高中物理 18.2 原子的核式结构模型课件 新人教版选修35.ppt

2原子的核式结构模型 1 了解 粒子散射实验的实验器材 实验原理和实验现象 2 知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容 3 领会卢瑟福的实验和科学方法 培养学生抽象思维能力 重点 1 粒子散射实验的现象和结论 2 卢瑟福的原子核式结构模型 难点 用核式结构模型解释 粒子散射实验 一 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 弥漫性地均匀分布在整个球体内 镶嵌在球中 球体 正电荷 电子 2 粒子散射实验 1 实验装置 粒子源 放大镜和 2 实验现象 绝大多数的 粒子穿过金箔后 的方向前进 少数 粒子发生了 的偏转 极少数 粒子的偏转角 甚至有极个别 粒子被反弹回来 金箔 荧光屏 仍沿原来 大角度 大于90 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 模型 核式结构 判一判 1 粒子散射实验证明了汤姆孙的原子模型是符合事实的 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 提示 1 粒子散射实验否定了汤姆孙的原子模型 1 错误 2 实验中大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进 少数 粒子发生了大角度偏转 2 错误 3 卢瑟福通过 粒子散射实验否定了汤姆孙模型 建立了原子核式结构模型 3 正确 二 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 它集中了原子全部的 和几乎全部的 在核外空间运动 原子核 正电荷 质量 电子 2 原子核的电荷与尺度 电子数 质子和中子 a 10 10m 10 15m 想一想 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10 10m 而原子核半径数量级是10 15m 二者相差十万倍之多 故原子核在原子中所占的体积是很小的 粒子散射实验探究分析 探究导引 观察 粒子散射实验装置 思考以下问题 1 显微镜放在a b c d四个方向上 在哪个方向观察到的 粒子数目最多 2 在位置d也可以观察到极少数的 粒子 这说明了什么问题 要点整合 1 实验背景 粒子散射实验是卢瑟福和他的合作者做的一个著名的物理实验 实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性 实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据 在此基础上 卢瑟福提出了原子核式结构模型 2 实验现象分析 1 由于电子质量远小于 粒子质量 所以电子不可能使 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 按照汤姆孙原子模型 正电荷在原子内是均匀分布的 粒子穿过原子时 它受到的两侧斥力大部分抵消 因而也不可能使 粒子发生大角度偏转 更不能使 粒子反向弹回 这与 粒子散射实验相矛盾 3 实验现象表明原子绝大部分是空的 原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上 否则 粒子大角度散射是不可能的 3 原子的核式结构模型对 粒子散射实验结果的解释 1 当 粒子穿过原子时 如果离核较远 受到原子核的斥力很小 粒子就像穿过 一片空地 一样 无遮无挡 运动方向改变很小 因为原子核很小 所以绝大多数 粒子不发生偏转 2 只有当 粒子十分接近原子核穿过时 才受到很大的库仑力作用 发生大角度偏转 而这种机会很少 3 如果 粒子正对着原子核射来 偏转角几乎达到180 这种机会极少 如图所示 特别提醒 粒子散射实验并不能观察到原子的实际结构 它只能通过 粒子通过金箔时的散射情况 推断出金原子的核式结构模型 典例1 如图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 关于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 a 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 思路点拨 审题时应重点关注以下两点 关键点 1 注意关键词语 次数最多 稍少 极少 等 2 明确实验装置中各部分的组成及作用 规范解答 选a d 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 粒子发生大角度偏转 极少数 粒子偏转角度大于90 极个别 粒子被反射回来 所以在b位置只能观察到少数的闪光 在c d两位置能观察到的闪光次数极少 故b c错 d对 总结提升 解决 粒子散射实验问题的建议 1 熟记装置及原理 2 理解建立核式结构模型的要点 核外电子不会使 粒子的速度发生明显改变 汤姆孙的原子模型不能解释 粒子的大角度散射 少数 粒子发生了大角度偏转 甚至反弹回来 表明这些 粒子在原子中的某个地方受到了质量 电量均比它本身大得多的物体的作用 绝大多数 粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化 说明原子中绝大部分是空的 原子的质量 电量都集中在体积很小的核上 变式训练 2012 青岛高二检测 粒子的散射实验证明了 a 原子有一个很小的核b 原子核集中了原子的全部正电荷c 原子核集中了原子的全部质量d 原子核是由质子和中子组成的 解析 选a b 卢瑟福的原子核式结构学说是在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 a b正确 由于电子也有质量 所以c错误 粒子的散射实验并不能证明原子核是由质子和中子组成的 故d错误 变式备选 在卢瑟福的 粒子散射实验中 有少数 粒子发生大角度偏转 其原因是 a 原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上b 正电荷在原子中是均匀分布的c 原子中存在着带负电的电子d 金箔中的金原子间存在很大的空隙 只有极少数碰到金原子 解析 选a 卢瑟福的 粒子散射实验中少数 粒子发生了较大角度的偏转 说明只有少数 粒子受到很强的斥力 大多数 粒子受到的斥力很小 这反映出在原子内部正电荷分布在很小的空间 且质量很大 实验中所用金箔尽管很薄 但也有很多层原子 由此可知 有少数 粒子发生大角度偏转显然不是由于碰到金原子 由此知b c d错误 a正确 原子的核式结构模型和原子核的组成 探究导引 根据卢瑟福的核式结构模型 氢原子的结构可以看成原子中心是由一个质子组成的原子核 电子绕原子核做匀速圆周运动 回答以下问题 1 电子和原子核之间的作用力是什么性质的力 2 假设原子核有一个篮球那么大 按照比例 整个原子有多大 要点整合 1 原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别 原子是充满了正电荷的球体 电子均匀嵌在原子球体内 原子内部是非常空旷的 正电荷集中在一个很小的核里 电子绕核高速旋转 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10 10m 原子核半径的数量级是10 15m 两者相差十万倍之多 特别提醒 卢瑟福的原子核式结构模型是比汤姆孙的枣糕模型更科学的原子模型 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 典例2 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 0 107m 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r为距点电荷的距离 粒子质量为6 64 10 27kg 思路点拨 解答本题应把握以下三点 关键点 1 明确 粒子的运动为沿粒子与原子核连线的直线运动 2 当动能减为零时 电势能最大 离原子核最近 3 原子核的大小应该比最近距离小一些 规范解答 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 所以 粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d 则则 2 7 10 14m 答案 2 7 10 14m 总结提升 解答原子结构问题的三大规律 1 库仑定律 可以用来确定电子和原子核 粒子和原子核间的相互作用力 2 牛顿运动定律和圆周运动规律 可以用来分析电子绕原子核做匀速圆周运动的问题 3 功能关系 可以分析由于库仑力做功引起的带电粒子在原子核周围运动时动能 电势能之间的转化问题 变式训练 2012 西城区高二检测 关于 粒子散射实验 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 动能增加 电势能也增加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 选d 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 粒子基本上仍沿原方向前进 只有极少数发生大角度的偏转 从 粒子的散射实验的数据可以估算出原子核直径的大小约为10 15m 10 14m 由此可知a错 d正确 粒子向原子核射去 当 粒子接近核时 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 电场力做正功 其动能增加 电势能减少 所以选项b c都错 温馨提示 粒子散射实验中的功能关系和能量转化问题 是高考考查的热点问题 常结合库仑力做功 粒子动能和电势能的转化进行考查 典例 根据 粒子散射实验 卢瑟福提出了原子的核式结构模型 图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线 实线表示一个 粒子的运动轨迹 在 粒子从a运动到b再运动到c的过程中 下列说法中正确的是 a 动能先增大 后减小b 电势能先减小 后增大c 电场力先做负功 后做正功 总功等于零d 加速度先变小 后变大 思路点拨 解答该题应注意以下关键点 关键点 1 根据力和速度的夹角关系判断功的正负 2 根据力的大小判断加速度的大小 3 根据功能关系判断动能的变化 电势能的变化 规范解答 选c 粒子受到原子核的库仑力为斥力 当由a到b时 库仑力变大 做负功 再由b到c时 库仑力减小 做正功 故加速度先增大后减小 动能先减小后增大 电势能先增大后减小 又因a c在同一等势面上 故总功为零 故c对 a b d均错 粒子散射问题的分析 粒子散射实验观察到的现象是绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来方向运动 少数 粒子发生了大角度偏转 卢瑟福正是根据这一实验现象 建立了核式结构模型 而核式结构模型能更好地解释一