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第二节原子的结构1．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．2．知道α粒子散射实验的方法和现象．3．知道原子核式结构的主要内容．在中国哲学家庄子天下篇中有“一尺之锤，日取其半，万世不竭”的描述，同西方哲学家不同的是，中国人认为物质是无限可分的，而“原子”一词在希腊就是不可再分的．生活在现代社会的我们当然知道原子可以再分，你知道原子可分成哪些基本粒子？有多少基本粒子？请举例说明．一、汤姆生的葡萄干布丁模型汤姆生在发现电子后，便投入了对原子内部结构的探索，原子呈中性，而电子带负电，原子内部必有等量的正电荷；他运用丰富的想象，提出了一种原子结构——葡萄干布丁模型：原子是一个________，带________的部分均匀地分布于其中，质量很小的________则像布丁中的葡萄干一样嵌在内(如图所示)．原子内正、负电荷相等，因此原子的整体呈中性．球体正电电子二、α粒子散射实验在真空中高速的α粒子流垂直射到很簿的金箔上，穿过金箔后打在荧光屏上，通过显微镜观察：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿________的方向前进，但________α粒子发生大角度的偏转，并且有________α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到________．三、原子的核式结构的提出1911年，卢瑟福提出了原子的核式结构的模型：原子的中心有一个带正电的________，它几乎集中了原子的________，而________则在核外空间绕核旋转．电子原来少数极少数180°原子核全部质量α粒子散射实验α粒子散射实验主要由放射源、金箔、荧光屏、望远镜和转动圆盘几部分组成．如图所示：整个实验在真空中进行，高速的α粒子垂直射到很薄的金箔上，由于受到金属原子中带电粒子的库仑力的作用，一些α粒子通过金箔后必然改变原来的运动方向产生偏转，当α粒子穿过金箔后，打在荧光屏上闪光，然后通过显微镜观察．实验结果：α粒子散射后，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°.如图所示：卢瑟福在用α粒子轰击金箔的实验中发现α粒子()A．全部穿过或发生很小的偏转B．绝大多数穿过，只有少数发生很大偏转甚至极少数被弹回C．绝大多数发生很大的偏转，甚至被弹回，只有少数穿过D．全部发生很大的偏转解析：α粒子散射后，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°.答案：B课堂训练1．（双选）在α粒子散射实验中，如果一个α粒子跟金箔中的电子相撞，则()A．α粒子的动能和动量几乎没有损失．B．α粒子将损失大部分动能和动量．C．α粒子不会发生显著的偏转．D．α粒子将发生较大角度的偏转．解析：α粒子质量是电子的7300倍，相当于卡车与西瓜相撞．不难判断A、C正确．答案：AC原子的核式结构的提出汤姆生原子模型与实验现象的矛盾：①由于电子的质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转．②使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆生原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到两侧斥力大部分被抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不能使α粒子反弹．③实验现象说明了原子绝大部分是空的，原子的质量和所有正电荷几乎都集中在原子中心的一个很小的核上，否则α粒子大角度散射是不可能的．说明葡萄干布丁模型不符合原子结构的实际情况．实验现象说明了：①绝大多数α粒子不偏移，原子内部绝大部分是“空”的．②少数α粒子发生较大偏转是原子内部有“核”存在．③极少数α粒子被弹回，表明受到作用力很大，内部质量很大，电量集中的“核”发生碰撞．1911年，卢瑟福根据α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带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而带负电的电子则在核外空间绕原子核旋转．如图所示．原子显中性是因为原子核所带的正电的电荷量与核外电子所带负电的电荷量相等．原子的内部十分空旷，原子的直径数量级约为10－10m，原子核的直径约为10－15～10－14m．两者相差万倍；而体积差别更大，原子核体积只相当于原子体积的万亿分之一．若把原子相当于一个立体的足球场的话，则原子核就像足球场中的一粒米．如右图所示：卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有()A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在―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．原子只能处于一系列不连续的能量状态中解析：卢瑟福提出了原子的核式结构的模型：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．答案：A课堂训练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：卢瑟福根据α粒子的散射实验结果，提出了原子的核式结构模型：原子核聚集了原子的全部正电荷和几乎全部质量，电子在核外绕核运转．答案：A1．（多选）关于α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．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α粒子打在荧光屏上形成的D．荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光基础达标解析：本题考查卢瑟福α粒子散射实验的装置与操作．因少数发生很大偏转甚至极少数被弹回，故荧光屏没有正对α粒子源发出的射线方向上也可能有闪光．答案：ABC2．（双选）下列叙述中，正确的是()A．汤姆生根据α粒子散射实验，提出了原子的葡萄干布丁模型B．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型C．汤姆生最早发现电子D．卢瑟福最早发现电子解析：α粒子散射实验是卢瑟福做的，根据实验结果提出了原子的核式结构模型，A错误，B正确；电子是汤姆生通过阴极射线实验发现的，C正确，D错误．答案：BC3．（双选）对α粒子散射实验装置的描述，下列说法正确的是()A．主要实验器材有放射源、金箔、荧光屏、显微镜B．金箔的厚薄对实验无影响C．如果改用铝箔就不能发生散射现象D．实验装置放在真空中解析：α粒子散射的实验是指用α粒子轰击很薄的金箔(或铝箔)物质层，通过观察α粒子穿过物质层后的偏转情况，获得原子结构的信息，为准确观察α粒子的偏转情况，荧光屏和显微镜能够围绕金箔转，且整个装置放在真空环境中．答案：AD4．（双选）关于α粒子散射实验，下列说法正确的是()A．在实验中，观察到绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，极少数发生了较大角度的偏转B．使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核和核外电子，当α粒子接近核时，是核的斥力使α粒子发生明显偏转；当α粒子接近电子时是电子的吸引力使之发生明显偏转C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷和全部原子的质量解析：α粒子偏转的原因是核的斥力使α粒子发生明显偏转而非电子的吸引力，B错．原子中心的核集中几乎全部质量，D错．答案：AC5．由α粒子的散射实验可以得出的错误结论有()A．原子中绝大部分是空的B．原子中全部正电荷集中在原子核上C．原子内有中子D．原子的质量几乎全部集中在原子核上解析：卢瑟福由α粒子散射实验得到结论有：在原子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内，带负电的电子在核外的空间运动．答案：C6．在α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时，符合下列哪种情况()A．动能最小B．电势能最小C．α粒子和金原子核组成的系统的能量最小D．加速度最小解析：在α粒子散射实验中，当α粒子接近原子核时，原子核对α粒子的作用力是斥力，对α粒子做负功，电势能增加，动能减小，由于α粒子离原子核最近，所以它们之间的库仑力很大，加速度很大，另外受到原子核外电子的作用相对较小，与原子核对α粒子的库仑力相比，可以忽略，因此只有库仑力做功，所以机械能和电势能整体上是守恒的，故系统的能量可以认为不变．综上所述，正确选项应为A.答案：A7．卢瑟福利用α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：α粒子散射实验中，α粒子越靠近原子核，受到的斥力越大，偏转越大，正对碰撞原子核的α粒子应该是180°反弹，因而D图正确．答案：D能力提升8．下面4个图描述卢瑟福α粒子散射实验中原子核和两个α粒子的运动径迹，其中可能正确的是()解析：α粒子发生偏转是由于受到库仑力的作用，且为斥力，曲线运动时力和速度方向分居轨迹两侧．答案：A9．关于原子结构，汤姆生提出葡萄干布丁模型、卢瑟福提出行星模型，都采用了类比推理的方法，下列事实中，主要采用类比推理的是()A．人们为便于研究物体的运动而建立的质点模型B．伽利略从教堂吊灯的摆动中发现摆的等时性规律C．库仑根据牛顿的万有引力定律提出库仑定律D．托马斯·杨通过双缝干涉实验证明光是一种波解析：质点的模型是一种理想化的物理模型，是为研究物体的运动而建立的；伽利略的摆的等时性是通过自然现象发现的；托马斯·杨是通过实验证明光是一种波，是建立在事实的基础上的．答案：C10.1911年卢瑟福依据α粒子散射实验中α粒子发生了________(选填“大”或“小”)角度散射现象，提出了原子的核式结构模型．若用动能为1MeV的α粒子轰击金箔，则其速度约为________m/s.(α粒子质量均为6.68×10－27kg,1MeV＝1×106eV)解析：卢瑟福在α粒子散射实验中发现了大多数α粒子没有大的偏转，少数发生了较大的偏转，卢瑟福抓住了这个现象进行分析，提出了原子的核式结构模型．粒子动能：Ek＝mv212其速度：v＝2Ekm＝2×1×106×1.6×10－196.68×10－27＝6.9×106m/s.答案：大6.9×106≈