2024-2025學(xué)年高中物理第3章第2節(jié)原子的結(jié)構(gòu)教案粵教版選修3-5

PAGE7-其次節(jié)原子的結(jié)構(gòu)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解α粒子散射試驗(yàn)器材、試驗(yàn)原理和試驗(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))3.知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí)，原子和原子核的組成及帶電狀況．(重點(diǎn))4.了解盧瑟福的試驗(yàn)和科學(xué)方法，培育抽象思維實(shí)力．一、α粒子散射試驗(yàn)1．湯姆生原子模型(葡萄干布丁模型)湯姆生于1898年提出了原子模型，他設(shè)想原子是一個(gè)球體，帶正電的部分勻稱地分布在其中，質(zhì)量很小的電子則像布丁中的葡萄干一樣鑲嵌在內(nèi)(如圖所示)．2．α粒子散射試驗(yàn)(1)試驗(yàn)裝置：α粒子源、金箔、顯微鏡和熒光屏．(2)試驗(yàn)現(xiàn)象：α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過了90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°.二、原子的核式結(jié)構(gòu)的提出1．核式結(jié)構(gòu)模型原子的核式結(jié)構(gòu)：原子的中心有一個(gè)帶正電的原子核，它幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，而電子則在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)．2．原子核的電荷與尺度1．正誤推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)金箔的厚薄對(duì)試驗(yàn)無影響． (×)(2)α粒子大角度的偏轉(zhuǎn)是電子造成的． (×)(3)原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核上． (√)(4)原子中全部正電荷都集中在原子核內(nèi)． (√)(5)核電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，也等于中子數(shù)． (×)2．(多選)關(guān)于α粒子散射試驗(yàn)的現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．絕大部分α粒子穿過金箔后，都不同程度發(fā)生了偏轉(zhuǎn)B．極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°C．α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的緣由是金原子核對(duì)它的庫侖力D．α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的緣由是金原子核與它發(fā)生碰撞時(shí)的碰撞力BC[α粒子散射試驗(yàn)的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)(偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°，被反彈回來)，A選項(xiàng)錯(cuò)誤，B選項(xiàng)正確；造成α粒子散射角度大的緣由，是受到的原子核的斥力比較大，C選項(xiàng)正確，D選項(xiàng)錯(cuò)誤．]3．(多選)α粒子散射試驗(yàn)結(jié)果表明()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ABD[α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象為：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°而被反彈回來．盧瑟福依據(jù)該試驗(yàn)現(xiàn)象提出了原子具有核式結(jié)構(gòu)模型：原子中絕大部分是空的，全部正電荷都集中在原子核上，質(zhì)量幾乎全部都集中在原子核上，A、B、D選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯(cuò)誤．]α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象分析1.試驗(yàn)背景α粒子散射試驗(yàn)是盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生做的一個(gè)聞名的物理試驗(yàn)，試驗(yàn)的目的是想驗(yàn)證湯姆生原子模型的正確性，試驗(yàn)結(jié)果卻成了否定湯姆生原子模型的有力證據(jù)．在此基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型．2．否定湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型(1)質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子的電子，對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)影響完全可以忽視，不應(yīng)當(dāng)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．(2)α粒子在穿過原子時(shí)，受到各方向正電荷的斥力基本上會(huì)相互平衡，對(duì)α粒子運(yùn)動(dòng)方向的影響不會(huì)很大，也不應(yīng)當(dāng)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．(3)α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)，否定湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型．3．大角度偏轉(zhuǎn)的試驗(yàn)現(xiàn)象分析(1)由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子質(zhì)量，所以電子不行能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．(2)使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的只能是原子中帶正電的部分．依據(jù)湯姆生原子模型，正電荷在原子內(nèi)是勻稱分布的，α粒子穿過原子時(shí)，它受到的兩側(cè)斥力大部分抵消，因而也不行能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不能使α粒子反向彈回，這與α粒子散射試驗(yàn)相沖突．(3)試驗(yàn)現(xiàn)象表明原子絕大部分是空的，原子的幾乎全部質(zhì)量和全部正電荷都集中在原子中心的一個(gè)很小的核上，否則，α粒子大角度散射是不行能的．【例1】(多選)如圖為盧瑟福所做的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)，下列說法中正確的是()A．相同時(shí)間內(nèi)在A時(shí)視察到屏上的閃光次數(shù)最多B．相同時(shí)間內(nèi)在B時(shí)視察到屏上的閃光次數(shù)比放在A時(shí)稍少些C．放在D位置時(shí)屏上仍能視察到一些閃光D．放在C、D位置時(shí)屏上視察不到閃光AC[在盧瑟福α粒子散射試驗(yàn)中，α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來的方向前進(jìn)，故A正確．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，所以在B位置只能視察到少數(shù)的閃光，在C、D兩位置能視察到的閃光次數(shù)極少，故B、D錯(cuò)誤，C正確．]1．分析α粒子散射試驗(yàn)中的現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)留意是“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．α粒子散射試驗(yàn)是得出原子核式結(jié)構(gòu)模型的試驗(yàn)基礎(chǔ)，對(duì)試驗(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．通過對(duì)α粒子散射試驗(yàn)這一宏觀探測，間接地構(gòu)建出原子結(jié)構(gòu)的微觀圖景．1．α粒子散射試驗(yàn)中，不考慮電子和α粒子的碰撞影響，是因?yàn)?)A．α粒子與電子根本無相互作用B．α粒子受電子作用的合力為零，是因?yàn)殡娮邮莿蚍Q分布的C．α粒子和電子碰撞時(shí)受力微小，可忽視不計(jì)D．電子很小，α粒子碰撞不到電子C[α粒子與電子之間存在著相互作用力，這個(gè)作用力是庫侖引力，但由于電子質(zhì)量很小，只有α粒子質(zhì)量的eq\f(1,7300)，碰撞時(shí)對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)影響微小，就像一顆子彈撞上一粒塵埃一樣，幾乎不變更α粒子的運(yùn)動(dòng)方向，故選C.]原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子核的組成1.兩種根本區(qū)分核式結(jié)構(gòu)葡萄干布丁模型原子內(nèi)部是特別空曠的，正電荷集中在一個(gè)很小的核里原子是充溢了正電荷的球體電子繞核高速旋轉(zhuǎn)電子勻稱嵌在原子球體內(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，特別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10－10m，原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－15【例2】在α粒子散射試驗(yàn)中，依據(jù)α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)在一個(gè)α粒子以2.0×107m/s的速度去轟擊金箔，若金原子的核電荷數(shù)為79.求α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＝keq\f(q1q2,r)，r為距點(diǎn)電荷的距離．α粒子質(zhì)量為6.64×10－27kg)．思路點(diǎn)撥：(1)α粒子的運(yùn)動(dòng)方向沿α粒子和金原子核的連線．(2)當(dāng)α粒子的動(dòng)能減為零時(shí)，電勢能最大，離原子核最近．(3)原子核的大小應(yīng)比最近距離小一些．[解析]當(dāng)α粒子靠近原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)，α粒子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢能，達(dá)到最近距離時(shí)，動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電勢能，所以α粒子與原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)所能達(dá)到的最小距離為d，則eq\f(1,2)mv2＝keq\f(q1q2,d)，則d＝eq\f(2kq1q2,mv2)＝eq\f(2×9.0×109×2×79×1.6×10－192,6.64×10－27×2.0×1072)m＝2.7×10－14m.[答案]2.7×10－14解決原子結(jié)構(gòu)問題的三大規(guī)律1．庫侖定律：F＝keq\f(q1q2,r2)，用來分析α粒子和原子核間的相互作用力．2．牛頓其次定律：該試驗(yàn)中α粒子只受庫侖力，可依據(jù)庫侖力的變更分析加速度的變更．3．功能關(guān)系：依據(jù)庫侖力做功，可分析動(dòng)能的變更，也能分析電勢能的變更．訓(xùn)練角度1：盧瑟福對(duì)α粒子散射試驗(yàn)的說明2．(多選)盧瑟福對(duì)α粒子散射試驗(yàn)的說明正確的是()A．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要緣由是原子中電子對(duì)α粒子的作用力B．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力C．原子核很小，α粒子接近它的機(jī)會(huì)很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來的方向前進(jìn)D．能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是穿過原子時(shí)離原子核近的α粒子BCD[原子核帶正電，與α粒子之間存在庫侖力，當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí)受庫侖力而偏轉(zhuǎn)，電子對(duì)它的影響可忽視，故A錯(cuò)，B對(duì)；由于原子核特別小，絕大多數(shù)粒子經(jīng)過時(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α粒子受到的庫侖力較大，方向變更較多，故C、D對(duì)．]訓(xùn)練角度2：α粒子散射過程中的功能關(guān)系3．在α粒子散射試驗(yàn)中，當(dāng)在α粒子最接近原子核時(shí)，關(guān)于描述α粒子的有關(guān)物理量狀況正確的是()A．動(dòng)能最大B．勢能最小C．勢能最大D．α粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量最小C[α粒子和金原子核都帶正電，庫侖力表現(xiàn)為斥力，兩者距離減小時(shí)，庫侖力做負(fù)功，故α粒子動(dòng)能減小，電勢能增加，系統(tǒng)的能量守恒．故選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤．]課堂小結(jié)知識(shí)脈絡(luò)1.α粒子散射試驗(yàn)結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(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°.2.原子結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞核旋轉(zhuǎn).3.原子核由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核中的質(zhì)子數(shù).4.原子半徑的數(shù)量級(jí)為10－10m，原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10－151．英國物理學(xué)家盧瑟福用α粒子轟擊金箱，發(fā)覺了α粒子的散射現(xiàn)象．如圖所示中，O表示金原子核的位置，則能合理表示該試驗(yàn)中經(jīng)過金原子核旁邊的α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡的圖是()D[α粒子散射試驗(yàn)中，α粒子受到金原子核的斥力作用，故A、B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；越靠近原子核的粒子受到的斥力越大，軌跡的偏轉(zhuǎn)角越大，且?guī)靵隽χ赶蜍壽E的內(nèi)側(cè)．故D選項(xiàng)正確．]2．α粒子散射試驗(yàn)中，使α粒子發(fā)生散射的緣由是()A．α粒子與原子核外電子碰撞B．α粒子與原子核發(fā)生接觸碰撞C．α粒子發(fā)生明顯衍射D．α粒子與原子核的庫侖力作用D[α粒子和電子之間存在庫侖引力，電子的質(zhì)量只有α粒子質(zhì)量的eq\f(1,7300)，粒子與電子碰撞就像一顆子彈與一個(gè)灰塵碰撞一樣，α粒子質(zhì)量大，其運(yùn)動(dòng)方向幾乎不變更．α粒子散射試驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的緣由是α粒子與原子核之間的庫侖力作用，D選項(xiàng)正確，A、B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤．]3．(多選)下列對(duì)原子結(jié)構(gòu)的相識(shí)中，正確的是()A．原子中絕大部分是空的，原子核很小B．電子在核外旋轉(zhuǎn)，庫侖力供應(yīng)向心力C．原子的全部正電荷都集中在原子核里D．原子核的直徑大約是10－10ABC[原子由位于原子中的帶正電的原子核和核外帶負(fù)電的電子構(gòu)成，電子在核外繞核高速旋轉(zhuǎn)，庫侖力供應(yīng)向心力，由此可判定B、C正確．原子中絕大部分是空的，原子核很小，原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10－15m，而原子半徑的數(shù)量級(jí)為10－10