第13.2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型（解析版）

第十三章原子結(jié)構(gòu)13.2原子的核式結(jié)構(gòu)模型??目標(biāo)導(dǎo)航學(xué)問(wèn)要點(diǎn)難易度1.α粒子散射試驗(yàn)裝置和觀(guān)看結(jié)果2.核式結(jié)構(gòu)模型內(nèi)容3.α粒子的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律：加速度、動(dòng)能、勢(shì)能變化規(guī)律★★★

★★★??學(xué)問(wèn)精講一、原子的“棗糕模型”湯姆孫的“棗糕模型”二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型1.試驗(yàn)裝置2.試驗(yàn)結(jié)果：①絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后沿原方向前進(jìn)；②少數(shù)α粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)；③極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過(guò)了90°，個(gè)別甚至被彈回。試驗(yàn)解釋?zhuān)荷贁?shù)α粒子消滅大角度偏轉(zhuǎn)，是需要很強(qiáng)的相互作用力的，說(shuō)明原子的大部分質(zhì)量和電荷集中到很小的核上。又由于絕大部分α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明原子內(nèi)部很空的。能量變化：α粒子和原子核都帶正電，α粒子在碰撞過(guò)程中，原子核對(duì)α粒子先做負(fù)功后做正功，α粒子電視能先增大后減小，動(dòng)能先減小后增大。例1．（多選）盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)包含的內(nèi)容有（）A．原子中心有一個(gè)很小的核B．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里C．原子的正電荷均勻分布在它的全部體積上D．帶負(fù)電的電子在核外空間繞原子核旋轉(zhuǎn)答案：ABD解析：盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)模型：原子中心有一個(gè)很小的原子核，它集中了原子的幾乎全部質(zhì)量和全部的正電荷，電子在核外繞原子核旋轉(zhuǎn)。例2．如圖為盧瑟福和他的同事們做粒子散射試驗(yàn)的裝置示意圖，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)，關(guān)于觀(guān)看到的現(xiàn)象，下述說(shuō)法中正確的是（）A．放在C位置時(shí)屏上觀(guān)看不到閃光B．放在D位置時(shí)屏上能觀(guān)看到一些閃光，但次數(shù)極少C．相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀(guān)看到屏上的閃光次數(shù)最少D．相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀(guān)看到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時(shí)多答案：B解析：AB．放在C、D位置時(shí)，屏上仍能觀(guān)看一些閃光，但次數(shù)極少。說(shuō)明極少數(shù)α粒子有較大偏折，可知原子內(nèi)部帶正電的體積小且質(zhì)量大，故A錯(cuò)誤，B正確；C．放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀(guān)看到屏上的閃光次數(shù)最多，說(shuō)明大多數(shù)α粒子基本不偏折，可知金箔原子內(nèi)部很空曠，故C錯(cuò)誤；D．放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀(guān)看到屏上的閃光次數(shù)較少，比放在A位置時(shí)少，說(shuō)明較少α粒子發(fā)生偏折，可知原子內(nèi)部帶正電的體積小，故D錯(cuò)誤。例3．依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖所示為α粒子散射圖，圖中實(shí)線(xiàn)表示α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。則關(guān)于α粒子散射試驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是（）A．圖中大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子的電勢(shì)能先減小后增大B．圖中的α粒子反彈是由于α粒子與原子核發(fā)生了碰撞C．絕大多數(shù)α粒子沿原方向連續(xù)前進(jìn)說(shuō)明白帶正電的原子核占據(jù)原子的空間很小D．依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)，還可以知道原子核由質(zhì)子和中子組成答案：C解析：A．圖中大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子受到的電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功，則其電勢(shì)能先增大后減小，A錯(cuò)誤；B．圖中的α粒子反彈是由于α粒子與原子核之間的庫(kù)侖斥力作用，并沒(méi)有發(fā)生碰撞，故B錯(cuò)誤；C．從絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可以推想使粒子受到排斥力的核體樂(lè)觀(guān)小，所以帶正電的物質(zhì)只占整個(gè)原子的很小空間，故C正確；D．盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，不能證明原子核是由質(zhì)子和中子組成的，D錯(cuò)誤。三、原子核式結(jié)構(gòu)與經(jīng)典理論之間的沖突1.經(jīng)典理論與試驗(yàn)觀(guān)看結(jié)果的兩點(diǎn)沖突：(1)在核式結(jié)構(gòu)模型中，電子受原子核的庫(kù)侖引力作用繞原子核旋轉(zhuǎn)，因此這種運(yùn)動(dòng)必有加速度。依據(jù)經(jīng)典理論，做加速運(yùn)動(dòng)的電荷將向外輻射電磁波。而這種電磁輻射將導(dǎo)致電子繞核運(yùn)動(dòng)的能量削減，從而使電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑減小，直至電子沿螺旋線(xiàn)落入原子核，因此原子是不穩(wěn)定的，但這明顯與事實(shí)不符。(2)依據(jù)經(jīng)典理論，電子繞核運(yùn)動(dòng)所輻射的電磁波頻率應(yīng)當(dāng)?shù)扔陔娮永@核運(yùn)動(dòng)的頻率。隨著電子繞核運(yùn)動(dòng)軌道半徑的連續(xù)減小，原子向外輻射的電磁波頻率連續(xù)增大，原子發(fā)光的光譜(稱(chēng)為原子光譜)應(yīng)當(dāng)包含一系列連續(xù)變化的頻率，而原子光譜卻是由些不連續(xù)的亮線(xiàn)組成的。2.以上沖突導(dǎo)致量子理論的誕生。??考點(diǎn)題型題型01α粒子散射試驗(yàn)觀(guān)看結(jié)果例4．盧瑟福通過(guò)粒子散射試驗(yàn)得出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，試驗(yàn)裝置如圖所示，帶電粒子打到光屏上就會(huì)產(chǎn)生光斑，為驗(yàn)證粒子散射試驗(yàn)結(jié)論，現(xiàn)在1、2、3、4四處放置帶有熒光屏的顯微鏡，則這四處位置一段時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)的閃爍次數(shù)符合試驗(yàn)事實(shí)的是（）A．1605、35、11、1 B．1242、1305、723、203C．2、10、655、1205 D．1232、1110、733、203答案：A解析：α離子散射試驗(yàn)現(xiàn)象是絕大多數(shù)粒子直接穿過(guò)，少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至原路返回，故A符合事實(shí)，BCD不符合事實(shí)。題型02α粒子散射試驗(yàn)中粒子的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律例5．依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖是α粒子散射試驗(yàn)的圖景。圖中實(shí)線(xiàn)表示α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。其中沿軌跡2運(yùn)動(dòng)的α粒子在b點(diǎn)時(shí)距原子核最近。下列說(shuō)法不正確的是（）A．絕大多數(shù)α粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡類(lèi)似軌跡1，說(shuō)明原子中絕大部分是空的B．發(fā)生超過(guò)90°大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是極少數(shù)的C．沿軌跡2運(yùn)動(dòng)的α粒子的加速度先增大后減小D．沿軌跡2運(yùn)動(dòng)的α粒子的電勢(shì)能先減小后增大答案：D解析：選D,A．在α粒子散射試驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，運(yùn)動(dòng)軌跡如軌跡1，說(shuō)明原子中絕大部分是空的，A正確；B．極少數(shù)粒子發(fā)生超過(guò)90°大角度偏轉(zhuǎn)，B正確；C．依據(jù)點(diǎn)電荷四周電場(chǎng)可知，距離原子核近的地方電場(chǎng)強(qiáng)度大，故越靠近原子核加速度越大，因此α粒子加速度先增大后減小，C正確；D．α粒子受到斥力作用，依據(jù)電場(chǎng)力做功特點(diǎn)可知，從a運(yùn)動(dòng)到b過(guò)程中電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，從b運(yùn)動(dòng)到c過(guò)程中，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，D錯(cuò)誤。??鞏固練習(xí)1．下列關(guān)于原子模型及其建立過(guò)程敘述正確的是（）A．陰極射線(xiàn)是電子流，湯姆孫測(cè)出了電子的比荷，并精確測(cè)定了電子電荷量B．湯姆孫認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷布滿(mǎn)性地均勻分布于球內(nèi)，電子鑲嵌其中;該理論無(wú)法解釋?duì)亮Ｗ由⑸洮F(xiàn)象，后被盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型所取代C．通過(guò)α粒子散射試驗(yàn)可以估算出原子核尺度數(shù)量級(jí)為10-10mD．盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)指出原子的全部正電荷和全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的區(qū)域—原子核答案：B解析：A．陰極射線(xiàn)是電子流，J.J.湯姆孫測(cè)出了電子的比荷，密立根精確測(cè)定了電子電荷量，A錯(cuò)誤；B．湯姆孫認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷布滿(mǎn)性地均勻分布于整個(gè)球內(nèi);該理論無(wú)法解釋?duì)亮Ｗ由⑸洮F(xiàn)象，后被盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型所取代，B正確；C．通過(guò)α粒子散射試驗(yàn)可以估算出原子核尺度數(shù)量級(jí)為10-15m，故C錯(cuò)誤；D．盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)指出原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核，故D錯(cuò)誤。2．1909年，物理學(xué)家盧瑟福和他的同學(xué)用粒子轟擊金箔，爭(zhēng)辯粒子被散射的狀況，其試驗(yàn)裝置如圖所示。關(guān)于粒子散射試驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是（）A．粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)是由于它跟電子發(fā)生了碰撞B．在粒子散射試驗(yàn)中，絕大多數(shù)粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)C．粒子散射試驗(yàn)說(shuō)明原子中有一個(gè)帶正電的核幾乎占有原子的全部質(zhì)量D．通過(guò)粒子散射試驗(yàn)還可以估量原子核半徑的數(shù)量級(jí)是答案：C解析：A．粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)是由于它受到原子核的斥力，并不是跟電子發(fā)生了碰撞，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；BC．在粒子散射試驗(yàn)中，絕大多數(shù)粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可以推想使粒子受到排斥力的核體樂(lè)觀(guān)小，試驗(yàn)表明原子中心的核帶有原子的全部正電，和幾乎全部質(zhì)量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；D．粒子散射試驗(yàn)可以估算出原子核半徑的數(shù)量級(jí)是，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3．（多選）關(guān)于α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象及分析，下列說(shuō)法正確的是（）A．絕大多數(shù)α粒子沿原方向運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明正電荷在原子內(nèi)分布均勻，受到原子核的排斥力平衡B．絕大多數(shù)α粒子沿原方向運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明這些α粒子受到原子核的排斥力很小，原子內(nèi)大部分空間是空的C．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明這些α粒子受到原子核的排斥力比較大，原子幾乎全部質(zhì)量和全部正電荷集中在原子內(nèi)很小空間D．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明這些α粒子受到原子核外電子很大的排斥力答案：BC解析：AB．絕大多數(shù)α粒子沿原方向運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明這些α粒子受到原子核的排斥力很小，原子內(nèi)大部分空間是空的，A錯(cuò)誤，B正確；CD．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明這些α粒子受到原子核的排斥力比較大，原子幾乎全部質(zhì)量和全部正電荷集中在原子內(nèi)很小空間，C正確，D錯(cuò)誤。4．盧瑟福指導(dǎo)他的助手進(jìn)行的α粒子散射試驗(yàn)所用儀器的示意圖如圖所示。放射源放射的α粒子打在金箔上，通過(guò)顯微鏡觀(guān)看散射的α粒子。試驗(yàn)發(fā)覺(jué)，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)的角度甚至大于90°，于是，盧瑟福大膽猜想（）A．原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10mB．原子核內(nèi)存在質(zhì)子和中子C．原子內(nèi)部有體積很小、質(zhì)量很大的核D．造成α粒子偏轉(zhuǎn)的主要緣由是它受到了原子中電子的作用答案：C解析：A．原子半徑的數(shù)量級(jí)是通過(guò)油膜法測(cè)出來(lái)的，該試驗(yàn)不能確定原子半徑的數(shù)量級(jí)，A錯(cuò)誤；B．盧瑟福用α粒子轟擊氮核，證明白在原子核內(nèi)存在質(zhì)子，查德威克發(fā)覺(jué)的中子，B錯(cuò)誤；C．從絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可以推想使粒子受到排斥力的核體樂(lè)觀(guān)小，說(shuō)明原子的中心有一個(gè)體積很小的核；從極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明原子中心的核帶有原子的全部正電和絕大部分質(zhì)量，C正確；D．造成α粒子偏轉(zhuǎn)的主要緣由是它受到了原子中心正電荷的作用，故D錯(cuò)誤。5．α粒子散射試驗(yàn)中，不考慮電子和α粒子的碰撞影響，是由于（）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，是由于電子是均勻分布的C．α粒子和電子碰撞損失能量極少，可忽視不計(jì)D．電子很小，α粒子碰撞不到電子答案：C解析：α粒子與電子之間存在著相互作用力，這個(gè)作用力是庫(kù)侖引力，但由于電子質(zhì)量很小，碰撞時(shí)對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)影響微小，幾乎不轉(zhuǎn)變運(yùn)動(dòng)方向，就像一顆子彈撞上一顆塵埃一樣，故C正確，ABD錯(cuò)誤。6．（多選）在粒子散射試驗(yàn)中，假如一個(gè)粒子跟金箔中的電子相碰，下列說(shuō)法正確的是（）A．粒子發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn) B．粒子不會(huì)發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)C．粒子可能被彈回 D．粒子能量幾乎不變答案：BD解析：選BD,粒子間的碰撞滿(mǎn)足動(dòng)量守恒定律，由于α粒子的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，α粒子動(dòng)量幾乎不變，所以α粒子不會(huì)發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，不行能被彈回，能量也幾乎不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。故AC錯(cuò)誤，BD正確。7．（多選）如圖所示為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射試驗(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)觀(guān)看到的現(xiàn)象，下述說(shuō)法中正確的是（）A．放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀(guān)看到屏上的閃光次數(shù)最多B．放在C、D位置時(shí)，屏上觀(guān)看不到閃光C．盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)觀(guān)看到的現(xiàn)象確定了湯姆孫的“棗糕模型”D．盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型答案：AD解析：AB．在α粒子散射試驗(yàn)中，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)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，所以熒光屏和顯微鏡放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀(guān)看到屏上的閃光次數(shù)最多，放在C、D位置時(shí)，屏上仍可以觀(guān)看到閃光，只是次數(shù)較放在A和B位置時(shí)少，故A錯(cuò)誤，B正確；CD．盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)觀(guān)看到的現(xiàn)象否定了湯姆孫的“棗糕模型”，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故C錯(cuò)誤，D正確。8．圖是盧瑟福為解釋粒子散射試驗(yàn)而提出的情境。占金原子質(zhì)量絕大部分的原子核集中在很小的空間范圍，曲線(xiàn)表示粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。下列說(shuō)法正確的是（）A．越接近原子核的粒子發(fā)生散射時(shí)的偏轉(zhuǎn)角越小B．電子質(zhì)量約為粒子質(zhì)量的，因此電子對(duì)粒子速度的影響可以忽視C．由該試驗(yàn)可以得出粒子與金原子核肯定帶異種電荷D．若試驗(yàn)中換用輕金屬笛片，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的粒子將會(huì)增多答案：B解析：A．越接近原子核的粒子受到的庫(kù)侖斥力越大，發(fā)生散射時(shí)的偏轉(zhuǎn)角越大，A錯(cuò)誤；B．電子質(zhì)量約為粒子質(zhì)量的，因此電子對(duì)粒子速度的影響可以忽視，B正確；C．由該試驗(yàn)可以得出粒子與金原子核肯定帶同種電荷，C錯(cuò)誤；D．若試驗(yàn)中換用輕金屬笛片，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的粒子將會(huì)削減，D錯(cuò)誤。9．（多選）依據(jù)α粒子散射試驗(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α粒子散射圖景，圖中實(shí)線(xiàn)表示α粒子運(yùn)動(dòng)軌跡。下列說(shuō)法正確的是（）A．盧瑟福在α粒子散射試驗(yàn)中發(fā)覺(jué)了電子B．α粒子消滅較大角度偏轉(zhuǎn)的緣由是α粒子接近原子核時(shí)受到的庫(kù)侖斥力較大C．α粒子消滅較大角度偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中電勢(shì)能先變小后變大D．α粒子消滅較大角度偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中加速度先變大后變小答案：BD解析：A．湯姆孫對(duì)陰極射線(xiàn)的探究發(fā)覺(jué)了電子，A錯(cuò)誤；B．α粒子消滅較大角度偏轉(zhuǎn)的緣由是α粒子接近原子核時(shí)受到較大的庫(kù)侖斥力，B正確；C．α粒子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，始終受到斥力，靠近原子核過(guò)程庫(kù)侖力做負(fù)功，電勢(shì)能增大，遠(yuǎn)離原子核過(guò)程庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能減小，C錯(cuò)誤；D．靠近原子核過(guò)程中庫(kù)侖力增大，加速度增大，遠(yuǎn)離過(guò)程庫(kù)侖力減小，加速度減小，D正確。10．（多選）英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福用α粒子轟擊金箔后，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。如圖所示，O表示金原子核的位置，曲線(xiàn)ab和cd分別表示經(jīng)過(guò)金原子核四周的α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，其中能正確反映試驗(yàn)結(jié)果的是（）A．B．C． D．答案：BD解析：AB．當(dāng)α粒子靠近金原子核時(shí)，α粒子將受到金原子核的斥力作用，而α粒子的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的軌跡總是彎向受力的一側(cè)，A錯(cuò)誤、B正確；CD．α粒子和原子核都帶正電，α粒子離核越近所受斥力越大，偏轉(zhuǎn)角度越大，C錯(cuò)誤、D正確。11．（多選）物理試驗(yàn)助推物理學(xué)理論的進(jìn)展。對(duì)以下試驗(yàn)的表述，說(shuō)法正確的是（）A．圖甲：密立根通過(guò)油滴試驗(yàn)測(cè)量了電子的電荷量，揭示了電荷的量子化B．圖乙