1、第 2 节原子的核式结构模型学 习 目 标知 识 脉 络1.知道 粒子散射实验的现象、方法和结果 (重点 )2知道原子的核式结构模型(重点、难点 )3知道原子和原子核大小的数量级. 粒 子 散 射 实 验先填空 1实验目的粒子通过金箔时，用这些已知的粒子与金属内的原子相互作用，根据粒子的偏转情况来获得原子内部的信息2实验方法用由放射源发射的 粒子束轰击金箔， 利用荧光屏接收， 探测通过金箔后的粒子偏转情况3实验结果绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进， 但是有少数 粒子发生了较大的偏转，有极少数 粒子偏转角超过了 90，有的甚至被原路弹回， 粒子被反射回来的概率竟然有 1/8 000.再
2、判断 1粒子散射实验主要实验器材有：放射源、金箔、荧光屏、显微镜()2金箔的厚薄对实验无影响()3粒子大角度的偏转是电子造成的()第 1页后思考 卢瑟福为何选用 粒子去轰击金箔？【提示】因为当时已经发现了射线和 射线，并且，组成射线的 粒子是具有很大动能的带电粒子，适合做轰击金属的 “ 炮弹 ”另外，金具有较大的密度和很好的延展性，能够做成很薄的箔片核心点击 1实验背景： 粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生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否定汤姆孙的原子结构模型(1)质量远小
3、于原子的电子，对粒子的运动影响完全可以忽略，不应该发生大角度偏转(2) 粒子在穿过原子时，受到各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对粒子运动方向的影响不会很大，也不应该发生大角度偏转(3) 粒子的大角度偏转，否定汤姆孙的原子结构模型3大角度偏转的实验现象分析(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
4、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1(多选 )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进行B荧光屏上的闪光是散射的粒子打在荧光屏上形成的C荧光屏只有正对 粒子源发出的射线方向上才有闪光第 2页D不用荧光屏也可用显微镜直接观察粒子散射情况【解析】本题考查 粒子散射实验装置及其作用， 只有在正确理解粒子散射实验的基础上，才能选出正确选项对于C 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，C 错误， A 、B 正确； 粒子必须借助于荧光屏观察， D 错误【答案】AB2(多选 )如图 2-2-1 为
5、卢瑟福所做的粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D 四个位置时，下列说法中正确的是 ()图 2-2-1A相同时间内在A 时观察到屏上的闪光次数最多B相同时间内在 B 时观察到屏上的闪光次数比放在A 时稍少些C放在 D 位置时屏上仍能观察到一些闪光D放在 C、D 位置时屏上仍能观察到一些闪光，只是在D 处观察到的闪光次数比在 C 处还要少【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 粒子发生大角度偏转，极少数粒子偏转角度大于90，极个别 粒子反弹回来，所以在B 位置只能观察到少数的闪光，在 C、D 两位置能观
6、察到的闪光次数极少，故B 错误， C、D 正确【答案】ACD解决 粒子散射实验问题的技巧(1)熟记实验装置及原理(2)核外电子不会使粒子的速度发生明显改变(3)汤姆孙的原子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第 3页(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， 原子的质量、电荷量都集中在体积很小的核内卢瑟福的原子模型及原子大小先填空 1核式结构模型(1)原子的内部有一个很小的核，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
7、，带负电的电子绕核运动(2)原子的核式结构模型又被称为行星模型2原子的大小(1)原子直径数量级： 10 10 m.(2)原子核直径数量级： 1015 m.再判断 1原子内部正电荷是均匀分布的()2原子的质量是均匀分布的()3原子的几乎全部质量都集中在原子核内()后思考 卢瑟福的原子模型是如何解释粒子散射实验结果的？【提示】粒子穿过原子时，如果离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向也改变很小 只有当 粒子十分接近核时， 才受到很大的库仑斥力， 发生大角度的偏转由于核很小， 粒子十分接近的机会很小，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偏转核心点击 1汤姆孙的原子结构模型与卢瑟
8、福的原子核式结构对比汤姆孙的葡萄干面包模型卢瑟福的原子核式模型正电荷和质量均匀分布，正电荷和几乎全部质量集中在原子分布情况中心的一个极小核内，电子质量很负电荷镶嵌在其中小，分布在很大空间内第 4页粒子在原子内部时，受少数靠近原子核的 粒子受到的库受力情况到的库仑斥力相互抵消，仑力大，而大多数离核较远的 粒几乎为零子受到的库仑力较小绝大多数 粒子运动方向不变，少偏转情况不会发生大角度偏转，更数 粒子发生大角度偏转，极少数不会被弹回粒子偏转角度超过 90，有的甚至被弹回分析结论不符合 粒子散射现象符合 粒子散射现象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
9、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 粒子不发生偏转图 2-2-2(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，所以有少数粒子发生了大角度偏转(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 2-2-2 所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于90.3(多选 )关于原子核式结构理论说法正确的是()A是通过发现电子现象得出来的B原子的中心有个核，叫作原子核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
10、在核外旋转【解析】原子的核式结构模型是在 粒子的散射实验结果的基础上提出的，A 错误原子中绝大部分是空的，带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核， B 正确， C 错误原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外旋转，D 正确【答案】BD第 5页4.如图 2-2-3 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，再运动到 c 的过程中，下列说法中正确的是 () 【导学号： 64772026】图 2-2-3A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
11、功，后做正功，总功等于零D加速度先变小，后变大【解析】根据卢瑟福提出的核式结构模型，原子核集中了原子的全部正电荷，即原子核外的电场分布与正点电荷电场类似粒子从 a 运动到 b，电场力做负功，动能减小，电势能增大；从b 运动到 c，电场力做正功，动能增大，电势能减小； a、c 在同一条等势线上，则电场力做的总功等于零，C 正确， A、 B错误； a、b、c 三点的场强大小关系Ea EcEb，故 粒子的加速度先变大，后变小， D 错误【答案】C5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
12、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q1q2在点电荷电场中的电势能表达式为Epk r，r 为距点电荷的距离 粒子质量为 6.64 10 27 kg)【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12q1q2到的最小距离为d，则 2mv k d .第 6页2kq1q2 9 2 79 1.6 1019 2d2 9.010mmv26.641027 2.0107 2 2.71014 m.【答案】2.71014 m分析 粒子散射实验中的力电问题常用的规律q1q2(1)库仑定律： Fk
13、 r 2 ，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(4)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学业分层测评 (五 )(建议用时： 45 分钟 )学业达标 1(多选 )关于物质结构的研究有下列叙述，其中正确的是()A电子的发现使人们认识到原子有复杂的结构B根据 粒子散射实验提出了原子的核式结构模型C原子内部的正电荷全部集中在原子中心极小的原子核内D电子均匀分布在原子内部【解析】电子的发现使人们认识了原子有复杂的
14、结构，选项A 正确；根据 粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，选项B 正确；原子内部的正电荷全部集中在极小的原子核内，选项C 正确，电子在原子核外空间高速运转，并不是均匀分布， D 错误【答案】ABC第 7页2(多选 )关于 粒子散射实验装置， 下列说法正确的是 ()A实验装置应放在真空中B金箔的厚度对实验无影响C如果把金箔改为铝箔，更不容易观察到大角度散射现象D实验时，金箔、荧光屏和显微镜均能在圆周上运动【解析】根据 粒子散射实验装置的要求， 不在真空中实验可能会受到空气中尘埃等微粒的影响，A 对当金箔偏厚时， 粒子可能无法穿过， B 错金箔改为铝箔，由于铝原子核质量较小，而不容易观察到大
15、角度散射，C 正确实验中金箔不动，显微镜沿圆周运动，D 错【答案】AC3从 粒子散射实验结果出发推出的结论有：金原子内部大部分都是空的；金原子是一个球体； 汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况； 原子核的半径很小， 其中正确的是 ()ABCD【解析】从 粒子散射实验结果出发， 可推出带电的原子核体积很小，集中了原子几乎所有的质量， 带负电的电子质量很小， 绕核运动；故选 B.【答案】B4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()ABCD【解析】金箔中的原子核与粒子都带正电， 粒子接近原子核过程中受到斥力而不
16、是引力作用，A 、D 错误；由原子核对粒子的斥力作用，及物体做曲线运动的条件，知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方，选项B 错、 C 对【答案】C5在卢瑟福 粒子散射实验中，有少数粒子发生大角度偏转，其原因是()第 8页【导学号： 64772094】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原子中的质量均匀分布在整个原子范围内【解析】原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，才使在粒子散射实验中， 只有少数离核很近的粒子，受到较大的库仑斥力， 发生大角度的偏转，所以选项A 正确【答案】A6如图 2-2-4 所示，实线表示金原子核电场
17、的等势线，虚线表示 粒子在金核电场中散射时的运动轨迹 设 粒子通过 a、b、c 三点时速度分别为 va、vb、 vc ， 电 势 能 分 别 为 Ea 、 Eb 、 Ec ， 则 va 、 vb 、 vc 由 小 到 大 的 顺 序 为_， Ea、Eb、Ec 由小到大的顺序为 _ 图 2-2-4【解析】金原子核和 粒子都带正电， 粒子在接近金核过程中需不断克服库仑力做功，它的动能减小，速度减小，电势能增加；粒子在远离金核过程中库仑力不断对它做功，它的动能增大，速度增大，电势能减小因此这三个位置的速度大小关系和电势能大小关系为vb vavc，EcEaEb.【答案】vbvavcEcEaEb7已知电
18、子质量为 9.11031 kg，带电荷量为 1.610 19 C，若氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为 0.53 10 10 m，求电子绕核运动的线速度【解析】库仑力提供电子做圆周运动的向心力，ke2mv2由 r2 r ，得kvemr第 9页1.610199 10931 m/s0.531010 9.110 2.19106 m/s.【答案】2.19106 m/s能力提升 8(多选 ) 粒子散射实验中，当粒子最接近原子核时， 粒子符合下列哪种情况 ()A动能最小B电势能最小C粒子与金原子组成的系统的能量最小D所受原子核的斥力最大【解析】粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑力做功， 动能减少，电
19、势能增加两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒根据库仑定律，距离最近时，斥力最大故A 、 D 均正确【答案】AD9卢瑟福的原子核式结构模型认为，核外电子绕核运动设想氢原子的核外电子绕核做匀速圆周运动， 氢原子中电子离核最近的轨道半径为r 1，已知电子电荷量为 e，静电力恒量为k，用经典物理学的知识，(1)计算电子在半径为r 1 的轨道运动时的动能(2)设轨道 2 的半径 r24r1，计算电子在轨道2 运动时的动能(3)比较电子在轨道1 与轨道 2 的动能，Ek1_Ek2(选填“”“”或“” )，电势能 Ep1p2 选填“”“”或“”)_E (【解析】 (1)根据库仑力充当向心力有e2
20、v2k 2，r 1mr12 e2故 Ek2mv k2r 1.1由(1)知当r24r1 时有 k ke2 ke2(2)E2r28r.1(3)由(2)知由轨道 1运动至轨道2，电子动能减小，故 Ek1 Ek2，由轨道 1 至第 10 页轨道 2 过程中，电子克服库仑力引力做功， 电势能增大，故 E E .p1p2e2e2【答案】(1)k2r 1(2)k8r 1(3)10如图 2-2-5 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 m6.6410 2
21、7 kg) 【导学号： 64772028】图 2-2-5【解析】粒子在由 A 到 B 的过程中，根据动能定理12122eUNM m m 02v2v24eUNM由此得 vv0 m2.5105 241.6 101910027m/s6.64 10 2.3105 m/s.【答案】2.3105 m/s11粒子的质量大约是电子质量的7 300 倍，如果 粒子以速度 v 跟电子发生弹性正碰 (假设电子原来是静止的)，则碰撞后 粒子的速度变化了多少？【解析】设电子质量为 m，碰后 粒子速度为 v1，电子速度为 v2，由弹性碰撞中能量和动量守恒得12121227 300mv27 300mv12mv27 300mv 7 300mv1 mv2联立 式，解得 v7 300mm 7 299v7 301v17 300mm2因此碰撞后 粒子速度减少了 vv17 301v.【答案】27 301v第 11 页第 12 页
