2024-2025学年高中物理第2章原子结构第2节原子的核式结构模型教学案鲁科版选修3-5

PAGEPAGE1第2节原子的核式结构模型1．知道α粒子散射试验的原理和试验结果．(重点＋难点)2．知道原子的核式结构模型．(重点)一、α粒子散射试验1．试验目的：α粒子通过金箔时，用这些已知的粒子与金属内的原子相互作用，依据粒子的偏转状况来获得原子内部的信息．2．试验方法：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粒子的偏转状况．3．试验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转，有极少数α粒子偏转角超过90°，有的甚至被原路弹回，α粒子被反射回来的概率竟然有1/8__000．1．(1)α粒子散射试验证明白汤姆孙的原子模型是符合事实的．()(2)α粒子散射试验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹．()(3)α粒子大角度的偏转是电子造成的．()提示：(1)×(2)×(3)×二、卢瑟福原子模型1．核式结构模型：原子内部有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷以及几乎全部的质量都集中在原子核内，带负电的电子绕核运动．原子的核式结构模型又被称为行星模型．2．原子的大小(1)原子直径数量级：10－10__m．(2)原子核直径数量级：10－15__m．2．(1)原子核很小，原子中绝大部分是空的．()(2)原子核半径的数量级为10－10m．()(3)原子核的质量数就是核中的质子数．()提示：(1)√(2)×(3)×α粒子散射试验的理解1．试验背景α粒子散射试验是卢瑟福和他的合作者做的一个闻名的物理试验，试验的目的是想证明汤姆孙原子模型的正确性，试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，卢瑟福提出了原子核式结构模型．2．试验装置：如图所示，由放射源、金箔、荧光屏等组成．3．试验的留意事项(1)整个试验装置及试验过程必需在真空中进行．(2)α粒子是氦核，穿透实力很弱，因此金箔必需很薄，α粒子才能穿过．4．试验分析(1)由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不行能使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部分，依据汤姆孙原子模型，正电荷在原子内是匀称分布的，α粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分抵消，因而也不行能使α粒子发生大角度偏转，更不能使α粒子反射弹回，这与α粒子的散射试验相冲突．(3)试验现象表明原子绝大部分是空的，除非原子的几乎全部质量和全部正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则，α粒子大角度散射是不行能的．5．试验意义(1)否定了汤姆孙的原子结构模型．(2)提出了原子核式结构模型，明确了原子核大小的数量级．如图所示为卢瑟福和他的同事们做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，视察到的现象，下述说法中正确的是()A．放在A位置时，相同时间内视察到屏上的闪光次数最多B．放在B位置时，相同时间内视察到屏上的闪光次数最多C．放在C位置时，屏上视察不到闪光D．放在D位置时，屏上视察不到闪光[思路点拨]依据α粒子散射试验的现象解答．[解析]试验中，绝大多数α粒子能够穿过金箔沿原方向前进，有少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，有的甚至被反向弹回，依据试验现象可知，只有A正确．[答案]A在卢瑟福α粒子散射试验中，金箔中的原子核可以看做静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经验金箔散射过程的径迹，其中正确的是()解析：选C．α粒子与原子核相互排斥，A、D错；运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变更越明显，B错，C对．两种原子模型的区分汤姆孙的葡萄干面包模型卢瑟福的原子核式模型分布状况正电荷和质量匀称分布，负电荷镶嵌在其中正电荷和几乎全部质量集中在原子中心的一个微小核内，电子质量很小，分布在很大空间内受力状况α粒子在原子内部时，受到的库仑斥力相互抵消，几乎为零少数靠近原子核的α粒子受到的库仑力大，而大多数离核较远的α粒子受到的库仑力较小偏转状况不会发生大角度偏转，更不会弹回绝大多数α粒子运动方向不变，少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，有的甚至被弹回分析结论不符合α粒子散射现象符合α粒子散射现象在原子的核式结构中，原子核的体积远小于原子的体积，原子内部是非常“空旷”的．(多选)关于原子核式结构理论说法正确的是()A．是通过发觉电子现象得出来的B．原子的中心有个核，叫做原子核C．原子的正电荷匀称分布在整个原子中D．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旋转[解题探究](1)卢瑟福的原子结构模型带正电部分如何分布？(2)卢瑟福的原子结构模型带负电部分如何分布？[解析]原子的核式结构模型是在α粒子的散射试验结果的基础上提出的，A错误．原子中绝大部分是空的，带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核，B正确，C错误．原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外旋转，D正确．[答案]BD原子核式结构与力电综合问题已知电子质量为9．1×10－31kg，带电荷量为－1．6×10－19C．当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0．53×10－10m，求电子绕核运动的线速度、动能、周期和形成的等效电流．[思路点拨]α粒子的散射试验推出的核式结构模型中，核外电子绕核高速旋转，往往把它看成是库仑力供应向心力做匀速圆周运动，利用圆周运动的学问求周期及等效电流等．[解析]由卢瑟福的原子模型可知：电子绕核做圆周运动，所需的向心力由核对电子的库仑引力来供应．依据eq\f(mv2,r)＝keq\f(e2,r2)，得v＝eeq\r(\f(k,rm))＝1．60×10－19×eq\r(\f(9×109,0.53×10－10×9.1×10－31))m/s≈2．19×106m/s其动能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×9．1×10－31×(2．19×106)2J≈2．18×10－18J运动周期T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2×3.14×0.53×10－10,2.19×106)s≈1．52×10－16s电子绕核运动形成的等效电流I＝eq\f(q,t)＝eq\f(e,T)＝eq\f(1.6×10－19,1.52×10－16)A≈1．05×10－3A．[答案]2．19×106m/s2．18×10－18J1．52×10－16s1．05×10－3A[随堂检测]1．有一位科学家，他通过α粒子散射试验，提出了原子的核式结构模型，这位提出原子核式结构模型的科学家被誉为原子物理学之父，他是()A．汤姆孙 B．卢瑟福C．盖革 D．马斯顿答案：B2．卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔试验，获得了重要发觉．关于α粒子散射试验的结果，下列说法正确的是()A．说明白质子的存在B．说明白原子核是由质子和中子组成的C．说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里D．说明白正电荷在原子核内匀称分布解析：选C．α粒子散射试验说明白在原子中心有一个核，它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量．故应选C．3．下列对原子结构的相识错误的是()A．原子中绝大部分是空的，原子核很小B．电子在核外绕核旋转，向心力主要由库仑力供应C．原子的全部正电荷都集中在原子核里D．原子核的直径大约为10－10m解析：选D．原子由位于原子中的带正电的原子核和核外带负电的电子构成，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α粒子散射试验知原子核半径数量级为10－15m，而原子半径的数量级为10－10m，故A正确，D错误．4．α粒子与金核197Au发生正碰时，假如α粒子能接近金核的最小距离为2．0×10－14m，试估算金核的密度．解析：粗略地，可把金核看作一个球体，把α粒子接近它的最小距离作为它的半径r，则金核的体积表示为V＝eq\f(4,3)πr3，而金核的质量M＝197×1．67×10－27kg≈3．29×10－25kg，故其密度为ρ＝eq\f(M,V)＝eq\f(3.29×10－25,\f(4,3)×3.14×（2.0×10－14）3)kg/m3≈9．8×1015kg/m3．答案：9．8×1015kg/m3[课时作业]一、单项选择题1．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是()A．α粒子的散射试验B．对阴极射线的探讨C．自然放射性现象的发觉D．质子的发觉解析：选A．卢瑟福依据α粒子的散射试验结果，提出了原子的核式结构模型：原子核聚集了原子的全部正电荷和几乎全部质量，电子在核外绕核运转．故正确答案为A．2．卢瑟福通过α粒子散射试验，推断出原子的中心有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构．如图所示的平面示意图中，①、②两条实线表示α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为虚线中的()A．轨迹a B．轨迹bC．轨迹c D．轨迹d解析：选A．α粒子带正电，α粒子的偏转是由于受到原子核的库仑斥力作用，且离原子核越近，受到的斥力作用越大，所以轨迹b、c、d都是不行能的，正确选项为A．3．卢瑟福利用α粒子轰击金箔的试验探讨原子结构，得到的试验结果有()A．全部α粒子几乎无偏转地穿过金箔B．大多数α粒子发生较大角度的偏转C．向各个方向运动的α粒子数目基本相等D．极少数α粒子产生超过90°的大角度偏转解析：选D．由卢瑟福α粒子散射试验的结果可知，D正确，A、B、C错误．4．α粒子散射试验中，使α粒子散射的缘由是()A．α粒子与原子核外电子碰撞B．α粒子与原子核发生接触碰撞C．α粒子发生明显衍射D．α粒子与原子核的库仑斥力作用解析：选D．α粒子与原子核外的电子的作用是很微弱的，A错误．由于原子核的质量和电荷量很大，α粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足可以使α粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使α粒子散射的缘由是库仑斥力，B错误，D正确．5．如图所示画出了α粒子散射试验中的一些曲线，这些曲线中可能是α粒子的径迹的是()A．a、b、d B．b、dC．a、d D．a、c、d解析：选B．α粒子与金原子核均带正电、相互排斥，故不行能沿轨迹c运动；a轨迹弯曲程度很大，说明受到的库仑力很大，但α粒子离核较远，故a轨迹不行能存在，而b轨迹正确；d轨迹是α粒子正对金原子核运动时的状况．6．α粒子散射试验中，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，是因为电子是匀称分布的C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽视不计D．电子很小，α粒子碰撞不到电子解析：选C．α粒子与电子之间存在相互作用力，这个作用力是库仑力，但由于电子质量很小，不到α粒子质量的eq\f(1,7000)，碰撞时对α粒子的运动影响微小，几乎不变更运动方向，就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样，正确选项是C．7．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旁边时的轨迹如图中实线所示．图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域．不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是()A．可能在①区域 B．可能在②区域C．可能在③区域 D．可能在④区域解析：选A．α粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的α粒子产生斥力，故原子核不会在④区；假如原子核在②、③区，α粒子会向①区偏；如原子核在①区，可能会出现如题图所示的轨迹，故应选A．二、多项选择题eq\a\vs4\al(8.)关于α粒子散射试验的说明有下列几种说法，其中正确的是()A．从α粒子的散射试验数据，可以估计出原子核的大小B．极少数α粒子发生大角度的散射的事实，表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核C．原子核带的正电荷数等于它的原子序数D．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，表明原子中正电荷是匀称分布的解析：选ABC．从α粒子的散射试验数据，可以估计出原子核的大小，A项正确．极少数α粒子发生大角度的散射的事实，表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核，B项正确．由试验数据可知原子核带的正电荷数等于它的原子序数，C项正确．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，表明原子中是比较空旷的，D项错误．eq\a\vs4\al(9.)在α粒子的散射试验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子符合下列哪种状况()A．动能最小B．电势能最小C．α粒子与金原子核组成的系统的能量最小D．所受金原子核的斥力最大解析：选AD．α粒子接近原子核时库仑斥力做负功，α粒子的动能减小；α粒子远离原子核时库仑斥力做正功，α粒子的动能又增大，故当α粒子最接近原子核时动能最小，A对；系统只有电场力做功，电势能与动能之和守恒，α粒子动能最小时，电势能应最大，B错；系统的能量是守恒的，C错；α粒子最接近金原子核时，α粒子与金原子核间的距离最小，由库仑定律知α粒子所受金原子核的库仑斥力最大，D对．10．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，则()A．α粒子的动能和动量几乎没有损失B．α粒子将损失大部分动能和动量C．α粒子不会发生显著的偏转D．α粒子将发生较大角度的偏转解析：选AC．电子的质量远小于α粒子的质量，两者发生碰撞时，对α粒子的动能和动量几乎没有影响，选项A、C正确．三、非选择题eq\a\vs4\al(11.)α粒子散射试验是让α粒子射向金箔去碰撞金原子，结果发觉：大部分α粒子穿过金箔后不发生偏转，少数α粒子发生偏转，有的偏转角很大，问：(1)为什么有的α粒子会发生大角度的偏转？(2)已知金的原子序数为79，当α粒子距原子中心为1．0×10－13m时受到的库仑力多大？解析：(1)依据卢瑟福的原子核式结构模型，原子中全部正电荷和几乎全部质量都集中在很小的原子核上，核外分布着带负电荷的电子，当α粒子穿过金原子时，假如离