高中物理 第2章 原子結(jié)構(gòu) 第2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型教師用書 魯科版選修3-5

《高中物理 第2章 原子結(jié)構(gòu) 第2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型教師用書 魯科版選修3-5》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第2章 原子結(jié)構(gòu) 第2節(jié) 原子的核式結(jié)構(gòu)模型教師用書 魯科版選修3-5（6頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第2節(jié)　原子的核式結(jié)構(gòu)模型 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.知道α粒子散射實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果．(重點(diǎn)) 2．知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) α 粒 子 散 射 實(shí) 驗(yàn) [先填空] 1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? α粒子通過金箔時，用這些已知的粒子與金屬內(nèi)的原子相互作用，根據(jù)粒子的偏轉(zhuǎn)情況來獲得原子內(nèi)部的信息． 2．實(shí)驗(yàn)方法 用由放射源發(fā)射的α粒子束轟擊金箔，利用熒光屏接收，探測通過金箔后的α粒子偏轉(zhuǎn)情況． 3．實(shí)驗(yàn)結(jié)果 絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90，有的甚至被原路彈回，α粒子被反射回來的概率竟然有1/8_000. [再判斷] 1．α粒子散射實(shí)驗(yàn)主要實(shí)驗(yàn)器材有：放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡．(√) 2．金箔的厚薄對實(shí)驗(yàn)無影響．() 3．α粒子大角度的偏轉(zhuǎn)是電子造成的．() [后思考] 盧瑟福為何選用α粒子去轟擊金箔？ 【提示】　因?yàn)楫?dāng)時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了α射線和β射線，并且，組成α射線的α粒子是具有很大動能的帶電粒子，適合做轟擊金屬的“炮彈”．另外，金具有較大的密度和很好的延展性，能夠做成很薄的箔片． [核心點(diǎn)擊] 1．實(shí)驗(yàn)背景：α粒子散射實(shí)驗(yàn)是盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生做的一個著名的物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是想驗(yàn)證湯姆孫原子模型的正確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據(jù)．在此基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型． 2．否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型 (1)質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子的電子，對α粒子的運(yùn)動影響完全可以忽略，不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)． (2)α粒子在穿過原子時，受到各方向正電荷的斥力基本上會相互平衡，對α粒子運(yùn)動方向的影響不會很大，也不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)． (3)α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)，否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型． 3．大角度偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析 (1)由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子質(zhì)量，所以電子不可能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)． (2)使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的只能是原子中帶正電的部分．按照湯姆孫原子模型，正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的，α粒子穿過原子時，它受到的兩側(cè)斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不能使α粒子反向彈回，這與α粒子散射實(shí)驗(yàn)相矛盾． (3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明原子絕大部分是空的，原子的幾乎全部質(zhì)量和所有正電荷都集中在原子中心的一個很小的核上，否則，α粒子大角度散射是不可能的． 1．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是(　　) A．該實(shí)驗(yàn)在真空環(huán)境中進(jìn)行 B．帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內(nèi)的不同方向上移動 C．熒光屏上的閃光是散射的α粒子打在熒光屏上形成的 D．熒光屏只有正對α粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光 E．不用熒光屏也可用顯微鏡直接觀察α粒子散射情況 【解析】　本題考查α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置及其作用，只有在正確理解α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，才能選出正確選項(xiàng)．對于D項(xiàng)，考慮到有少數(shù)的α粒子因?yàn)榭拷鹪雍?，受到斥力而改變了運(yùn)動方向，D錯誤，A、B、C正確；α粒子必須借助于熒光屏觀察，E錯誤． 【答案】　ABC 2．如圖221為盧瑟福所做的α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，下列說法中正確的是(　　) 圖221 A．相同時間內(nèi)在A時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B．相同時間內(nèi)在B時觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A時稍少些 C．放在D位置時屏上仍能觀察到一些閃光 D．放在C、D位置時屏上觀察不到閃光 E．放在C、D位置時屏上仍能觀察到一些閃光，只是在D處觀察到的閃光次數(shù)比在C處還要少． 【解析】　在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來的方向前進(jìn)，故A正確．少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度大于90，極個別α粒子反彈回來，所以在B位置只能觀察到少數(shù)的閃光，在C、D兩位置能觀察到的閃光次數(shù)極少，故B、D錯誤，C、E正確． 【答案】　ACE 解決α粒子散射實(shí)驗(yàn)問題的技巧 (1)熟記實(shí)驗(yàn)裝置及原理． (2)核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯改變． (3)湯姆孫的原子模型不能解釋α粒子的大角度散射． (4)少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些α粒子在原子中的某個地方受到了質(zhì)量、電荷量均比它本身大得多的物體的作用． (5)絕大多數(shù)α粒子在穿過厚厚的金原子層時運(yùn)動方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的，原子的質(zhì)量、電荷量都集中在體積很小的核內(nèi)． 盧瑟福的原子模型及原子大小 [先填空] 1．核式結(jié)構(gòu)模型 (1)原子的內(nèi)部有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，帶負(fù)電的電子繞核運(yùn)動． (2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型又被稱為行星模型． 2．原子的大小 (1)原子直徑數(shù)量級：10－10 m. (2)原子核直徑數(shù)量級：10－15_m. [再判斷] (1)原子內(nèi)部正電荷是均勻分布的．() (2)原子的質(zhì)量是均勻分布的．() (3)原子的幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)．(√) [后思考] 盧瑟福的原子模型是如何解釋α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的？ 【提示】　α粒子穿過原子時，如果離核較遠(yuǎn)，受到的庫侖斥力很小，運(yùn)動方向也改變很?。挥挟?dāng)α粒子十分接近核時，才受到很大的庫侖斥力，發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)．由于核很小，α粒子十分接近的機(jī)會很小，所以絕大多數(shù)α粒子基本上仍沿原方向前進(jìn)，只有極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)． [核心點(diǎn)擊] 1．湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型與盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)對比 湯姆孫的葡萄 干面包模型 盧瑟福的原 子核式模型 分布 情況 正電荷和質(zhì)量均勻分布，負(fù)電荷鑲嵌在其中 正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子中心的一個極小核內(nèi)，電子質(zhì)量很小，分布在很大空間內(nèi) 受力 情況 α粒子在原子內(nèi)部時，受到的庫侖斥力相互抵消，幾乎為零 少數(shù)靠近原子核的α粒子受到的庫侖力大，而大多數(shù)離核較遠(yuǎn)的α粒子受到的庫侖力較小 偏轉(zhuǎn) 情況 不會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不會被彈回 絕大多數(shù)α粒子運(yùn)動方向不變，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90，有的甚至被彈回 分析 結(jié)論 不符合α粒子散射現(xiàn)象 符合α粒子散射現(xiàn)象 2.原子的核式結(jié)構(gòu)模型對α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋： (1)當(dāng)α粒子穿過原子時，如果離核較遠(yuǎn)，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿過“一片空地”一樣，無遮無擋，運(yùn)動方向改變很?。?yàn)樵雍撕苄?，所以絕大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)． (2)只有當(dāng)α粒子十分接近原子核穿過時，才受到很大的庫侖力作用，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，而這種機(jī)會很少，所以有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)． (3)如果α粒子正對著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180，這種機(jī)會極少，如圖222所示，所以極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角度甚至大于90. 圖222 3．關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)理論說法正確的是(　　) A．是通過發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來的 B．是通過α粒子散射現(xiàn)象得出來的 C．原子的中心有個核，叫作原子核 D．原子的正電荷均勻分布在整個原子中 E．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn) 【解析】　原子的核式結(jié)構(gòu)模型是在α粒子的散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出的，A錯誤，B正確．原子中絕大部分是空的，帶正電的部分集中在原子中心一個很小的范圍，稱為原子核，C正確，D錯誤．原子核集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn)，E正確． 【答案】　BCE 4.如圖223所示，根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型．圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線，實(shí)線表示一個α粒子的運(yùn)動軌跡．在α粒子從a運(yùn)動到b，再運(yùn)動到c的過程中，下列說法中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：18850026】 圖223 A．動能先減小，后增大 B．電勢能先減小，后增大 C．電場力先做負(fù)功，后做正功，總功等于零 D．加速度先變小，后變大 E．α粒子在a點(diǎn)和c點(diǎn)的速度大小相等 【解析】　根據(jù)盧瑟福提出的核式結(jié)構(gòu)模型，原子核集中了原子的全部正電荷，即原子核外的電場分布與正點(diǎn)電荷電場類似．α粒子從a運(yùn)動到b，電場力做負(fù)功，動能減小，電勢能增大；從b運(yùn)動到c，電場力做正功，動能增大，電勢能減?。籥、c在同一條等勢線上，則電場力做的總功等于零，A、C、E正確，B錯誤；a、b、c三點(diǎn)的場強(qiáng)大小關(guān)系Ea＝Ec＜Eb，故α粒子的加速度先變大，后變小，D錯誤． 【答案】　ACE 5．在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)α粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時能達(dá)到的最小距離可以估算原子核的大?。F(xiàn)有一個α粒子以2.0107 m/s的速度去轟擊金箔，若金原子的核電荷數(shù)為79.求α粒子與金原子核間的最近距離(已知帶電粒子在點(diǎn)電荷電場中的電勢能表達(dá)式為Ep＝k，r為距點(diǎn)電荷的距離．α粒子質(zhì)量為6.6410－27 kg)． 【解析】　當(dāng)α粒子靠近原子核運(yùn)動時，α粒子的動能轉(zhuǎn)化為電勢能，達(dá)到最近距離時，動能全部轉(zhuǎn)化為電勢能，設(shè)α粒子與原子核發(fā)生對心碰撞時所能達(dá)到的最小距離為d，則mv2＝k. d＝＝ m ＝2.710－14 m. 【答案】　2.710－14 m 分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)中的力電問題常用的規(guī)律 (1)庫侖定律：F＝k，用來分析α粒子和原子核間的相互作用力． (2)牛頓第二定律：該實(shí)驗(yàn)中α粒子只受庫侖力，可根據(jù)庫侖力的變化分析加速度的變化． (3)功能關(guān)系：根據(jù)庫侖力做功，可分析動能的變化，也能分析電勢能的變化． (4)原子核帶正電，其周圍的電場相當(dāng)于正點(diǎn)電荷的電場，注意應(yīng)用其電場線和等勢面的特點(diǎn)．