高中物理第二章原子结构2.2原子的核式结构模型省公开课一等奖新名师获奖课件

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原子核式结构模型1/652/65一、汤姆孙原子模型汤姆孙于1904年提出了原子模型,他认为正电荷组成一个密度均匀_____,_____“浸浮”其中,并分布在一些特定同心圆环或球壳上。球体电子3/65汤姆孙原子模型,小圆点代表_______,大圆点代表_____。汤姆孙原子模型被称为“枣糕模型”。该模型能解释一些试验现象,但以后被___________试验否定了。正电荷电子α粒子散射4/65【想一想】甲乙两图,哪个图是汤姆孙提出原子模型?5/65提醒:在汤姆孙原子模型中,原子是一个球体;正电荷均匀分布在整个球内,而电子都像枣糕中枣那样镶嵌在内。故应是甲。6/65二、α粒子散射试验1.试验装置:(1)放射源①钋放在带小孔铅盒中,能放射_______。②α粒子:带正电,q=____,质量约为氢原子4倍,射出速度可达107m/s。α粒子+2e7/65(2)探测器:能够围绕金箔在_______内转动,α粒子打在探测器上会发出_____。2.试验结论:(1)绝大多数α粒子穿过金箔后_________方向前进。(2)少数α粒子发生了_____偏转。(3)极少数α粒子偏转角度超出_____,个别甚至靠近180°。水平面荧光仍沿原来较大90°8/653.试验意义:卢瑟福经过α粒子散射试验,否定了汤姆孙原子模型,建立了_________模型。核式结构9/65【想一想】卢瑟福为何选取α粒子和金箔作为散射试验“炮弹”和“靶子”?提醒:(1)一些放射性物质释放α粒子含有很大动能。(2)金箔和铝箔相比,金原子序数大,α粒子与金原子核间库仑力大,发生偏转显著。(3)金延展性比铝好,轻易做成极薄金箔。10/65三、卢瑟福核式结构模型1.核式结构模型:1911年由卢瑟福提出,在原子中间有一个体积很小带正电核,而_____在核外绕核运动。2.原子核电荷与尺度:(1)原子内电荷关系:各种元素原子核电荷数与含有电子数_____,非常靠近于它们原子序数。电子相等11/65(2)原子核大小:试验确定原子核半径R数量级为______,而原子半径数量级是______。因而原子内部十分“空阔”。10-15m10-10m12/65【判一判】(1)原子全部正电荷和质量都集中在原子核里。(

)(2)原子核半径数量级是10-10m。(

)(3)电子在核外绕核旋转向心力是原子查对它库仑力。(

)13/65提醒:(1)原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内,而电子也是有质量,故(1)错误。(2)原子核直径约是10-15m,原子直径约是10-10m,故(2)错误。(3)电子绕原子核圆周运动需要向心力,向心力是由原子核与电子间库仑力提供,故(3)正确。14/65四、原子核式结构模型与经典电磁理论相矛盾卢瑟福原子核式结构模型能很好地解释________________,但不能解释原子光谱是_______和______________。α粒子散射试验线状原子稳定性15/65【想一想】卢瑟福原子模型是怎样解释α粒子散射试验结果?提醒:α粒子穿过原子时,假如离核较远,受到库仑斥力就很小,运动方向也改变很小,只有当α粒子十分靠近核时,才受到很大库仑斥力,发生大角度偏转,因为核很小,α粒子十分靠近机会很小,所以绝大多数α粒子基本上仍沿原方向前进,只有极少数发生大角度偏转。16/65知识点一、α粒子散射试验与核式结构模型思索探究:α粒子散射试验现象如图所表示:17/65仔细观察图片,请思索以下问题:(1)电子与α粒子之间有什么力?表现为引力还是斥力?原子核与α粒子之间呢?(2)为何越靠近原子核α粒子偏折角度越大?18/65

【归纳总结】

1.α粒子散射试验与汤姆孙原子模型冲突分析:(1)分析否定原因①因为电子质量远小于α粒子质量,所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转。19/65②使α粒子发生大角度偏转只能是原子中带正电部分,按照汤姆孙原子模型,正电荷在原子内是均匀分布,α粒子穿过原子时,它受到两侧斥力大部分抵消,因而也不可能使α粒子发生大角度偏转,更不可能使α粒子反向弹回,这与α粒子散射试验相矛盾。20/65③试验现象表明原子绝大部分是空,除非原子几乎全部质量和全部正电荷都集中在原子中心一个很小核上,不然,α粒子大角度散射是不可能。21/65(2)原子核式结构与原子枣糕模型根本区分核式结构枣糕模型原子内部是非常空阔,正电荷集中在一个很小核里原子是充满了正电荷球体电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体内22/652.原子核式结构模型对α粒子散射试验结果解释:(1)当α粒子穿过原子时,假如离核较远,受到原子核斥力很小,α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α粒子不发生偏转。23/65(2)只有当α粒子十分靠近原子核穿过时,才受到很大库仑力作用,偏转角才很大,而这种机会极少。(3)假如α粒子正对着原子核射来,偏转角几乎到达180°,这种机会极少,如图所表示。24/65【尤其提醒】(1)汤姆孙原子模型无法解释α粒子大角度散射,因为电子质量太小,不会使α粒子运动方向显著改变。假如正电荷均匀分布,α粒子穿过金箔时受到各方向库仑斥力基本平衡,也不会使α粒子发生大角度散射。(2)卢瑟福依据α粒子散射试验估算出了原子核半径数量级为10-15m。25/65

【典例探究】

【典例】(多项选择)如图所表示为卢瑟福和他同事们做α粒子散射试验装置示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时,观察到现象,下述说法中正确是(

)26/65A.放在A位置时,相同时间内观察到屏上闪光次数最多B.放在B位置时,相同时间内观察到屏上闪光次数只比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27/65【思绪点拨】审题时应重点关注以下两点:(1)注意关键词语“次数最多”“稍少”“极少”等。(2)明确试验装置中各部分组成及作用。28/65【正确解答】选A、D。在卢瑟福α粒子散射试验中,α粒子穿过金箔后,绝大多数α粒子仍沿原来方向前进,故A正确,少数α粒子发生较大偏转,极少数α粒子偏转角度超出90°,极个别α粒子被反射回来,故B、C错,D对。29/65【总结提升】对α粒子散射试验题解法(1)熟记装置及原理α粒子散射试验是一个非常主要试验,所以对试验器材、现象、现象分析、结论都必须弄明白,才能顺利解答相关问题。(2)了解建立核式结构模型关键点①核外电子不会使α粒子速度发生显著改变。30/65②汤姆孙模型不能解释α粒子大角度散射。③少数α粒子发生了大角度偏转,甚至反弹回来,表明这些α粒子在原子中某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多物体作用。④绝大多数α粒子在穿过厚厚金原子层时运动方向没有显著改变,说明原子中绝大部分是空。原子质量、电量都集中在体积很小核上。31/65【过关训练】1.以下对α粒子散射试验装置描述,你认为正确有(

)A.试验器材有放射源、金箔、带有荧光屏放大镜B.金箔厚度对试验无影响C.假如不用金箔改用铝箔,就不会发生散射现象D.试验装置放在空气中和真空中都能够32/65【解析】选A。由对α粒子散射试验装置描述可知A项正确。试验所用金箔厚度极小,假如金箔厚度过大,α粒子穿过金箔时必定受到较大妨碍作用而影响试验效果,B项错。假如改用铝箔,因为铝核质量仍远大于α粒子质量,散射现象依然发生,C项错。空气流动及空气中有许多漂浮分子,会对α粒子运动产生影响,试验装置是放在真空中进行,D项错。33/652.(·安徽高考)图示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射运动轨迹,M、N、P、Q是轨迹上四点,在散射过程中能够认为重金属原子核静止不动。图中所标出α粒子在各点处加速度方向正确是(

)A.M点B.N点C.P点D.Q点34/65【解析】选C。α粒子做曲线运动,其所受重金属原子核作用力应指向曲线内侧,即加速度方向应指向曲线内侧,B、D错误;由库仑定律可知M点粒子所受库仑力方向错误,所以A错误,C正确。35/65【赔偿训练】1.在卢瑟福α粒子散射试验中,有少数α粒子发生大角度偏转,其原因是(

)A.原子正电荷和绝大部分质量集中在一个很小核上B.正电荷在原子内是均匀分布C.原子中存在着带负电电子D.原子只能处于一系列不连续能量状态中36/65【解析】选A。卢瑟福α粒子散射试验中使卢瑟福惊奇就是α粒子发生了较大角度偏转,这是因为α粒子带正电,而原子核极小,且原子核带正电,选项A正确,选项B错误。α粒子能靠近原子核机会很小,大多数α粒子都从核外空间穿过,而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样,运动方向不会发生改变.选项C、D说法正确,但与题意不符。37/652.(多项选择)英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔,为了解释试验结果,他提出了原子核式结构学说.如图所表示,O表示金原子核位置,曲线ab和cd分别表示经过金原子核附近α粒子运动轨迹,其中能正确反应试验结果是(

)38/65【解析】选B、D。α粒子和原子核都带正电,α粒子离核越近受斥力越大,偏转越大,C错D对;曲线运动轨迹总是弯向受力一侧,A错B对。39/65知识点二、α粒子散射试验中能量转化问题思索探究:观察图片,请思索以下问题:40/65(1)α粒子1从a到b过程中,库仑力做什么功?动能怎么变?电势能怎么变?从b到c过程中,库仑力做什么功?动能怎么变?电势能怎么变?(2)α粒子2从e到f过程中,库仑力大小怎么变?加速度大小怎么变?从b到c过程中,库仑力大小怎么变?加速度大小怎么变?41/65

【归纳总结】

1.α粒子受力特点:α粒子与原子核间作用力是库仑斥力,大小:F=(1)式中Q为原子核电荷量,q为α粒子所带电量,r为α粒子与原子核间距离。(2)α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:α粒子受力沿原子核与α粒子连线,由原子核指向α粒子。42/652.库仑力对α粒子做功情况:43/653.α粒子能量转化: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。44/65【尤其提醒】(1)α粒子与原子核之间万有引力远小于二者之间库仑斥力,因而能够忽略不计。(2)在处理α粒子等微观粒子时普通不计重力。45/65

【典例探究】

【典例】如图所表示,Q为金原子核,M、N为两个等势面,虚线为α粒子经过原子核附近运动轨迹,关于α粒子,以下说法正确是(

)A.α粒子从K到R过程中动能逐步增大B.α粒子从K到R过程中动能逐步减小C.α粒子从K到R过程中动能先减小后增大D.α粒子从K到R过程中电势能先增大后减小46/65【思绪点拨】解答本题可按以下思绪分析:(1)依据α粒子运动轨迹判断库仑力对α粒子做功情况。(2)由库仑力对α粒子做功特点判断α粒子动能及电势能间改变。47/65【正确解答】选C、D。以α粒子和金原子核为研究对象,分析α粒子改变情况48/65【总结提升】α粒子散射试验中惯用规律(1)库仑定律:F=,用来分析α粒子和原子核间相互作用力。(2)牛顿第二定律:该试验中α粒子只受库仑力,可依据库仑力改变分析加速度改变。49/65(3)功效关系:依据库仑力做功,可分析动能改变,也能分析电势能改变。(4)原子核带正电,其周围电场相当于正点电荷电场,注意应用其电场线和等势面特点。50/65【过关训练】1.依据α粒子散射试验,卢瑟福提出了原子核式结构模型。如图所表示为原子核式结构模型α粒子散射图。图中实线表示α粒子运动轨迹。其中一个α粒子在从a运动到b、再运动到c过程中(α粒子在b点时距原子核最近),以下判断正确是(

)51/65A.α粒子动能先增大后减小B.α粒子电势能先增大后减小C.α粒子加速度先变小后变大D.电场力对α粒子先做正功后做负功52/65【解析】选B。依据题意,α粒子带正电,此粒子由a到b是靠近带正电原子核,由b到c是离开带正电原子核,故电场力对α粒子先做负功后做正功,所以其电势能先增大后减小,而动能先减小后增大,B正确,A、D错误。依据库仑定律和牛顿第二定律可知α粒子加速度先增大后减小,C错误。53/652.在α粒子散射试验中,依据α粒子与原子核发生对心碰撞时能到达最小距离能够估算原子核大小。现有一个α粒子以2.0×107m/s速度去轰击金箔,若金原子核电荷数为79,求α粒子与金原子核间最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中电势能表示式为Ep=,r为距点电荷距离,α粒子质量为6.64×10-27kg)。54/65【思绪点拨】解答本题应把握以下三点:(1)明确α粒子运动为沿粒子与原子核连线直线运动。(2)当动能减为零时,电势能最大,离原子核最近。(3)原子核大小应该比最近距离小一些。55/65【解析】当α粒子靠近原子核运动时,α粒子动能转化为电势能,到达最近距离时,动能全部转化为电势能,所以α粒子与原子核发生对心碰撞时所能到达最小距离为d,则=2.7×10-14m。答案:2.7×10-14m56/65【拓展例题】考查内容:α粒子散射试验中计算问题在α粒子散射试验中,依据α粒子与原子核发生对心碰撞时能到达最小距离能够估算原子核大小。现有一个α粒子以2.0×107m/s速度去轰击金箔,若金原子核电荷数为79。求α粒子与金原子核间最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中电势能表示式为Ep=k,r为距点电荷距离.α粒子质量为6.64×10-27kg)。57/65【思绪点拨】解答本题应把握以下三点:(1)明确α粒子运动为沿粒子与原子核连线直线运动。(2)当动能减为零时,电势能最大,离原子核最近。(3)原子核大小应该比最近距离小一些。58/65【正确解答】当α粒子靠近原子核运动时,α粒子动能转化为电势能,到达最近距离时,动能全部转化为电势能,所