18.2原子的核式结构模型-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义（人教版选修3-5）

18.2 原子的核式结构模型 【基础知识梳理】 一、α粒子散射实验 1．汤姆孙原子模型：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，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”，如图1. 图1 2．α粒子散射实验： (1)α粒子散射实验装置由α粒子源、金箔、放大镜、荧光屏等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中． (2)实验现象 ①绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进； ②少数α粒子发生了大角度偏转；偏转的角度甚至大于90°，它们几乎被“撞了回来”． (3)实验意义：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． 3．卢瑟福核式结构模型：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． 【实例】 如图所示为1909年英籍物理学家卢瑟福指导他的学生盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的实验装置，阅读课本，回答以下问题： (1)什么是α粒子？ (2)实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？ (3)实验现象如何？ (4)少数α粒子发生大角度散射的原因是什么？ 答案　(1)α粒子(He)是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核．质量是电子质量的7 300倍． (2)α粒子源：把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能的α粒子． 带荧光屏的放大镜：观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光． 实验过程：α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子会改变原来的运动方向．带有放大镜的荧光屏可以沿题图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目． (3)α粒子散射实验的实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°. (4)α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射． 【总结】 1.实验现象(如图3) 图3 (1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进． (2)少数α粒子发生较大的偏转． (3)极少数α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°. 2．实验现象的分析 (1)核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变． (2)汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射． (3)少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量比它本身大得多的物质的作用． (4)绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内． 二、原子核的电荷与尺度 1．原子核的大小：原子核的质量几乎集中了原子的全部质量，但它的半径却非常小，原子半径的数量级是10－10 m，而原子核半径的数量级是10－15 m，仅相当于原子半径的十万分之一． 2．原子核的电荷：由不同元素对α粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的电荷．又由于原子是电中性的，可以推算出原子内含有的电子数．科学家们注意到，各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数，非常接近它们的原子序数，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数来排列的． 原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数． 【重点】 1．原子的核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动． 2．原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子的原子序数． 3．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核中的质子数． 4．原子核的大小：原子半径的数量级为10－10 m，原子核半径的数量级为10－15 m，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倍． 【例题讲解】 一、单选题 1．以下物理事实和物理学史，描述正确的是（　　） A．伽利略猜想自由落体运动速度与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证 B．卢瑟福通过α粒子散射实验，估算出了原子核半径R的数量级为10-15m C．根据开普勒第二定律，相同时间内火星与太阳连线扫过的面积等于地球与太阳连线扫过的面积 D．法拉第发现了磁生电的规律，并归纳出了法拉第电磁感应定律 2．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为（　　） A．α粒子与电子根本无相互作用 B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的 C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计 D．电子