高中物理 第3章 原子世界探秘 3_2 原子模型的提出教师用书 沪科版选修3-5

3.2原子模型的提出学 习 目 标知 识 脉 络1.了解汤姆生的原子枣糕模型的建立依据以及具体内容.2.知道粒子散射实验方法以及实验结果.(重点)3.知道原子的核式结构模型以及对散射实验现象的解释.(重点、难点)汤姆生模型和粒子散射 实验先填空1.汤姆生的原子模型汤姆生于1904年提出原子的枣糕模型：原子是一个球体，正电荷均匀地分布在整个球内，电子像枣糕上的枣子一样嵌在球中，被正电荷吸引着.原子内正、负电荷相等，原子整体呈中性.2.粒子散射实验(1)实验装置：粒子源、金箔、放大镜和荧光屏.(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，否定了汤姆生的原子模型，建立了核式结构模型.再判断1.卢瑟福为了证实汤姆生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.卢瑟福否定了汤姆生模型，建立了原子核式结构模型.()后思考1.粒子发生大角度散射的原因是什么？【提示】粒子带正电，粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射.2.汤姆生的原子结构模型为什么被卢瑟福否定掉？【提示】按照汤姆生的“枣糕”原子模型，粒子如果从原子之间或原子的中心轴线穿过时，它受到周围的正负电荷作用的库仑力是平衡的，粒子不产生偏转；如果粒子偏离原子的中心轴线穿过，两侧电荷作用的库仑力相当于一部分被抵消，粒子偏转很小；如果粒子正对着电子射来，质量远小于粒子的电子不可能使粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹.所以粒子的散射实验结果否定了汤姆生的原子模型.核心点击1.装置放射源、金箔、荧光屏等，如图321所示.图3212.现象及解释(1)绝大多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进.大多数粒子离金原子核较远.(2)少数粒子发生较大的偏转.发生较大偏转的粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大.(3)极少数粒子偏转角度超过90，有的几乎达到180.正对或基本正对着金原子核入射的粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后加速远离金原子核.3.实验的注意事项(1)整个实验过程在真空中进行.(2)金箔需要做得很薄，粒子才能穿过.(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄.并且金的原子序数大，粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显.1.关于粒子散射实验，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粒子打在荧光屏上形成的D.荧光屏只有正对粒子源发出的射线方向上才有闪光E.不用荧光屏也可用显微镜直接观察粒子散射情况【解析】本题考查粒子散射实验装置及其作用，只有在正确理解粒子散射实验的基础上，才能选出正确选项.对于D项，考虑到有少数的粒子因为靠近金原子核，受到斥力而改变了运动方向，D错误，A、B、C正确；粒子必须借助于荧光屏观察，E错误.【答案】ABC2.如图323为卢瑟福所做的粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下列说法中正确的是()图323A.相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多B.相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些C.放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光D.放在C、D位置时屏上观察不到闪光E.放在C、D位置时屏上仍能观察到一些闪光，只是在D处观察到的闪光次数比在C处还要少【解析】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.少数粒子发生大角度偏转，极少数粒子偏转角度大于90，极个别粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、D错误，C、E正确.【答案】ACE解决粒子散射实验问题的技巧(1)熟记实验装置及原理.(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.汤姆生的原子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、电荷量均比它本身大得多的物体的作用.绝大多数粒子在穿过金箔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、电荷量都集中在体积很小的核内.卢 瑟 福 的 原 子 核 式 结 构 模 型先填空1.核式结构模型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上，带负电的电子在核外空间绕着核旋转.2.原子核的电荷和尺度(1)根据核式结构模型推导出粒子的散射公式可计算各种元素原子核的电荷量，其值非常接近于原子序数.(2)由粒子散射实验的数据还可估计原子核的尺度.原子核半径的数量级为1015_m而原子半径的数量级为1010 m，原子内部非常“空旷”.再判断1.原子的质量几乎全部集中在原子核上.()2.原子中所有正电荷都集中在原子核内.()3.核电荷数等于质子数，也等于中子数.()后思考1.原子中的原子核所带的电荷量有何特点？【提示】原子核带正电，所带电荷量与核外电子所带的电荷量绝对值相等.2.卢瑟福的原子模型是如何解释粒子散射实验结果的？【提示】粒子穿过原子时，如果离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向也改变很小.只有当粒子十分接近核时，才受到很大的库仑斥力，发生大角度的偏转.由于核很小，粒子十分接近的机会很小，所以绝大多数粒子基本上仍沿原方向前进，只有极少数发生大角度偏转.核心点击1.原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别.核式结构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，非常接近它们的原子序数.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.原子半径的数量级是1010m，原子核半径的数量级是1015m，两者相差10万倍之多.3.卢瑟福对粒子散射实验的解释是()A.使粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对粒子的作用力B.使粒子产生偏转的力是库仑力C.原子核很小，粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的粒子仍沿原来的方向前进D.能产生大角度偏转的粒子是穿过原子时离原子核近的粒子E.因正、负电荷在原子中是均匀分布的，所以绝大多数的粒子仍沿原来的方向前进【解析】原子核带正电，与粒子之间存在库仑力，当粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错，B对；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远因而运动方向几乎不变，只有离核很近的粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D对.【答案】BCD4.在粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的粒子，从不同大小的角度散射出来，则散射角度大的粒子()A.更接近原子核B.更远离原子核C.受到一个以上的原子核作用D.受到原子核较大的冲量作用E.动量的变化量较大【解析】由于原子的体积远远大于原子核的体积，当粒子穿越某一个原子的空间时，其他原子核距粒子相对较远，而且其他原子核对粒子的作用力也可以近似相互抵消，所以散射角度大的这个粒子并非由于受到多个原子核作用，C错；由库仑定律可知，粒子受到的斥力与距离的平方成反比，粒子距原子核越近，斥力越大，运动状态改变越大，即散射角度越大，A对，B错；当粒子受到原子核较大的冲量作用时，动量的变化量就大，即速度的变化量就大，则散射角度就大，D、E对.【答案】ADE5.在粒子散射实验中，当在粒子最接近原子核时，关于描述粒子的有关物理量情况正确的是()A.动能最小B.势能最小C.势能最大D.粒子与金原子核组成的系统能量最小E.粒子所受金原子核的斥力最大【解析】粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小时，库仑力做负功，故粒子动能减小，电势能增加；系统的能量守恒，由库仑定律可知随着距离的减小，库仑斥力逐渐增大.【答案】ACE粒子散射实验中的力电问题分析(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.