2020-2021學(xué)年高二物理人教版選修3-5學(xué)案：第十八章 第2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型 Word版含解析

1、第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型1知道湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型。2了解粒子散射實(shí)驗(yàn)的原理、現(xiàn)象和結(jié)論，領(lǐng)會盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法，培養(yǎng)抽象思維能力和想象能力。3知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)內(nèi)容和意義。4知道原子和原子核大小的數(shù)量級以及原子核的電荷數(shù)和核外電子數(shù)的關(guān)系。5利用動力學(xué)觀點(diǎn)與方法分析粒子運(yùn)動情形與軌跡，利用能量觀點(diǎn)分析庫侖力對粒子做功情況。一、湯姆孫的原子模型湯姆孫于1898年提出了一種原子模型，他認(rèn)為原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌在球中，該模型被稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”，能夠解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但后來被粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了。二、粒子散射實(shí)驗(yàn)1粒子是從放射性

2、物質(zhì)中發(fā)射出來的快速運(yùn)動的粒子，帶兩個單位正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1)絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，基本沿原方向前進(jìn)。(2)少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90°。3盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗(yàn)，否定了湯姆孫的原子模型，建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。4核式結(jié)構(gòu)模型：1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個很小的核，叫原子核，它集中了全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外空間運(yùn)動。三、原子核的電荷與尺度1原子內(nèi)的電荷關(guān)系：各種元素的原子核的電荷數(shù)與含有的電子數(shù)相等，非常接近于它們的原子序數(shù)。2原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就等于原子核中的質(zhì)子數(shù)。

3、3原子核的大?。簩?shí)驗(yàn)確定的原子核半徑r的數(shù)量級為1015_m，而原子的半徑的數(shù)量級是1010_m，因而原子內(nèi)部十分“空曠”。判一判(1)湯姆孫的原子模型不能解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)中少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)甚至反向彈回的現(xiàn)象。()(2)原子中心有一個很小的核，原子的全部正電荷和全部質(zhì)量都集中在這個核里。()(3)粒子散射實(shí)驗(yàn)是估算原子核半徑的最簡單的方法。()提示：(1)(2)×(3)想一想(1)在做粒子散射實(shí)驗(yàn)時(shí)，粒子射入金箔后為什么不考慮粒子與電子的碰撞對粒子速度的影響？提示：電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于粒子質(zhì)量，對粒子的速度幾乎沒有影響。(2)在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，偏轉(zhuǎn)角大的粒子與偏轉(zhuǎn)角小的粒子相比，誰離

4、原子核更近一些？提示：偏轉(zhuǎn)角越大，說明粒子受力越大，離原子核越近。課堂任務(wù)粒子散射實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)過程：粒子從鉛盒射出，形成細(xì)射線打在金箔上，被散射的粒子打在熒光屏上產(chǎn)生閃光，用可轉(zhuǎn)動的顯微鏡從不同角度進(jìn)行觀察。2現(xiàn)象(1)絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)；(2)少數(shù)粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)；(3)極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的幾乎被“撞了回來”。如圖所示。3粒子散射實(shí)驗(yàn)與湯姆孫的原子模型的沖突分析(1)由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于粒子質(zhì)量，所以電子不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。(2)使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的只能是原子中帶正電的部分，按照湯姆孫原子模型，正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的，粒子穿過原子時(shí)

5、，它受到的兩側(cè)斥力大部分抵消，因而也不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不可能使粒子反向彈回，這與粒子的散射實(shí)驗(yàn)相矛盾。(3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明原子絕大部分是空的，除非原子的幾乎全部質(zhì)量和所有正電荷都集中在原子中心的一個很小的核上，否則，粒子大角度散射是不可能的。4實(shí)驗(yàn)意義：否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，明確了原子核大小的數(shù)量級。例1如圖所示為盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動，通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察粒子在各個角度的散射情況。下列說法中正確的是()a在圖中的a、b兩位置分別進(jìn)行觀察，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多b在圖中的b位置進(jìn)行觀察，屏上

6、觀察不到任何閃光c盧瑟福選用不同金屬箔片作為粒子散射的靶，觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相似d粒子發(fā)生散射的主要原因是粒子撞擊到金箔原子后產(chǎn)生的反彈(1)粒子散射的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么？提示：絕大多數(shù)粒子沿原方向前進(jìn)，少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的幾乎被“撞了回來”。(2)粒子在穿過原子過程中受什么力？提示：主要受原子核的庫侖斥力。規(guī)范解答粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)粒子沿原方向前進(jìn)，少數(shù)粒子有大角度散射。所以a處觀察到的粒子多，b處觀察到的粒子少，所以a、b錯誤。粒子發(fā)生散射的主要原因是受到原子核庫侖斥力的作用，所以d錯誤，c正確。完美答案c粒子散射實(shí)驗(yàn)題的解法要點(diǎn)(1)

7、熟記裝置及原理粒子散射實(shí)驗(yàn)是一個非常重要的實(shí)驗(yàn)，因此對實(shí)驗(yàn)器材、現(xiàn)象、現(xiàn)象分析、結(jié)論都必須弄明白，才能順利解答有關(guān)問題。(2)理解建立核式結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)核外電子不會使粒子的速度發(fā)生明顯改變。湯姆孫模型不能解釋粒子的大角度散射。少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些粒子在原子中的某個地方受到了質(zhì)量，質(zhì)量很大、帶正電的物質(zhì)的作用。絕大多數(shù)粒子在穿過厚厚的金原子層時(shí)運(yùn)動方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的。原子的絕大部分質(zhì)量、帶正電的那部分物質(zhì)集中在原子中體積很小的空間范圍。粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和粒子的碰撞影響，是因?yàn)?)a粒子與電子根本無相互作用b粒子受電子作用的合力為零，是

8、因?yàn)殡娮邮蔷鶆蚍植嫉腸粒子和電子碰撞損失能量極少，可忽略不計(jì)d電子很小，粒子碰撞不到電子答案c解析粒子與電子之間存在著相互作用力，這個作用力是庫侖引力，但由于電子質(zhì)量很小，只有粒子質(zhì)量的，碰撞時(shí)對粒子的運(yùn)動影響極小，幾乎不改變運(yùn)動方向，故正確答案為c。課堂任務(wù)原子的核式結(jié)構(gòu)模型1發(fā)現(xiàn)原子核式結(jié)構(gòu)模型的過程實(shí)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)說明了什么電子的發(fā)現(xiàn)說明原子有復(fù)雜結(jié)構(gòu)粒子散射實(shí)驗(yàn)說明湯姆孫(棗糕式)原子模型不符合實(shí)際，盧瑟福重新建立原子的核式結(jié)構(gòu)模型2原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕式結(jié)構(gòu)的根本區(qū)別核式結(jié)構(gòu)棗糕式結(jié)構(gòu)原子內(nèi)部是非?？諘绲模空姾杉皫缀跞抠|(zhì)量集中在一個很小的核里原子是充滿了正電荷的球體電子繞核高

9、速旋轉(zhuǎn)電子均勻嵌在原子球體內(nèi)3原子的核式結(jié)構(gòu)模型對粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋(1)當(dāng)粒子穿過原子時(shí)，如果離核較遠(yuǎn)，受到原子核的斥力很小，粒子就像穿過“一片空地”一樣，無遮無擋，運(yùn)動方向改變很小，因?yàn)樵雍撕苄?，所以絕大多數(shù)粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。(2)只有當(dāng)粒子十分接近原子核穿過時(shí)，才受到很大的庫侖力作用，偏轉(zhuǎn)角才很大，而這種機(jī)會很少。(3)如果粒子正對著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°，這種機(jī)會極少，如圖所示。4原子核式結(jié)構(gòu)模型(1)在原子中心有一個很小的核，叫原子核。(2)原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在這個核里。(3)帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。例2對盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

10、，下列認(rèn)識正確的是()a實(shí)驗(yàn)證明了質(zhì)子的存在b實(shí)驗(yàn)證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的c實(shí)驗(yàn)證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里d實(shí)驗(yàn)說明了原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動(1)盧瑟福通過對粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析總結(jié)出了什么結(jié)論？提示：通過對粒子散射實(shí)驗(yàn)分析建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型。(2)原子是由哪幾部分組成的？原子帶電嗎？提示：原子是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成的，是呈電中性的，對外不顯電性。規(guī)范解答根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子內(nèi)部有一個很小的核，叫原子核，原子核內(nèi)集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量；電子在核外繞原子核運(yùn)動，c正確。完美答案c原子結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建需注意的問題(1)在粒子散射實(shí)驗(yàn)中粒子的受力特點(diǎn)：粒子受到原子核的萬有引力和原子核的庫侖斥力作用，由于庫侖斥力遠(yuǎn)大于萬有引力，在計(jì)算中只考慮受到的庫侖斥力作用。(2)原子核式結(jié)構(gòu)模型中原子的幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，因?yàn)楹送怆娮右灿匈|(zhì)量。(多選)在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)粒子最接近金原子核時(shí)，關(guān)于粒子的有關(guān)物理量，下列描述正確的是()a粒子的動