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2原子的核式结构模型如今，我们生活在丰富多彩的电子时代，我们身边的家用电器都用到各式各样的电子元件，甚至最为简单的日光灯也与电子元件密不可分．如图所示为日光灯的原理图，那么日光灯是如何发光的呢？答案：接通开关K后，由于镇流器的断电自感效应，如图所示，在灯管的两端产生了较高的自感电动势，它击穿了日光灯管中的水银蒸气，水银蒸气电离导电，产生的紫外线激发荧光粉发出柔和的光．一、原子结构模型1．汤姆孙的“枣糕”模型(1)1897年汤姆孙发现了____________，使人们认识到________有复杂结构，揭开了研究原子的序幕．(2)汤姆孙的“枣糕”模型：原子是一个____________，________均匀分布在整个球内．________像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里．(如图所示)【答案】(1)电子原子(2)球体正电荷电子2．α粒子散射实验(1)实验现象：____________α粒子穿过金箔后，基本沿原方向前进；________α粒子发生较大偏转，________偏转超过90°；有的几乎达到180°沿原路返回．(2)实验意义：①否定了________的原子结构模型．②提出了________________模型，明确了________________的数量级．【答案】(1)绝大多数少数极少数(2)①汤姆孙②原子核式结构原子核大小3．卢瑟福的核式结构模型1911年卢瑟福提出：在原子的中心有一个__________，叫做________，原子的全部________和几乎全部质量都集中在__________，带_______荷的________在核外空间绕核旋转．【答案】很小的核原子核正电荷原子核里负电电子特别提醒：1.原子核所带单位正电荷数等于核外电子数，所以整个原子呈电中性．2．电子绕核旋转所需向心力是核对它的库仑引力．二、原子核的电荷与尺度1．原子核的组成：原子核是由________和________组成的．原子核的电荷数就是质子数．中性原子的电荷数也等于其核外电子数．【答案】质子中子2．原子核的大小：实验确定的原子核半径R的数量级为__________，而整个原子的半径数量级是__________，两者相差十万倍之多，可见原子内部是十分“空旷”的．【答案】10－15m10－10m特别提醒：依据α粒子散射是估计核半径最简单的方法．1．实验装置：放射源，金箔，显微镜，荧光屏．(如图所示)α粒子散射实验的理解2．实验注意事项：(1)从α粒子源到荧光屏这段路程处于真空中．(2)α粒子是氦原子核，本身很小，金箔需很薄，α粒子才容易穿过．(3)实验中用的是金箔而不是铝箔，这是因为金原子序数大，α粒子与金核间库仑力大，偏转明显，同时，金的延展性好，容易做成极薄的金箔．3．实验过程：α粒子从铅盒射出，形成细射线打在金箔上，被散射的α粒子打在荧光屏上产生闪光，用可转动的显微镜从不同角度进行观察．4.实验现象绝大多数：α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进少数：发生较大偏转极少数：偏转超过90°；有的几乎达到180°沿原路返回，像被金箔反弹回来5．实验分析：(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荷的部分，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，更不能使α粒子反向弹回，这与α粒子的散射实验矛盾．(3)实验现象说明原子绝大部分是空的，除非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发生的．6．实验意义：(1)否定了汤姆孙的原子结构模型．(2)提出了原子核式结构模型，明确了原子核大小的数量级，使人类对原子结构的认识发生了质的飞跃．7．实验结果：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．1．(多选)关于α粒子散射实验的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【答案】AC【解析】A项是对该实验现象的正确描述，正确；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错误；C项是对实验结论之一的正确分析；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错误．卢瑟福之所以要选用金箔做α粒子散射实验，主要有五个方面的原因：一是金是重金属；二是金的延展性强，容易做成厚为1μm的薄片，以使绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进；三是金的化学性质稳定，不易与荧光粉发生化学反应；四是金的原子序数大，带的正电荷就多，对α粒子的库仑斥力大，α粒子与其碰撞后的散射角也就很大；五是α粒子的散射角与靶材料的原子量成正比，金的原子量大，当α粒子与其碰撞时，α粒子的运动状态改变明显．卢瑟福为什么选用金箔做α粒子散射实验2．对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有()A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜B．金箔的厚度对实验无影响C．如果不用金箔改用铝箔，就不会发生散射现象D．实验装置放在空气中和真空中都可以【答案】A【解析】实验所用的金箔的厚度极小，如果金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受到较大的阻碍作用而影响实验效果，B项错．如果改用铝箔，由于铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍然发生，C项错，空气的流动及空气中有许多漂浮的分子，会对α粒子的运动产生影响，实验装置是放在真空中进行的，D项错，正确选项为A.例1如图所示为卢瑟福和他的学生做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和放大镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象描述正确的是()α粒子散射实验解析：因为绝大多数α粒子穿过金箔后仍然沿原来方向前进，在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，选项A对；因为少数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转，在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在A位置时要少得多，选项B错；α粒子散射实验中有极少数α粒子偏转角超过90°，甚至接近180°，所以选项C错，选项D对．正确选项为A、D.答案：AD反思领悟：α粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键．通过对α粒子散射实验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景．1．(2018淄博一模)以下能说明原子核内具有复杂结构的实验或现象是()A．光电效应B．阴极射线实验C．α粒子散射实验D．天然放射现象【答案】D解析：天然放射现象是原子核内部变化产生的，人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的，而光电效应现象说明光的粒子性，阴极射线实验说明电子是原子的组成部分，对于α粒子散射现象提出了原子的核式结构．故D正确，A、B、C错误．例2下列对原子结构的认识中，正确的是()A．原子中绝大部分是空的，原子核很小B．电子在核外旋转，库仑力提供向心力C．原子的全部正电荷都集中在原子核里D．原子核的直径大约是10－10m原子的核式结构模型解析：原子由位于原子中的带正电的原子核和核外带负电的电子构成，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，由此可判定B、C正确．根据α粒子散射实验知原子核半径数量级为10－15m，而原子半径的数量级为10－10m，故A正确，D错误．答案：ABC反思领悟：要理解并记住卢瑟福原子核式结构理论，并用它解释物理现象以提高解题能力．2．(2018上海名校二模)在α粒子散射实验中，使α粒子发生大角度偏转的力是()A．磁场力B．电场力C．万有引力D．弹力【答案】B解析：原子核和α粒子都带正电，且它们质量较大，电荷也较大，故可以使α粒子发生大角度偏转．α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子的质量只有α粒子质量的17300，粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变．故B正确，A、C、D错误．例3英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，为了解释实验结果，提出了原子的核式结构学说，下列图中，O表示金原子核的位置，曲线ab和cd表示经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹，能正确反映实验结果的图是()α粒子散射的轨迹ABCD解析：α粒子散射实验的原因是α粒子与金原子核间存在库仑斥力，因此仅有D图正确．答案：D反思领悟：理解α粒子散射实验现象，关键是弄清α粒子遇到金原子核时受到强大的斥力作用，才能发生大角度散射．这个斥力是α粒子与金原子核之间的库仑斥力，当然也就伴随着库仑斥力的做功问题．3．(多选)在图中，画出了α粒子散射实验中的一些曲线，这些曲线中可能是α粒子的轨迹的是()A．aB．bC．cD．d【答案】BD例4已知电子质量为9.1×10－31kg，带电荷量为－1.6×10－19C，若氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10－10m，求电子绕核运动的线速度、动能、周期和形成的等效电流．α粒子散射实验中的分子、电子综合问题解析：由卢瑟福的原子模型可知：电子绕核做圆周运动，所需的向心力由核对电子的库仑引力来提供．根据mv2r＝ke2r2，得v＝ekrm＝1.6×10－19×9×1090.53×10－10×9.1×10－31m/s＝2.19×106m/s其动能Ek＝12mv2＝12×9.1×10－31×(2.19×106)2J＝2.18×10－18J运动周期T＝2πrv＝2×3.14×0.53×10－102.17×106s＝1．53×10－16s电子绕核运动形成的等效电流I＝qt＝eT＝1.6×10－191.53×10－16A＝1.05×10－3A.答案：1.05×10－3A反思领悟：此类题目解题的关键是先找准原子核的结构，然后把力学及电学的相关定律、公式应用于原子物理上．4．(多选)如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近时的示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上，则以下说法正确的是()A．α粒子在A处的速度比在B处速度小B．α粒子在B处的速度最大C．α粒子在A、C处的速度大小相等D．α粒子在B处速度比在C处速度小【答案】CD【解析】由能量守恒定律可知，在A、B、C三点上，A、C位于原子核形成的同一等势面上，电势能和动能均相同，则A、C两点速率相同；由A到B，α粒子克服库仑力做功，动能减小，电势能增大，故B点速度最小，D正确．估算法根据实际情况来拟定某些物理量合理近似值，或在考虑现象(问题)的主要因素忽略次要因素的前提下，用自己熟悉的模型来模拟这一实际物理现象，从而进行计算的方法叫估算法，在原子分子等微观量计算和天体宏观量计算往往会用到．创新•拓展•提升例5用α粒子轰击金箔时，测得α粒子能接近金箔的最小距离为2.0×10－14m，问金原子核的平均密度为多少？(阿伏加德罗常数NA＝6×1023mol－1，金元素的摩尔质量M＝197g·mol－1)解析：可以把α粒子能接近金箔的最小距离看作金原子核的半径R，金原子核的体积V＝43πR3＝43π×(2.0×10－14)3＝3.3×10－41m3，一个金原子的质量：m0＝mNA＝197×10－36×1023kg＝3.3×10－25kg，则金原子核的平均密度ρ＝m0V＝3.3×10－253.3×10－41kg/m3＝1×1016kg/m3.答案：1×1016kg/m3