选修35讲义第三章第二节原子的结构

其次节原子的结构1．汤姆生设想原子是一个球体，带正电的局部匀称地分布在其中，质量很小的电子那么像布丁中的葡萄干一样镶嵌在内。该模型被卢瑟福的α粒子散射试验否认。2．α粒子散射试验的方法是：用由放射源放射的α粒子束轰击金箔，利用荧光屏接收，探测通过金箔后的α粒子偏转状况。3．α粒子散射试验的目的是：α粒子通过金箔时，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力作用，一些α粒子的运动方向转变，也就是α粒子发生散射。统计散射到各个方向的α粒子数量，即可推知原子中质量和正电荷的分布状况。4．α粒子散射试验的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎到达180°。5．卢瑟福的原子核式结构模型认为：原子中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子那么在核外空间绕核旋转。6．试验确定的原子核半径的数量级为10－15～10－14m，原子半径的数量级为10－10m。α粒子散射试验1.试验装置(如下图)放射源——释放α粒子；金箔——靶子；显微镜荧光屏(可转动)——用于观看。2．试验过程α粒子从铅盒射出，经过一条细通道，形成细射线穿过金箔后打在荧光屏上产生闪光，用可转动的显微镜从不同角度进行观看。3．试验现象(1)α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进。(2)少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90°。(3)有的甚至被弹回，偏转几乎到达180°。4．试验分析(1)由于电子质量远小于α粒子质量，所以二者发生碰撞时电子不行能使α粒子发生大角度偏转。(2)使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的局部，依据汤姆生的原子模型，正电荷在原子内是匀称分布的，α粒子穿过原子时，它受到两侧的斥力大局部抵消，因而也不行能使α粒子发生大角度偏转，更不行能使α粒子反向弹回，这与α粒子的散射试验的现象冲突。(3)现象说明原子绝大局部是空的，除非原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否那么，α粒子的大角度散射是不行能的。(1)整个试验过程在真空中进行，且金箔很薄，α粒子很简单穿过。(2)α粒子散射试验否认了汤姆生的原子结构模型，提出了原子的核式结构模型。1．[多项选择]在α粒子散射试验中，假如一个α粒子跟金箔中的电子相撞，那么()A．α粒子的动能几乎没有损失B．α粒子损失大局部动能C．α粒子不会发生显著的偏转D．α粒子将发生大角度的偏转解析：选AC由于α粒子质量远大于电子质量，α粒子遇到电子就像子弹遇到尘埃一样，其运动速度几乎不会发生转变，故A、C对，B、D错。原子的核式结构原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子那么在核外空间绕核旋转。2．对α粒子散射试验的解释(1)依据该模型，由于原子核很小，大局部α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的库仑斥力很小，它们的运动几乎不受影响。(2)极少数的α粒子从原子核四周飞过，受到的库仑斥力很大，从而发生大角度的偏转。(3)极个别的α粒子正对着原子核射来，受到的库仑斥力最大，偏转角几乎到达180°。如下图3．原子核的电荷与尺度(1)原子内的电荷关系：原子核的电荷数等于核外电子数，特别接近于它们的原子序数。(2)原子核的大小：原子核半径的数量级为10－15m，原子半径的数量级为10－10m，两者相差十万倍之多，可见原子内部特别“空旷〞。(1)使α粒子发生偏转的是原子核对它的库仑斥力，α粒子离原子核越近，库仑力越大，α粒子的加速度越大，反之那么越小。(2)α粒子与原子核间的万有引力远小于两者间的库仑力，因而可以忽视不计。并且处理α粒子等微观粒子时一般不计重力。2．(上海高考)卢瑟福通过对α粒子散射试验结果的分析，提出了原子内部存在()A．电子 B．中子C．质子 D．原子核解析：选D卢瑟福在α粒子散射试验中观看到绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不转变运动方向，只有极少数的α粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中心存在一个体积很小的带正电的物质，将其称为原子核。应选项D正确。α粒子散射试验[例1]关于α粒子散射试验，以下说法中正确的选项是()A．绝大多数α粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转B．α粒子在接近原子核的过程中，动能削减，电势能削减C．α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能也增大D．对α粒子散射试验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小[解析]由于原子核很小，α粒子特别接近它的时机很少，所以绝大多数α粒子根本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转。从α粒子散射试验数据可以估量出原子核的大小约为10－15m。由此可知A错，D正确。用极端法，设α粒子向金核射去，如下图。可知α粒子接近原子核时，克服电场力做功，所以其动能削减，电势能增加；当α粒子远离原子核时，电场力做功，其动能增加，电势能削减，所以选项B、C都错。[答案]D(1)原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。原子核很小，直径数量级为10－15m。(2)α粒子散射试验中的做功与能量转化。①当α粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加。②当α粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减小。③仅有库仑斥力做功，能量只是电势能和动能之间相互转化，而总能量保持不变。1.依据α粒子散射试验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如下图为α粒子散射图。图中实线表示α粒子的运动轨迹，那么关于α粒子散射试验，以下说法正确的选项是()A．图中发生大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大B．图中的α粒子反弹是由于α粒子与金原子核发生了碰撞C．绝大多数α粒子沿原方向连续前进说明白带正电的原子核占据原子的空间很小D．依据α粒子散射试验可以估算原子的大小解析：选C题图中发生大角度偏转的α粒子所受的库仑力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，故A错误；α粒子反弹是由于受金原子核的库仑斥力作用，并未发生碰撞，故B错误；绝大多数α粒子沿原方向前进，说明带正电的原子核占据的空间很小，C正确；当α粒子最靠近原子核时，可以估算原子核的大小，无法估算原子的大小，D错误。核式结构模型中电子的运动问题[例2]关于原子结构理论与α粒子散射试验的关系，以下说法正确的选项是()A．卢瑟福做α粒子散射试验是为了验证汤姆孙的枣糕模型是错误的B．卢瑟福熟悉到汤姆孙“枣糕模型〞的错误后提出了“核式结构〞理论C．卢瑟福的α粒子散射试验是为了验证式结构理论的正确性D．卢瑟福依据α粒子散射试验的现象提出了原子的“核式结构〞理论[解析]由于卢瑟福设计的α粒子散射试验是为了探究原子内电荷的分布，并非为了验证汤姆孙的“模型〞是错误的，A错误；卢瑟福并不是熟悉到“模型〞的错误而提出“核式结构〞理论，B错误；卢瑟福做了α粒子散射试验后，由试验现象提出了“核式结构〞理论，C错误，D正确。[答案]D2．以下选项中，不能由α粒子散射试验得出的结论有()A．原子中绝大局部是空的B．原子中全部正电荷集中在原子核上C．原子内有中子D．原子的质量几乎全部集中在原子核上解析：选C卢瑟福由α粒子散射试验得到结论有：在原子中心有一个很小的核叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外的空间运动，应选C。一、选择题(第1～5题为单项选择题，第6～8题为多项选择题)1．卢瑟福α粒子散射试验的结果()A．证明白质子的存在B．证明白原子核是由质子和中子组成的C．证明白原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上D．说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动解析：选C卢瑟福的α粒子散射试验是物理学史上的一个重要试验，它只是证明白原子具有核式结构，否认了汤姆生的“葡萄干布丁模型〞，该试验无法证明原子核的内部结构，也无法说明原子核外电子的状况。2．以下说法中符合汤姆生原子模型的是()A．原子中的正电局部匀称分布在原子中B．原子中的正电局部集中在很小的体积内C．电子在原子内可以D．电子在原子内不能做任何运动解析：选A在汤姆生模型中，电子虽然镶嵌在原子中，但并不是完全固定的，它可以振动。3.在卢瑟福的α粒子散射试验中，某一α粒子经过某一原子核四周时的轨迹如下图。图中P、Q为轨迹上的点，虚线是经过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线将平面分为四个区域。不考虑其他原子核对α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，正确的选项是()A．肯定在①区域 B．可能在②区域C．可能在③区域 D．肯定在④区域解析：选A依据曲线运动的条件可知选项A正确。4．关于原子结构，汤姆生提出葡萄干布丁模型、卢瑟福提出行星模型，都采纳了类比推理的方法，以下事实中，主要采纳类比推理的是()A．人们为便于讨论物体的运动而建立的质点模型B．伽利略从教堂吊灯的摇摆中发觉摆的等时性规律C．库仑依据牛顿的万有引力定律提出库仑定律D．托马斯·杨通过双缝干预试验证明光是一种波解析：选C质点的模型是一种抱负化的物理模型，是为讨论物体的运动而建立的；伽利略的摆的等时性是通过自然现象发觉的；托马斯·杨是通过试验证明光是一种波，是建立在事实的根底上的。5．当α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，以下说法正确的选项是()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粒子始终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粒子始终受到库仑斥力，速度始终减小解析：选Bα粒子与原子核均带正电，两者相互排斥，故A、C错，B对。α粒子在靠近原子核的过程中斥力做负功，速度减小，远离原子核的过程中，斥力做正功，速度增大，故D错。6．以下对原子结构的熟悉中，正确的选项是()A．原子中绝大局部是空的，原子核很小B．电子在核外旋转，库仑力供应向心力C．原子的全部正电荷都集中在原子核里D．原子核的直径大约是10－10m解析：ABC原子是由位于原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子构成的，电子在核外绕核高速旋转，库仑力供应向心力，由此可判定B、C正确，依据散射试验知原子核直径数量级为10－15m，而原子直径的数量级为10－10m，故A正确，D错误。7．在α粒子散射试验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子符合以下哪种状况()A．动能最小B．势能最小C．α粒子与金原子核组成的系统能量很小D．所受金原子核的斥力最大解析：选ADα粒子在靠近原子核的过程中，克服库仑斥力做功，动能削减，电势能增大；两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒，故A对，B、C错。由库仑定律可知，距离最近时斥力最大，D对。8．如图为α粒子散射试验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观看到的现象，下述说法正确的选项是()A．相同时间内放在A位置时观看到屏上的闪光次数最多B．相同时间内放在B位置时观看到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多C．放在C、D位置时屏上观看不到闪光D．放在D位置时屏上仍能观看到一些闪光，但次数极少解析：选ABD依据α粒子散射试验的现象，绝大多数α粒子穿过金箔后，根本上沿原方向前进，因此在A位置观看到闪光次数最多，故A正确；少数α粒子发生大角度偏转，因此从A到D观看到的闪光会渐渐减小，因此B、D正确，C