第13.2节原子的核式结构模型

第十三章原子结构13.2原子的核式结构模型🧭目标导航知识要点难易度1.α粒子散射实验装置和观察结果2.核式结构模型内容3.α粒子的运动学规律：加速度、动能、势能变化规律★★★

★★★📚知识精讲一、原子的“枣糕模型”汤姆孙的“枣糕模型”二、原子的核式结构模型1.实验装置2.实验结果：①绝大多数α粒子穿过金箔后沿原方向前进；②少数α粒子却发生了较大的偏转；③极少数α粒子偏转角超过了90°，个别甚至被弹回。实验解释：少数α粒子出现大角度偏转，是需要很强的相互作用力的，说明原子的大部分质量和电荷集中到很小的核上。又因为绝大部分α粒子不发生偏转，说明原子内部很空的。能量变化：α粒子和原子核都带正电，α粒子在碰撞过程中，原子核对α粒子先做负功后做正功，α粒子电视能先增大后减小，动能先减小后增大。例1．（多选）卢瑟福提出的原子核式结构学说包含的内容有（）A．原子中心有一个很小的核B．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里C．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上D．带负电的电子在核外空间绕原子核旋转答案：ABD解析：卢瑟福提出的原子核式结构模型：原子中心有一个很小的原子核，它集中了原子的几乎全部质量和所有的正电荷，电子在核外绕原子核旋转。例2．如图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，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，关于观察到的现象，下述说法中正确的是（）A．放在C位置时屏上观察不到闪光B．放在D位置时屏上能观察到一些闪光，但次数极少C．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最少D．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时多答案：B解析：AB．放在C、D位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少。说明极少数α粒子有较大偏折，可知原子内部带正电的体积小且质量大，故A错误，B正确；C．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数α粒子基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故C错误；D．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，比放在A位置时少，说明较少α粒子发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故D错误。例3．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α粒子散射图，图中实线表示α粒子的运动轨迹。则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（）A．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与原子核发生了碰撞C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小D．根据α粒子散射实验，还可以知道原子核由质子和中子组成答案：C解析：A．图中大角度偏转的α粒子受到的电场力先做负功，后做正功，则其电势能先增大后减小，A错误；B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与原子核之间的库仑斥力作用，并没有发生碰撞，故B错误；C．从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，故C正确；D．卢瑟福的α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，不能证明原子核是由质子和中子组成的，D错误。三、原子核式结构与经典理论之间的矛盾1.经典理论与实验观察结果的两点矛盾：(1)在核式结构模型中，电子受原子核的库仑引力作用绕原子核旋转，因此这种运动必有加速度。根据经典理论，做加速运动的电荷将向外辐射电磁波。而这种电磁辐射将导致电子绕核运动的能量减少，从而使电子绕核运动的轨道半径减小，直至电子沿螺旋线落入原子核，因此原子是不稳定的，但这显然与事实不符。(2)根据经典理论，电子绕核运动所辐射的电磁波频率应该等于电子绕核运动的频率。随着电子绕核运动轨道半径的连续减小，原子向外辐射的电磁波频率连续增大，原子发光的光谱(称为原子光谱)应该包含一系列连续变化的频率，而原子光谱却是由些不连续的亮线组成的。2.以上矛盾导致量子理论的诞生。🚀考点题型题型01α粒子散射实验观察结果例4．卢瑟福通过粒子散射实验得出了原子核式结构模型，实验装置如图所示，带电粒子打到光屏上就会产生光斑，为验证粒子散射实验结论，现在1、2、3、4四处放置带有荧光屏的显微镜，则这四处位置一段时间内统计的闪烁次数符合实验事实的是（）A．1605、35、11、1 B．1242、1305、723、203C．2、10、655、1205 D．1232、1110、733、203答案：A解析：α离子散射实验现象是绝大多数粒子直接穿过，少数发生大角度偏转，极少数甚至原路返回，故A符合事实，BCD不符合事实。题型02α粒子散射实验中粒子的运动学规律例5．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图是α粒子散射实验的图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法不正确的是（）A．绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的B．发生超过90°大角度偏转的α粒子是极少数的C．沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小D．沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大答案：D解析：选D,A．在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，运动轨迹如轨迹1，说明原子中绝大部分是空的，A正确；B．极少数粒子发生超过90°大角度偏转，B正确；C．根据点电荷周围电场可知，距离原子核近的地方电场强度大，故越靠近原子核加速度越大，因此α粒子加速度先增大后减小，C正确；D．α粒子受到斥力作用，根据电场力做功特点可知，从a运动到b过程中电场力做负功，电势能增加，从b运动到c过程中，电场力做正功，电势能减小，D错误。✏️巩固练习1．下列关于原子模型及其建立过程叙述正确的是（）A．阴极射线是电子流，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电荷量B．汤姆孙认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布于球内，电子镶嵌其中;该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代C．通过α粒子散射实验可以估算出原子核尺度数量级为1010mD．卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域—原子核答案：B解析：A．阴极射线是电子流，J.J.汤姆孙测出了电子的比荷，密立根精确测定了电子电荷量，A错误；B．汤姆孙认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布于整个球内;该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代，B正确；C．通过α粒子散射实验可以估算出原子核尺度数量级为1015m，故C错误；D．卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核，故D错误。2．1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用粒子轰击金箔，研究粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于粒子散射实验，下列说法正确的是（）A．粒子发生偏转是由于它跟电子发生了碰撞B．在粒子散射实验中，绝大多数粒子发生了较大角度的偏转C．粒子散射实验说明原子中有一个带正电的核几乎占有原子的全部质量D．通过粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是答案：C解析：A．粒子发生偏转是由于它受到原子核的斥力，并不是跟电子发生了碰撞，选项A错误；BC．在粒子散射实验中，绝大多数粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，实验表明原子中心的核带有原子的全部正电，和几乎全部质量，选项B错误，C正确；D．粒子散射实验可以估算出原子核半径的数量级是，选项D错误。3．（多选）关于α粒子散射实验现象及分析，下列说法正确的是（）A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内分布均匀，受到原子核的排斥力平衡B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子受到原子核的排斥力很小，原子内大部分空间是空的C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明这些α粒子受到原子核的排斥力比较大，原子几乎全部质量和全部正电荷集中在原子内很小空间D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明这些α粒子受到原子核外电子很大的排斥力答案：BC解析：AB．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子受到原子核的排斥力很小，原子内大部分空间是空的，A错误，B正确；CD．极少数α粒子发生大角度偏转，说明这些α粒子受到原子核的排斥力比较大，原子几乎全部质量和全部正电荷集中在原子内很小空间，C正确，D错误。4．卢瑟福指导他的助手进行的α粒子散射实验所用仪器的示意图如图所示。放射源发射的α粒子打在金箔上，通过显微镜观察散射的α粒子。实验发现，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数的角度甚至大于90°，于是，卢瑟福大胆猜想（）A．原子半径的数量级是10－10mB．原子核内存在质子和中子C．原子内部有体积很小、质量很大的核D．造成α粒子偏转的主要原因是它受到了原子中电子的作用答案：C解析：A．原子半径的数量级是通过油膜法测出来的，该实验不能确定原子半径的数量级，A错误；B．卢瑟福用α粒子轰击氮核，证实了在原子核内存在质子，查德威克发现的中子，B错误；C．从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，说明原子的中心有一个体积很小的核；从极少数α粒子发生了大角度的偏转，说明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量，C正确；D．造成α粒子偏转的主要原因是它受到了原子中心正电荷的作用，故D错误。5．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解析：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，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。6．（多选）在粒子散射实验中，如果一个粒子跟金箔中的电子相碰，下列说法正确的是（）A．粒子发生大角度的偏转 B．粒子不会发生明显偏转C．粒子可能被弹回 D．粒子能量几乎不变答案：BD解析：选BD,粒子间的碰撞满足动量守恒定律，因为α粒子的质量远远大于电子的质量，α粒子动量几乎不变，所以α粒子不会发生明显偏转，不可能被弹回，能量也几乎不会发生改变。故AC错误，BD正确。7．（多选）如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是（）A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光C．卢瑟福根据α粒子散射实验观察到的现象肯定了汤姆孙的“枣糕模型”D．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型答案：AD解析：AB．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，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，所以荧光屏和显微镜放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，放在C、D位置时，屏上仍可以观察到闪光，只是次数较放在A和B位置时少，故A错误，B正确；CD．卢瑟福根据α粒子散射实验观察到的现象否定了汤姆孙的“枣糕模型”，提出了原子的核式结构模型，故C错误，D正确。8．图是卢瑟福为解释粒子散射实验而提出的情境。占金原子质量绝大部分的原子核集中在很小的空间范围，曲线表示粒子的运动轨迹。下列说法正确的是（）A．越接近原子核的粒子发生散射时的偏转角越小B．电子质量约为粒子质量的，因此电子对粒子速度的影响可以忽略C．由该实验可以得出粒子与金原子核一定带异种电荷D．若实验中换用轻金属笛片，发生大角度偏转的粒子将会增多答案：B解析：A．越接近原子核的粒子受到的库仑斥力越大，发生散射时的偏转角越大，A错误；B．电子质量约为粒子质量的，因此电子对粒子速度的影响可以忽略，B正确；C．由该实验可以得出粒子与金原子核一定带同种电荷，C错误；D．若实验中换用轻金属笛片，发生大角度偏转的粒子将会减少，D错误。9．（多选）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，图中实线表示α粒子运动轨迹。下列说法正确的是（）A．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子B．α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子接近原子核时受到的库仑斥力较大C．α粒子出现较大角度偏转的过程中电势能先变小后变大D．α粒子出现较大角度偏转的过程中加速度先变大后变小答案：BD解析：A．汤姆孙对阴极射线的探究发现了电子，A错误；B．α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子接近原子核时受到较大的库仑斥力，B正确；C．α粒子在运动过程中，一直受到斥力，靠近原子核过程库仑力做负功，电势能增大，远离原子核过程库仑力做正功，电势能减小，C错误；D．靠近原子核过程中库仑力增大，加速度增大，远离过程库仑力减小，加速度减小，D正确。10．（多选）英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔后，根据实验结果提出了原子的核式结构学说。如图所示，O表示金原子核的位置，曲线ab和cd分别表示经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹，其中能正确反映实验结果的是（）A．B．C． D．答案：BD解析：AB．当α粒子靠近金原子核时，α粒子将受到金原子核的斥力作用，而α粒子的曲线运动的轨迹总是弯向受力的一侧，A错误、B正确；CD．α粒子和原子核都带正电，α粒子离核越近所受斥力越大，偏转角度越大，C错误、D正确。11．（多选）物理实验助推物理学理论的发展。对以下实验的表述，说法正确的是（）A．图甲：密立根通过油滴实验测量了电子的电荷量，揭示了电荷的量子化B．图乙：