2018-2019版物理新導(dǎo)學(xué)筆記人教通用版選修3-5講義：第十八章 原子結(jié)構(gòu) 2

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2原子的核式結(jié)構(gòu)模型［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.知道湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型。2。了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)的原理、現(xiàn)象和結(jié)論。3。知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)內(nèi)容和意義。4.知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí)以及原子核的電荷數(shù)和核外電子數(shù)的關(guān)系.5。領(lǐng)會(huì)盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和想象力．一、湯姆孫的原子模型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),電子鑲嵌其中，有人形象地把湯姆孫模型稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”，如圖1.圖12．α粒子散射實(shí)驗(yàn)：(1）α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置由α粒子源、金箔、放大鏡、熒光屏等幾部分組成，實(shí)驗(yàn)時(shí)從α粒子源到熒光屏這段路程應(yīng)處于真空中．（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①絕大多數(shù)的α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)；②少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)；偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，它們幾乎被“撞了回來(lái)"．（3)實(shí)驗(yàn)意義：盧瑟福通過(guò)α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．二、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．在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核．它集中了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［即學(xué)即用］判斷下列說(shuō)法的正誤．（1）湯姆孫的棗糕模型認(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)．（√)(2)α粒子帶有一個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的2倍．(×）（3）α粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了湯姆孫的棗糕式原子模型．(×)（4)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為原子中帶正電的部分體積很小，電子在正電體外面運(yùn)動(dòng)．(√)(5)原子核的電荷數(shù)等于核中的中子數(shù)．(×)(6)對(duì)于一般的原子，由于原子核很小，所以內(nèi)部十分空曠．(√)一、對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解與分析[導(dǎo)學(xué)探究]如圖2所示為1909年英籍物理學(xué)家盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生蓋革和馬斯頓進(jìn)行α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置，閱讀課本，回答以下問(wèn)題:圖2(1）什么是α粒子？（2)實(shí)驗(yàn)裝置中各部件的作用是什么？實(shí)驗(yàn)過(guò)程是怎樣的？(3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如何？(4）少數(shù)α粒子發(fā)生大角度散射的原因是什么？答案(1)α粒子(eq\o\al(4,2)He）是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，實(shí)質(zhì)是失去兩個(gè)電子的氦原子核，帶有兩個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7300倍．(2）①α粒子源：把放射性元素釙放在帶小孔的鉛盒中，放射出高能的α粒子．②帶熒光屏的放大鏡：觀察α粒子打在熒光屏上發(fā)出的微弱閃光．實(shí)驗(yàn)過(guò)程：α粒子經(jīng)過(guò)一條細(xì)通道，形成一束射線，打在很薄的金箔上，由于金原子中的帶電粒子對(duì)α粒子有庫(kù)侖力的作用,一些α粒子會(huì)改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向．帶有放大鏡的熒光屏可以沿題圖中虛線轉(zhuǎn)動(dòng),以統(tǒng)計(jì)向不同方向散射的α粒子的數(shù)目．(3)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后,基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn),但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°。(4)α粒子帶正電,α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．[知識(shí)深化]1．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(1）絕大多數(shù)的α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)．(2)少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)．（3）極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90°，有的幾乎達(dá)到180°。2．理解(1)核外電子不會(huì)使α粒子的速度發(fā)生明顯改變．（2）湯姆孫的原子模型不能解釋?duì)亮Ｗ拥拇蠼嵌壬⑸洌?3）少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來(lái),表明這些α粒子在原子中的某個(gè)地方受到了質(zhì)量、電荷量均比它本身大得多的物體的作用．(4）絕大多數(shù)α粒子在穿過(guò)厚厚的金原子層時(shí)運(yùn)動(dòng)方向沒(méi)有明顯變化,說(shuō)明原子中絕大部分是空的，原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在體積很小的核內(nèi)．例1如圖3所示為盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)顯微鏡前相連的熒光屏可觀察α粒子在各個(gè)角度的散射情況．下列說(shuō)法中正確的是（)圖3A．在圖中的A、B兩位置分別進(jìn)行觀察，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B．在圖中的B位置進(jìn)行觀察，屏上觀察不到任何閃光C．盧瑟福選用不同重金屬箔片作為α粒子散射的靶，觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相似D．α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子撞擊到金箔原子后產(chǎn)生的反彈答案C解析α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進(jìn),少數(shù)α粒子有大角度散射．所以A處觀察到的粒子數(shù)多，B處觀察到的粒子數(shù)少,所以選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤．α粒子發(fā)生散射的主要原因是受到原子核庫(kù)侖斥力的作用,所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤，C正確．解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵是理解并熟記以下兩點(diǎn)：（1）明確實(shí)驗(yàn)裝置的組成及各部分的作用．(2）弄清實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，知道“絕大多數(shù)”、“少數(shù)”和“極少數(shù)"α粒子的運(yùn)動(dòng)情況及原因．二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子核的組成［導(dǎo)學(xué)探究]如圖4所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景．圖4(1)為什么絕大多數(shù)的α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向前進(jìn)？(2）為什么少數(shù)的α粒子穿過(guò)金箔后,發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)?答案(1)當(dāng)α粒子穿過(guò)原子時(shí)，如果離核較遠(yuǎn)，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿過(guò)“一片空地”一樣，無(wú)遮無(wú)擋，運(yùn)動(dòng)方向改變很小．因?yàn)樵雍撕苄?，所以絕大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)．(2)只有當(dāng)α粒子十分接近原子核穿過(guò)時(shí),才受到很大的庫(kù)侖力作用，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，而這種機(jī)會(huì)很少，所以有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)．［知識(shí)深化]1．原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子的棗糕模型的對(duì)比:核式結(jié)構(gòu)模型棗糕模型原子內(nèi)部是非常空曠的，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?。涸拥陌霃綌?shù)量級(jí)為10－10m,原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10－15m，原子核的半徑只相當(dāng)于原子半徑的十萬(wàn)分之一，體積只相當(dāng)于原子體積的10－15.例2（多選）根據(jù)盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)理論，下列對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)中，正確的是(）A．原子中絕大部分是空的，原子核很小B．電子在核外運(yùn)動(dòng)，庫(kù)侖力提供向心力C．原子的全部正電荷都集中在原子核里D．原子核的直徑大約為10－10m答案ABC解析盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果否定了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的湯姆孫模型,提出了關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，并估算出原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10－15m，原子半徑的數(shù)量級(jí)為10－10m,原子半徑是原子核半徑的十萬(wàn)倍，所以原子內(nèi)部是十分“空曠”的，核外帶負(fù)電的電子由于受到帶正電的原子核的吸引而繞核旋轉(zhuǎn)，所以A、B、C正確，D錯(cuò)誤．1．（兩種原子模型的認(rèn)識(shí))人們?cè)谘芯吭咏Y(jié)構(gòu)時(shí)提出過(guò)許多模型，其中比較有名的是棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型，它們的模型示意圖如圖5所示．下列說(shuō)法中正確的是（)圖5A．α粒子散射實(shí)驗(yàn)與棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型的建立無(wú)關(guān)B．科學(xué)家通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了棗糕模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型C．科學(xué)家通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了核式結(jié)構(gòu)模型,建立了棗糕模型D．科學(xué)家通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型答案B解析α粒子散射實(shí)驗(yàn)與核式結(jié)構(gòu)模型的建立有關(guān),通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，否定了棗糕模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型．2．(α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí))(多選）如圖6為α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(gè)位置時(shí)，下述說(shuō)法中正確的是()圖6A．相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時(shí)稍少些C．放在D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少D．放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光答案AC解析在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子穿過(guò)金箔后，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn),故A對(duì)；少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度大于90°,極個(gè)別α粒子反彈回來(lái)，所以在B位置只能觀察到少數(shù)的閃光，在C、D兩位置能觀察到的閃光次數(shù)極少，故B、D錯(cuò),C對(duì)．3．(α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋)（多選）關(guān)于α粒子的散射實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是（）A．該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明原子中正電荷是均勻分布的B．α粒子發(fā)生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用C．只有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度散射的原因是原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上D．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子核式結(jié)構(gòu)理論答案BCD解析在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)說(shuō)明三點(diǎn)：一是原子內(nèi)有一質(zhì)量很大的物質(zhì)存在；二是這一物質(zhì)帶有較大的正電荷；三是這一物質(zhì)的體積很小,但不能說(shuō)明原子中正電荷是均勻分布的，故A錯(cuò)誤,B、C正確;盧瑟福依據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象提出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論，D正確．4．（原子的核式結(jié)構(gòu)模型）(多選)盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有()A．原子的中心有個(gè)核，叫原子核B．原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中C．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)D．帶負(fù)電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn)答案ACD解析盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容是：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核,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)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)，由此可見(jiàn),B選項(xiàng)錯(cuò)誤,A、C、D選項(xiàng)正確．5．（對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解）X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它們?nèi)肷鋾r(shí)的動(dòng)能相同，其偏轉(zhuǎn)軌道可能是下圖中的（）答案D解析α粒子離金原子核越遠(yuǎn),其所受斥力越小，軌道彎曲程度就越小,故選項(xiàng)D正確．一、選擇題考點(diǎn)一α粒子散射實(shí)驗(yàn)1．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法不正確的是(）A．該實(shí)驗(yàn)在真空環(huán)境中進(jìn)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(dòng)C．熒光屏上的閃光是散射的α粒子打在熒光屏上形成的D．熒光屏只有正對(duì)α粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光答案D2．（多選)在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,選用金箔的原因下列說(shuō)法正確的是（）A．金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔B．金核不帶電C．金原子核質(zhì)量大，被α粒子轟擊后不易移動(dòng)D．金核半徑大,易形成大角度散射答案ACD解析α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，選用金箔是因?yàn)榻鹁哂泻芎玫难诱剐?，可以做成很薄的箔，α粒子很容易穿過(guò)，A正確．金原子核質(zhì)量大，被α粒子轟擊后不易移動(dòng)，C正確．金核帶正電，半徑大，易形成大角度散射，故D正確,B錯(cuò)誤．3．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)（）A．絕大多數(shù)α粒子經(jīng)過(guò)金箔后，發(fā)生了角度不太大的偏轉(zhuǎn)B．α粒子在接近原子核的過(guò)程中，動(dòng)能減少，電勢(shì)能減少C．α粒子離開(kāi)原子核的過(guò)程中，動(dòng)能增加，電勢(shì)能也增加D．對(duì)α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答案D解析由于原子核很小,α粒子十分接近它的機(jī)會(huì)很少,所以絕大多數(shù)α粒子基本上仍沿原方向前進(jìn)．只有極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn),從α粒子的散射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以估算出原子核直徑的大小約為10－15m～10－14m．由此可知A錯(cuò)誤，D正確；α粒子向原子核射去，當(dāng)α粒子接近核時(shí)，克服電場(chǎng)力做功，所以其動(dòng)能減少，電勢(shì)能增加；當(dāng)α粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí)，電場(chǎng)力做正功，其動(dòng)能增加,電勢(shì)能減少，所以選項(xiàng)B、C都錯(cuò)誤．4．(多選）用α粒子撞擊金原子核發(fā)生散射，圖1中關(guān)于α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡正確的是（）圖1A．a(chǎn) B．bC．c D．d答案CD解析α粒子受金原子核的排斥力，方向沿兩者連線方向,運(yùn)動(dòng)軌跡彎向受力方向的一側(cè)，A、B均錯(cuò)誤；離原子核越近，α粒子受到斥力越大,偏轉(zhuǎn)程度越大，C、D正確．考點(diǎn)二盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型5．α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和α粒子的碰撞影響，是因?yàn)?）A．α粒子與電子根本無(wú)相互作用B．α粒子受電子作用的合力為零,電子是均勻分布的C．α粒子和電子碰撞損失的能量極少，可忽略不計(jì)D．電子很小,α粒子碰撞不到電子答案C解析在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，電子與α粒子存在相互作用，A錯(cuò);電子質(zhì)量只有α粒子的eq\f(1，7300），電子與α粒子碰撞后，電子對(duì)α粒子的影響就像灰塵對(duì)槍彈的影響，完全可忽略不計(jì)，C正確，B、D錯(cuò)誤．6．（多選）α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)α粒子最接近金原子核時(shí)，α粒子符合下列哪種情況(）A．動(dòng)能最小B．電勢(shì)能最小C．α粒子與金原子核組成的系統(tǒng)的能量最小D．所受金原子核的斥力最大答案AD解析α粒子在接近金原子核的過(guò)程中，要克服庫(kù)侖斥力做功，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增加,兩者相距最近時(shí)，動(dòng)能最小，電勢(shì)能最大，總能量守恒．根據(jù)庫(kù)侖定律，距離最近時(shí)，斥力最大．7．盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔實(shí)驗(yàn)，獲得了重要發(fā)現(xiàn),關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,下列說(shuō)法正確的是（)A．說(shuō)明了質(zhì)子的存在B．說(shuō)明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C．說(shuō)明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核里D．說(shuō)明了正電荷均勻分布答案C解析α粒子的大角度散射，說(shuō)明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在中間很小的核里，C正確．8．關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，下列說(shuō)法正確的是（）A．原子中的原子核很小，核外很“空曠"B．原子核的半徑的數(shù)量級(jí)是10－10mC．原子的全部電荷都集中在原子核里D．原子的全部質(zhì)量都集中在原子核里答案A解析根據(jù)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)容知