第2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型

第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)了解α粒子散射實驗原理和實驗現(xiàn)象。(2)了解湯姆孫原子模型與盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型。(3)知道原子和原子核大小的數(shù)量級。科學(xué)思維認(rèn)識原子核式結(jié)構(gòu)模型建立的科學(xué)推理與論證過程?？茖W(xué)探究對α粒子散射實驗，能根據(jù)實驗現(xiàn)象，提出有針對性的物理問題。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任體會α粒子散射實驗中所蘊含的科學(xué)方法。一、湯姆孫原子模型湯姆孫原子模型：湯姆孫提出了一種模型，他認(rèn)為，原子是一個_____體，_________彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，______鑲嵌其中，有人形象地把湯姆孫的原子模型稱為“_____模型”。

球正電荷電子棗糕二、α粒子散射實驗1．實驗裝置示意圖2．現(xiàn)象(1)__________

α粒子不改變方向或只發(fā)生很小的偏轉(zhuǎn)。(2)______

α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)。(3)極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過_____，有的甚至被原路彈回。3．原因：靠近原子核的α粒子受________作用使其發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)。4．結(jié)論：原子中存在體積______的帶正電的部分。絕大多數(shù)少數(shù)90°庫侖力很小三、原子核式結(jié)構(gòu)模型1．原子核式結(jié)構(gòu)模型：盧瑟福提出，原子中帶正電的部分體積很小，但幾乎占有原子的全部_______，電子在核外繞核______。2．原子核的電荷與尺度質(zhì)量運動四、原子核式結(jié)構(gòu)模型的局限性1．否定了湯姆孫的“棗糕模型”，提出了比較科學(xué)的“_________________”。2．原子核式結(jié)構(gòu)模型同樣存在局限性，例如不能解釋經(jīng)典_______理論存在的物理現(xiàn)象。核式結(jié)構(gòu)模型電磁1.如圖所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景。判斷下列說法的正誤：(1)α粒子散射實驗中絕大多數(shù)α粒子都發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)。

()(2)原子核的直徑數(shù)量級為10－10m。

()(3)α粒子散射實驗表明了原子的質(zhì)量幾乎全部都集中在原子核上。

()××√2．在探究原子結(jié)構(gòu)的散射實驗中，入射粒子用的是α粒子，試說明其中的原因。提示：原子的結(jié)構(gòu)非常緊密，用一般的方法無法探測它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。要認(rèn)識原子的結(jié)構(gòu)，需要用高速粒子對它進(jìn)行轟擊。由于α粒子具有足夠的能量，可以接近原子的中心，它還可以使熒光物質(zhì)發(fā)光，如果α粒子與其他粒子發(fā)生相互作用，改變了運動方向，熒光屏便能夠顯示出它的方向變化。3．由α粒子散射實驗的結(jié)果為何可以說明原子核尺度很小，但幾乎占有全部質(zhì)量？提示：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)，說明帶正電荷部分很小，少數(shù)α粒子被“撞了回來”說明遇到了質(zhì)量很大的部分。新知學(xué)習(xí)(一)|α粒子散射實驗及現(xiàn)象分析[任務(wù)驅(qū)動]如圖是α粒子散射實驗裝置，各部分的作用是什么？提示：放射源放出快速運動的α粒子，α粒子通過金箔時被散射，打在熒光屏上發(fā)出熒光，可通過帶有熒光屏的放大鏡進(jìn)行觀察，并可以在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，觀察不同方向和不同位置通過金箔的散射α粒子數(shù)量，整個裝置封閉在真空內(nèi)。

[重點釋解]1．實驗背景：α粒子散射實驗是盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生做的一個著名的物理實驗，實驗的目的是想驗證湯姆孫原子模型的正確性，實驗結(jié)果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據(jù)。在此基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。2．否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型(1)質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子的電子，對α粒子的運動影響完全可以忽略，不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。(2)α粒子在穿過原子時，受到各方向正電荷的斥力基本上會相互平衡，對α粒子運動方向的影響不會很大，也不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。(3)α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)，否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型。3．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型對α粒子散射分析(1)分布情況：原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核內(nèi)，原子中絕大部分是空的。(2)受力情況①少數(shù)α粒子靠近原子核時，受到的庫侖斥力大；②大多數(shù)α粒子離原子核較遠(yuǎn)，受到的庫侖斥力較小。(3)偏轉(zhuǎn)情況①絕大多數(shù)α粒子運動方向不會明顯變化(因為電子的質(zhì)量相對于α粒子很小)；②少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90°；③如果α粒子幾乎正對著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角就幾乎達(dá)到180°，這種機(jī)會極少。[典例體驗][典例]如圖所示，根據(jù)α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線，實線表示一個α粒子的運動軌跡。在α粒子從a運動到b再運動到c的過程中，下列說法中正確的是(

)A．動能先增大后減小B．電勢能先減小后增大C．電場力先做負(fù)功后做正功，總功等于零D．加速度先減小后增大[答案]

C2．庫侖力對α粒子的做功情況(1)當(dāng)α粒子靠近原子核時，庫侖斥力做負(fù)功，電勢能增加。(2)當(dāng)α粒子遠(yuǎn)離原子核時，庫侖斥力做正功，電勢能減小。3．α粒子的能量轉(zhuǎn)化僅有庫侖力做功時，能量只在電勢能和動能之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，且總能量保持不變。

[針對訓(xùn)練]1．通過如圖所示的實驗，盧瑟福建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型。實驗時，若將熒光屏和顯微鏡分別放在位置1、2、3，則相同時間內(nèi)能觀察到粒子數(shù)量最多的是位置

(

)A．1

B．2C．3 D．一樣多解析：在α粒子散射實驗中，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(jìn)，少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度大于90°，故C正確。答案：C

2．在用α粒子轟擊金箔的實驗中，盧瑟福觀察到的α粒子的運動情況是(

)A．全部α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)B．絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回C．少數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回D．全部α粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)解析：α粒子穿過金原子時，電子對α粒子速度的影響很小，影響α粒子運動的主要是原子核，離核遠(yuǎn)則α粒子受到的庫侖斥力很小，運動方向改變小。只有當(dāng)α粒子與原子核十分接近時，才會受到很大的庫侖斥力，而原子核很小，α粒子接近它的機(jī)會就很少，所以絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回，故B正確，A、C、D錯誤。答案：B

新知學(xué)習(xí)(二)|原子的核式結(jié)構(gòu)與原子核的大小[任務(wù)驅(qū)動]盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗結(jié)果分析得出，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核內(nèi)。(1)原子核外的部分帶什么電？其質(zhì)量特點如何？提示：帶負(fù)電，其質(zhì)量很小。(2)原子核半徑的數(shù)量級是多少？原子半徑的數(shù)量級呢？提示：10－15m,10－10m。

[重點釋解]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影霃降臄?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。[針對訓(xùn)練]1．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所示。下列說法中正確的是

(

)A．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，故B正確。答案：B

2．盧瑟福的α粒子散射實驗結(jié)果表明了

(

)A．原子核是可分的B．原子核是由質(zhì)子、中子組成的C．原子是由均勻帶正電的物質(zhì)和帶負(fù)電的電子構(gòu)成的D．原子內(nèi)部有一個很小的區(qū)域，集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量解析：盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗結(jié)果提出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論，表明原子內(nèi)部有一個很小的區(qū)域叫原子核，它集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，D正確。答案：D

3．(多選)關(guān)于盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的內(nèi)容，下列敘述正確的是

(

)A．原子是一個質(zhì)量分布均勻的球體B．原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)C．原子的正電荷和負(fù)電荷全部集中在一個很小的核內(nèi)D．原子核半徑的數(shù)量級是10－15m解析：原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)，所以A錯誤，B正確；原子的正電荷全部集中在一個很小的核內(nèi)，負(fù)電荷繞原子核做圓周運動，所以C錯誤；原子核半徑的數(shù)量級是10－15m，所以D正確。答案：BD

一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

物理觀念——α粒子散射實驗1．(選自人教版新教材課后練習(xí))α粒子散射實驗用的是金箔等重金屬箔，而沒有用輕金屬箔，例如鋁箔。除了金的延展性好，可以把金箔做得非常薄這個原因以外，你認(rèn)為還有什么原因？提示：除題目中提到的原因以外，重金屬的原子核帶電荷量較大，質(zhì)量和體積也相對較大，所以用重金屬箔實驗現(xiàn)象更明顯。

科學(xué)思維——從能量角度估計原子核大小2．(選自魯科版新教材“拓展一步”)由α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)可估計出原子核的大小。當(dāng)α粒子與原子核發(fā)生彈性正碰時，α粒子以接近180°的角度返回。假定原子核靜止不動，α粒子以一定的初動能接近原子核，達(dá)到離原子核的最小距離時，初動能完全轉(zhuǎn)變?yōu)樵谠雍穗妶鲋械碾妱菽?，然后在原子核的排斥作用下以接?80°的角度返回。二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1．(多選)在α粒子散射實驗中，如果兩個具有相同能量的α粒子，從不同大小的角度散射出來，則散射角度大的α粒子

(

)A．更接近原子核B．更遠(yuǎn)離原子核C．受到一個以上的原子核作用D．受到原子核較大的沖量作用解析：由于原子的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子核的體積，當(dāng)α粒子穿越某一個原子的空間時，其他原子核距α粒子相對較遠(yuǎn)，而且其他原子核對α粒子的作用力也可以近似相互