2018-2019版物理新導(dǎo)學(xué)筆記人教通用版選修3-5講義：第十八章 原子結(jié)構(gòu) 2

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2原子的核式結(jié)構(gòu)模型［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.知道湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型。2。了解α粒子散射實驗的原理、現(xiàn)象和結(jié)論。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。領(lǐng)會盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)實驗的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和想象力．一、湯姆孫的原子模型1．湯姆孫原子模型：湯姆孫于1898年提出了原子模型，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),電子鑲嵌其中，有人形象地把湯姆孫模型稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”，如圖1.圖12．α粒子散射實驗：(1）α粒子散射實驗裝置由α粒子源、金箔、放大鏡、熒光屏等幾部分組成，實驗時從α粒子源到熒光屏這段路程應(yīng)處于真空中．（2）實驗現(xiàn)象①絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進；②少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)；偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，它們幾乎被“撞了回來"．（3)實驗意義：盧瑟福通過α粒子散射實驗，否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型．二、盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型1．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，電子在核外空間運動．2．原子核的電荷與尺度［即學(xué)即用］判斷下列說法的正誤．（1）湯姆孫的棗糕模型認(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)．（√)(2)α粒子帶有一個單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的2倍．(×）（3）α粒子散射實驗證實了湯姆孫的棗糕式原子模型．(×)（4)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為原子中帶正電的部分體積很小，電子在正電體外面運動．(√)(5)原子核的電荷數(shù)等于核中的中子數(shù)．(×)(6)對于一般的原子，由于原子核很小，所以內(nèi)部十分空曠．(√)一、對α粒子散射實驗的理解與分析[導(dǎo)學(xué)探究]如圖2所示為1909年英籍物理學(xué)家盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生蓋革和馬斯頓進行α粒子散射實驗的實驗裝置，閱讀課本，回答以下問題:圖2(1）什么是α粒子？（2)實驗裝置中各部件的作用是什么？實驗過程是怎樣的？(3)實驗現(xiàn)象如何？(4）少數(shù)α粒子發(fā)生大角度散射的原因是什么？答案(1)α粒子(eq\o\al(4,2)He）是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來的快速運動的粒子，實質(zhì)是失去兩個電子的氦原子核，帶有兩個單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7300倍．(2）①α粒子源：把放射性元素釙放在帶小孔的鉛盒中，放射出高能的α粒子．②帶熒光屏的放大鏡：觀察α粒子打在熒光屏上發(fā)出的微弱閃光．實驗過程：α粒子經(jīng)過一條細通道，形成一束射線，打在很薄的金箔上，由于金原子中的帶電粒子對α粒子有庫侖力的作用,一些α粒子會改變原來的運動方向．帶有放大鏡的熒光屏可以沿題圖中虛線轉(zhuǎn)動,以統(tǒng)計向不同方向散射的α粒子的數(shù)目．(3)α粒子散射實驗的實驗現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來的方向前進,但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°。(4)α粒子帶正電,α粒子受原子中帶正電的部分的排斥力發(fā)生了大角度散射．[知識深化]1．實驗現(xiàn)象(1）絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進．(2)少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)．（3）極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的幾乎達到180°。2．理解(1)核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯改變．（2）湯姆孫的原子模型不能解釋α粒子的大角度散射．(3）少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來,表明這些α粒子在原子中的某個地方受到了質(zhì)量、電荷量均比它本身大得多的物體的作用．(4）絕大多數(shù)α粒子在穿過厚厚的金原子層時運動方向沒有明顯變化,說明原子中絕大部分是空的，原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在體積很小的核內(nèi)．例1如圖3所示為盧瑟福α粒子散射實驗裝置的示意圖，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α粒子在各個角度的散射情況．下列說法中正確的是（)圖3A．在圖中的A、B兩位置分別進行觀察，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B．在圖中的B位置進行觀察，屏上觀察不到任何閃光C．盧瑟福選用不同重金屬箔片作為α粒子散射的靶，觀察到的實驗結(jié)果基本相似D．α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子撞擊到金箔原子后產(chǎn)生的反彈答案C解析α粒子散射實驗現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進,少數(shù)α粒子有大角度散射．所以A處觀察到的粒子數(shù)多，B處觀察到的粒子數(shù)少,所以選項A、B錯誤．α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,所以選項D錯誤，C正確．解決這類問題的關(guān)鍵是理解并熟記以下兩點：（1）明確實驗裝置的組成及各部分的作用．(2）弄清實驗現(xiàn)象，知道“絕大多數(shù)”、“少數(shù)”和“極少數(shù)"α粒子的運動情況及原因．二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子核的組成［導(dǎo)學(xué)探究]如圖4所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景．圖4(1)為什么絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來運動方向前進？(2）為什么少數(shù)的α粒子穿過金箔后,發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)?答案(1)當(dāng)α粒子穿過原子時，如果離核較遠，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿過“一片空地”一樣，無遮無擋，運動方向改變很?。驗樵雍撕苄?，所以絕大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)．(2)只有當(dāng)α粒子十分接近原子核穿過時,才受到很大的庫侖力作用，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，而這種機會很少，所以有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)．［知識深化]1．原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子的棗糕模型的對比:核式結(jié)構(gòu)模型棗糕模型原子內(nèi)部是非?？諘绲?，正電荷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速旋轉(zhuǎn)電子均勻嵌在原子球體內(nèi)2.原子內(nèi)的電荷關(guān)系:原子核的電荷數(shù)與核外的電子數(shù)相等，非常接近原子序數(shù)．3．原子核的組成：原子核由質(zhì)子和中子組成,原子核的電荷數(shù)等于原子核的質(zhì)子數(shù)．4．原子核的大?。涸拥陌霃綌?shù)量級為10－10m,原子核半徑的數(shù)量級為10－15m，原子核的半徑只相當(dāng)于原子半徑的十萬分之一，體積只相當(dāng)于原子體積的10－15.例2（多選）根據(jù)盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)理論，下列對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識中，正確的是(）A．原子中絕大部分是空的，原子核很小B．電子在核外運動，庫侖力提供向心力C．原子的全部正電荷都集中在原子核里D．原子核的直徑大約為10－10m答案ABC解析盧瑟福α粒子散射實驗的結(jié)果否定了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的湯姆孫模型,提出了關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，并估算出原子核半徑的數(shù)量級為10－15m，原子半徑的數(shù)量級為10－10m,原子半徑是原子核半徑的十萬倍，所以原子內(nèi)部是十分“空曠”的，核外帶負電的電子由于受到帶正電的原子核的吸引而繞核旋轉(zhuǎn)，所以A、B、C正確，D錯誤．1．（兩種原子模型的認(rèn)識)人們在研究原子結(jié)構(gòu)時提出過許多模型，其中比較有名的是棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型，它們的模型示意圖如圖5所示．下列說法中正確的是（)圖5A．α粒子散射實驗與棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型的建立無關(guān)B．科學(xué)家通過α粒子散射實驗否定了棗糕模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型C．科學(xué)家通過α粒子散射實驗否定了核式結(jié)構(gòu)模型,建立了棗糕模型D．科學(xué)家通過α粒子散射實驗否定了棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型答案B解析α粒子散射實驗與核式結(jié)構(gòu)模型的建立有關(guān),通過該實驗，否定了棗糕模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型．2．(α粒子散射實驗現(xiàn)象的認(rèn)識)(多選）如圖6為α粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，下述說法中正確的是()圖6A．相同時間內(nèi)放在A位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．相同時間內(nèi)放在B位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時稍少些C．放在D位置時屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少D．放在C、D位置時屏上觀察不到閃光答案AC解析在α粒子散射實驗中，α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來的方向前進,故A對；少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度大于90°,極個別α粒子反彈回來，所以在B位置只能觀察到少數(shù)的閃光，在C、D兩位置能觀察到的閃光次數(shù)極少，故B、D錯,C對．3．(α粒子散射實驗現(xiàn)象的解釋)（多選）關(guān)于α粒子的散射實驗，下列說法中正確的是（）A．該實驗說明原子中正電荷是均勻分布的B．α粒子發(fā)生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用C．只有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度散射的原因是原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在一個很小的核上D．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗提出了原子核式結(jié)構(gòu)理論答案BCD解析在α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)說明三點：一是原子內(nèi)有一質(zhì)量很大的物質(zhì)存在；二是這一物質(zhì)帶有較大的正電荷；三是這一物質(zhì)的體積很小,但不能說明原子中正電荷是均勻分布的，故A錯誤,B、C正確;盧瑟福依據(jù)α粒子散射實驗的現(xiàn)象提出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論，D正確．4．（原子的核式結(jié)構(gòu)模型）(多選)盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有()A．原子的中心有個核，叫原子核B．原子的正電荷均勻分布在整個原子中C．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)D．帶負電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn)答案ACD解析盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容是：在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi),帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)，由此可見,B選項錯誤,A、C、D選項正確．5．（對α粒子散射實驗的理解）X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它們?nèi)肷鋾r的動能相同，其偏轉(zhuǎn)軌道可能是下圖中的（）答案D解析α粒子離金原子核越遠,其所受斥力越小，軌道彎曲程度就越小,故選項D正確．一、選擇題考點一α粒子散射實驗1．關(guān)于α粒子散射實驗,下列說法不正確的是(）A．該實驗在真空環(huán)境中進行B．帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內(nèi)的不同方向上移動C．熒光屏上的閃光是散射的α粒子打在熒光屏上形成的D．熒光屏只有正對α粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光答案D2．（多選)在α粒子散射實驗中,選用金箔的原因下列說法正確的是（）A．金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔B．金核不帶電C．金原子核質(zhì)量大，被α粒子轟擊后不易移動D．金核半徑大,易形成大角度散射答案ACD解析α粒子散射實驗中，選用金箔是因為金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔，α粒子很容易穿過，A正確．金原子核質(zhì)量大，被α粒子轟擊后不易移動，C正確．金核帶正電，半徑大，易形成大角度散射，故D正確,B錯誤．3．關(guān)于α粒子散射實驗（）A．絕大多數(shù)α粒子經(jīng)過金箔后，發(fā)生了角度不太大的偏轉(zhuǎn)B．α粒子在接近原子核的過程中，動能減少，電勢能減少C．α粒子離開原子核的過程中，動能增加，電勢能也增加D．對α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)進行分析，可以估算出原子核的大小答案D解析由于原子核很小,α粒子十分接近它的機會很少,所以絕大多數(shù)α粒子基本上仍沿原方向前進．只有極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn),從α粒子的散射實驗的數(shù)據(jù)可以估算出原子核直徑的大小約為10－15m～10－14m．由此可知A錯誤，D正確；α粒子向原子核射去，當(dāng)α粒子接近核時，克服電場力做功，所以其動能減少，電勢能增加；當(dāng)α粒子遠離原子核時，電場力做正功，其動能增加,電勢能減少，所以選項B、C都錯誤．4．(多選）用α粒子撞擊金原子核發(fā)生散射，圖1中關(guān)于α粒子的運動軌跡正確的是（）圖1A．a(chǎn) B．bC．c D．d答案CD解析α粒子受金原子核的排斥力，方向沿兩者連線方向,運動軌跡彎向受力方向的一側(cè)，A、B均錯誤；離原子核越近，α粒子受到斥力越大,偏轉(zhuǎn)程度越大，C、D正確．考點二盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型5．α粒子散射實驗中，不考慮電子和α粒子的碰撞影響，是因為(）A．α粒子與電子根本無相互作用B．α粒子受電子作用的合力為零,電子是均勻分布的C．α粒子和電子碰撞損失的能量極少，可忽略不計D．電子很小,α粒子碰撞不到電子答案C解析在α粒子散射實驗中，電子與α粒子存在相互作用，A錯;電子質(zhì)量只有α粒子的eq\f(1，7300），電子與α粒子碰撞后，電子對α粒子的影響就像灰塵對槍彈的影響，完全可忽略不計，C正確，B、D錯誤．6．（多選）α粒子散射實驗中，當(dāng)α粒子最接近金原子核時，α粒子符合下列哪種情況(）A．動能最小B．電勢能最小C．α粒子與金原子核組成的系統(tǒng)的能量最小D．所受金原子核的斥力最大答案AD解析α粒子在接近金原子核的過程中，要克服庫侖斥力做功，動能減少，電勢能增加,兩者相距最近時，動能最小，電勢能最大，總能量守恒．根據(jù)庫侖定律，距離最近時，斥力最大．7．盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔實驗，獲得了重要發(fā)現(xiàn),關(guān)于α粒子散射實驗的結(jié)果,下列說法正確的是（)A．說明了質(zhì)子的存在B．說明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C．說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．說明了正電荷均勻分布答案C解析α粒子的大角度散射，說明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在中間很小的核里，C正確．8．關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，下列說法正確的是（）A．原子中的原子核很小，核外很“空曠"B．原子核的半徑的數(shù)量級是10－10mC．原子的全部電荷都集中在原子核里D．原子的全部質(zhì)量都集中在原子核里答案A解析根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)容知