2024-2025学年高中物理第3章第2节原子的结构教案粤教版选修3-5

PAGE7-其次节原子的结构[学习目标]1.了解α粒子散射试验器材、试验原理和试验现象．(重点)2.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容．(重点)3.知道原子和原子核大小的数量级，原子和原子核的组成及带电状况．(重点)4.了解卢瑟福的试验和科学方法，培育抽象思维实力．一、α粒子散射试验1．汤姆生原子模型(葡萄干布丁模型)汤姆生于1898年提出了原子模型，他设想原子是一个球体，带正电的部分匀称地分布在其中，质量很小的电子则像布丁中的葡萄干一样镶嵌在内(如图所示)．2．α粒子散射试验(1)试验装置：α粒子源、金箔、显微镜和荧光屏．(2)试验现象：α粒子散射试验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，但少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°.二、原子的核式结构的提出1．核式结构模型原子的核式结构：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，而电子则在核外空间绕核旋转．2．原子核的电荷与尺度1．正误推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)金箔的厚薄对试验无影响． (×)(2)α粒子大角度的偏转是电子造成的． (×)(3)原子的质量几乎全部集中在原子核上． (√)(4)原子中全部正电荷都集中在原子核内． (√)(5)核电荷数等于质子数，也等于中子数． (×)2．(多选)关于α粒子散射试验的现象，下列说法正确的是()A．绝大部分α粒子穿过金箔后，都不同程度发生了偏转B．极少数α粒子偏转角度超过90°C．α粒子发生偏转的缘由是金原子核对它的库仑力D．α粒子发生偏转的缘由是金原子核与它发生碰撞时的碰撞力BC[α粒子散射试验的现象是绝大多数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)，A选项错误，B选项正确；造成α粒子散射角度大的缘由，是受到的原子核的斥力比较大，C选项正确，D选项错误．]3．(多选)α粒子散射试验结果表明()A．原子中绝大部分是空的B．原子中全部正电荷都集中在原子核上C．原子内有中子D．原子的质量几乎全部都集中在原子核上ABD[α粒子散射试验现象为：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来．卢瑟福依据该试验现象提出了原子具有核式结构模型：原子中绝大部分是空的，全部正电荷都集中在原子核上，质量几乎全部都集中在原子核上，A、B、D选项正确，C选项错误．]α粒子散射试验现象分析1.试验背景α粒子散射试验是卢瑟福指导他的学生做的一个闻名的物理试验，试验的目的是想验证汤姆生原子模型的正确性，试验结果却成了否定汤姆生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．否定汤姆生的原子结构模型(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视，不应当发生大角度偏转．(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，也不应当发生大角度偏转．(3)α粒子的大角度偏转，否定汤姆生的原子结构模型．3．大角度偏转的试验现象分析(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．依据汤姆生原子模型，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粒子反向弹回，这与α粒子散射试验相冲突．(3)试验现象表明原子绝大部分是空的，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．【例1】(多选)如图为卢瑟福所做的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，下列说法中正确的是()A．相同时间内在A时视察到屏上的闪光次数最多B．相同时间内在B时视察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些C．放在D位置时屏上仍能视察到一些闪光D．放在C、D位置时屏上视察不到闪光AC[在卢瑟福α粒子散射试验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确．少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子反弹回来，所以在B位置只能视察到少数的闪光，在C、D两位置能视察到的闪光次数极少，故B、D错误，C正确．]1．分析α粒子散射试验中的现象时，应留意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为．“大角度偏转”只是少数粒子的行为．2．α粒子散射试验是得出原子核式结构模型的试验基础，对试验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键．通过对α粒子散射试验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景．1．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粒子和电子碰撞时受力微小，可忽视不计D．电子很小，α粒子碰撞不到电子C[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eq\f(1,7300)，碰撞时对α粒子的运动影响微小，就像一颗子弹撞上一粒尘埃一样，几乎不变更α粒子的运动方向，故选C.]原子的核式结构模型与原子核的组成1.两种根本区分核式结构葡萄干布丁模型原子内部是特别空旷的，正电荷集中在一个很小的核里原子是充溢了正电荷的球体电子绕核高速旋转电子匀称嵌在原子球体内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，特别接近它们的原子序数．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．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15【例2】在α粒子散射试验中，依据α粒子与原子核发生对心碰撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小．现在一个α粒子以2.0×107m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79.求α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Ep＝keq\f(q1q2,r)，r为距点电荷的距离．α粒子质量为6.64×10－27kg)．思路点拨：(1)α粒子的运动方向沿α粒子和金原子核的连线．(2)当α粒子的动能减为零时，电势能最大，离原子核最近．(3)原子核的大小应比最近距离小一些．[解析]当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，所以α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，则eq\f(1,2)mv2＝keq\f(q1q2,d)，则d＝eq\f(2kq1q2,mv2)＝eq\f(2×9.0×109×2×79×1.6×10－192,6.64×10－27×2.0×1072)m＝2.7×10－14m.[答案]2.7×10－14解决原子结构问题的三大规律1．库仑定律：F＝keq\f(q1q2,r2)，用来分析α粒子和原子核间的相互作用力．2．牛顿其次定律：该试验中α粒子只受库仑力，可依据库仑力的变更分析加速度的变更．3．功能关系：依据库仑力做功，可分析动能的变更，也能分析电势能的变更．训练角度1：卢瑟福对α粒子散射试验的说明2．(多选)卢瑟福对α粒子散射试验的说明正确的是()A．使α粒子产生偏转的主要缘由是原子中电子对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BCD[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视，故A错，B对；由于原子核特别小，绝大多数粒子经过时离核较远因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向变更较多，故C、D对．]训练角度2：α粒子散射过程中的功能关系3．在α粒子散射试验中，当在α粒子最接近原子核时，关于描述α粒子的有关物理量状况正确的是()A．动能最大B．势能最小C．势能最大D．α粒子与金原子核组成的系统能量最小C[α粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小时，库仑力做负功，故α粒子动能减小，电势能增加，系统的能量守恒．故选项C正确，A、B、D错误．]课堂小结知识脉络1.α粒子散射试验结果：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，偏转的角度甚至大于90°.2.原子结构模型：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核旋转.3.原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核中的质子数.4.原子半径的数量级为10－10m，原子核半径的数量级为10－151．英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箱，发觉了α粒子的散射现象．如图所示中，O表示金原子核的位置，则能合理表示该试验中经过金原子核旁边的α粒子的运动轨迹的图是()D[α粒子散射试验中，α粒子受到金原子核的斥力作用，故A、B、C选项错误；越靠近原子核的粒子受到的斥力越大，轨迹的偏转角越大，且库仑力指向轨迹的内侧．故D选项正确．]2．α粒子散射试验中，使α粒子发生散射的缘由是()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力作用D[α粒子和电子之间存在库仑引力，电子的质量只有α粒子质量的eq\f(1,7300)，粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不变更．α粒子散射试验中，有少数α粒子发生大角度偏转的缘由是α粒子与原子核之间的库仑力作用，D选项正确，A、B、C选项错误．]3．(多选)下列对原子结构的相识中，正确的是()A．原子中绝大部分是空的，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10－10ABC[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．原子中绝大部分是空的，原子核很小，原子核半径的数量级为10－15m，而原子半径的数量级为10－10