第十八章第二节原子的核式结构模型

1、第二节原子的核式结构模型学习目标1.知道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.知道原子和原子核大小的数量级，原子和原子核的组成及带电情况一、粒子散射实验(阅读教材P51P53)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，电子镶嵌其中2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，基本上仍沿原来的方向前进；少数粒子发生了大角度偏转；极少数粒子的偏转角度大于90°，甚至有极个别粒子几乎被“撞了回来”(3)实验意义：卢瑟福

2、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3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拓展延伸(解疑难)1实验注意事项(1)整个实验过程需在真空中进行(2)粒子是氦核，本身很小，金箔需很薄，粒子才能很容易穿过(3)实验中用的是金箔而不是铝箔，这是因为金的原子序数大，粒子与金核间库仑力大，偏转明显；另外金的延展性好，容易做成极薄的金箔2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

3、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1.(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)粒子大角度的偏转是电子造成的()提示：(1)×(2)×(3)×二、原子核的电荷与尺度(阅读教材P53)拓展延伸(解疑难)1原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外电子的电子数相等，非常接近原子序数2原子的半径数量级为1010

4、 m，原子核半径的数量级为1015 m，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的1015.2.(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)×对粒子散射实验的理解粒子散射实验与汤姆孙的原子模型的冲突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，更不可能使粒子反

5、向弹回，这与粒子散射实验相矛盾3实验现象表明原子中绝大部分是空的，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(自选例题，启迪思维)1.粒子散射实验中，使粒子散射的原因是()A粒子与原子核外电子碰撞B粒子与原子核发生接触碰撞C粒子发生明显衍射D粒子与原子核的库仑斥力作用解析粒子与原子核外电子的作用是很微弱的由于原子核的质量和电荷量很大，粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足可以使粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使粒子散射的原因是库仑斥力选项D对答案D2.(2015·孝感高中高二检测)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

6、，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，但次数极少思路探究(1)实验装置中荧光屏起什么作用？(2)选项中次数最多、稍少些、极少你能区分开吗？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、C错误，D正确答案AD3.下列对粒子散射实验

7、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，就不会发生散射现象D实验装置放在空气中和真空中都可以解析实验所用的金箔的厚度极小，如果金箔的厚度过大，粒子穿过金箔时必然受到较大的阻碍作用而影响实验效果，B项错误；如果改用铝箔，由于铝核的质量仍远大于粒子的质量，散射现象仍然发生，C项错误；空气的流动及空气中有许多漂浮的分子，会对粒子的运动产生影响，实验装置是放在真空中进行的，D项错误答案A名师点评(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

8、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原子的核式结构模型和原子核的组成核式结构模型的要点1原子核的直径约为原子直径的十万分之一，在原子中，原子核很小，原子的绝大部分空间是空的，带负电的电子就在核外空间中绕核旋转2核外电子不会使粒子的速度发生明显改变3汤姆孙模型不能解释粒子的大角度散射4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、电荷量均比它本身大得多的物体的作用5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

9、的质量、电量都集中在体积很小的核上(自选例题，启迪思维)1.下列对原子结构的认识中，正确的是()A原子中绝大部分是空的，原子核很小B电子在核外运动，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解析卢瑟福粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型，提出了原子的核式结构学说，并估算出了原子核直径的数量级为1015m，原子直径的数量级为1010 m，原子直径是原子核直径的十万倍，所以原子内部十分“空旷”核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引而绕核旋转，所以A、B、C正确，D错误答案ABC2.(2015·梅州高二检测)关于原子核式结构理论，说

10、法正确的是()A是通过粒子散射实验现象得出来的B原子的中心有个核，叫做原子核C原子的正电荷均匀分布在整个原子中D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旋转解析原子的核式结构理论是在粒子散射实验的基础上提出的，原子所带的正电荷都集中在一个很小的核里面，不是均匀分布在原子中，C错，所以选A、B、D.答案ABD3.卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出()A原子的核式结构模型B原子核内有中子存在C电子是原子的组成部分D原子核是由质子和中子组成的解析粒子散射实验的结果是大部分粒子沿原来方向前进，少部分发生大角度偏转，极少数偏转角超过90°，甚至达到180

11、6;，说明原子的几乎全部质量与全部正电荷都集中在一个很小的核上，据此卢瑟福提出了原子的核式结构模型答案A扫一扫进入91导学网()原子的核式结构模型典型问题核式结构模型与力学、电学的综合问题解此类问题关键在于模型的建立，粒子与原子核的作用主要是库仑力，电子绕原子核做圆周运动也是库仑力的作用，由此可分析能量变化，估算原子核的大小等等范例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，则以上说法正确的是()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处的速度大小相等D粒子在B处的速度比在C处的速度小解析由能量守恒定律可知，对于

12、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，故C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CD名师归纳粒子散射实验中能量转化问题的求解(1)粒子的受力特点粒子与原子核间的作用力是库仑斥力，大小：F.式中Q为原子核的电荷量q为粒子所带电荷量，r为粒子与原子核间的距离粒子离原子核越近，库仑力越大，运动加速度越大，反之，则越小方向：粒子的受力沿原子核与粒子的连线，由原子核指向粒子(2)库仑力对粒子的做功情况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

13、能减小(3)粒子的能量转化仅有库仑斥力做功，只是电势能和动能之间相互转化，而总能量保持不变如图所示，Q为金原子核，M、N为两个等势面，虚线为粒子经过原子核附近的运动轨迹，关于粒子，下列说法正确的是 ()A粒子从K到R的过程中动能逐渐增加B粒子从K到R的过程中动能逐渐减小C粒子从K到R的过程中动能先减小后增加D粒子从K到R的过程中电势能先增加后减小解析：选CD.在粒子从K到离原子核最近的过程中，库仑斥力做负功，动能逐渐减小，电势能逐渐增加；在粒子从离原子核最近到R的过程中，库仑斥力做正功，动能增加，电势能减小由此可知，C、D正确随堂达标1关于粒子散射实验，下列说法正确的是()A该实验在真空环境中

14、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：选ABC.对于D项，考虑到有少数的粒子因为靠近金原子核，受到斥力而改变了运动方向，故D错误2(2015·河北宣城三中检测)卢瑟福和他的助手做粒子轰击金箔实验，获得了重要发现关于粒子散射实验的结果，下列说法正确的是()A说明了质子的存在B说明了原子核是由质子和中子组成的C说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说明了正电荷在原子核内均匀分布解析：选C.粒子散射实验说明了在原子中心有一个核，它集中了原子全部的正电荷和几

15、乎全部的质量故应选C.3卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是()解析：选D.粒子轰击金箔后偏转，越靠近金原子核，偏转的角度越大，所以A、B、C错误，D正确4关于粒子的散射实验解释有下列几种说法，其中错误的是()A从粒子的散射实验数据，可以估算出原子核的大小B极少数粒子发生大角度的散射的事实，表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核存在C原子核带的正电荷数等于它的原子序数D绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，表明原子中正电荷是均匀分布的解析：选D.从粒子的散射实验数据，可以估算出原子核的大小，A项正确极少数粒子发生大角度的散射的事实，表明原子中有一个质量很

16、大而体积很小的带正电的核存在，B项正确由实验数据可知原子核带的正电荷数等于它的原子序数，C项正确绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，表明原子中是比较空旷的，D项错误5(选做题)已知电子质量为9.1×1031 kg，带电荷量为1.6×1019 C，若氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×1010 m，求电子绕核运动的线速度、动能、周期和形成的等效电流解析：由卢瑟福的原子模型可知：电子绕核做圆周运动，所需的向心力由核内电子的库仑引力来提供根据k，得ve1.6×1019× m/s2.19×106 m/s；其动能Ekmv2×

17、;9.1×1031×(2.19×106)2 J2.18×1018 J；运动周期T s1.52×1016 s；电子绕核运动形成的等效电流I A1.05×103 A.答案：2.19×106 m/s2.18×1018 J1.52×1016 s1.05×103 A课时作业一、选择题1二十世纪初，为了研究物质内部的结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子，下图是()A卢瑟福的粒子散射实验装置B卢瑟福发现质子的实验装置C汤姆孙发现电子的实验装置D查德威克发现中子的实验装置解

18、析：选A.此图是卢瑟福的粒子散射实验装置，选A.2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3(多选)(2015·苏州高二检测)在粒子散射实验中，选用金箔的原因下列说法正确的是()A金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔B金核不带电C金原子核质量大，被粒子轰击后不易移动D金核半径大，易形成大角度散射解析：选ACD.粒子散射实验中，选用金箔是因为金具

19、有很好的延展性，可以做成很薄的箔，粒子很容易穿过，A正确金原子核质量大，被粒子轰击后不易移动，C正确金核带正电，半径大，易形成大角度散射，故D正确、B错误4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核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：选D.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，并非为了验证汤姆孙模型是错误的，A错误；卢瑟福并不是认识到“枣糕模型”的错误后提出了“核式

20、结构”理论，B错误；卢瑟福做了粒子散射实验后，由实验现象而提出了“核式结构”理论，C错误，D正确5在卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看做静止不动，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，其中正确的是()解析：选C.理解粒子散射实验现象，关键是弄清粒子遇到金原子核时受到强大的斥力作用，才能发生大角度散射，选项C正确6(多选)在粒子的散射实验中，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电势能最小C粒子与金原子核组成的系统的能量最小D所受金原子核的斥力最大解析：选AD.粒子接近原子核时库仑斥力做负功，粒子的动能减小；粒子远离原子核时库仑斥力做正功，粒子的动能又

21、增大，故当粒子最接近原子核时动能最小，A对；系统只有电场力做功，电势能与动能之和守恒，粒子动能最小时，电势能应最大，B错；系统的能量是守恒的，C错；粒子最接近金原子核时，粒子与金原子核间的距离最小，由库仑定律知粒子所受金原子核的库仑斥力最大，D对7(2015·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

22、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1015 m1014 m由此可知A错误，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都错误8.(2015·潍坊高二检测)高速粒子在重原子核电场作用下的散射现象如图所示，实线表示粒子运动的轨迹，虚线表示重核形成电场的等势面设粒子经过a、b、c三点时的速度为va、vb、vc，则其关系为()Ava<vb<vcBvc<vb<vaCvb<va<vc Dvc<va<vb解析：选C.粒子和原子核都带正电，相互排斥，当粒子靠近原子核时，电场力做负功，粒子动能减小，va>vb.当粒子远离原子核时电场力做正功，动能增加，vc>vb.又因为从a到c的整个过程中电场力对粒子做正功故va<vc，所以vc>va>vb，选项C正确二、非选择题91911年卢瑟福依据粒子散射实验中少部分粒子发生了_(填“大”或“小”)角度偏转现象，提出了原子的核式结