高中物理 第三章 原子结构之谜 第二节 原子的结构教学案 粤教版选修3-5

第二节 原子的结构1汤姆生设想原子是一个球体，带正电的部分均匀地分布在其中，质量很小的电子则像布丁中的葡萄干一样镶嵌在内。该模型被卢瑟福的粒子散射实验否定。2粒子散射实验的方法是：用由放射源发射的粒子束轰击金箔，利用荧光屏接收，探测通过金箔后的粒子偏转情况。3粒子散射实验的目的是：粒子通过金箔时，由于金原子中的带电粒子对粒子有库仑力作用，一些粒子的运动方向改变，也就是粒子发生散射。统计散射到各个方向的粒子数量，即可推知原子中质量和正电荷的分布情况。4粒子散射实验的现象是：绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，但少数粒子发生了较大的偏转，并且有极少数粒子的偏转超过90，有的甚至几乎达到180。5卢瑟福的原子核式结构模型认为：原子中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转。6实验确定的原子核半径的数量级为10151014 m，原子半径的数量级为1010 m。粒子散射实验1.实验装置(如图321所示)放射源释放粒子；金箔靶子；显微镜荧光屏(可转动)用于观察。图3212实验过程粒子从铅盒射出，经过一条细通道，形成细射线穿过金箔后打在荧光屏上产生闪光，用可转动的显微镜从不同角度进行观察。3实验现象(1)粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进。(2)少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90。(3)有的甚至被弹回，偏转几乎达到180。4实验分析(1)由于电子质量远小于粒子质量，所以二者发生碰撞时电子不可能使粒子发生大角度偏转。(2)使粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆生的原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，粒子穿过原子时，它受到两侧的斥力大部分抵消，因而也不可能使粒子发生大角度偏转，更不可能使粒子反向弹回，这与粒子的散射实验的现象矛盾。(3)现象说明原子绝大部分是空的，除非原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则，粒子的大角度散射是不可能的。(1)整个实验过程在真空中进行，且金箔很薄，粒子很容易穿过。(2)粒子散射实验否定了汤姆生的原子结构模型，提出了原子的核式结构模型。1(双选)在粒子散射实验中，如果一个粒子跟金箔中的电子相撞，则()A粒子的动能几乎没有损失B粒子损失大部分动能C粒子不会发生显著的偏转D粒子将发生大角度的偏转解析：由于粒子质量远大于电子质量，粒子碰到电子就像子弹碰到尘埃一样，其运动速度几乎不会发生改变，故A、C对，B、D错。答案：AC原子的核式结构1.原子的核式结构模型的内容原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转。2对粒子散射实验的解释(1)按照该模型，由于原子核很小，大部分粒子穿过金箔时都离核很远，受到的库仑斥力很小，它们的运动几乎不受影响。(2)极少数的粒子从原子核附近飞过，受到的库仑斥力很大，从而发生大角度的偏转。(3)极个别的粒子正对着原子核射来，受到的库仑斥力最大，偏转角几乎达到180。如图322所示图3223原子核的电荷与尺度(1)原子内的电荷关系：原子核的电荷数等于核外电子数，非常接近于它们的原子序数。(2)原子核的大小：原子核半径的数量级为1015m，原子半径的数量级为1010m，两者相差十万倍之多，可见原子内部十分“空旷”。(1)使粒子发生偏转的是原子核对它的库仑斥力，粒子离原子核越近，库仑力越大，粒子的加速度越大，反之则越小。(2)粒子与原子核间的万有引力远小于两者间的库仑力，因而可以忽略不计。并且处理粒子等微观粒子时一般不计重力。2根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是()A原子的正电荷均匀分布在整个原子范围内B原子质量均匀分布在整个原子范围内C原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内D原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内解析：核式结构认为：原子是由位于其中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成，原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，故D项正确。答案：D粒子散射实验例1关于粒子散射实验，下列说法中正确的是()A绝大多数粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转B粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少C粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能也增大D对粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小解析由于原子核很小，粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数粒子基本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转。从粒子散射实验数据可以估计出原子核的大小约为1015m。由此可知A错，D正确。图323用极端法，设粒子向金核射去，如图323所示。可知粒子接近原子核时，克服电场力做功，所以其动能减少，电势能增加；当粒子远离原子核时，电场力做功，其动能增加，电势能减少，所以选项B、C都错。答案D(1)原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。原子核很小，直径数量级为1015 m。(2)粒子散射实验中的做功与能量转化：当粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加。当粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减小。仅有库仑斥力做功，能量只是电势能和动能之间相互转化，而总能量保持不变。1关于粒子散射实验，下列说法错误的是()A该实验在真空环境中进行B带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动C荧光屏上的闪光是散射的粒子打在荧光屏上形成的D荧光屏只有正对粒子源发出的射线方向上才有闪光解析：本题考查卢瑟福粒子散射实验的装置与操作。因粒子少数发生很大偏转甚至极少数被弹回，故荧光屏没有正对粒子源发出的射线方向上也可能有闪光。答案：D核式结构模型中电子的运动问题例2关于原子结构理论与粒子散射实验的关系，下列说法正确的是()A卢瑟福做粒子散射实验是为了验证汤姆孙的枣糕模型是错误的B卢瑟福认识到汤姆孙“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论C卢瑟福的粒子散射实验是为了验证式结构理论的正确性D卢瑟福依据粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论解析由于卢瑟福设计的粒子散射实验是为了探究原子内电荷的分布，并非为了验证汤姆的孙的“模型”是错误的，A错误；卢瑟福并不是认识到“模型”的错误而提出“核式结构”理论，B错误；卢瑟福做了粒子散射实验后，由实验现象提出了“核式结构”理论，C错误，D正确。答案D2下列选项中，不能由粒子散射实验得出的结论有()A原子中绝大部分是空的B原子中全部正电荷集中在原子核上C原子内有中子D原子的质量几乎全部集中在原子核上解析：卢瑟福由粒子散射实验得到结论有：在原子中心有一个很小的核叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外的空间运动，故选C。答案：C1卢瑟福粒子散射实验的结果()A证明了质子的存在B证明了原子核是由质子和中子组成的C证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上D说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动解析：卢瑟福的粒子散射实验是物理学史上的一个重要实验，它只是证明了原子具有核式结构，否定了汤姆生的“葡萄干布丁模型”，该实验无法证明原子核的内部结构，也无法说明原子核外电子的情况。答案：C2以下说法中符合汤姆生原子模型的是()A原子中的正电部分均匀分布在原子中B原子中的正电部分集中在很小的体积内C电子在原子内可以自由运动D电子在原子内不能做任何运动解析：在汤姆生模型中，电子虽然镶嵌在原子中，但并不是完全固定的，它可以振动。答案：A3(双选)在粒子散射实验中，当粒子最接近金原子核时，粒子符合下列哪种情况()A动能最小B势能最小C粒子与金原子核组成的系统能量很小D所受金原子核的斥力最大解析：粒子在靠近原子核的过程中，克服库仑斥力做功，动能减少，电势能增大；两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒，故A对，B、C错。由库仑定律可知，距离最近时斥力最大，D对。答案：AD4如图1所示为卢瑟福粒子散射实验的原子核和两个粒子的径迹，其中可能正确的是()图1解析：粒子与原子核均带正电，处于排斥状态，故A对。答案：A5关于原子结构，汤姆生提出葡萄干布丁模型、卢瑟福提出行星模型，都采用了类比推理的方法，下列事实中，主要采用类比推理的是()A人们为便于研究物体的运动而建立的质点模型B伽利略从教堂吊灯的摆动中发现摆的等时性规律C库仑根据牛顿的万有引力定律提出库仑定律D托马斯杨通过双缝干涉实验证明光是一种波解析：质点的模型是一种理想化的物理模型，是为研究物体的运动而建立的；伽利略的摆的等时性是通过自然现象发现的；托马斯杨是通过实验证明光是一种波，是建立在事实的基础上的。答案：C6下列对原子结构的认识中，错误的是()A原子中绝大部分是空的，原子核很小B电子在核外旋转，库仑力提供向心力C原子的全部正电荷都集中在原子核里D原子核的直径大约是1010 m解析：原子是由位于原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子构成的，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，由此可判定B、C正确，根据散射实验知原子核直径数量级为1015 m，而原子直径的数量级为1010 m，故A正确，D错误。答案：D7当粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是()A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粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小解析：粒子与原子核均带正电，两者相互排斥，故A、C错，B对。粒子在靠近原子核的过程中斥力做负功，速度减小，远离原子核的过程中，斥力做正功，速度增大，故D错。答案：B图28如图2为粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下述说法不正确的是()A相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多C放在C、D位置时屏上观察不到闪光D放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少图3解析：根据粒子散射实验的现象，绝大多数粒子穿过金箔后，基本上沿原方向前进，因此在A位置观察到闪光次数最多，故A正确，少数粒子发生大角度偏转，因此从A到D观察到的闪光会逐渐减小，因此B、D正确，C错。答案：C9如图3所示，M、N为原子核外的两个等势面，已知UNM100 V。一个粒子以2.5105 m/s从等势面M上的A点运动到B点，求粒子在B点时速度的大小。(已知m6.641027 kg)解析：粒子在由A到B的过程中，满足2eUNMmv2mv由此得v m/s 2.3105 m/s。答案：2.3105 m/s10氢原子核外电子的电量为e，它绕核运动的最小轨道半径为r0，试求(1)电子绕核做圆周运动时