高中物理 第十八章 原子结构 2 原子的核式结构模型课堂导引素材 新人教版选修3-5（通用）

高中物理 第十八章 原子结构 2 原子的核式结构模型课堂导引素材 新人教版选修3-5（通用）

2 原子的核式结构模型 互动课堂 疏导引导 1.α粒子散射实验（1909~1911 年，英国，卢瑟福） （1）装置：放射源、金箔、显微镜、荧光屏，如图 18-2-1. 图 18-2-1 （2）实验过程：α粒子从铅盒射出，形成细射线打在金箔上，被散射的α粒子 打在荧光屏上产生闪光，用可转动的显微镜从不同角度进行观察. （3）现象：①绝大多数的α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进. ②少数α粒子发生较大的偏转. ③极少数α粒子偏转角度超过 90°,有的几乎被“撞了回来”.如图 18-2-2. 图 18-2-2 （4）说明：①整个实验过程在真空中进行. ②使用金箔的原因是由于金的延伸性好，可以做得很薄，可认为只有一层金原 子；同时金的原子核的质量、电荷量也比较大. （5）实验分析：①由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使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.按照汤姆孙原子模 型，正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分 抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不能使α粒子反向弹回，这与α 粒子的散射实验矛盾. ③实验现象说明原子绝大部分是空的，原子的几乎全部质量和所有正电荷都集 中在原子中的一个很小的核上. （6）实验意义：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. 2.原子核式结构模型 （1）内容：原子的中心有一个很小的核，称为原子核，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绕核旋转. （2）原子核的大小数量级为 10-15m，只相当于原子半径的十万分之一，体积只 是原子体积的万亿分之一. 说明：（1）在α粒子的散射实验中，为什么用金箔而不用铝箔. ①金箔与铝箔相比，金的原子序数大，α粒子与金原子核间库仑力大，发生偏 转时明显. ②金的延展性比铝好，容易做成极薄的金箔，几乎可以做成单个原子排成的箔. （2）原子的核式结构描述中说全部正电荷和几乎全部质量都位于原子核内.这 是因为原子是由原子核和核外电子构成的，原子核又由质子和中子构成，质子带正 电，中子不带电，而核外电子带负电；同时中性原子核外电子数和核内质子数相同， 而 1 个质子的质量约为 1 个电子质量的 1 840 倍，原子核内部是质子质量加上中子 质量，故正确描述为几乎全部质量而不是全部质量. （3）核外电子数等于核内质子数，仅限于中性原子，对于带电离子，核外电子 数和核内质子数不相等. 活学巧用 【例 1】关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（ ） A.该实验在真空环境中进行 B.带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动 C.荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的 D.荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光 思路解析：该实验在真空中进行，带有荧光屏的显微镜可在水平面内移动，正对α 粒子源发出的射线方向上的荧光屏上闪光多，其他方向上闪光少. 答案：ABC 【例 2】关于卢瑟福的α粒子散射实验，下列说法正确的是…（ ） A.大部分α粒子穿过金属箔没有显著偏转 B.所有α粒子穿过金属箔没有显著偏转 C.只有少数α粒子穿过金属箔时发生偏转，最大偏转角可达 180° D.大部分α粒子穿过金属箔时，发生折射偏向一边 思路解析：本题考查α粒子散射实验的规律，只有在正确理解α粒子散射实验的基 础上，才能选出正确选项 A、C.考虑到有少数的α粒子因为靠近金原子核，受到斥 力而改变了运动方向，故 D 错. 答案：AC 【例 3】卢瑟福α粒子散射实验的结果（ ） A.证明了质子的存在 B.证明了原子核是由质子和中子组成的 C.说明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上 D.说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动 思路解析：原子的有核模型即原子的核式结构，是卢瑟福在α粒子散射实验的基础 上提出的.它肯定了原子核的存在,描述了原子的基本组成及电荷、质量的分布规律 等.但它没有说明原子核外电子如何分布，也没有说明原子核内部的结构和运动. 答案：C 【例 4】关于α粒子散射实验（ ） A.绝大多数α粒子经过重金属箔后，发生了角度不太大的偏转 B.α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少 C.α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能也增大 D.对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小 思路解析：由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子 基本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转.从α粒子的散射实验的数 据可以估计出原子核的大小约为 10-15~10-14m.由此可知 A 错，D 正确. 当α粒子接近原子核时，克服电场力做功，所以其动能减少，势能增加；当α粒子 远离原子核时，电场力做功，其动能增加，电势能减少.所以选项 B、C 都错. 答案：D 【例 5】如图 18-2-3 所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近时的示 意图，A、B、C 三点分别位于两个等势面上.则以下说法正确的是（ ） 图 18-2-3 A.α粒子在 A 处的速度比在 B 处的速度小 B.α粒子在 B 处的速度最大 C.α粒子在 A、C 处的速度大小相等 D.α粒子在 B 处速度比在 C 处速度小 思路解析：由能量守恒定律可知，在 A、B、C 三点上，A、C 位于原子核形成的同一 等势面上，电势能和动能均相同，则 A、C 两点速率相同；由 A 到 B，α粒子克服库 仑力做功，动能减小，电势能增大，故 B 点速度最小，D 正确. 答案：CD