的厚度極小，如果厚度增大，α粒子穿過金箔時必然受到較大的阻礙作用而影響實驗結果，B錯；如果改用鋁箔，鋁的原子核的電量仍然大α粒子很多，當α粒子靠近鋁原子核時，庫侖斥力仍然很大，散射實驗現象仍能夠發(fā)生，C錯；空氣的流動和塵埃對α粒子的運動產生較大影響，且α粒子在空氣中由于電離作用，只能前進很短距離，使實驗無法進行，故實驗

12、裝置是放在真空中進行的，D錯． 2．盧瑟福提出原子的核式結構模型的依據是用α粒子轟擊金箔，實驗中發(fā)現α粒子(　　) A．全部穿過或發(fā)生很小偏轉 B．絕大多數沿原方向穿過，只有少數發(fā)生較大偏轉，有的甚至被彈回 C．絕大多數發(fā)生很大偏轉，甚至被彈回，只有少數穿過 D．全部發(fā)生很大偏轉 答案　B 解析　盧瑟福的α粒子散射實驗結果是絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，故選項A錯誤．α粒子被散射時只有少數發(fā)生了較大角度偏轉，并且有極少數α粒子偏轉角超過了90°，有的甚至被彈回，偏轉角幾乎達到180°，故選項B正確，選項C、D錯誤． 3．在α粒子散射實驗中，使α粒子散射的原因是(　

13、　) 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 答案　D 解析　α粒子與原子核外電子的作用是很微弱的，由于原子核的質量和電荷量很大，α粒子與原子核很近時，庫侖斥力很強，足可以使α粒子發(fā)生大角度偏轉甚至反向彈回，使α粒子散射的原因是庫侖斥力，D對． 4．如圖所示，X表示金原子核，α粒子射向金箔被散射，若它們的入射時的動能相同，其偏轉軌跡可能是圖中的(　　) 答案　D 解析　α粒子離金核越遠，其所受斥力越小，軌跡彎曲的就越小，故D對． 5．在α粒子穿過金箔發(fā)生大角度偏轉的過程中，下列說法正確的是

14、(　　) A．α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．α粒子一直受到原子核的斥力作用 C．α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．α粒子一直受到庫侖斥力，速度一直減小 答案　B 解析　α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；α粒子在靠近金原子核時斥力做負功，速度減小，遠離時斥力做正功，速度增大，故D錯誤． 6．(多選)根據α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結構模型．圖1中虛線表示原子核所形成的電場等勢面，實線表示一個α粒子的運動軌跡．在α粒子從a運動到b、再運動到c的過程中，下列說法中正確的是(　　) 圖1

15、A．電場力在a→b過程中做負功，b→c過程中做正功，但總功等于零 B．加速度先變大，后變小 C．a、c兩點的動能不相等 D．其動能與電勢能的和不變 答案　ABD 解析　α粒子與原子核之間的力為庫侖斥力，從a→b庫侖力做負功，動能減少，電勢能增加，從b→c庫侖力做正功，動能增加，且a→b與b→c庫侖力所做的總功為0，則a、c兩點的動能相等，因此A正確，C錯；因為只有電場力做功，故動能與電勢能之和不變，故D正確；α粒子與原子核相距越近，庫侖力越大，加速度越大，故從a→c加速度先增大后減小，B正確． 題組二　盧瑟福的核式結構模型 7．盧瑟福的α粒子散射實驗的結果顯示了下列哪些情況(　　

16、) A．原子內存在電子 B．原子的大小為10－10 m C．原子的正電荷均勻分布在它的全部體積上 D．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核內 答案　D 解析　根據α粒子散射實驗現象，絕大多數α粒子穿過金箔后沿原來方向前進，少數發(fā)生較大的偏轉，極少數偏轉角超過90°，可知C錯，A與題意不符；而實驗結果不能判定原子的大小為10－10 m，B錯，故選D. 8．(多選)α粒子散射實驗中，當α粒子最接近金原子核時，α粒子符合下列哪種情況(　　) A．動能最小 B．勢能最小 C．α粒子與金原子核組成的系統的能量最小 D．所受金原子核的斥力最大 答案　AD 解析　α粒子在接

17、近金原子核的過程中，要克服庫侖斥力做功，動能減少，電勢能增加，兩者相距最近時，動能最小，電勢能最大，總能量守恒．根據庫侖定律，距離最近時，斥力最大． 9．速度為107 m/s的α粒子從很遠的地方飛來，與鋁原子核發(fā)生對心碰撞，若α粒子的質量為4m0，鋁核的質量為27m0，它們相距最近時，鋁核獲得的動能是原α粒子動能的多少？ 答案　 解析　在α粒子和鋁原子核發(fā)生對心碰撞后，當二者速度相同時相距最近，在α粒子靠近過程中，由動量守恒得 mαv0＝(mα＋m鋁)v共，所以v共＝ ＝＝ ＝＝＝ 10．已知電子質量為9.1×10－31kg，帶電荷量為－1.6×10－19 C，若氫原子核外電子繞

18、核旋轉時的軌道半徑為0.53×10－10m，求電子繞核運動的線速度大小、動能、周期和形成的等效電流． 答案　2.19×106 m/s　2.18×10－18 J　1.53×10－16 s　1.05×10－3 A 解析　由盧瑟福的原子模型可知：電子繞核做圓周運動所需的向心力由核對電子的庫侖引力來提供． 根據＝k ，得v＝e ＝1.6×10－19× m/s＝2.19×106 m/s； 其動能Ek＝mv2＝×9.1×10－31×(2.19×106)2J ＝2.18×10－18 J； 運動周期T＝＝ s ＝1.53×10－16 s； 電子繞核運動形成的等效電流 I＝＝＝A≈1.05×10－3 A． 9