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2原子的核式结构模型情景导入思维导图原子很小,无法直接观察。英国科学家卢瑟福首次用α粒子轰开了原子的大门,揭开了人们对原子结构研究的序幕。那么,原子的结构究竟是怎样的呢?一二填一填练一练一、α粒子的散射实验(见课本第51页)1.汤姆孙的原子模型: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,电子镶嵌在球中。一二填一填练一练2.α粒子散射实验:(1)实验装置:α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。(2)实验现象:①绝大多数α粒子穿过金箔后,基本沿原方向前进。②少数α粒子发生大角度偏转。③极少数α粒子的偏转角度大于90°,甚至有极个别α粒子几乎被“撞”了回来。3.结果:卢瑟福通过α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。一二填一填练一练二、卢瑟福的核式结构模型(见课本第53页)1.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。它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量,电子在核外空间运动。2.原子核的电荷与尺度:填一填练一练下列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,带负电的电子在核外旋转解析:原子的核式结构模型是在α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探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析探究一α粒子散射实验和核式结构模型汤姆孙发现电子之后,人们立刻进行建立各种原子模型的尝试,你都知道有哪些典型的模型呢?探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析1.实验装置α粒子散射实验装置如图所示(俯视)。放射源:钋放在带小孔的铅盒中,能放射α粒子。金箔:厚度极小,可至1微米(虽然很薄但仍有几千层原子),α粒子很容易穿过。显微镜:能够围绕金箔在水平面内转动。荧光屏:玻璃片上涂有荧光物质硫化锌,装在显微镜上。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析α粒子:带正电,电荷量是电子电荷量的2倍,质量约是氢原子的4倍,约是电子质量的7300倍。从放射性元素中放射出来的α粒子动能很大,射出速度达107m/s,α粒子打到荧光屏上能产生一个闪烁的亮点,可用显微镜观察。注意说明:整个实验装置放在真空中。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析2.α粒子散射实验与汤姆孙的原子模型的冲突分析(1)由于电子质量远小于α粒子质量,所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转。(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。按照汤姆孙原子模型,正电荷在原子内是均匀分布的,α粒子穿过原子时,它受到的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,α粒子大角度散射是不可能的。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析3.原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别核式结构枣糕模型原子内部是非常空旷的,正电荷集中在一个很小的核里原子是充满了正电荷的球体电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体内探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析4.原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释(1)当α粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,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。(2)只有当α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α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。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析5.原子核的电荷与组成(1)原子内的电荷关系:原子核的电荷数与核外的电子数相等,非常接近原子序数。(2)原子核的组成:原子核由质子和中子组成,原子核的电荷数等于原子核的质子数。(3)原子半径的数量级为10-10m,原子核半径的数量级为10-15m,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10-15。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析【例题1】如图,α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,关于观察到的现象,下列说法不正确的是()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,但次数极少探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析解析:在卢瑟福α粒子散射实验中,α粒子穿过金箔后,绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进,故A正确;少数α粒子发生大角度偏转,极少数α粒子偏转角度大于90°,极个别α粒子被反弹回来,所以在B位置只能观察到少数的闪光,在C、D两位置能观察到的闪光次数极少,故B、C错误,D正确。答案:BC探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析变式训练1关于原子的核式结构模型,下列说法正确的是()A.原子中绝大部分是“空”的,原子核很小B.电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力C.原子的全部电荷和质量都集中在原子核里D.原子核直径的数量级是10-10m解析:因为原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内,而原子核又很小,所以原子内绝大部分区域是“空”的,A正确,C错误;电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑引力提供向心力,B正确;原子核直径的数量级是10-15m,原子直径的数量级是10-10m,D错误。答案:AB探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析探究二α粒子散射实验中的力与能量α粒子散射实验中,α粒子的偏转情况实际上是由于金原子核对其的库仑力所造成的,试分析α粒子的受力特点。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析力、电学知识在α粒子散射实验中的应用α粒子散射实验电子绕核运动受力特点方向:α粒子所受库仑力沿α粒子与核的连线,由核指向α粒子特点:α粒子离核越近,F越大;反之,F越小方向:电子所受库仑力沿电子与核的连线,由电子指向核特点:在同一轨道上运动时,F大小不变能量转化(1)当α粒子靠近原子核时,库仑斥力对α粒子做负功,电势能增加(2)当α粒子远离原子核时,库仑斥力对α粒子做正功,电势能减少(1)电子绕核运动时,库仑力对电子不做功,电势能、动能不变(2)轨道半径r变大时,库仑力对电子做负功,电势能增加,动能减少;反之,电势能减少,动能增加探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析α粒子散射实验电子绕核运动运动性质绝大多数α粒子做变速曲线运动,极个别α粒子做变速直线运动电子绕核做匀速圆周运动,库仑力提供向心力,即kQqr2=mv2r探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析【例题2】根据α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等势面,实线表示一个α粒子的运动轨迹。在α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()A.静电力先做负功,后做正功,总功等于零B.加速度先变小,后变大C.a、c两点的动能不相等D.动能与电势能的和不变探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析解析:α粒子与原子核之间的作用力为库仑斥力,从a→b库仑力做负功,动能减少,电势能增加,从b→c库仑力做正功,动能增加,电势能减少,且a→b与b→c库仑力所做的总功为0,则a、c两点动能相等,故选项A正确,C错误;因为只有电场力做功,故动能与电势能的和不变,选项D正确;α粒子与原子核相距越近,库仑力越大,加速度越大,故从a→b→c加速度先增大后减小,选项B错误。答案:AD探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析变式训练2如图所示,M、N为原子核外的两个等势面,已知UNM=100V。一个α粒子以2.5×105m/s从等势面M上的A点运动到等势面N上的B点,求α粒子在B点时速度的大小。(已知mα=6.64×10-27kg)探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析解析:α粒子在由A到B的过程中,满足-2eUNM=12mv2-12𝑚𝑣02由此得v=𝑣02-4𝑒𝑈𝑁𝑀𝑚=(2.5×105)2-4×1.6×10-19×1006.64×10-27m/s≈2.3×105m/s。答案:2.3×105m/s探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析123451.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:AD123452.关于α粒子的散射实验,下述说法中正确的是()A.在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来方向前进,少数发生了较大偏转,极少数偏转超过90°,有的甚至被弹回接近180°B.使α粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子;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及全部质量解析:A项是对该实验现象的正确描述;B项,使α粒子偏转的力是原子核对它的静电排斥力,而不是电子对它的吸引力,故B错;C项是实验结论之一;原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量,因核外还有电子,故D错。答案:AC123453.如图所示,α粒子水平射向金原子核X被散射,若它们入射时的动能相同,其偏转轨道可能是图中的()解析:α粒子离金原子核越远,其所受斥力越小,轨道弯曲程度越小,故选项D正确。答案:D123454.如图所示,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的运动轨迹。关于α粒子,下列说法正确的是()A.α粒子从K到R的过程中动能逐渐增加B.α粒子从K到R的过程中动能逐渐减小C.α粒子从K到R的过程中动能先减小后增加D.α粒子从K到R的过程中电势能先增加后减小12345解析:在α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α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。答案:CD123455.(选做题)在α粒子散射实验中,根据α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α粒子以2.0×107m/s的速度去轰击金箔,若金原子的核电荷数为79。求α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为,α粒子质量为6.64×10-27kg)。Ep=k𝑞1𝑞2𝑟12345解析:当α粒子靠近原子核运动时,α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α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d,则≈2.7×10-14m。答案:2.7×10-14m12mv2=k𝑞1𝑞2𝑑d=2𝑘𝑞1𝑞2𝑚𝑣2=2×9.0×109×2×79×(1.6×10-19)26.64×10-27×(2.0×107)2m人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。