2020高中物理第十八章原子結構第二節(jié)原子的核式結構模型學案新人教版選修3-5

1、第二節(jié)原子的核式結構模型掌握a粒子的散射實驗及其實驗結果了解原子的核式結構模型及原子核的電荷與尺度理解原子核式結構提出的主要思想學習目標知識導圖修粒子的 散射實艙絕大型數(shù)U粒子沿直繞運動現(xiàn)象_少數(shù)e拉子發(fā)生大角度偏轉味子的 核式結 構模型有的甚至被彈回原子的核式結構模型一L盧您福的核式給構'-對蟲粒子散射實筋的解彈叵區(qū)抽可 3教材植理秀基固本落實新知田知識點1湯姆孫的棗糕式模型精品棗糕模型（如一均勻 地分布在整個球內(nèi)，電子象棗糕上的棗相等,因此原子的整體呈中性。湯姆孫在發(fā)現(xiàn)電子后，便投入了對原子內(nèi)部結構的探索，他運用豐富的想象，提出了原子 圖所示）。在這個模型里，湯姆孫把原子看作一個球

2、體，正電荷 子一樣嵌在球中，被 正電荷 吸引著。原子內(nèi)正、負電荷“粒子散射實驗19091911年盧瑟福和他的助手做了用a粒子轟擊金箔的實驗，獲得了重要的發(fā)現(xiàn)。1 .實驗裝置（如圖所示）說明：（1）整個實驗過程在真空中進行。（2）金箔很薄，a粒子（4He核）很容易穿過。2 .實驗結果絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后基本上仍沿 原來的方向前進,但是有少數(shù) a粒子發(fā)生了較大的偏轉,極少數(shù)粒子被 反向弓t回。3 .實驗意義核式結構模型。盧瑟福通過a粒子散射實驗，否定了湯姆孫的原子模型，建立了知識點3盧瑟福的核式結構模型盧瑟福依據(jù)a粒子散射實驗的結果，提出了原子核的核式結構:原子中心有一個很小的核,叫原子核 ，

3、原子的全部 正電荷和幾乎全部 質(zhì)量都集中在核里，帶負電的電子 在核外空間繞核旋轉。（如圖所示）知識點4原子核的電荷與尺度原子核的電荷數(shù)等于核外電子 數(shù)，接近于原子序數(shù)，原子核大小的數(shù)量級為10 15_3原子大小數(shù)量級為_10T0_m,兩者相差十萬倍之多，可見原子內(nèi)部十分“空曠”。若原子相當于一個立體的足球場的話，則原子核就象足球場中的一粒米。預習反饋判一判湯姆孫的棗糕式模型認為原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)。(V)(2)a粒子散射實驗中絕大多數(shù) a粒子都發(fā)生了較大偏轉。（X）盧瑟福的核式結構模型認為原子中帶正電的部分體積很小，電子在正電體外面運動。(V)原子核的電荷數(shù)等于核

4、中的中子數(shù)。（X）(5)對于一般的原子，由于原子核很小，所以內(nèi)部十分空曠。（V）選一選英國物理學家盧瑟福用a粒子轟擊金箔，為了解釋實驗結果，提出了原子的核式結構學說，如圖所示,表示金原子核的位置，曲線ab和cd表示經(jīng)過金原子核附近的a粒子的運動軌跡，能正確反映實驗結果的圖是CDD圖正確。解析：a粒子散射實驗的原因是 a粒子與金原子核間存在庫侖斥力，因此，僅有想一想有人認為a粒子發(fā)生散射的主要原因是a粒子撞擊到了金箔原子上，好像兩個玻璃球的碰撞一樣發(fā)生的反彈，這種觀點正確嗎?答案：不正確解析：a粒子發(fā)生散射的主要原因是受到原子核庫侖斥力的作用，在微觀領域庫侖斥力非常強大，二者無法碰在一起。細研深

5、究破疑解唯萃取精華課內(nèi)探究探究一 a粒子散射實驗S 思考討論 學1Si kao tao lun如圖所示為“粒子散射的實驗裝置。實驗過程中，a粒子為什么會發(fā)生大角度散射?M提示：a粒子受到原子核的庫侖力c歸納總結Xui na zong jie1 . a粒子的散射實驗否定了湯姆孫的原子模型(1) a粒子在穿過原子之間時，所受周圍的正、負電荷作用的庫侖力是平衡的，a粒子不會發(fā)生偏轉。(2) a粒子正對著電子射來， 質(zhì)量遠小于a粒子的電子不可能使 a粒子發(fā)生明顯偏轉，更不可能使它反彈。2 .原子的核式結構模型對a粒子散射實驗結果的解釋(1)當a粒子穿過原子時，如果離核較遠，受到原子核的斥力很小，a粒子

6、就象穿過“一片空地” 一樣，無遮無擋，運動方向改變很小，因為原子核很小，所以絕大多數(shù)a粒子不發(fā)生偏轉。(2)只有當a粒子十分接近原子核穿過時，才受到很大的庫侖力作用，偏轉角才很大，而這種機會很少。(3)如果a粒子正對著原子核射來，偏轉角幾乎達到180° ,這種機會極少。特別提醒：(1) a粒子與原子核之間的萬有引力遠小于兩者之間的庫侖斥力，因而可以忽略不計。(2) a粒子并沒有與金原子核直接發(fā)生碰撞，偏轉的原因是庫侖斥力影響的結果。D 典例剖析Dian li pou xi典例1 (多選)關于a粒子散射實驗，下列說法正確的是(AC )A.在實驗中，觀察到的現(xiàn)象是：絕大多數(shù) a粒子穿過金

7、箔后，仍沿原來的方向前進，極少數(shù)發(fā)生了較大角 度的偏轉B.使a粒子發(fā)生明顯偏轉的力來自帶正電的核和核外電子，當 a粒子接近核時，是核的斥力使 a粒子發(fā) 生明顯偏轉；當 a粒子接近電子時，是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉C.實驗表明：原子中心有一個極小的核，它占有原子體積的極小部分D.實驗表明：原子中心的核帶有原子的全部正電荷和全部原子的質(zhì)量解題指導：正確理解實驗現(xiàn)象，并對實驗現(xiàn)象正確科學分析與解釋是解題的關鍵。解析：在a粒子散射實驗中，絕大多數(shù)a粒子沿原方向運動，說明 a粒子未受到原子核明顯的力的作用， 也說明原子核相對原子來講很小，原子內(nèi)大部分空間是空的，故A、C正確；極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉，說

8、明受到a粒子偏轉，而金原子核未動，說明金原子核的質(zhì)量和電荷量遠大金原子核明顯力作用的空間在原子內(nèi)很小，于a粒子的質(zhì)量和電荷量，電子的質(zhì)量還小于a粒子，a粒子打在電子上，a粒子不會有明顯偏轉，故 B錯誤，D錯誤。，對點訓練1 如圖所示為a粒子散射實驗裝置，粒子打到熒光屏上都會引起閃爍，若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中 A、B、C D四處位置。則這四處位置在相等時間內(nèi)統(tǒng)計的閃爍次數(shù)符合事實的是（A ）A. 1305、 25、 7、 1B. 202、 405、 625、 825C. 1202、 1010、 723、 203D. 1202、 1305、 723、 203解析：根據(jù)a粒子散射實驗的統(tǒng)計

9、結果，大多數(shù)粒子能按原來方向前進，少數(shù)粒子方向發(fā)生了偏轉，極少數(shù)粒子偏轉超過 90。，甚至有的被反向彈回。所以在相等時間內(nèi)A處閃爍次數(shù)最多，其次是 R C D三處，并且數(shù)據(jù)相差比較大，所以只有選項A符合事實。探究二原子的核式結構模型與原子核的組成S思考討論 kao tao lun人們對原子結構的認識經(jīng)歷了幾個不同的階段，其中有:坡爾模型癡姆孫模型AB盧益福模型電子云模陽CD人們對原子結構認識的先后順序排列是怎樣的？提示：BCAD解析：人們對原子結構的認識先后經(jīng)歷了湯姆孫模型、盧瑟福模型、玻爾模型、電子云模型。c歸納總結Xui na zong jie1 .原子的核式結構與原子的棗糕模型的對比核式

10、結構棗糕模型原子內(nèi)部是非?？諘绲模姾杉性谝粋€很小的核里原子是充滿了正電荷的球體電子繞核高速旋轉電子均勻嵌在原子球體內(nèi)2 .原子內(nèi)的電荷關系原子核的電荷數(shù)與核外的電子數(shù)相等，非常接近原子序數(shù)。3 .原子核的組成原子核由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核的質(zhì)子數(shù)。4 .原子核的大小原子的半徑數(shù)量級為"""10T0m,原子核半徑的數(shù)量級為"""10T5m原子核的半徑只相當于原子半徑的十萬分之一, 體積只相當于原子體積的 10T5。D典例剖析 %Dian li pou xi 典例2 （多選）關于原子的核式結構模型，下列說法正確的是

11、（AB ）A.原子中絕大部分是“空”的，原子核很小B.電子在核外繞核旋轉的向心力是原子核對它的庫侖力C.原子的全部電荷和質(zhì)量都集中在原子核里D.原子核的直徑的數(shù)量級是10Tom解題指導：正確理解盧瑟福原子核式結構模型是解題關鍵。解析：因為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)，而原子核又很小，所以原子內(nèi)絕大部分區(qū)域是“空”的，A正確，C錯誤；電子繞原子核的圓周運動是原子核與電子間的庫侖引力提供向心力，B正確;原子核直徑的數(shù)量級是 10-5日原子直徑的數(shù)量級是 10T0成D錯誤。,對點訓練2（多選）下列關于原子核式結構理論說法正確的是（BD ）A.是通過發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來的B.原子的中心

12、有個核，叫作原子核C.原子的正電荷均勻分布在整個原子中D.原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外旋轉解析：原子的核式結構模型是在 “粒子的散射實驗結果的基礎上提出的， A錯誤。原子中絕大部分是空的, 帶正電的部分集中在原子中心一個很小的范圍，稱為原子核，B正確，C錯誤。原子核集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，帶負電的電子在核外旋轉，D正確。叵*提升二易錯警示以題說法啟智培優(yōu)匣）a粒子散射過程中的受力及能量轉化情況1. a粒子的受力情況a粒子與原子核間的作用力是庫侖斥力a粒子離原子核越近，庫侖力越大，運動加速度越大；反之，則越小。方向：a粒子的受力沿原子核與 a粒子

13、的連線，由原子核指向 a粒子。2. 庫侖力對a粒子的做功情況（1）當a粒子靠近原子核時，庫侖力做負功，電勢能增加。（2）當a粒子遠離原子核時，庫侖力做正功，電勢能減小。3. a粒子的能量轉化情況僅有庫侖力做功，能量只在電勢能和動能之間相互轉化，而總能量保持不變。*案例 在a粒子散射實驗中，根據(jù)a粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時能達到的最小距離可以估算原子核的大小，現(xiàn)有一個a粒子以2.0 X107m/s的速度去轟擊金箔， 若金原子的核電荷數(shù)為 79。求a粒子與金原子核間的最近距離（已知帶電粒子在點電荷電場中的電勢能表達式為a粒子質(zhì)量為 6.64 X 10 27kg)。答案：2. 7X10T4m解析：當

14、a粒子靠近原子核運動時，a粒子的動能轉化為電勢能，達到最近距離時，動能全部轉化為電勢能。設a粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達到的最小距離為d，則2mV=kqq22kqiq2 2X 9.0 x 109X2X79X(1.6 x 102mv6.64 102.0 1019 2m14= 2.7X10 m,舞堂達標=沙場點兵名校真題實效檢漏圖1.（山東省濰坊市20172018學年高三模擬）圖示是a粒子（氯原子核）被重金屬原子核散射的運動軌跡，MN、P、Q是軌跡上的四點，在散射過程中可以認為重金屬原子核靜止不動。圖中所標出的a粒子在各點處的加速度方向正確的是（C ）A. M點C. P點D. Q點解析：a粒子

15、與重金屬原子核之間的庫侖力提供a粒子的加速度，方向沿 a粒子與原子核的連線且指向a粒子，則四個選項中只有 P點處的加速度方向符合實際，故C項正確。2.（北京市海淀區(qū)2018屆高三下學期期末）下列說法正確的是（A ）A.愛因斯坦提出的光子假說，成功解釋了光電效應現(xiàn)象B.動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波也相等C.盧瑟福通過 a粒子的散射實驗發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子并預言了中子的存在2A正確；根據(jù)Ek=-pmi知動能相等,D.湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子并提出了原子核式結構模型解析：1905年，愛因斯坦提出的光子說很好地解釋了光電效應現(xiàn)象，故 h質(zhì)量大動量大，由 入=-得，電子的德布羅意波長較長，故 B錯誤；湯姆遜通過

16、陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，盧P瑟福通過對a粒子散射實驗的研究提出了原子的核式結構模型，此實驗不能說明原子核內(nèi)存在質(zhì)子，故C、D錯誤。3.（河南省彳t陽市20162017學年高二下學期期中）如圖所示，根據(jù) a粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子 的核式結構模型。圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線，實線表示一個 a粒子的運動軌跡。 在a粒子從a運動到b,再運動到c的過程中，下列說法中正確的是 （C ）A.動能先增大，后減小B.電勢能先減小，后增大C.電場力先做負功，后做正功，總功等于零D.加速度先變小，后變大解析：根據(jù)盧瑟福提出的核式結構模型，原子核集中了原子的全部正電荷，即原子核外的電場分布與正點

17、電荷電場類似。a粒子從a運動到b,電場力做負功，動能減小，電勢能增大；從 b運動到c,電場力做正功，動 能增大，電勢能減小；a、c在同一條等勢線上，則電場力做的總功等于零，A、B錯誤，C正確；a、b、c三點的場強關系E=Ec<E,故“粒子的加速度先變大，后變小，D錯誤。|課可作業(yè) 產(chǎn)>"KE«$HI- £口¥基礎夯實與一、選擇題（13題為單選題，4、5題為多選題）1 .在盧瑟福的a粒子散射實驗中，某一 a粒子經(jīng)過某一原子核附近時的軌跡如圖中實線所示。圖中P、Q為軌跡上的點，虛線是過 P、Q兩點并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個區(qū)域

18、。不考慮其他原子 核對該a粒子的作用，那么關于該原子核的位置，下列說法中正確的是（A ） 一 、A.可能在區(qū)域B.可能在區(qū)域C.可能在區(qū)域D.可能在區(qū)域解析：a粒子帶正電，原子核也帶正電，對靠近它的 a粒子產(chǎn)生斥力，故原子核不會在區(qū)域；如原子核 在、區(qū)域，“粒子會向區(qū)域偏；如原子核在區(qū)域，可能會出現(xiàn)題圖所示的軌跡。2 .在盧瑟福進行的 a粒子散射實驗中，少數(shù) a粒子發(fā)生大角度偏轉的原因是 （B ）A.正電荷在原子中是均勻分布的B.原子的正電荷以及絕大部分質(zhì)量都集中在一個很小的核上C.原子中存在帶負電的電子D.原子核中有中子存在解析：a粒子散射實驗證明了原子的核式結構模型，盧瑟福認為只有原子的幾

19、乎全部質(zhì)量和正電荷都集中在原子中心的一個很小的區(qū)域，才有可能出現(xiàn)a粒子的大角度散射，選項 B正確。3 .關于原子結構，湯姆孫提出棗糕模型、盧瑟福提出行星模型如圖所示，都采用了類比推理的方法，下列事實中，主要采用類比推理的是（C ）里糧模型帶正電的眼球rxy行星接厘A.人們?yōu)楸阌谘芯课矬w的運動而建立的質(zhì)點模型B.伽利略從教堂吊燈的擺動中發(fā)現(xiàn)擺的等時性規(guī)律C.庫侖根據(jù)牛頓的萬有引力定律提出庫侖定律D.托馬斯楊通過雙縫干涉實驗證實光是一種波解析：質(zhì)點的模型是一種理想化的物理模型，是為研究物體的運動而建立的；伽利略的擺的等時性是通過自 然現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的；庫侖根據(jù)牛頓的萬有引力定律提出庫侖定律是用類比推理；

20、托馬斯楊是通過實驗證明光是一種波，是建立在事實的基礎上的。4 . “粒子散射實驗中，當 a粒子最靠近原子核時，a粒子符合下列哪種情況（AD ）A.動能最小B.勢能最小C. a粒子與金原子組成的系統(tǒng)的能量最小D.所受原子核的斥力最大解析：該題考查了原子的核式結構、動能、電勢能、庫侖定律及能量守恒等知識點。a粒子在接近金原子核的過程中，要克服庫侖力做功，動能減少，電勢能增加，兩者相距最近時，動能最小，電勢能最大，總能量守 恒。根據(jù)庫侖定律，距離最近時，斥力最大。5 .關于a粒子散射實驗，下列說法正確的是 （ABC ）A.該實驗在真空環(huán)境中進行B.帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內(nèi)的不同方向上移動C.

21、熒光屏上的閃光是散射的a粒子打在熒光屏上形成的D.熒光屏只有正對 a粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光解析：本題考查a粒子散射實驗裝置及其作用，只有在正確理解 a粒子散射實驗基礎上，才能找出錯誤選項。二、非選擇題6 .如圖所示，M N為原子核外的兩個等勢面，已知LN4 100V。一個a粒子以2.5 X105m/s的速率從等勢面M上的A點運動到等勢面 N上的B點，求a粒子在B點時速度的大小。（已知c=6.64 X 10 27kg）解析：a粒子從A點運動到B點，庫侖力做的功Wfe=qUM4一qUNM,一一1 2 1 2 一由動能te理 Wb= 2m邛一2mv ,故 vb=2qUNMm22222s1&#

22、163;6.64 X 101927x 100 m/s= 2.3 X 10 5m/s答案：2.3X105m/s能力提升、選擇題（13題為單選題，4題為多選題）1 .如圖為“粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的 A B C D四個位置時，關于觀察到的現(xiàn)象，下述說法不正確的是A.相同時間內(nèi)放在 A位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B.相同時間內(nèi)放在 B位置時觀察到屏上的IZJ光次數(shù)比放在A位置時少得多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)極少解析：根據(jù)a粒子散射實驗的現(xiàn)象，絕大多數(shù) a粒子穿過金箔后，基本上沿原方向前進，因此在 A位置觀

23、察到閃光次數(shù)最多，故 A正確，少數(shù)a粒子發(fā)生大角度偏轉，因此從 A到D觀察到的閃光會逐漸減少，因此 B、 D正確，C錯誤。2 .（河北冀州中學20152016學年高二下學期期中）在a粒子穿過金箔發(fā)生大角度散射的過程中，下列說 法正確的是（A ）A. a粒子一直受到金原子核的斥力作用B. a粒子的動能不斷減小C. a粒子的電勢能不斷增大D. a粒子發(fā)生散射，是與電子碰撞的結果解析：在a粒子穿過金箔的過程中，一直受到金原子核的庫侖斥力作用，a粒子的動能先減小后增大，電勢能先增大后減小。綜上所述本題選A。3 .盧瑟福a粒子散射實驗的結果（C ）A.證明了質(zhì)子的存在8 .證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成

24、的C.證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里D.說明了原子中的電子只能在某些軌道上運動解析：a粒子散射實驗發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核，數(shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn) 核內(nèi)有質(zhì)子并預測核內(nèi)存在中子。4 .根據(jù)a粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結構模型。如圖所示為原子核式結構模型的a粒子散射圖景，圖中實線表示 a粒子運動軌跡。其中一個 a粒子在從a運動到b、再運動到C的過程中，a粒子在b 點時距原子核最近。下列說法正確的是（BD ）A.盧瑟福在a粒子散射實驗中發(fā)現(xiàn)了電子B. a粒子出現(xiàn)較大角度偏轉的原因是a粒子運動到b時受到的庫侖斥力較大C. a粒子從a到C的運動過程中電勢能先