2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 原子結(jié)構(gòu) 2.2 原子的核式結(jié)構(gòu)模型課件 教科版選修3-5.ppt

2原子的核式結(jié)構(gòu)模型,一、湯姆孫的原子模型湯姆孫于1904年提出了原子模型,他認(rèn)為正電荷構(gòu)成一個密度均勻的_,_“浸浮”其中,并分布在一些特定的同心圓環(huán)或球殼上。,球體,電子,湯姆孫的原子模型,小圓點(diǎn)代表_,大圓點(diǎn)代表_。湯姆孫的原子模型被稱為“棗糕模型”。該模型能解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,但后來被_實(shí)驗(yàn)否定了。,正電荷,電子,粒子散射,【想一想】甲乙兩圖,哪個圖是湯姆孫提出的原子模型?,提示:在湯姆孫的原子模型中,原子是一個球體;正電荷均勻分布在整個球內(nèi),而電子都像棗糕中的棗那樣鑲嵌在內(nèi)。故應(yīng)是甲。,二、粒子散射實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)裝置:(1)放射源釙放在帶小孔的鉛盒中,能放射_。粒子:帶正電,q=_,質(zhì)量約為氫原子的4倍,射出速度可達(dá)107m/s。,粒子,+2e,(2)探測器:能夠圍繞金箔在_內(nèi)轉(zhuǎn)動,粒子打在探測器上會發(fā)出_。2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:(1)絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后_的方向前進(jìn)。(2)少數(shù)粒子發(fā)生了_的偏轉(zhuǎn)。(3)極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角度超過_,個別甚至接近180。,水平面,熒光,仍沿原來,較大,90,3.實(shí)驗(yàn)意義:盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗(yàn),否定了湯姆孫的原子模型,建立了_模型。,核式結(jié)構(gòu),【想一想】盧瑟福為什么選用粒子和金箔作為散射實(shí)驗(yàn)的“炮彈”和“靶子”?提示:(1)某些放射性物質(zhì)釋放的粒子具有很大的動能。(2)金箔和鋁箔相比,金的原子序數(shù)大,粒子與金原子核間的庫侖力大,發(fā)生偏轉(zhuǎn)明顯。(3)金的延展性比鋁好,容易做成極薄的金箔。,三、盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型1.核式結(jié)構(gòu)模型:1911年由盧瑟福提出,在原子中間有一個體積很小帶正電的核,而_在核外繞核運(yùn)動。2.原子核的電荷與尺度:(1)原子內(nèi)的電荷關(guān)系:各種元素的原子核的電荷數(shù)與含有的電子數(shù)_,非常接近于它們的原子序數(shù)。,電子,相等,(2)原子核的大小:實(shí)驗(yàn)確定的原子核半徑R的數(shù)量級為_,而原子半徑的數(shù)量級是_。因而原子內(nèi)部十分“空曠”。,10-15m,10-10m,【判一判】(1)原子的全部正電荷和質(zhì)量都集中在原子核里。()(2)原子核半徑的數(shù)量級是10-10m。()(3)電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)的向心力是原子核對它的庫侖力。(),提示:(1)原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi),而電子也是有質(zhì)量的,故(1)錯誤。(2)原子核的直徑約是10-15m,原子的直徑約是10-10m,故(2)錯誤。(3)電子繞原子核的圓周運(yùn)動需要向心力,向心力是由原子核與電子間的庫侖力提供的,故(3)正確。,四、原子核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論相矛盾盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能很好地解釋_,但不能解釋原子光譜是_和_。,粒子散,射實(shí)驗(yàn),線狀的,原子的穩(wěn),定性,【想一想】盧瑟福的原子模型是如何解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的?提示:粒子穿過原子時,如果離核較遠(yuǎn),受到的庫侖斥力就很小,運(yùn)動方向也改變很小,只有當(dāng)粒子十分接近核時,才受到很大的庫侖斥力,發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn),由于核很小,粒子十分接近的機(jī)會很小,所以絕大多數(shù)粒子基本上仍沿原方向前進(jìn),只有極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。,知識點(diǎn)一、粒子散射實(shí)驗(yàn)與核式結(jié)構(gòu)模型思考探究:粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象如圖所示:,仔細(xì)觀察圖片,請思考以下問題:(1)電子與粒子之間有什么力?表現(xiàn)為引力還是斥力?原子核與粒子之間呢?(2)為什么越靠近原子核的粒子偏折角度越大?,【歸納總結(jié)】1.粒子散射實(shí)驗(yàn)與湯姆孫的原子模型的沖突分析:(1)分析否定的原因由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于粒子質(zhì)量,所以電子不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。,使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的只能是原子中帶正電的部分,按照湯姆孫原子模型,正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的,粒子穿過原子時,它受到的兩側(cè)斥力大部分抵消,因而也不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),更不可能使粒子反向彈回,這與粒子的散射實(shí)驗(yàn)相矛盾。,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明原子絕大部分是空的,除非原子的幾乎全部質(zhì)量和所有正電荷都集中在原子中心的一個很小的核上,否則,粒子大角度散射是不可能的。,(2)原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕模型的根本區(qū)別,2.原子的核式結(jié)構(gòu)模型對粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋:(1)當(dāng)粒子穿過原子時,如果離核較遠(yuǎn),受到原子核的斥力很小,粒子就像穿過“一片空地”一樣,無遮無擋,運(yùn)動方向改變很小,因?yàn)樵雍撕苄?所以絕大多數(shù)粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,(2)只有當(dāng)粒子十分接近原子核穿過時,才受到很大的庫侖力作用,偏轉(zhuǎn)角才很大,而這種機(jī)會很少。(3)如果粒子正對著原子核射來,偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180,這種機(jī)會極少,如圖所示。,【特別提醒】(1)湯姆孫的原子模型無法解釋粒子的大角度散射,因?yàn)殡娮淤|(zhì)量太小,不會使粒子的運(yùn)動方向明顯改變。如果正電荷均勻分布,粒子穿過金箔時受到各方向的庫侖斥力基本平衡,也不會使粒子發(fā)生大角度散射。(2)盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)估算出了原子核半徑的數(shù)量級為10-15m。,【典例探究】【典例】(多選)如圖所示為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖,熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中A、B、C、D四個位置時,觀察到的現(xiàn)象,下述說法中正確的是(),A.放在A位置時,相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B.放在B位置時,相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置稍少些C.放在C、D位置時,屏上觀察不到閃光D.放在D位置時,屏上仍能觀察到一些閃光,但次數(shù)極少,【思路點(diǎn)撥】審題時應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下兩點(diǎn):(1)注意關(guān)鍵詞語“次數(shù)最多”“稍少”“極少”等。(2)明確實(shí)驗(yàn)裝置中各部分的組成及作用。,【正確解答】選A、D。在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中,粒子穿過金箔后,絕大多數(shù)粒子仍沿原來的方向前進(jìn),故A正確,少數(shù)粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn),極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90,極個別粒子被反射回來,故B、C錯,D對。,【總結(jié)提升】對粒子散射實(shí)驗(yàn)的題的解法(1)熟記裝置及原理粒子散射實(shí)驗(yàn)是一個非常重要的實(shí)驗(yàn),因此對實(shí)驗(yàn)器材、現(xiàn)象、現(xiàn)象分析、結(jié)論都必須弄明白,才能順利解答有關(guān)問題。(2)理解建立核式結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)核外電子不會使粒子的速度發(fā)生明顯改變。,湯姆孫模型不能解釋粒子的大角度散射。少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),甚至反彈回來,表明這些粒子在原子中的某個地方受到了質(zhì)量、電量均比它本身大得多的物體的作用。絕大多數(shù)粒子在穿過厚厚的金原子層時運(yùn)動方向沒有明顯變化,說明原子中絕大部分是空的。原子的質(zhì)量、電量都集中在體積很小的核上。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.下列對粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述,你認(rèn)為正確的有()A.實(shí)驗(yàn)器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡B.金箔的厚度對實(shí)驗(yàn)無影響C.如果不用金箔改用鋁箔,就不會發(fā)生散射現(xiàn)象D.實(shí)驗(yàn)裝置放在空氣中和真空中都可以,【解析】選A。由對粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述可知A項(xiàng)正確。實(shí)驗(yàn)所用的金箔的厚度極小,如果金箔的厚度過大,粒子穿過金箔時必然受到較大的阻礙作用而影響實(shí)驗(yàn)效果,B項(xiàng)錯。如果改用鋁箔,由于鋁核的質(zhì)量仍遠(yuǎn)大于粒子的質(zhì)量,散射現(xiàn)象仍然發(fā)生,C項(xiàng)錯?？諝獾牧鲃蛹翱諝庵杏性S多漂浮的分子,會對粒子的運(yùn)動產(chǎn)生影響,實(shí)驗(yàn)裝置是放在真空中進(jìn)行的,D項(xiàng)錯。,2.(2015安徽高考)圖示是粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運(yùn)動軌跡,M、N、P、Q是軌跡上的四點(diǎn),在散射過程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止不動。圖中所標(biāo)出的粒子在各點(diǎn)處的加速度方向正確的是()A.M點(diǎn)B.N點(diǎn)C.P點(diǎn)D.Q點(diǎn),【解析】選C。粒子做曲線運(yùn)動,其所受重金屬原子核的作用力應(yīng)指向曲線的內(nèi)側(cè),即加速度方向應(yīng)指向曲線的內(nèi)側(cè),B、D錯誤;由庫侖定律可知M點(diǎn)粒子所受庫侖力的方向錯誤,所以A錯誤,C正確。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中,有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),其原因是()A.原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上B.正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的C.原子中存在著帶負(fù)電的電子D.原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,【解析】選A。盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中使盧瑟福驚奇的就是粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn),這是由于粒子帶正電,而原子核極小,且原子核帶正電,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯誤。粒子能接近原子核的機(jī)會很小,大多數(shù)粒子都從核外的空間穿過,而與電子碰撞時如同子彈碰到塵埃一樣,運(yùn)動方向不會發(fā)生改變.選項(xiàng)C、D的說法正確,但與題意不符。,2.(多選)英國物理學(xué)家盧瑟福用粒子轟擊金箔,為了解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果,他提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說.如圖所示,O表示金原子核的位置,曲線ab和cd分別表示經(jīng)過金原子核附近的粒子的運(yùn)動軌跡,其中能正確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是(),【解析】選B、D。粒子和原子核都帶正電,粒子離核越近受斥力越大,偏轉(zhuǎn)越大,C錯D對;曲線運(yùn)動的軌跡總是彎向受力的一側(cè),A錯B對。,知識點(diǎn)二、粒子散射實(shí)驗(yàn)中的能量轉(zhuǎn)化問題思考探究:觀察圖片,請思考以下問題:,(1)粒子1從a到b的過程中,庫侖力做什么功?動能怎么變?電勢能怎么變?從b到c的過程中,庫侖力做什么功?動能怎么變?電勢能怎么變?(2)粒子2從e到f的過程中,庫侖力大小怎么變?加速度大小怎么變?從b到c的過程中,庫侖力大小怎么變?加速度大小怎么變?,【歸納總結(jié)】1.粒子的受力特點(diǎn):粒子與原子核間的作用力是庫侖斥力,大小:F=(1)式中Q為原子核的電荷量,q為粒子所帶電量,r為粒子與原子核間的距離。(2)粒子離原子核越近,庫侖力越大,運(yùn)動加速度越大;反之,則越小。方向:粒子的受力沿原子核與粒子的連線,由原子核指向粒子。,2.庫侖力對粒子的做功情況:,3.粒子的能量轉(zhuǎn)化:僅有庫侖斥力做功,只是電勢能和動能之間相互轉(zhuǎn)化,而總能量保持不變。,【特別提醒】(1)粒子與原子核之間的萬有引力遠(yuǎn)小于兩者之間的庫侖斥力,因而可以忽略不計(jì)。(2)在處理粒子等微觀粒子時一般不計(jì)重力。,【典例探究】【典例】如圖所示,Q為金原子核,M、N為兩個等勢面,虛線為粒子經(jīng)過原子核附近的運(yùn)動軌跡,關(guān)于粒子,下列說法正確的是()A.粒子從K到R的過程中動能逐漸增大B.粒子從K到R的過程中動能逐漸減小C.粒子從K到R的過程中動能先減小后增大D.粒子從K到R的過程中電勢能先增大后減小,【思路點(diǎn)撥】解答本題可按以下思路分析:(1)根據(jù)粒子的運(yùn)動軌跡判斷庫侖力對粒子做功的情況。(2)由庫侖力對粒子做功的特點(diǎn)判斷粒子的動能及電勢能間的變化。,【正確解答】選C、D。以粒子和金原子核為研究對象,分析粒子的變化情況,【總結(jié)提升】粒子散射實(shí)驗(yàn)中常用的規(guī)律(1)庫侖定律:F=,用來分析粒子和原子核間的相互作用力。(2)牛頓第二定律:該實(shí)驗(yàn)中粒子只受庫侖力,可根據(jù)庫侖力的變化分析加速度的變化。,(3)功能關(guān)系:根據(jù)庫侖力做功,可分析動能的變化,也能分析電勢能的變化。(4)原子核帶正電,其周圍的電場相當(dāng)于正點(diǎn)電荷的電場,注意應(yīng)用其電場線和等勢面的特點(diǎn)。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn),盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的粒子散射圖。圖中實(shí)線表示粒子的運(yùn)動軌跡。其中一個粒子在從a運(yùn)動到b、再運(yùn)動到c的過程中(粒子在b點(diǎn)時距原子核最近),下列判斷正確的是(),A.粒子的動能先增大后減小B.粒子的電勢能先增大后減小C.粒子的加速度先變小后變大D.電場力對粒子先做正功后做負(fù)功,【解析】選B。根據(jù)題意,粒子帶正電,此粒子由a到b是接近帶正電的原子核,由b到c是離開帶正電的原子核,故電場力對粒子先做負(fù)功后做正功,所以其電勢能先增大后減小,而動能先減小后增大,B正確,A、D錯誤。根據(jù)庫侖定律和牛頓第二定律可知粒子加速度先增大后減小,C錯誤。,2.在粒子散射實(shí)驗(yàn)中,根據(jù)粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時能達(dá)到的最小距離可以估算原子核的大小?，F(xiàn)有一個粒子以2.0107m/s的速度去轟擊金箔,若金原子的核電荷數(shù)為79,求粒子與金原子核間的最近距離(已知帶電粒子在點(diǎn)電荷電場中的電勢能表達(dá)式為Ep=,r為距點(diǎn)電荷的距離,粒子質(zhì)量為6.6410-27kg)。,【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn):(1)明確粒子的運(yùn)動為沿粒子與原子核連線的直線運(yùn)動。(2)當(dāng)動能減為零時,電勢能最大,離原子核最近。(3)原子核的大小應(yīng)該比最近距離小一些。,【解析】當(dāng)粒子靠近原子核運(yùn)動時,粒子的動能轉(zhuǎn)化為電勢能,達(dá)到最近距離時,動能全部轉(zhuǎn)化為電勢能,所以粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達(dá)到的最小距離為d,則=2.710-14m。答案:2.710-14m,【拓展例題】考查內(nèi)容:粒子散射實(shí)驗(yàn)中的計(jì)算問題在粒子散射實(shí)驗(yàn)中,根據(jù)粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時能達(dá)到的最小距離可以估算原子核的大小?，F(xiàn)有一個粒子以2.0107m/s的速度去轟擊金箔,若金原子的核電荷數(shù)為79。求粒子與金原子核間的最近距離(已知帶電粒子在點(diǎn)電荷電場中的電勢能表達(dá)式為Ep=k,r為距點(diǎn)電荷的距離.粒子質(zhì)量為6.6410-27kg)。,【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn):(1)明確粒子的運(yùn)動為沿粒子與原子核連線的直線運(yùn)動。(2)當(dāng)動能減為零時,電勢能最大,離原子核最近。(3)原子核的大小應(yīng)該比最近距離小一些。,【正確解答】當(dāng)粒子靠近原子核運(yùn)動時,粒子的動能轉(zhuǎn)化為電勢能,達(dá)到最近距離時,動能全部轉(zhuǎn)化為電勢能,所以粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達(dá)到的最小距離為d,則=2.710-14m。答案:2.710-14m,對原子及原子核組成的理解原子及原子核的組成是高考的重點(diǎn),特別是核電荷數(shù)、核外電子數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)以及原子序數(shù)之間的關(guān)系是重點(diǎn)中的重點(diǎn),學(xué)習(xí)時一定要理清以下三點(diǎn):,(1)原子是由原子核和核外電子組成,原子核位于中心,電子在核外繞核運(yùn)動,原子核帶正電,核外電子帶負(fù)電,原子整體呈中性。(2)原子核是由中子和質(zhì)子組成,質(zhì)子帶正電,