高二物理2.2 原子的核式结构模型 （鲁科版选修3-5）

欢迎进入物理课堂 第2节原子的核式结构模型 1 了解 粒子散射实验的实验器材 实验原理和实验现象 2 知道卢瑟福的原子核式结构的主要内容 3 知道原子和原子核大小的数量级 原子和原子核的组成及带电情况 1 放射源 钋放在带小孔的铅盒中 能放射 粒子 带正电 q 质量约为氢原子的4倍 射出速度可达107m s 2 金箔 厚度极小 可至 虽然很薄但仍有几千层原子 3 显微镜 能够在围绕金箔的 内转动观察 4 荧光屏 玻璃片上涂有 物质硫化锌 装在显微镜上 一 粒子散射实验 实验装置 粒子 2e 1微米 水平面 荧光 1 绝大多数的 粒子穿过金箔后 的方向前进 2 少数 粒子发生了 的偏转 3 极少数 粒子的偏转角 超过 甚至有极个别 粒子被反弹回来 1 否定了 的原子结构模型 2 提出了 模型 明确了 的数量级 实验结论 实验意义 仍沿原来 较大 90 汤姆孙 原子核式结构 原子核大小 1911年卢瑟福提出 在原子的中心有一个 叫做 原子的全部 和几乎全部质量都集中在 带 荷的 在核外空间绕核旋转 特别提醒1 原子核所带单位正电荷数等于核外电子数 所以整个原子呈电中性 2 电子绕核旋转所需向心力是核对它的库仑引力 二 卢瑟福原子模型 卢瑟福的核式结构模型 原子核的大小 实验确定的原子核半径R的数量级为 而整个原子的半径数量级是 两者相差十万倍之多 可见原子内部是十分 空旷 的 特别提醒依据 粒子散射是估计核半径最简单的方法 很小的核 原子核 正电荷 原子核里 10 15m 10 10m 负电 电子 分析否定的原因 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 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 更不可能使 粒子反向弹回 这与 粒子的散射实验相矛盾 一 粒子散射实验与核式结构模型 粒子散射实验与汤姆孙的原子模型的冲突分析 实验现象表明原子绝大部分是空的 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 粒子大角度散射是不可能的 1 发现原子核式结构的过程 原子结构的探索历史 2 原子的核式结构与原子的枣糕式结构的根本区别 二 原子的核式结构模型对 粒子散射实验结果的解释 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 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 偏转角才很大 而这种机会很少 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2 2 1所示 图2 2 1 如图2 2 2所示为卢瑟福 粒子散射实验装置的示意图 图中的显微镜可在圆周轨道上转动 通过显微镜前相连的荧光屏可观察 粒子在各个角度的散射情况 下列说法中正确的是 典例1 粒子散射实验的理解 图2 2 2 A 在图中的A B两位置分别进行观察 相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B 在图中的B位置进行观察 屏上观察不到任何闪光C 卢瑟福选用不同金属箔片作为 粒子散射的靶 观察到的实验结果基本相似D 粒子发生散射的主要原因是 粒子撞击到金箔原子后产生的反弹解析 粒子散射实验现象 绝大多数 粒子沿原方向前进 少数 粒子有大角度散射 所以A处观察到的粒子多 B处观察到的粒子少 所以选项A B错误 粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用 所以选项D错误 C正确 答案C 借题发挥对 粒子散射实验的题的解法 1 熟记装置及原理 粒子散射实验是一个非常重要的实验 因此对实验器材 现象 现象分析 结论都必须弄明白 才能顺利解答有关问题 2 理解建立核式结构模型的要点 核外电子不会使 粒子的速度发生明显改变 汤姆孙模型不能解释 粒子的大角度散射 少数 粒子发生了大角度偏转 甚至反弹回来 表明这些 粒子在原子中的某个地方受到了质量 电量均比它本身大得多的物体的作用 绝大多数 粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化 说明原子中绝大部分是空的 原子的质量 电量都集中在体积很小的核上 对 粒子散射实验装置的描述 你认为正确的有 A 实验器材有放射源 金箔 带有荧光屏的放大镜B 金箔的厚度对实验无影响C 如果不用金箔改用铝箔 就不会发生散射现象D 实验装置放在空气中和真空中都可以解析实验所用的金箔的厚度极小 如果金箔的厚度过大 粒子穿过金箔时必然受到较大的阻碍作用而影响实验效果 B项错 如果改用铝箔 由于铝核的质量仍远大于 粒子的质量 散射现象仍然发生 C项错 空气的流动及空气中有许多漂浮的分子 会对 粒子的运动产生影响 实验装置是放在真空中进行的 D项错 正确选项为A 答案A 变式1 下列对原子结构的认识中 正确的是 A 原子中绝大部分是空的 原子核很小B 电子在核外旋转 库仑力提供向心力C 原子的全部正电荷都集中在原子核里D 原子核的直径大约是10 10m解析原子由位于原子中的带正电的原子核和核外带负电的电子构成 电子在核外绕核高速旋转 库仑力提供向心力 由此可判定B C正确 根据 粒子散射实验知原子核半径数量级为10 15m 而原子半径的数量级为10 10m 故A正确 D错误 答案ABC 典例2 原子的核式结构模型 卢瑟福通过对 粒子散射实验结果的分析 提出 A 原子的核式结构模型B 原子核内有中子存在C 电子是原子的组成部分D 原子核是由质子和中子组成的解析 粒子散射实验的结果是大部分 粒子沿原来方向传播 少部分发生大角度偏转 极少数偏转角超过90度甚至达到180度 说明原子的几乎全部质量与全部正电荷都集中在一个很小的核上 据此卢瑟福提出了原子的核式结构模型 答案A 变式2 英国物理学家卢瑟福用 粒子轰击金箔 为了解释实验结果 提出了原子的核式结构学说 如图所示 O表示金原子核的位置 曲线ab和cd表示经过金原子核附近的 粒子的运动轨迹 能正确反映实验结果的图是 粒子散射实验的理解 1 解析 粒子散射实验的原因是 粒子与金原子核间存在库仑斥力 因此仅有D图正确 答案D 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里D 带负电的电子在核外绕核旋转解析根据卢瑟福的原子核式结构模型的内容可知选项A C D正确 答案ACD 原子的核式结构模型 2 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全