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第十八章原子结构第2节原子的核式结构模型目标篇预习篇考点篇栏目链接学习目标1．理解α粒子散射实验的现象与结果，讨论与分析得出的结论．2．理解原子的核式结构模型及其应用．知识点一α粒子散射实验1909—1911年卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔的实验，获得了重要的发现．1．实验装置(如下图)由放射源、金箔、荧光屏等组成注：①整个实验过程在真空中进行．②金箔很薄，α粒子(24He核)很容易穿过．目标篇预习篇考点篇栏目链接2．实验现象与结果．绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大角度的偏转．极少数α粒子偏转角超过90°，有的几乎达到180°，沿原路返回．α粒子散射实验令卢瑟福万分惊奇．按照汤姆孙的原子结构模型：带正电的物质均匀分布，带负电的电子质量比α粒子的质量小得多，α粒子碰到电子就像子弹碰到一粒尘埃一样，其运动方向不会发生什么改变．但实验结果出现了像一枚炮弹碰到一层薄薄的卫生纸被反弹回来这一不可思议的现象．卢瑟福通过分析，否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了核式结构模型．目标篇预习篇考点篇栏目链接►尝试应用1．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(D)解析：解答本题要把握以下思路：粒子发生大角度散射是与原子核接近的结果．原子的中心是体积很小的原子核，原子的绝大部分质量和全部正电荷都集中在原子核上，当粒子接近原子核的时候，就会发生大角度散射，甚至被弹回．所以D选项正确．目标篇预习篇考点篇栏目链接知识点二原子的核式结构1．汤姆孙的枣糕式模型．汤姆孙于1898年提出来原子的枣糕式模型．汤姆孙在发现电子后，便投入了对原子内部结构的探索，他运用丰富的想象，提出了原子枣糕模型(下图)．在这个模型里，汤姆孙把原子看作一个球体，正电荷均匀地分布在整个球内，电子像枣糕上的枣子一样嵌在球中，被正电荷吸引着．原子内正、负电荷相等，因此原子的整体呈中性．汤姆孙的模型是第一个有一定科学依据的原子结构模型．注：汤姆孙的原子结构模型虽然能解释一些实验事实，但这一模型很快就被新的实验事实所否定．不过它的意义却极其深远，电子的发现使我们认识到原子是有结构的，并用汤姆孙的原子模型可以粗略解释原子发光问题，为我们揭开了原子结构研究的帷幕．2．原子的核式结构．卢瑟福依据α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构：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核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．按照卢瑟福的核式结构学说，可以很容易地解释α粒子的散射实验现象．如下图所示．按照这个模型，由于原子核很小，大部分α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响；只有极少数α粒子从原子核附近飞过，明显地受到原子核的库仑斥力而发生大角度的偏转．注：(1)原子内部是十分“空旷”的．原子直径的数量级为，原子核直径的数量级为m，两者相差十万倍，而体积的差别就更大了．若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．(2)α粒子并没有与金原子核直接发生碰撞．偏转的原因是库仑斥力影响的结果．►尝试应用2．下列叙述属于卢瑟福α粒子散射实验的结果(C)A．证明了质子的存在B．证明了原子核是由质子和中子组成的C．证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．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动解析：该题要考查的是α粒子散射实验对人类认识原子结构的贡献．只要学生了解α粒子散射实验的结果及核式结构的建立过程，不难得出正确答案。α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子．3．卢瑟福的α粒子散射实验的结果显示了下列哪些情况(D)A．原子核内存在电子B．原子的大小为mC．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上D．原子的正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里解析：原子核内无电子，A错；α粒子散射实验未能判定原子大小为m，B错；原子的所有正电荷和几乎所有质量分布在原子核内，C错、D对．题型一α粒子散射实验与原子核式结构在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图所示．图中P、Q为轨迹上的点，虚线是经过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域．不考虑其他原子核对α粒子的作用，则关于该原子核的位置，正确的是()A．一定在①区域B．可能在②区域C．可能在③区域D．一定在④区域【审题指导】(1)α粒子散射实验的现象为：绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大的角度偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)．(2)曲线运动中合外力的方向应指向曲线的凹侧，据此可得出原子核可能区域．目标篇预习篇考点篇栏目链接解析：卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，若在③④区域粒子轨迹将向上偏转，由轨迹的弯曲方向知道排斥力向下，所以原子核一定在①区域．答案：A点评：本题考查α粒子散射实验与原子核式结构模型的关系，熟悉课本相关内容即可选中．►变式训练1．关于α粒子散射实验，下列说法不正确的是(C)目标篇预习篇考点篇栏目链接A．只有极少数α粒子发生了大角度散射B．α粒子散射实验的结果说明了带正电的物质只占整个原子的很小空间C．α粒子在靠近金原子核的过程中电势能减小D．α粒子散射实验的结果否定了汤姆孙给出的原子“枣糕模型”解析：α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大角度的偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)，故A正确；目标篇预习篇考点篇栏目链接从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，否定了汤姆生给出的原子“枣糕模型”，B、D正确；α粒子在靠近原子核的过程中，静电力做负功，动能减小，电势能增大，故C错误．题型二动量守恒、量子理论与原子结构(多选)下列说法正确的是()A．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关B．光的波长越短，光子的能量越小C．α粒子散射实验中少数粒子发生较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据D．在以打点计时器、两个小车、长直木板为主要器材验证动量守恒的实验中，实验前不用“平衡摩擦力”【审题指导】(1)黑体辐射随着波长越短温度越高辐射越强；由爱因斯坦的光子说可知，光子频率越大，光子能量越大．(2)卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型；当系统所受合外力为零时，系统动量守恒，验证动量守恒定律时受小车外力的影响．解析：黑体辐射随着波长越短温度越高辐射越强，所以黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故A正确；光的波长越短，光的频率越高，光子的能量越大，故B错误；α粒子散射实验中少数粒子发生较大偏转，据此卢瑟福提出了原子核式结构模型，故C正确；在以打点计时器、两个小车、长直木板为主要器材验证动量守恒的实验中需要平衡摩擦力，以避免外力对实验的影响，故D错误．答案：AC►变式训练2．(多选)下列叙述正确的有(AB)A．光电效应和康普顿效应都证实了光具有粒子性B．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上，提出了原子的核式结构模式C．紫外线照射某金属表面时发生了光电效应，则红外线也一定可以使该金属发生光电效应D．在α粒子散射实验中，α粒子碰撞不到电子，是因为电子体积极小解析：光电效应和康普顿效应都证实了光具有粒子性，而不是波动性，故A正确；卢瑟福在α粒子散射实验的基础上，并提出了原子的核式结构模式，故B正确；紫外线照射某金属表面时发生了光电效应，因紫外线的频率小于红外线，则红外线一定不可以使该金属发生光电效应，故C错误；由于电子的质量较小，α粒子与电子相碰，就像子弹碰到灰尘一样，故D错误．题型三α粒子散射实验中的动力学和能量问题根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．下图表示了原子核式结构模型的α粒子散射图景．图中实线表示α粒子的运动轨迹．其中一个α粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列判断正确的是()A．α粒子的动能先增大后减小B．α粒子的电势能先增大后减小C．α粒子的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【审题指导】(1)α粒子在原子核形成的电场中运动时，电荷间的电场力做功，根据电场力做功情况，即可判断α粒子动能、电势能的变化情况．(2)根据点电荷周围电场线分布情况可知各处电场强度大小，进而判断电场力和加速度的大小．解析：α粒子受到斥力作用，根据电场力做功特点可知：从a运动b过程中电场力做负功，电势能增加，动能减小，从b运动到c过程中，电场力做正功，电势能减小，动能增加，A、D错误，B正确；根据点电荷周围电场可知，距离原子核近的地方电场强度大，故越靠近原子核加速度越大，因此α粒子加速度先增大后减小，故C错误．答案：B►变式训练3．对α粒子散射实验，下列描述正确的是(C)A．绝大多数α粒子穿过金箔时都会明显改变运动方向B．少数α粒子穿过金箔时会被反向弹回C．散射角度大的α粒子受原子核的作用力也大D．无论散射角度大小，α粒子的机械能总是守恒的解析：明确α粒子散射实验现象以及造成这种现象的原因，正确利用机械能守恒条件判断机械能是否守恒．α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)，故A、B错误；造成α粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大，故C正确；α粒子运动过程中受到除重力之外的斥力作用，因此机械能不守恒，故D错误．