第2节　原子的核式结构模型　

第2节原子的核式结构模型核心素养导学物理观念(1)了解α粒子散射实验原理和实验现象。(2)了解卢瑟福的原子核式结构模型。(3)知道原子和原子核大小的数量级。科学思维认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程。科学探究对α粒子散射实验，能根据实验现象，提出有针对性的物理问题。科学态度与责任(1)体会α粒子散射实验中所蕴含的科学方法。(2)运用原子的核式结构理论解释生活现象。一、α粒子散射实验1．装置2．现象(1)___________

α粒子不改变方向。(2)______

α粒子发生较大的偏转。(3)_______

α粒子偏转角超过90°，有的甚至被原路弹回。3．原因：靠近原子核的α粒子受_______作用使其发生了大角度偏转。4．结论：原子中存在体积______的_________的部分。绝大多数少数极少数库仑力很小带正电二、卢瑟福原子模型1．原子核式结构模型：1911年由卢瑟福提出，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部______，电子在原子核的外面______。2．原子核的电荷与尺度质量运动1.在探究原子结构的散射实验中，入射粒子用的是α粒子，试说明其中的原因。提示：原子的结构非常紧密，用一般的方法无法探测它内部的结构。要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击。由于α粒子具有足够的能量，可以接近原子的中心，它还可以使荧光物质发光，如果α粒子与其他粒子发生相互作用，改变了运动方向，荧光屏便能够显示出它的方向变化。2．如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景。根据上图判断：(1)α粒子散射实验中绝大多数α粒子都发生了较大偏转。

()(2)原子核的直径数量级为10－10m。

()(3)α粒子散射实验表明了原子的质量几乎全部都集中在原子核上。

()××√新知学习(一)|α粒子散射实验及现象分析[任务驱动]如图是α粒子散射实验装置，各部分的作用是什么？提示：放射源放出快速运动的α粒子，α粒子通过金箔时被散射，打在荧光屏上发出荧光，可通过带有荧光屏的放大镜进行观察，并可以在水平面内转动，观察不同方向和不同位置通过金箔的散射α粒子数量，整个装置封闭在真空内。

[重点释解]1．实验背景：α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。2．否定汤姆孙的原子结构模型(1)质量远小于原子的电子，对α粒子的运动影响完全可以忽略，不应该发生大角度偏转。(2)α粒子在穿过原子时，受到各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动方向的影响不会很大，也不应该发生大角度偏转。(3)α粒子的大角度偏转，否定汤姆孙的原子结构模型。3．卢瑟福的核式结构模型对α粒子散射分析(1)分布情况：原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的。(2)受力情况①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。(3)偏转情况①绝大多数α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小)；②少数α粒子发生大角度偏转，甚至被弹回；③如果α粒子几乎正对着原子核射来，偏转角就几乎达到180°，这种机会极少。[典例体验][典例]

(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是

(

)A．使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力B．使α粒子产生偏转的力是库仑力C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子[解析]

原子核带正电，与α粒子之间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错误，B正确；由于原子核非常小，绝大多数α粒子经过时离原子核较远，因而运动方向几乎不变，只有离原子核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D正确。[答案]

BCD2．库仑力对α粒子的做功情况(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．α粒子的能量转化仅有库仑力做功时，能量只在电势能和动能之间发生相互转化，且总能量保持不变。[针对训练]1．通过如图所示的实验，卢瑟福建立了原子核式结构模型。

实

验时，若将荧光屏和显微镜分别放在位置1、2、3，则相同时

间内能观察到粒子数量最多的是位置

(

)A．1

B．2C．3 D．一样多解析：在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度大于90°，故C正确。答案：C

2．在用α粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的α粒子的运动情况是

(

)A．全部α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进B．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回C．少数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回D．全部α粒子都发生很大偏转解析：α粒子穿过金原子时，电子对α粒子速度的影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当α粒子与原子核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力，而原子核很小，α粒子接近它的机会就很少，所以绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回，故B正确，A、C、D错误。答案：B

[任务驱动]卢瑟福根据α粒子散射实验结果分析得出，原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内。(1)原子核外的部分带什么电？其质量特点如何？提示：带负电，其质量很小。(2)原子核半径的数量级是多少？原子半径的数量级呢？提示：10－15m,10－10m。

[重点释解]1．原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的对比核式结构模型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里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．原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子序数。3．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。4．原子核的大小：原子半径的数量级为10－10m，原子核半径的数量级为10－15m，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10－15。[针对训练]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解析：α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型，故B正确。答案：B

2．卢瑟福的α粒子散射实验结果表明了

(

)A．原子核是可分的B．原子核是由质子、中子组成的C．原子是由均匀带正电的物质和带负电的电子构成的D．原子内部有一个很小的区域，集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量解析：卢瑟福根据α粒子散射实验结果提出了原子的核式结构理论，表明原子内部有一个很小的区域叫原子核，它集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量，D正确。答案：D

一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

物理观念——α粒子散射实验1．(选自人教版新教材课后练习)α粒子散射实验用的是金箔等重金属箔，而没有用轻金属箔，例如铝箔。除了金的延展性好，可以把金箔做得非常薄这个原因以外，你认为还有什么原因？提示：除题目中提到的原因以外，重金属的原子核带电荷量较大，质量和体积也相对较大，所以用重金属箔实验现象更明显。

科学探究——原子结构模型2．(选自人教版新教材“思考与讨论”)按照J.J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。请分析：α粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进。提示：按照J.J.汤姆孙原子模型，由于α粒子穿过原子时受到的多方向的斥力会相互平衡，因此对α粒子运动的影响不会很大。故电子沿直线运动的可能性较大。最不可能大角度偏转被“撞回来”。二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．(多选)在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子，从不同大小的角度散射出来，则散射角度大的α粒子

(

)A．更接近原子核B．更远离原子核C．受到一个以上的原子核作用D．受到原子核较大的冲量作用解析：由于原子的体积远远大于原子核的体积，当α粒子穿越某一个原子的空间时，其他原子核距α粒子相对较远，而且其他原子核对α粒子的作用力也可以近似相互抵消，所以散射角度大的这个α粒子并不是由于受到多个原子核作用造成的，C错；由库仑定律可知，α粒子受到的斥力与距离的平方成反比，α粒子距原子核越近，斥力越大，运动状态改变越大，即散射角度越大，A对，B错；当α粒子受到原子核较大的冲量作用时，动量的变化量就大，即速度的变化量就大，则散射角度就大，D对。答案：AD

2．1909年英国科学家卢瑟福进行了著名的α粒子(带正电)轰击金箔实验。结果发现：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，但是有少数α粒子却发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°，像是被金箔弹了