2019-2020学年高中物理第18章原子结构第2节原子的核式结构模型课件 人教版选修3-5

2019-2020学年高中物理第18章原子结构第2节原子的核式结构模型课件 人教版选修3-5

第 2 节　原子的核式结构模型 [ 学习目标 ] 1. 了解汤姆孙的原子结构模型．　 2. 了解 α 粒子散射实验现象、方法和结果．　 3. 知道卢瑟福原子结构模型的内容和意义．　 4. 知道原子和原子核的大小数量级．　 5. 领会卢瑟福的实验和科学方法，培养抽象思维能力．　 汤姆孙于 1898 年提出一种模型．他认为，原子是一个 ______ 体， __________ 弥漫性地均匀分布在整个球体内， ________ 镶嵌其中， 要点一　汤姆孙的原子模型 球　 课前教材预案 正电荷　 电子　 如图所示，图中的小圆点代表 ________ ，大圆点代表 __________. 有人形象地把汤姆孙模型称为“ ________ 模型”或“ ________ 模型”．该模型能解释一些实验现象，后来，被 __ _ ______________ 否定了． 电子　 正电荷　 西瓜　 枣糕　 α 粒子散射实验　 1 ． α 粒子散射实验 (1) α 粒子：是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，带 ____________________ ，质量为氢原子质量的 _____ 倍． 两个单位的正电荷　 要点二　原子的核式结构模型 4 　 (2) 实验装置如图所示 ( 俯视 ) ，整个装置放在真空中，其中： R ：放射源 ―→ 释放 __ _ __ 粒子． F ：厚度极小的 ________ ． M ：带有荧光屏 S 的 __________ ，能够围绕金箔 F 在 __________ 内转动，观察不同方向上的 α 粒子的散射情况． α 　 金箔　 放大镜　 水平面　 (3) 实验结果： ____________ α 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有 ________ α 粒子 ( 约占八千分之一 ) 发生了大角度偏转，偏转的角度甚至 _______90° ，也就是说它们几乎被“ ___________” ． (4) 实验意义：卢瑟福通过 α 粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了原子的 ____________ 模型． 绝大多数　 少数　 大于　 撞了回来　 核式结构　 2 ． 原子核式结构模型 (1) 核式结构模型： 1911 年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫 __________ ，它集中了全部的 __________ 和几乎全部的 ________ ， ________ 在核外空间运动． 原子核　 正电荷　 质量　 电子　 (2) 原子核的电荷与尺度 ① 原子内的电荷关系：各种元素的原子核的电荷数与含有的 __________ 相等，非常接近于它们的 ____________ ． ② 原子核的组成：原子核是由 ________ 和 ________ 组成的，原子核的电荷数就等于原子核中的 ________ 数． 电子数　 原子序数　 质子　 中子　 质子　 ③ 原子核的大小：实验确定的原子核半径 R 的数量级为 _______m ，而原子的半径的数量级是 _______m ，原子内部是十分“空旷”的． 10 － 15 　 10 － 10 　 问题与思考 1 ．汤姆孙的原子结构模型能够解释哪些原子的问题？ 答案　 汤姆孙的原子结构模型认为原子内正、负电荷相等，可以解释原子的电中性问题，也可以粗略解释原子的发光问题． 2 ．在 α 粒子散射实验中，只有少数 α 粒子发生大角度偏转说明了什么问题？ 答案　 只有少数 α 粒子受到了库仑力的作用，说明原子内部带正电部分的体积很小． 课堂深度拓展 考点一　 α 粒子散射实验现象及意义 1 ．实验装置如图所示，由 α 粒子源、金箔、荧光屏等组成． 2 ． 实验现象及思考 (1) 现象：绝大多数 α 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数 α 粒子发生了较大角度的偏转．极少数 α 粒子偏转角度超过 90° ，有的几乎达到 180° ，沿原路返回． (2) α 粒子的散射实验对汤姆孙原子模型的否定 ① α 粒子在穿过原子之间时，所受周围的正、负电荷作用的库仑力是平衡的， α 粒子不会发生偏转． ② α 粒子正对着电子射来，质量远小于 α 粒子的电子不可能使 α 粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹． ③ α 粒子散射实验表明原子内绝大部分是空的，除非原子的几乎全部质量和所有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可能的． (3) 结果：卢瑟福通过分析，否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了核式结构模型． 【例题 1 】　 如图所示为 α 粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜分别放在图中的 A 、 B 、 C 、 D 四个位置时，关于观察到的现象，下列说法错误的是 ( 　　 ) A ．相同时间内放在 A 位置时观察到屏上的闪光次数最多 B ．相同时间内放在 B 位置时观察到屏上的闪光次数比放在 A 位置时少得多 C ．放在 C 、 D 位置时屏上观察不到闪光 D ．放在 D 位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少 答案　 C 　 解析　 根据 α 粒子散射实验的现象，绝大多数 α 粒子穿过金箔后，基本上沿原方向前进，因此在 A 位置观察到闪光次数最多，故选项 A 正确；少数 α 粒子发生大角度偏转，因此从 A 到 D 观察到的闪光会逐渐减少，故选项 B 、 D 正确， C 错误． 【变式 1 】　 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 ．证明了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里 D ．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动 答案　 C 　 解析　 该题考查的是 α 粒子散射实验对人类认识原子结构的贡献， α 粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核，它并不能证明原子核是由质子和中子组成的，故选项 C 正确． 1 ．原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的对比 考点二　原子的核式结构模型与原子核的组成 核式结构模型 枣糕模型 原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里 原子是充满了正电荷的球体 电子绕核高速旋转 电子均匀嵌在原子球体内 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，非常接近原子序数． 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 ．原子核的大小：原子的半径数量级为 10 － 10 m ，原子核半径的数量级为 10 － 15 m ，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的 10 － 15 ． 【例题 2 】 ( 多选 ) 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有 ( 　　 ) A ．原子的中心有个核，叫原子核 B ．原子的正电荷均匀分布在整个原子中 C ．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内 D ．带负电的电子在核外绕着核旋转 答案　 ACD 　 解析　 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外空间绕着核旋转，由此可见，选项 B 错误， A 、 C 、 D 正确． 【变式 2 】 ( 多选 ) α 粒子散射实验中，当 α 粒子最接近金原子核时， α 粒子符合下列哪种情况 ( 　　 ) A ．动能最小 B ．势能最小 C ． α 粒子与金原子核组成的系统的能量最小 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过程中，要克服库仑斥力做功，动能减少，电势能增加，两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒，根据库仑定律，距离最近时，斥力最大． 考点三　 α 粒子散射实验中的力电综合问题 (1) 式中 Q 为原子核的电荷量． q 为 α 粒子所带电量， r 为 α 粒子与原子核间的距离． (2)α 粒子离原子核越近，库仑力越大；运动加速度越大，反之，则越小． 方向： α 粒子的受力沿原子核与 α 粒子的连线，由原子核指向 α 粒子． 2 ． 库仑力对 α 粒子的做功情况 (1) 当 α 粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加． (2) 当 α 粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减少． 3 ． α 粒子的能量转化 仅有库仑斥力做功，只是电势能和动能之间相互转化，而总能量保持不变． (1)α 粒子与原子核之间的万有引力远小于两者之间的库仑斥力，因而可以忽略不计． (2) 在处理 α 粒子等微观粒子时一般不计重力． (3) 功能关系：根据库仑力做功，可分析动能的变化，也能分析电势能的变化． (4) 原子核带正电，其周围的电场相当于正点电荷的电场，注意应用其电场和等势面的特点． 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 答案　 2.7×10 － 14 m 【变式 3 】　 试分析例题 3 中 α 粒子与原子核发生对心碰撞达到最小距离前的动能、电势能及加速度的变化情况． 解析　 α 粒子沿着粒子与原子核连线向原子核靠近时，库仑斥力做负功， α 粒子的动能不断减少，电势能不断增大，当达到最近时，动能减小为零，而电势能最大；在靠近过程中，库仑斥力越来越大，加速度越来越大， α 粒子做加速度逐渐增大的减速运动． 答案　 见解析 1 ． ( 多选 ) 关于原子的核式结构模型，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．原子中绝大部分是“空”的，原子核很小 B ．电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力 C ．原子的全部电荷和质量都集中在原子核里 D ．原子核的直径的数量级是 10 － 10 m 课末随堂演练 答案　 AB 　 解析　 因为原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，而原子核又很小，所以原子内绝大部分区域是 “ 空 ” 的，选项 A 正确， C 错误；电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑力提供向心力，选项 B 正确；原子核直径的数量级是 10 － 15 m, 原子直径的数量级是 10 － 10 m ，选项 D 错误． 2 ．在卢瑟福 α 粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个 α 粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是 ( 　　 ) 答案　 C 　 解析　 α 粒子受原子核斥力作用而做远离原子核的曲线运动，且离核越近，曲线弯曲程度越大，选项 C 正确． 3 ． ( 多选 ) 卢瑟福对 α 粒子散射实验的解释是 ( 　　 ) A ．使 α 粒子产生偏转的力是原子中电子对 α 粒子的作用力 B ．使 α 粒子产生偏转的力主要是库仑斥力 C ．原子核很小， α 粒子接近它的机会很少，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 答案　 BCD 　 解析　 使 α 粒子产生偏转的主要作用力是原子核对 α 粒子的库仑斥力，选项 A 错误， B 正确． α 粒子穿过原子时离原子核越近，库仑斥力越强，偏转的角度就越大，选项 D 正确．原子核很小， α 粒子接近它的机会很少，所以绝大多数的 α 粒子仍沿原来的方向前进，选项 C 正确． 4 ．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，关于这两种模型，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ． α 粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关 B ．科学家通过 α 粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型 C ．科学家通过 α 粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型 D ．科学家通过 α 粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型 答案　 B 　 解析　 α 粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣核模型，建立了核式结构模型． 5 ．已知电子质量为 9.1×10 － 31 kg ，带电荷量为－ 1.6×10 － 19 C ，氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为 0.53×10 － 10 m ，求电子绕核运动的线速度、动能、周期和形成的等效电流． 答案　 2.19×10 6 m/s 　 2.18×10 － 18 J 　 1.52×10 － 16 s 　 1.05×10 － 3 A