2019-2020学年高中物理 第3章 原子世界探秘 2 原子模型的提出精练（含解析）沪教版选修3-5

原子模型的提出1.知道粒子散射实验(重点)2.明确原子核式结构模型的主要内容(重点难点)3了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据学生用书p39一、汤姆生模型枣糕模型：1904年由汤姆生提出，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，电子像枣糕上的枣子一样镶嵌球中二、粒子散射实验1方法：用放射源发射的高速粒子轰击金箔，利用荧光屏接收，探测粒子的偏转情况，来分析原子的内部结构2现象：绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，但是有少数粒子却发生了较大的偏转，有的粒子偏转的角度超过90，极少数粒子甚至被反弹回来3结论：除非原子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在粒子散射实验中，为什么用金箔而不用铝箔？提示：(1)金箔与铝箔相比，金的原子序数大，粒子与金原子核间库仑力大，发生偏转时明显(2)金的延展性比铝好，容易做成极簿的金箔三、卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转1(1)粒子散射实验证明了汤姆生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)粒子大角度的偏转是电子造成的()提示：(1)(2)(3)四、原子核的电荷和尺度1原子内的电荷关系：各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数非常接近于它们的原子序数2原子核的大小：实验确定的原子核半径r的数量级为1015_m，而整个原子的半径的数量级是1010_m，两者相差十万倍之多可见原子内部是十分“空旷”的2(1)原子核很小，原子中绝大部分是空的()(2)原子核半径的数量级为1010 m()(3)原子核的质量数就是核中的质子数()提示：(1)(2)(3)对粒子散射实验的认识和理解学生用书p401实验装置如图所示，由放射源、金箔、荧光屏等组成(1)整个实验必须在真空中进行(2)金箔很薄，粒子(he)很容易穿过2实验结果：绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数粒子发生了较大角度的偏转，偏转的角度甚至大于90，极少数粒子甚至被反弹回来3实验解释：粒子散射实验令卢瑟福万分惊奇，按照汤姆生的枣糕模型：带正电的物质均匀分布，带负电的电子质量比粒子的质量小得多，粒子碰到电子就像子弹碰到一粒尘埃一样，其运动方向不会发生什么改变但实验结果出现了像一枚炮弹碰到一层薄薄的纸被反弹回来这一不可思议的现象实验现象表明原子绝大部分是空的4实验意义(1)否定了汤姆生的原子结构模型(2)提出了原子核式结构模型，明确了原子核大小的数量级粒子的散射实验给出了研究原子结构的方法，对原子物理的发展有重大的促进作用如图为粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜分别放在图中的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，但次数极少思路点拨 分析实验现象应明确实验装置中各部分的组成及作用弄清实验现象，知道“绝大多数”“少数”和“极少数”粒子的运动情况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观察到的闪光次数会逐渐减小，因此b、d正确，c错误答案c正确理解实验现象，并对实验现象作好科学分析与解释是解题的关键 下图所示为卢瑟福粒子散射实验的原子核和两个粒子的轨迹，其中可能正确的是()解析：选a.本题考查粒子散射实验中粒子散射的轨迹判断，注意到粒子和原子核都带正电，处于排斥状态，可判定a正确原子的核式结构学生用书p411模型卢瑟福依据粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构：在原子的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上，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转2用核式结构模型对粒子散射分析(1)分布情况：正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的(2)受力情况：少数粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；大多数粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小(3)偏转情况：少数粒子可能发生大角度偏转，甚至被弹回；绝大多数粒子运动方向不会发生明显变化(因为电子的质量相对于粒子很小)；如果粒子几乎正对着原子核射来，偏转角就几乎达到180，这种机会极少(4)分析结论：核式结构模型符合粒子散射的实际情况(1)粒子与原子核之间的万有引力远小于两者之间的库仑斥力，因而可以忽略不计(2)在处理粒子等微观粒子时一般不计重力 命题视角1对原子核式结构模型的理解(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有()a原子的中心有个核，叫原子核b原子的正电荷均匀分布在整个原子中c原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里d带负电的电子在核外绕核旋转思路点拨 粒子的质量是电子质量的7 300倍，粒子碰到电子，像一颗快速飞行的子弹碰到一粒尘埃，电子不会影响粒子运动的轨迹；粒子偏转的原因是原子核对粒子的库仑斥力影响的结果解析由粒子散射实验可知，绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数粒子发生了较大的偏转，有的粒子偏转角度超过90，极少数粒子甚至被反弹回来，说明这需要很强的相互作用力，除非原子的大部分质量和全部正电荷都集中到一个很小的核上，否则大角度散射是不可能的答案acd对原子结构的判定要结合粒子散射规律进行分析 命题视角2原子核式结构的力电综合问题如图所示，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 题图中a、c在同一等势面上，且两点电势低于b点电势解析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均错答案c有关原子核式结构的力电综合问题，在中学阶段只能从经典力电理论的角度进行处理，处理的方法与力电问题的处理方法相同常用规律如下：(1)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(2)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(3)原子核带正电，其周围的电场相当于正点电荷的电场，注意应用其电场线和等势面的特点 【通关练习】1(多选)下列对原子的结构的认识中，正确的是()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：选abc.原子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，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选项正确；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2(多选)如图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，则以下的说法中正确的是()a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处的速度大小相同d粒子在b处的速度比在c处的速度小解析：选cd.a、c两处在同一等势面上电场力不做功，动能不变，a到b电场力做负功，动能减少3.如图所示，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的初速度从等势面m上的a点运动到n上的b点，求：(1)粒子在b点时速度的大小；(2)粒子与核相距最近处c与a点的电势差解析：(1)粒子在由a到b的过程中满足2eunmmvmv由此得vb m/s2.3105 m/s.(2)粒子由a到c的过程中，由动能定理得2euca0mvuca v648.4 v.答案：(1)2.3105 m/s(2)648.4 v随堂检测学生用书p421有一位科学家，他通过粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，这位提出原子核式结构模型的科学家被誉为原子物理学之父，他是()a汤姆生b卢瑟福c盖革 d马斯顿答案：b2(多选)根据汤姆生原子模型预测粒子散射实验结果是()a绝大多数粒子穿过金属箔后都有显著偏转b大多数粒子穿过金属箔后都有小角度偏转c极少数粒子偏转角很大，有的甚至沿原路返回d不可能有粒子偏转角很大，更不可能沿原路返回解析：选bd.汤姆生原子模型是枣糕模型，原子中的正电荷均匀地分布在整个原子中，带负电的电子像枣糕上的枣子一样镶嵌在原子中这样的原子只能使粒子发生小角度偏转或不偏转，不可能有显著偏转，更不可能沿原路返回3选项图所示为在粒子散射实验中，一束粒子在穿越金箔内一个金原子的轨迹示意图，正确的是()解析：选d.a选项中2应该比1有较大偏转，3应该比4有较大偏转；b选项中2、3的偏转方向错误；c选项中3的偏转方向错误；在d选项中，2、4发生了明显偏转，3离核最近，发生大角度偏转，则只有d正确4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里d说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动解析：选c.粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子5已知金原子的原子序数为79，粒子离金原子核的最近距离为1014 m，则粒子离金核最近时受到的库仑力有多大？使粒子产生的加速度多大？已知粒子带的电荷量q2e，质量m6.641027 kg.解析：分别根据库仑定律和牛顿第二定律可算出：粒子离金核最近时受到的库仑力为：fkk9109 n364 n金核的库仑斥力使粒子产生的加速度大小为：a m/s25.481028 m/s2.答案：364 n5.481028 m/s2课时作业学生用书p100(单独成册)一、单项选择题1卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是()a粒子的散射实验b对阴极射线的研究c天然放射性现象的发现d质子的发现解析：选a.卢瑟福通过粒子散射实验，发现少部分粒子出现了大角度偏转，从而提出了原子的核式结构模型，认为原子是由处于原子中央的很小的原子核和核外带负电的电子组成的2根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法中正确的是()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：选d.以粒子散射实验为基础，原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上，故d项正确3粒子散射实验中，不考虑电子和粒子的碰撞影响，是因为()a粒子与电子根本无相互作用b粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的c粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计d电子很小，粒子碰撞不到电子解析：选c.粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有粒子质量的，碰撞时对粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样，故正确答案为c.4卢瑟福预想到原子核内除质子外还有中子，他的事实依据是()a电子数与质子数相等b原子核的质量大约是质子质量的整数倍c原子核的核电荷数只是质量数的一半或更少一些d质子和中子的质量几乎相等解析：选c.如果原子核内只有质子，那么质量数和核电荷数应该相同，但事实是质量数与核电荷数不相同，说明原子核内还有不带电的物质，所以c正确5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原子的正电荷和负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 m解析：选b.根据卢瑟福的原子核式结构学说，可知选项b正确6在粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列说法中正确的是()a粒子受到金原子核的斥力作用b粒子的动能不断减小c粒子的电势能不断增大d粒子发生散射，是与电子碰撞的结果解析：选a.粒子受到金原子核的斥力而发生散射，故a正确、d错误；在粒子靠近金原子核的过程中，动能逐渐小，电势能逐渐增大，远离过程中，动能逐渐增大，电势能逐渐减小，故b、c错误二、多项选择题7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原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个核上b原子内部很“空旷”，原子核很小c正电荷在原子中是均匀分布的d电子对粒子的作用很强解析：选ab.只有原子的正电荷全部集中在一个核上，并且几乎全部质量都集中在这个核上才会使粒子在很强的库仑力作用下发生大角度偏转，a对；由于只有少数粒子发生大角度偏转，绝大多数粒子仍按原来方向前进，所以可以判断，原子核很小，只有少数粒子才能正对着射入而被反弹回来，也可以断定原子内部十分“空旷”，b对；如果正电荷在原子中均匀分布，粒子射入原子后不会受到很大的库仑力而发生大角度偏转，c错；电子的质量很小，对粒子的作用十分微弱，几乎不会改变粒子的运动状态，d错8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粒子将损失大部分动能c粒子不会发生显著的偏转d粒子将发生较大角度的偏转解析：选ac.电子质量约为粒子质量的，粒子碰撞到电子，像子弹碰到灰尘一样，能量不会有太大损失，运动方向几乎不变9粒子被金原子核散射时，如图所示，a、b、c、d四条运动轨迹中不可能存在的是()aa bbcc dd解析：选bc.