高中物理第2章2原子的核式结构模型学案教科版选修35

2.原子的核式结构模型学习目标1.了解粒子散射实验器材、实验原理和实验现象(重点)2.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容(重点、难点)3.了解卢瑟福的实验和科学方法，培养抽象思维能力(重点)4.知道经典理论无法解释原子的稳定性和电磁波频谱的分立特征一、粒子散射实验1汤姆孙原子模型1904年，J.J.汤姆孙提出了影响较大的“枣糕模型”，假想正电荷构成一个密度均匀的球体，电子“浸浮”其中，并分布在一些特定的同心圆环或球壳上2粒子散射实验(1)实验装置：粒子源、金箔、可移动探测器(2)实验现象绝大多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进少数粒子发生了大角度的偏转极少数粒子的偏转角大于90，甚至有极个别粒子被反弹回来(3)实验意义：卢瑟福通过粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型二、核式结构模型及与经典理论的矛盾1核式结构模型卢瑟福提出的新的原子结构模型，在原子中间有一个体积很小、带正电荷的核，而电子在核外绕核运动，这种结构称为原子的“核式结构模型”2原子核的电荷与尺度3原子的核式结构模型与经典理论的矛盾用经典电磁理论在解释原子结构的稳定性和电磁波谱的分立特征时遇到了困难1正误判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)卢瑟福为了证实汤姆孙原子模型的正确性进行了粒子散射实验()(2)粒子散射实验中大多数粒子发生了大角度偏转或反弹()(3)卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型()(4)原子的质量几乎全部集中在原子核上()(5)原子中所有正电荷都集中在原子核内()(6)核电荷数等于质子数，也等于中子数()2(多选)由粒子的散射实验可以得出的正确结论有()A原子中绝大部分是空的B原子中全部正电荷都集中在原子核上C原子内有中子D原子的质量几乎全部都集中在原子核上ABD卢瑟福由粒子散射实验得到的结论有：在原子中心有一个很小的核叫原子核，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的空间运动3(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1010 mAB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，A正确，C错误；电子绕原子核做圆周运动时，原子核与电子间的库仑引力提供向心力，B正确；原子核直径的数量级是1015 m，原子直径的数量级是1010 m，D错误对粒子散射实验现象的分析1实验背景 粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型2装置放射源、金箔、可移动探测器等，如图所示3大角度偏转的实验现象分析(1)由于电子质量远小于粒子质量，所以电子不可能使粒子发生大角度偏转(2)使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，粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分抵消，因而也不可能使粒子发生大角度偏转，更不能使粒子反向弹回，这与粒子散射实验相矛盾(3)实验现象表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心的一个很小的核上，否则，粒子大角度散射是不可能的4原子的核式结构模型对粒子散射实验结果的解释(1)当粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小因为原子核很小，所以绝大多数粒子不发生偏转(2)只有当粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，所以有少数粒子发生了大角度偏转(3)如果粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180，这种机会极少，如图所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于90. 【例1】(多选)如图所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是()A放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些C放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多D放在C、D位置时，屏上观察不到闪光AC在卢瑟福粒子散射实验中，粒子穿过金箔后，绝大多数粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数粒子发生较大偏转，极少数粒子偏转角度超过90，极个别粒子被反射回来，故B、D错误，C正确(1)分析粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为“大角度偏转”只是少数粒子的行为(2)粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键通过对粒子散射实验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景1卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是()AB CDD原子的中心是体积很小的原子核，原子的绝大部分质量和全部正电荷都集中在原子核上，当粒子接近原子核的时候，就会发生大角度散射，甚至被弹回所以D选项正确 原子的核式结构模型及与经典理论的矛盾1原子的核式结构与原子的枣糕模型的区别核式结构枣糕模型分布情况原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里，电子绕核高速旋转原子是充满了正电荷的球体，电子均匀嵌在原子球体内受力情况少数靠近原子核的粒子受到的库仑力大，而大多数离核较远的粒子受到的库仑力较小粒子在原子内部时，受到的库仑斥力相互抵消，几乎为零偏转情况绝大多数粒子运动方向不变，少数粒子发生大角度偏转，极少数粒子偏转角度超过90，有的甚至被弹回不会发生大角度偏转，更不会被弹回分析情况符合粒子散射现象不符合粒子散射现象特别提醒卢瑟福把原子的结构跟太阳系比较，他认为带正电的原子核像太阳，带负电的电子像绕着太阳运转的行星在这个“太阳系”中，支配它们之间的作用力是电磁相互作用力因而这个模型又被称为“行星模型”这是科学家利用类比方法的又一佐证2原子核的电荷与尺度 特别提醒原子很小，原子核更小，如果将原子比作足球场，那么原子核仅相当于一只蚂蚁大小【例2】在粒子散射实验中，根据粒子与原子核发生对心碰撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小现在一个粒子以2.0107 m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79.求粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Epk，r为距点电荷的距离粒子质量为6.641027 kg)思路点拨(1)粒子的运动方向沿粒子和金原子核的连线(2)当粒子的动能减为零时，电势能最大，离原子核最近(3)原子核的大小应比最近距离小一些解析当粒子靠近原子核运动时，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mv2k，则d m271014 m.答案2.71014 m分析粒子散射实验中的力电问题常用的规律(1)库仑定律：Fk，用来分析粒子和原子核间的相互作用力(2)牛顿第二定律：该实验中粒子只受库仑力，可根据库仑力的变化分析加速度的变化(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，注意应用其电场线和等势面的特点2如图所示，根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个粒子的运动轨迹在粒子从a运动到b，再运动到c的过程中，下列说法中正确的是()A动能先增大，后减小B电势能先减小，后增大 C电场力先做负功，后做正功，总功等于零D加速度先变小，后变大C根据卢瑟福提出的核式结构模型，原子核集中了原子的全部正电荷，即原子核外的电场分布与正点电荷电场类似粒子从a运动到b，电场力做负功，动能减小，电势能增大；从b运动到c，电场力做正功，动能增大，电势能减小；a、c在同一条等势线上，则电场力做的总功等于零，C正确，A、B错误；a、b、c三点的场强大小关系EaEcEb，故粒子的加速度先变大，后变小，D错误课 堂 小 结知 识 网 络1.汤姆孙原子结构模型.2.粒子散射实验及实验现象分析.3.原子核式结构模型及与经典电磁理论的矛盾.1(多选)关于原子核式结构理论说法正确的是()A是通过发现电子现象得出来的B是通过粒子散射现象得出来的C原子的中心有个核，叫作原子核D原子的正电荷均匀分布在整个原子中BC原子的核式结构模型是在粒子的散射实验结果的基础上提出的，A错误，B正确原子中绝大部分是空的，带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核，C正确，D错误2X表示金原子核，粒子射向金核被散射，若它们入射时的动能相同，其偏转轨道可能是下图中的()D粒子离金核越远其所受斥力越小，轨道弯曲程度就越小，故选项D正确3(多选)以下论断中正确的是()A按经典电磁理论，核外电子受原子核库仑引力，不能静止，只能绕核运转，电子绕核加速运转，不断地向外辐射电磁波B按经典理论，绕核运转的电子不断向外辐射能量，电子将逐渐接近原子核，最后落入原子核内C按照卢瑟福的核式结构理论，原子核外电子绕核旋转，原子是不稳定的，说明该理论不正确D经典电磁理论可以很好地应用于宏观物体，也能用于解释原子世界的现象AB卢瑟福的核式结构没有问题，主要问题出在经典电磁理论不能用来解释原子世界的现象，故A、B正确，C、D错误41911年卢瑟福依据粒子散射实验中粒子发生了_(填“大”或“小”)角度散射现象，提出了原子的核式结构模型若用动能为1 MeV的粒子轰击金箔，其速度约为_m/s.(质子和中子的质量均为1.671027 kg，1 MeV106 eV)解析设粒子的速度为v，Ekmv2，v m/s6.9106 m/s.答案大6.9106