第4章 第2节 原子的核式结构模型 （word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第2节　原子的核式结构模型 核心素养导学 物理观念 (1)了解α粒子散射实验原理和实验现象。 (2)了解汤姆孙原子模型与卢瑟福的原子核式结构模型。 (3)知道原子和原子核大小的数量级。 科学思维 认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程。 科学探究 对α粒子散射实验，能根据实验现象，提出有针对性的物理问题。 科学态度与责任 体会α粒子散射实验中所蕴含的科学方法。 一、汤姆孙原子模型 汤姆孙原子模型：汤姆孙提出了一种模型，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的原子模型称为“枣糕模型”。 二、α粒子散射实验 1．实验装置示意图 2．现象 (1)绝大多数α粒子不改变方向或只发生很小的偏转。 (2)少数α粒子发生较大的偏转。 (3)极少数α粒子偏转角超过90°，有的甚至被原路弹回。 3．原因：靠近原子核的α粒子受库仑力作用使其发生了大角度偏转。 4．结论：原子中存在体积很小的带正电的部分。 三、原子核式结构模型 1．原子核式结构模型：卢瑟福提出，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有原子的全部质量，电子在核外绕核运动。 2．原子核的电荷与尺度 四、原子核式结构模型的局限性 1．否定了汤姆孙的“枣糕模型”，提出了比较科学的“核式结构模型”。 2．原子核式结构模型同样存在局限性，例如不能解释经典电磁理论存在的物理现象。,1.如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景。判断下列说法的正误： (1)α粒子散射实验中绝大多数α粒子都发生了较大偏转。(×) (2)原子核的直径数量级为10－10 m。(×) (3)α粒子散射实验表明了原子的质量几乎全部都集中在原子核上。(√) 2．在探究原子结构的散射实验中，入射粒子用的是α粒子，试说明其中的原因。 提示：原子的结构非常紧密，用一般的方法无法探测它内部的结构。要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击。由于α粒子具有足够的能量，可以接近原子的中心，它还可以使荧光物质发光，如果α粒子与其他粒子发生相互作用，改变了运动方向，荧光屏便能够显示出它的方向变化。 3．由α粒子散射实验的结果为何可以说明原子核尺度很小，但几乎占有全部质量？ 提示：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，说明带正电荷部分很小，少数α粒子被“撞了回来”说明遇到了质量很大的部分。 新知学习(一)|α粒子散射实验及现象分析 [任务驱动] 如图是α粒子散射实验装置，各部分的作用是什么？ 提示：放射源放出快速运动的α粒子，α粒子通过金箔时被散射，打在荧光屏上发出荧光，可通过带有荧光屏的放大镜进行观察，并可以在水平面内转动，观察不同方向和不同位置通过金箔的散射α粒子数量，整个装置封闭在真空内。　　　　 [重点释解] 1．实验背景：α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。 2．否定汤姆孙的原子结构模型 (1)质量远小于原子的电子，对α粒子的运动影响完全可以忽略，不应该发生大角度偏转。 (2)α粒子在穿过原子时，受到各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动方向的影响不会很大，也不应该发生大角度偏转。 (3)α粒子的大角度偏转，否定汤姆孙的原子结构模型。 3．卢瑟福的核式结构模型对α粒子散射分析 (1)分布情况：原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的。 (2)受力情况 ①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大； ②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。 (3)偏转情况 ①绝大多数α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小)； ②少数α粒子发生大角度偏转，极少数偏转超过90°； ③如果α粒子几乎正对着原子核射来，偏转角就几乎达到180°，这种机会极少。 [典例体验] [典例]　如图所示，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的等势线，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．动能先增大后减小 B．电势能先减小后增大 C．电场力先做负功后做正功，总功等于零 D．加速度先减小后增大 [解析]　α粒子及原子核均带正电，故α粒子受到原子核的斥力，α粒子从a运动到b，电场力做负功，动能减小，电势能增大，从b运动到c，电场力做正功，动能增大，电势能减小，a、c在同一条等势线上，a、c两点的电势差为零，则α粒子从a到c的过程中电场力做的总功等于零，A、B错误，C正确；α粒子所受的库仑力F＝，b点离原子核最近，所以α粒子在b点时所受的库仑力最大，加速度最大，故加速度先增大