高中物理 第十八章 原子结构 2 原子的核式结构模型学案 新人教版选修3-5 (2).doc

2原子的核式结构模型学 习 目 标知 识 脉 络1.了解粒子散射实验器材、实验原理和实验现象(重点)2知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容(重点、难点)3了解卢瑟福的实验和科学方法，培养抽象思维能力(重点) 粒 子 散 射 实 验1汤姆孙原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中图18212粒子散射实验(1)实验装置：粒子源、金箔、放大镜和荧光屏(2)实验现象：绝大多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进少数粒子发生了大角度的偏转极少数粒子的偏转角大于90，甚至有极个别粒子被反弹回来(3)实验意义：卢瑟福通过粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型1卢瑟福为了证实汤姆孙原子模型的正确性进行了粒子散射实验()2粒子散射实验中大多数粒子发生了大角度偏转或反弹()3卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型()1粒子发生大角度散射的原因是什么？【提示】粒子带正电，粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射2汤姆孙的原子结构模型为什么被卢瑟福否定掉？【提示】按照汤姆孙的“枣糕”原子模型，粒子如果从原子之间或原子的中心轴线穿过时，它受到周围的正负电荷作用的库仑力是平衡的，粒子不产生偏转；如果粒子偏离原子的中心轴线穿过，两侧电荷作用的库仑力相当于一部分被抵消，粒子偏转很小；如果粒子正对着电子射来，质量远小于粒子的电子不可能使粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹所以粒子的散射实验结果否定了汤姆孙的原子模型汤姆孙发现电子后对于原子的结构提出了“枣糕”原子模型，卢瑟福为寻找实验依据设计进行了粒子散射实验探讨1：粒子散射实验有何意义？【提示】(1)否定了汤姆孙的原子结构模型(2)卢瑟福提出了原子的核式结构模型探讨2：由粒子散射实验的结果为何可以说明原子核尺度很小，但几乎占有全部质量？【提示】绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，说明带正电荷部分很小，少数粒子被“撞了回来”说明遇到了质量很大的部分1装置放射源、金箔、荧光屏等，如图1822所示图18222现象及解释(1)绝大多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进大多数粒子离金原子核较远(2)少数粒子发生较大的偏转发生较大偏转的粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大(3)极少数粒子偏转角度超过90，有的几乎达到180.正对或基本正对着金原子核入射的粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后加速远离金原子核3实验的注意事项(1)整个实验过程在真空中进行(2)金箔需要做得很薄，粒子才能穿过(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄另外一点就是金的原子序数大，粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显1如图1823所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中a、b、c、d四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是()图1823a放在a位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多b放在b位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比a位置稍少些c放在b位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比a位置少很多d放在c、d位置时，屏上观察不到闪光e放在d位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少【解析】在卢瑟福粒子散射实验中，粒子穿过金箔后，绝大多数粒子仍沿原来的方向前进，故a正确；少数粒子发生较大偏转，极少数粒子偏转角度超过90，极个别粒子被反射回来，故b、d错误，ce正确【答案】ace2由粒子的散射实验可以得出的正确结论有()a原子中绝大部分是空的b原子中全部正电荷都集中在原子核上c原子内有中子d原子的质量几乎全部都集中在原子核上e原子中存在着带负电的电子【解析】卢瑟福由粒子散射实验得到的结论有：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【答案】abd3在卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹，其中一定不符合实验事实的是()【解析】粒子与原子核相互排斥，运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变化越明显【答案】abd(1)分析粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为“大角度偏转”只是少数粒子的行为(2)粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键通过对粒子散射实验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景卢 瑟 福 的 核 式 结 构 模 型1核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动2原子核的电荷与尺度1原子的质量几乎全部集中在原子核上()2原子中所有正电荷都集中在原子核内()3核电荷数等于质子数，也等于中子数()1原子中的原子核所带的电荷量有何特点？【提示】原子核带正电，所带电荷量与核外电子所带的电荷量绝对值相等2原子核的大小在整个原子中占有多大的比例？【提示】原子半径数量级是1010m，而原子核半径数量级是1015m，二者相差10万倍之多，故原子核在原子中所占的体积是很小的汤姆孙发现电子后建立了“枣糕”模型，卢瑟福根据粒散射实验推翻了“枣糕”模型，建立了核式结构模型探讨1：卢瑟福的核式结构模型是最科学的吗？【提示】卢瑟福的核式结构模型是比汤姆孙的“枣糕”模型更科学的模型，但不是最科学的模型，随着人们认识水平的不断提高，原子结构模型也在不断更新探讨2：如何理解原子内绝大部分是空的？【提示】原子核的半径数量级为1015 m，原子的半径数量级为1010 m，原子核的体积只相当于原子体积的1015，故原子内部绝大部分是空的1原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别核式结构枣糕模型原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里原子是充满了正电荷的球体电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体内2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近它们的原子序数3原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数4原子半径的数量级是1010m，原子核半径的数量级是1015m，两者相差10万倍之多4卢瑟福对粒子散射实验的解释是()a使粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对粒子的作用力b使粒子产生偏转的力是库仑力c原子核很小，粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的粒子仍沿原来的方向前进d能产生大角度偏转的粒子是穿过原子时离原子核近的粒子e因正、负电荷在原子中是均匀分布的，所以绝大多数的粒子仍沿原来的方向前进【解析】原子核带正电，与粒子之间存在库仑力，当粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故a错，b对；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远因而运动方向几乎不变，只有离核很近的粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故c、d对【答案】bcd5在粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的粒子，从不同大小的角度散射出来，则散射角度大的粒子()a更接近原子核b更远离原子核c受到一个以上的原子核作用d受到原子核较大的冲量作用e动量的变化量较大【解析】由于原子的体积远远大于原子核的体积，当粒子穿越某一个原子的空间时，其他原子核距粒子相对较远，而且其他原子核对粒子的作用力也可以近似相互抵消，所以散射角度大的这个粒子并非由于受到多个原子核作用，c错；由库仑定律可知，粒子受到的斥力与距离的平方成反比，粒子距原子核越近，斥力越大，运动状态改变越大，即散射角度越大，a对，b错；当粒子受到原子核较大的冲量作用时，动量的变化量就大，即速度的变化量就大，则散射角度就大，d、e对【答案】ade6在粒子散射实验中，当在粒子最接近原子核时，关于描述粒子的有关物理量情况正确的是()a动能最小b势能最小c势能最大d粒子与金原子核组成的系统能量最小e粒子所受金原子核的斥力最大【解析】粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小时，库仑力做负功，故粒子动能减小，电势能增加；系统的能量守恒，由库仑定律可知随着距离的减小，库仑斥力逐渐增大【答案】ace粒子散射实验中的力电问题分析(1)库仑定律：fk，用来分析粒子和原子核间的相互作用力(2)牛顿第二定律：该实验中粒子只受库仑力，可根据库仑力的变化分析加速度的变化(3)功能关系：根据库仑力做功，可分析动能的变化，也能分析电势能的变化学业分层测评(十) (建议用时：45分钟) 学业达标1对 粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有()a实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜b金箔的厚度对实验无影响c如果不用金箔改用铝箔，仍会发生散射现象d实验装置放在空气中和真空中都可以e实验装置必须放在真空中【解析】若金箔的厚度过大，粒子穿过金箔时必然受较大的阻碍而影响实验效果，b错若改用铝箔，铝核的质量仍远大于粒子的质量，散射现象仍能发生，c对若放置在空气中，空气中的尘埃对粒子的运动会产生影响，故d错，e对【答案】ace2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，速度先减小后增大e粒子在靠近原子核的过程中，粒子和原子核组成的系统能量不变【解析】粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，故a、c错误，b正确；粒子在靠近金原子核时斥力做负功，速度减小，远离时斥力做正功，速度增大，二者组成的系统能量不变故de正确【答案】bde3关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是()a原子是一个质量分布均匀的球体b原子的质量几乎全部集中在原子核内c原子的正电荷全部集中在一个很小的核内d原子核半径的数量级是1010 me原子核半径的数量级是1015 m【解析】根据卢瑟福的原子核式结构学说，可知选项b、c、e正确【答案】bce4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，发生了角度很大的偏转b粒子在接近原子核的过程中，动能减少c粒子离开原子核的过程中，电势能减少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e对粒子散射实验数据进行分析，可以估算出粒子的大小【解析】由于原子核占整个原子很小的一部分，十分接近核的粒子很少，所以绝大多数粒子几乎不偏转，a错误；由粒子散射实验数据，卢瑟福估算出了原子核的大小，d正确，e错误；粒子接近原子核的过程中，克服库仑力做功，所以动能减小，电势能增大，远离原子核时，库仑力做正功，动能增大，电势能减小，b、c正确【答案】bcd5如图1824所示为粒子散射实验中粒子穿过某一金原子核附近时的示意图，a、b、c三点分别位于两个等势面上，则以下说法正确的是()图1824a粒子在a处的速度比在b处的速度小b粒子在b处的速度最大c粒子在a、c处的速度大小相等d粒子在b处速度比在c处速度小e粒子在a、c两处的电势能相等【解析】由能量守恒定律可知，对于a、b、c三点，a、c位于原子核形成的同一等势面上，电势能相同，故动能也相同，则a、c两点速率相同，c、e正确；由a到b，粒子克服库仑力做功，动能减小，电势能增大，故b点速度最小，d正确，a、b错误【答案】cde61911年，卢瑟福依据粒子散射实验中粒子发生了_(选填“大”或“小”)角度散射现象，提出了原子的核式结构模型若用动能用1 mev的粒子轰击金箔，其速度约为_m/s.(质子和中子的质量均为1.671027 kg,1 mev1106 ev)【解析】设粒子的速度为v，ekmv2，则v m/s6.9106 m/s.【答案】大6.91067如图1825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点运动到等势面n上的b点，求粒子在b点时速度的大小(已知m6.641027 kg)图1825【解析】粒子在由a到b的过程中，满足2eunmmv2mv由此得v2.3105 m/s.【答案】2.3105 m/s8速度为107 m/s的粒子从很远的地方飞来，与铝原子核发生对心碰撞，若粒子的质量为4m0，铝核的质量为27m0，它们相距最近时，铝核获得的动能是原粒子动能的多少？【解析】当两者速度相同时相距最近，由动量守恒，得mv0(mm铝)v解得vv0所以.【答案】能力提升9在卢瑟福的粒子散射实验中，某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图1826中实线所示图中p、q为轨迹上的点，虚线是过p、q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域不考虑其他原子核对该粒子的作用，那么该原子核的位置在_区域. 【导学号：66390031】图1826【解析】粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的粒子产生斥力，故原子核不会在区域；如原子核在、区域，粒子会向区域偏；如原子核在区域，可能会出现题图所示的轨迹【答案】10关于原子结构，汤姆孙提出枣糕模型、卢瑟福提出行星模型如图1827甲、乙所示，都采用了_方法甲：枣糕模型乙：行星模型图1827【答案】类比推理11在粒子散射实验中，根据粒子与原子核发生对心碰撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小现有一个粒子以2.0107 m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79.求粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为epk，r为距点电荷的距离粒子质量为6.641027 kg). 【导学号：66390032】【解析】当粒子靠近原子核运动时，粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，则mv2k.dm2.71014m.【答案】2.71014m12已知电子质量为9.1