原子的核式结构模型【含答案解析】人教版【知识架构+对点训练】 高二物理备课精研提升

4.3原子的核式结构模型基础导学要点一、电子的发现1．阴极射线：阴极发出的一种射线．它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光。2．汤姆孙的探究根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电(填“正电”或“负电”)的粒子流，并求出了这种粒子的比荷．组成阴极射线的粒子被称为电子。3．密立根实验：电子电荷的精确测定是由密立根通过著名的“油滴实验”做出的．目前公认的电子电荷的值为e＝1.6×10－19C(保留两位有效数字)。4．电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是e的整数倍。5．电子的质量me＝9.1×10－31kg(保留两位有效数字)，质子质量与电子质量的比值为eq\f(mp,me)＝1836。要点二、原子的核式结构模型1．汤姆孙原子模型：汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。2．粒子散射实验：(1)粒子散射实验装置由粒子源、金箔、显微镜等几部分组成，实验时从粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中。(2)实验现象①绝大多数的粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进；②少数粒子发生了大角度偏转；偏转的角度甚至大于90°，它们几乎被“撞了回来”。(3)实验意义：卢瑟福通过粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型。3．核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。4.原子核的电荷与尺度（1）原子核的电荷数：各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数，非常接近它们的原子序数，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数来排列的。（2）原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。（3）原子核的大小：用核半径描述核的大小；一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10－15m，而整个原子半径的数量级是10－10m，两者相差十万倍之多。要点突破突破一：电子的发现1．对阴极射线的认识(1)对阴极射线本质的认识——两种观点①电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射；②粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流；(2)阴极射线带电性质的判断方法①方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定阴极射线的带电性质；②方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据荧光屏上亮点位置的变化和左手定则确定阴极射线的带电性质。(3)实验结果：根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电。2．电子发现的意义(1)电子发现以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒；(2)现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分；(3)电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的。突破二：原子的核式结构模型1．实验现象的分析(1)核外电子不会使粒子的速度发生明显改变；(2)少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在原子中的某个地方受到了质量比它本身大得多的物质的作用．汤姆孙的原子模型不能解释粒子的大角度散射；(3)绝大多数粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内；2．卢瑟福的原子核式结构模型在原子的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里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。（1）原子的核式结构与原子的枣糕模型的比较核式结构枣糕模型原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核原子是充满了正电荷的球体电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体内（2）核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释①当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小，因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转。②只有当α粒子十分接近原子核时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少。③如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180∘3.原子核的电荷与尺度原子内的电荷关系原子核的电荷数即核内质子数，与核外的电子数相等原子核的组成原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数原子核的大小原子半径的数量级是10-10m，原子核半径的数量级是10-15m典例精析题型一：电子的发现例一．电子的发现揭示了（）A．原子可再分 B．原子具有核式结构C．原子核可再分 D．原子核由质子和中子组成【答案】A【分析】电子的发现，不仅揭示了电的本质，而且打破了几千年来人们认为原子是不可再分的陈旧观念，证实原子也有其自身的构造，揭开了人类向原子进军的第一幕，迎来了微观粒子学（基本粒子物理学）的春天；故选A。变式迁移1：物理学史的学习是物理学习中很重要的一部分，下列关于物理学史叙述中正确的是（）A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而证明了原子核可再分B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型C．爱因斯坦发现了光电效应，并提出了光量子理论成功解释了光电效应D．玻尔首先把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念【答案】B【分析】A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而证明了原子可再分，A错误；B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型，B正确；C．爱因斯坦提出了光量子理论成功解释了光电效应，但不是爱因斯坦发现了光电效应，C错误；D．普朗克最早提出了量子化理论，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念。D错误。故选B。题型二：原子的核式结构例二．引力波也被称为“时空的涟漪”，是爱因斯坦根据广义相对论做出的预言之一。对于引力波概念的提出过程，我们大致可以这样理解：麦克斯韦认为，电荷周围有电场，当电荷加速运动时，会辐射电磁波；爱因斯坦认为，物体周围存在引力场，当物体加速运动时，会也辐射出引力波。在中学物理学习过程中，你认为可能用到与爱因斯坦上述思想方法类似的是（）A．卢瑟福预言中子的存在B．库仑预测两点电荷间的相互作用力与万有引力有相似的规律C．法拉第猜想：电能生磁，磁也一定能生电D．汤姆生发现电子后猜测原子中存在带正电的物质【答案】B【分析】根据相似的特点，把物体类比于电荷，引力波类比于电磁波，故采用类比法，而ABCD选项中只有库仑预测两点电荷间的相互作用力与万有引力有相似的规律采用类比法。故选B。变式迁移2：如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是（）A．该实验证实了原子的枣糕模型的正确性B．只有少数的α粒子发生大角度偏转C．根据该实验估算出原子核的半径约为10－10mD．α粒子与金原子中的电子碰撞可能会发生大角度偏转【答案】B【分析】AB．α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)，粒子散射实验现象卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，故A错误B正确；C．通过α粒子散射实验估算出原子核半径数量级约为10-15m，故C错误；D．发生α粒子偏转现象，主要是由于α粒子和金原子的原子核发生碰撞的结果，与电子碰撞时不会发生大角度的偏转，故D错误。故选B。强化训练选择题1、人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示．下列说法中正确的是（）A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型【答案】B【解析】卢瑟福通过粒子散射实验否定了汤姆孙的枣糕模型，建立了原子的核式结构模型，故B正确，A、C、D错误。故选B。2、如图所示是粒子散射实验装置的示意图。从粒子源发射的粒子射向金箔，利用观测装置观测发现，绝大多数粒子穿过金箔后，基本上荧光屏仍沿原来的方向前进，但有少数粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，极少数偏转的角粒子束度甚至大于90°。下列说法正确的是（）A．粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流B．实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内C．粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对粒子的作用引起的D．粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对粒子的斥力引起的【答案】D【解析】A．粒子是从放射性物质中发射出来的氦核，A错误；B．若原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内，粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对粒子运动的影响不会很大，不会出现大角度偏转的实验结果，B错误；C．电子对粒子速度的大小和方向的影响可以忽略，C错误；D．原子核带正电，体积很小，但几乎占有原子的全部质量，电子在核外运动，当粒子进入原子区域后，大部分离原子核很远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不变，只有极少数粒子在穿过时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角度散射，D正确。故选D。3、在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是（）A．原子中的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B．正电荷在原子中是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中【答案】A【解析】在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是原子中的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，从而使α粒子在经过时受到很强的斥力，发生大角度偏转.故选A。4、如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。下列说法中正确的是（）A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．卢瑟福选用不同重金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹【答案】C【解析】AB．α粒子散射实验现象是：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度散射，所以A处观察到的α粒子多，B处观察到的α粒子少，故A错误，B错误；C．选用不同重金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子打入到金原子内部受到金原子核的斥力作用从而改变运动方向，故D错误。故选C。5、在α粒子散射实验中，我们并没有考虑电子对α粒子偏转角度的影响，这是因为（）A．电子的体积非常小，以致α粒子碰不到它B．电子的质量远比α粒子的小，所以它对α粒子运动的影响极其微小C．α粒子使各个电子碰撞的效果相互抵消D．电子在核外均匀分布，所以α粒子受电子作用的合外力为零【答案】B【解析】A．电子体积非常小，α粒子碰到它像子弹碰到灰尘，损失的能量极少，不改变运动的轨迹，故A错误；B．电子质量远比α粒子的小，所以它对α粒子运动的影响极其微小，故B正确；C．α粒子跟各个电子碰撞的效果像子弹碰到很多灰尘小颗粒，损失的能量极少，不改变运动的轨迹，但不能说相互抵消，各个电子对α粒子的作用力对α粒子运动形成阻碍，故C错误；D．α粒子受到不同电子的作用不全是同一时刻受到的，所以说合外力为零错误，故D错误。故选B。6、1911年，卢瑟福提出了原子核式结构模型。他提出这种模型的依据是（）A．粒子散射实验 B．光电效应实验 C．天然放射现象 D．核聚变反应【答案】A【解析】1911年，通过粒子散射实验，卢瑟福根据粒子散射实验的结果，提出了原子核式结构模型。故选A。7、α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为（）A．α粒子与电子根本无相互作用B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计D．电子很小，α粒子碰撞不到电子【答案】C【分析】α粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有α粒子质量的，碰撞时对α粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样，故C正确，ABD错误。故选C。8、分子运动是看不见、摸不着的，其运动特征不容易研究，但科学家可以通过布朗运动认识它，这种方法叫做“转换法”.下面给出的四个研究实例，其中采取的方法与上述研究分子运动的方法相同的是（）A．牛顿通过对天体现象的研究，总结出万有引力定律B．密立根通过油滴实验，测定了元电荷的电荷量C．欧姆在研究电流与电压、电阻关系时，先保持电阻不变研究电流与电压的关系；然后再保持电压不变研究电流与电阻的关系D．奥斯特通过放在通电直导线下方的小磁针发生偏转得出通电导线的周围存在磁场的结论【答案】D【分析】A．牛顿通过对天体运动的研究，根据开普勒定律、牛顿第二定律、第三定律，直接得出万有弓力定律，这种方法不是转换法，故A错误；B．密立根通过油滴实验，测定了元电荷的电荷量没有用到转换法，故B错误；C．欧姆在研究电流与电压、电阻关系时，采用的控制变量法得到了欧姆定律，故C错误；D．奥斯特通过放在通电直导线下方的小磁针发生偏转，根据小磁针的偏转得出通电导线的周围存在磁场的结论，是一种转换法，故D正确。故选D。9、．对图中的甲、乙、丙、丁图，下列说法中正确的是（）A．图甲中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子B．图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb′面射出C．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的D．图丁中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将发生变化，此现象表明光是横波【答案】D【分析】A．图甲中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子，并预言了中子的存在，后由学生查德维克发现中子，A错误；B．当入射角i逐渐增大，折射角逐渐增大，由于折射角小于入射角，不论入射角如何增大，玻璃砖中的光线不会消失，结合射向玻璃砖的光线和射出玻璃砖的光线为平行光线可知肯定有光线从bb′面射出，B错误；C．根据干涉产生的条件，同一级亮条纹上的光程差相等，可知弯曲的干涉条纹说明被检测平面在此处是凹陷的，C错误；D．只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，D正确。故选D。10、下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法不正确的是（）A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的B．光电效应实验说明了光具有粒子性C．电子束穿过铝箔后的衍射图样证实了电子具有波动性D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间【答案】A【分析】A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是量子化的，只能是某些特定值，A错误；B．光电效应实验说明了光具有粒子性，B正确；C．衍射是波的特性，电子束穿过铝箔后的衍射图样证实了电子具有波动性，C正确；D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子的质量和正电荷主要集中在很小的核上，否则不可能发生大角度偏转，D正确。本题选错误的，故选A。11、．1909年，英籍物理学家卢瑟福和他的学生盖革·马斯顿一起进行了著名的“α粒子散射实验”，实验中大量的粒子穿过金属箔前后的运动情形如图所示，下列关于该实验的描述正确的是（）A．“α粒子散射实验”现象中观察到绝大多数粒子发生了大角度偏转B．“α粒子散射实验”现象能够说明原子中带正电的物质占据的空间很小C．根据α粒子散射实验不可以估算原子核的大小D．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性【答案】B【解析】A．“α粒子散射实验”现象中观察到绝大多数粒子基本上仍沿原来的方向前进，有少数α粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，故A错误；B．“α粒子散射实验”现象能够说明原子中带正电的物质占据的空间很小，这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，才可能使α粒子发生大角度的偏转，故B正确；C．原子核的半径是无法直接测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定，α粒子散射是估计核半径的最简单的方法，故C错误；D．该实验否定了汤姆孙原子模型的正确性，故D错误。故选B。12、．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景，图中实线表