高中物理第十八章原子結(jié)構(gòu)2原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué)案新人教版選修

1、2原子的核式結(jié)構(gòu)模型學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.了解粒子散射實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(重點(diǎn))2知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容(重點(diǎn)、難點(diǎn))3了解盧瑟福的實(shí)驗(yàn)和科學(xué)方法，培養(yǎng)抽象思維能力(重點(diǎn)) 粒 子 散 射 實(shí) 驗(yàn)eq avs4al(先填空)1湯姆孫原子模型湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌在球中圖18212粒子散射實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)裝置：粒子源、金箔、放大鏡和熒光屏(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)的粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)少數(shù)粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角大于90，甚至有極個(gè)別粒子被反彈回來(lái)(3)實(shí)驗(yàn)意

2、義：盧瑟福通過(guò)粒子散射實(shí)驗(yàn)，否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型eq avs4al(再判斷)1盧瑟福為了證實(shí)湯姆孫原子模型的正確性進(jìn)行了粒子散射實(shí)驗(yàn)()2粒子散射實(shí)驗(yàn)中大多數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈()3盧瑟福否定了湯姆孫模型，建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型()eq avs4al(后思考)1粒子發(fā)生大角度散射的原因是什么？【提示】粒子帶正電，粒子受原子中帶正電的部分的排斥力發(fā)生了大角度散射2湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型為什么被盧瑟福否定掉？【提示】按照湯姆孫的“棗糕”原子模型，粒子如果從原子之間或原子的中心軸線穿過(guò)時(shí)，它受到周圍的正負(fù)電荷作用的庫(kù)侖力是平衡的，粒子不產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)；如果粒子偏離原子的中心軸線

3、穿過(guò)，兩側(cè)電荷作用的庫(kù)侖力相當(dāng)于一部分被抵消，粒子偏轉(zhuǎn)很小；如果粒子正對(duì)著電子射來(lái)，質(zhì)量遠(yuǎn)小于粒子的電子不可能使粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，更不可能使它反彈所以粒子的散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定了湯姆孫的原子模型eq avs4al(合作探討)湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后對(duì)于原子的結(jié)構(gòu)提出了“棗糕”原子模型，盧瑟福為尋找實(shí)驗(yàn)依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了粒子散射實(shí)驗(yàn)探討1：粒子散射實(shí)驗(yàn)有何意義？【提示】(1)否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型(2)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型探討2：由粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果為何可以說(shuō)明原子核尺度很小，但幾乎占有全部質(zhì)量？【提示】絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，說(shuō)明帶正電荷部分很小，少數(shù)粒子被“撞了回來(lái)”說(shuō)明遇到了

4、質(zhì)量很大的部分eq avs4al(核心點(diǎn)擊)1裝置放射源、金箔、熒光屏等，如圖1822所示圖18222現(xiàn)象及解釋(1)絕大多數(shù)的粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)大多數(shù)粒子離金原子核較遠(yuǎn)(2)少數(shù)粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)的粒子是由于離金原子核較近，庫(kù)侖斥力較大(3)極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90，有的幾乎達(dá)到180.正對(duì)或基本正對(duì)著金原子核入射的粒子在庫(kù)侖斥力作用下先減速至較小速度然后加速遠(yuǎn)離金原子核3實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)(1)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在真空中進(jìn)行(2)金箔需要做得很薄，粒子才能穿過(guò)(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄另外一點(diǎn)就是金的原子序數(shù)大，粒子與金核間的庫(kù)侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯1如

5、圖1823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(gè)位置時(shí)觀察到的現(xiàn)象，下述說(shuō)法中正確的是()圖1823A放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B放在B位置時(shí)，相同時(shí)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B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)要比A位置少很多D放在C、D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光E放在D位置時(shí)，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少【解析】在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中，粒子穿過(guò)金箔后，絕大多數(shù)粒子仍沿原來(lái)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(guò)90，極個(gè)別粒子被反射回來(lái)，故B、D錯(cuò)誤，C

6、E正確【答案】ACE2由粒子的散射實(shí)驗(yàn)可以得出的正確結(jié)論有()A原子中絕大部分是空的B原子中全部正電荷都集中在原子核上C原子內(nèi)有中子D原子的質(zhì)量幾乎全部都集中在原子核上E原子中存在著帶負(fù)電的電子【解析】盧瑟福由粒子散射實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論有：在原子中心有一個(gè)很小的核叫原子核，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)，帶負(fù)電的電子在核外的空間運(yùn)動(dòng)【答案】ABD3在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng)，下列各圖畫出的是其中兩個(gè)粒子經(jīng)歷金箔散射過(guò)程的徑跡，其中一定不符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的是()【解析】粒子與原子核相互排斥，運(yùn)動(dòng)軌跡與原子核越近，力越大，運(yùn)動(dòng)方向變化越明顯【答案】ABD(1)分

7、析粒子散射實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)注意是“絕大多數(shù)”“少數(shù)”還是“極少數(shù)”粒子的行為“大角度偏轉(zhuǎn)”只是少數(shù)粒子的行為(2)粒子散射實(shí)驗(yàn)是得出原子核式結(jié)構(gòu)模型的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析是建立盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵通過(guò)對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)這一宏觀探測(cè)，間接地構(gòu)建出原子結(jié)構(gòu)的微觀圖景盧 瑟 福 的 核 式 結(jié) 構(gòu) 模 型eq avs4al(先填空)1核式結(jié)構(gòu)模型1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外空間運(yùn)動(dòng)2原子核的電荷與尺度eq avs4al(再判斷)1原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核上()2原子中所有正電荷都集中在原子核內(nèi)()3核電荷

8、數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，也等于中子數(shù)()eq avs4al(后思考)1原子中的原子核所帶的電荷量有何特點(diǎn)？【提示】原子核帶正電，所帶電荷量與核外電子所帶的電荷量絕對(duì)值相等2原子核的大小在整個(gè)原子中占有多大的比例？【提示】原子半徑數(shù)量級(jí)是1010m，而原子核半徑數(shù)量級(jí)是1015m，二者相差10萬(wàn)倍之多，故原子核在原子中所占的體積是很小的eq avs4al(合作探討)湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后建立了“棗糕”模型，盧瑟福根據(jù)粒散射實(shí)驗(yàn)推翻了“棗糕”模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型探討1：盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型是最科學(xué)的嗎？【提示】盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型是比湯姆孫的“棗糕”模型更科學(xué)的模型，但不是最科學(xué)的模型，隨著人們認(rèn)識(shí)水平的不斷

9、提高，原子結(jié)構(gòu)模型也在不斷更新探討2：如何理解原子內(nèi)絕大部分是空的？【提示】原子核的半徑數(shù)量級(jí)為1015 m，原子的半徑數(shù)量級(jí)為1010 m，原子核的體積只相當(dāng)于原子體積的1015，故原子內(nèi)部絕大部分是空的eq avs4al(核心點(diǎn)擊)1原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕模型的根本區(qū)別核式結(jié)構(gòu)棗糕模型原子內(nèi)部是非?？諘绲?，正電荷集中在一個(gè)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(zhuǎn)電子均勻嵌在原子球體內(nèi)2.原子內(nèi)的電荷關(guān)系：原子核的電荷數(shù)與核外的電子數(shù)相等，非常接近它們的原子序數(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原子半徑的數(shù)量級(jí)是1010m，原子核半徑的數(shù)

10、量級(jí)是1015m，兩者相差10萬(wàn)倍之多4盧瑟福對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋是()A使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要原因是原子中電子對(duì)粒子的作用力B使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫(kù)侖力C原子核很小，粒子接近它的機(jī)會(huì)很小，所以絕大多數(shù)的粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)D能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的粒子是穿過(guò)原子時(shí)離原子核近的粒子E因正、負(fù)電荷在原子中是均勻分布的，所以絕大多數(shù)的粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)【解析】原子核帶正電，與粒子之間存在庫(kù)侖力，當(dāng)粒子靠近原子核時(shí)受庫(kù)侖力而偏轉(zhuǎn)，電子對(duì)它的影響可忽略，故A錯(cuò)，B對(duì)；由于原子核非常小，絕大多數(shù)粒子經(jīng)過(guò)時(shí)離核較遠(yuǎn)因而運(yùn)動(dòng)方向幾乎不變，只有離核很近的粒子受到的庫(kù)侖力較大，方向改變較多，故C、D對(duì)【答案】BC

11、D5在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，如果兩個(gè)具有相同能量的粒子，從不同大小的角度散射出來(lái)，則散射角度大的粒子()A更接近原子核B更遠(yuǎn)離原子核C受到一個(gè)以上的原子核作用D受到原子核較大的沖量作用E動(dòng)量的變化量較大【解析】由于原子的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子核的體積，當(dāng)粒子穿越某一個(gè)原子的空間時(shí)，其他原子核距粒子相對(duì)較遠(yuǎn)，而且其他原子核對(duì)粒子的作用力也可以近似相互抵消，所以散射角度大的這個(gè)粒子并非由于受到多個(gè)原子核作用，C錯(cuò)；由庫(kù)侖定律可知，粒子受到的斥力與距離的平方成反比，粒子距原子核越近，斥力越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變?cè)酱?，即散射角度越大，A對(duì)，B錯(cuò)；當(dāng)粒子受到原子核較大的沖量作用時(shí)，動(dòng)量的變化量就大，即速度的變化量就大，則

12、散射角度就大，D、E對(duì)【答案】ADE6在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)在粒子最接近原子核時(shí)，關(guān)于描述粒子的有關(guān)物理量情況正確的是()A動(dòng)能最小B勢(shì)能最小C勢(shì)能最大D粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量最小E粒子所受金原子核的斥力最大【解析】粒子和金原子核都帶正電，庫(kù)侖力表現(xiàn)為斥力，兩者距離減小時(shí)，庫(kù)侖力做負(fù)功，故粒子動(dòng)能減小，電勢(shì)能增加；系統(tǒng)的能量守恒，由庫(kù)侖定律可知隨著距離的減小，庫(kù)侖斥力逐漸增大【答案】ACE粒子散射實(shí)驗(yàn)中的力電問(wèn)題分析(1)庫(kù)侖定律：Fkeq f(q1q2,r2)，用來(lái)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(kù)侖力，可根據(jù)庫(kù)侖力的變化分析加速度的變化(3)功能關(guān)系：

13、根據(jù)庫(kù)侖力做功，可分析動(dòng)能的變化，也能分析電勢(shì)能的變化學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)(十) (建議用時(shí)：45分鐘) 學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1對(duì) 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(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)影響C如果不用金箔改用鋁箔，仍會(huì)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E實(shí)驗(yàn)裝置必須放在真空中【解析】若金箔的厚度過(guò)大，粒子穿過(guò)金箔時(shí)必然受較大的阻礙而影響實(shí)驗(yàn)效果，B錯(cuò)若改用鋁箔，鋁核的質(zhì)量仍遠(yuǎn)大于粒子的質(zhì)量，散射現(xiàn)象仍能發(fā)生，C對(duì)若放置在空氣中，空氣中的塵埃對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生影響，故D錯(cuò)，E對(duì)【答案】ACE2當(dāng)粒子穿過(guò)金箔發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A

14、粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用B粒子一直受到原子核的斥力作用C粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用D粒子一直受到庫(kù)侖斥力，速度先減小后增大E粒子在靠近原子核的過(guò)程中，粒子和原子核組成的系統(tǒng)能量不變【解析】粒子與金原子核帶同種電荷，兩者相互排斥，故A、C錯(cuò)誤，B正確；粒子在靠近金原子核時(shí)斥力做負(fù)功，速度減小，遠(yuǎn)離時(shí)斥力做正功，速度增大，二者組成的系統(tǒng)能量不變故DE正確【答案】BDE3關(guān)于盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)的內(nèi)容，下列敘述正確的是()A原子是一個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體B原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)C原子的正電荷全部集中在一個(gè)很小的核內(nèi)D原子核半徑的數(shù)量級(jí)是1

15、010 mE原子核半徑的數(shù)量級(jí)是1015 m【解析】根據(jù)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，可知選項(xiàng)B、C、E正確【答案】BCE4關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是()A絕大多數(shù)粒子經(jīng)過(guò)金箔后，發(fā)生了角度很大的偏轉(zhuǎn)B粒子在接近原子核的過(guò)程中，動(dòng)能減少C粒子離開(kāi)原子核的過(guò)程中，電勢(shì)能減少D對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以估算出原子核的大小E對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以估算出粒子的大小【解析】由于原子核占整個(gè)原子很小的一部分，十分接近核的粒子很少，所以絕大多數(shù)粒子幾乎不偏轉(zhuǎn)，A錯(cuò)誤；由粒子散射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，盧瑟福估算出了原子核的大小，D正確，E錯(cuò)誤；粒子接近原子核的過(guò)程中，克服庫(kù)侖力做功，所以動(dòng)能減小，

16、電勢(shì)能增大，遠(yuǎn)離原子核時(shí)，庫(kù)侖力做正功，動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小，B、C正確【答案】BCD5如圖1824所示為粒子散射實(shí)驗(yàn)中粒子穿過(guò)某一金原子核附近時(shí)的示意圖，A、B、C三點(diǎn)分別位于兩個(gè)等勢(shì)面上，則以下說(shuō)法正確的是()圖1824A粒子在A處的速度比在B處的速度小B粒子在B處的速度最大C粒子在A、C處的速度大小相等D粒子在B處速度比在C處速度小E粒子在A、C兩處的電勢(shì)能相等【解析】由能量守恒定律可知，對(duì)于A、B、C三點(diǎn)，A、C位于原子核形成的同一等勢(shì)面上，電勢(shì)能相同，故動(dòng)能也相同，則A、C兩點(diǎn)速率相同，C、E正確；由A到B，粒子克服庫(kù)侖力做功，動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大，故B點(diǎn)速度最小，D正確，A、B錯(cuò)誤

17、【答案】CDE61911年，盧瑟福依據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)中粒子發(fā)生了_(選填“大”或“小”)角度散射現(xiàn)象，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型若用動(dòng)能用1 MeV的粒子轟擊金箔，其速度約為_(kāi)m/s.(質(zhì)子和中子的質(zhì)量均為1.671027 kg,1 MeV1106 eV)【解析】設(shè)粒子的速度為v，Ekeq f(1,2)mv2，則veq r(f(2Ek,m)eq r(f(211061.61019,41.671027) m/s6.9106 m/s.【答案】大6.91067如圖1825所示，M、N為原子核外的兩個(gè)等勢(shì)面，已知UNM100 V一個(gè)粒子以2.5105 m/s從等勢(shì)面M上的A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到等勢(shì)面N上的B點(diǎn)，求粒子在

18、B點(diǎn)時(shí)速度的大小(已知m6.641027 kg)圖1825【解析】粒子在由A到B的過(guò)程中，滿足2eUNMeq f(1,2)mv2eq f(1,2)mveq oal(2,0)由此得veq r(voal(2,0)f(4eUNM,m)2.3105 m/s.【答案】2.3105 m/s8速度為107 m/s的粒子從很遠(yuǎn)的地方飛來(lái)，與鋁原子核發(fā)生對(duì)心碰撞，若粒子的質(zhì)量為4m0，鋁核的質(zhì)量為27m0，它們相距最近時(shí)，鋁核獲得的動(dòng)能是原粒子動(dòng)能的多少？【解析】當(dāng)兩者速度相同時(shí)相距最近，由動(dòng)量守恒，得mv0(mm鋁)v解得veq f(mv0,mm鋁)eq f(4,31)v0所以eq f(Ek鋁,Ek)eq f

19、(f(1,2)m鋁v2,f(1,2)mvoal(2,0)eq f(108,961).【答案】eq f(108,961)能力提升9在盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)中，某一粒子經(jīng)過(guò)某一原子核附近時(shí)的軌跡如圖1826中實(shí)線所示圖中P、Q為軌跡上的點(diǎn)，虛線是過(guò)P、Q兩點(diǎn)并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個(gè)區(qū)域不考慮其他原子核對(duì)該粒子的作用，那么該原子核的位置在_區(qū)域. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：66390031】圖1826【解析】粒子帶正電，原子核也帶正電，對(duì)靠近它的粒子產(chǎn)生斥力，故原子核不會(huì)在區(qū)域；如原子核在、區(qū)域，粒子會(huì)向區(qū)域偏；如原子核在區(qū)域，可能會(huì)出現(xiàn)題圖所示的軌跡【答案】10關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，湯姆孫提出棗糕模型、盧瑟福提出行星模型如圖1827甲、乙所示，都采用了_方法甲：棗糕模型乙：行星模型圖1827【答案】類比推理11在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)粒子與原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)能達(dá)到的最小距離可以估算原子核的大小現(xiàn)有一個(gè)粒子以2.0107 m/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(chǎng)中的電勢(shì)能表達(dá)式為Epkeq f(q1q2,r)，r為距點(diǎn)電荷的距離粒子質(zhì)量為6.641027 kg). 【