第4章 3. 原子的核式结构模型-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册学习手册（人教版2019）

学 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 知 识 梳 理 知识点 1 阴极射线 气体导电的特点： 通常情况下， 气体是 不导电的， 但在强电场中， 气体能够被电离 而导电。 平时我们在空气中看到的电火花放 电就是气体电离导电的结果， 在研究气体放 电时一般都用玻璃管中的稀薄气体， 导电时 可以看到辉光放电现象。 知识点 2 电子的发现 1. 1897 年， 汤姆孙根据阴极射线在电场和 磁场中的偏转断定， 它的本质是带负电的 粒子流并求出了这种粒子的比荷。 2. 不同的放电气体或者用不同的金属材料制 作的电极， 都测得相同的比荷， 可从不同 物质中击出这种带电粒子， 说明它构成物 质的共同成分。 后来， 组成阴极射线的粒 子被称为电子。 3. 美国科学家密立根通过著名的 “油滴实 验” 精确地测定了电子的电荷量 e=1.6022× 10 -19 C ， 根据比荷， 计算出电子的质量为 m=9.1094×10 -31 kg 。 知识点 3 原子的核式结构模型 1. 汤姆孙原子模型： 汤姆孙于 1898 年提出 原子枣糕模型或西瓜模型。 2. 汤姆孙原子模型的特点： 原子是质量均匀 分布的球体， 正电荷均匀分布在整个球体 内， 带负电的电子对称地镶嵌在其中， 汤 姆孙提出的原子模型被最终否定。 知识点 4 α 粒子的散射实验 1. 了解 α 粒子： 从放射性物质发射出来的快 速运动粒子， 带电量为 2e ， 质量为氢原 子质量的 4 倍， 是电子质量的 7300 倍。 2. 了解实验装置 3. 实验现象 （ 1 ） 绝大多数 α 粒子穿过金箔后仍沿原方向 前进。 （ 2 ） 少数 α 粒子穿过金箔后发生了较大的 偏转。 （ 3 ） 极少数 α 粒子偏转超过了 90° ， 有的甚 至被弹回， 偏转角几乎达到 180° 。 4. 理解： 汤姆孙提出的原子模型无法解释大 角度散射的实验结果， 是错误的。 （ 1 ） 绝大多数 α 粒子不偏移 → 原子内部绝大 部分是 “空” 的。 （ 2 ） 少数 α 粒子发生较大偏转 → 原子内部有 “核” 存在。 （ 3 ） 极少数 α 粒子被弹回表明： 作用力很 大； 质量很大； 电量集中。 3. 原子的核式结构模型 荧光屏 v α α α 真空 α α 粒子束 α 粒子源 金箔 94 学 第四章 原子结构和波粒二象性 知识点 5 卢瑟福的原子核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核， 叫作原 子核， 原子的全部正电荷和几乎全部质量都 集中在原子核里， 带负电的电子在核外空间 里绕着核旋转。 知识点 6 原子核的电荷与尺度 1. 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 Q ； 一个原子 是电中性的， 也可以推算出原子核正电荷的 个数； 原子核是由质子和中子组成； 原子序 数是指原子核内质子的个数， 也就是原子核 的电荷数。 2. 原子核的尺度 一般的原子核， 半径为 10 -15 m ， 而原子 半径的数量级为 10 -10 m ； 一般通过其他粒子 与原子核的相互作用来确定原子核的半径。 要 点 突 破 要点 1 卢瑟福的核式结构模型 核式结构模型对 α 粒子散射实验的解 释： α 粒子穿过原子时： 电子对 α 粒子的影 响很小， 影响 α 粒子运动的主要是原子核； 原子核很小， 大多数 α 粒子离核较远， 受到 库仑力影响小， 运动方向改变很少； 极少数 粒子与核十分接近， 受到很大的库仑力， 发 生大角度偏转。 例 1 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型。 按照这 一模型， 原子的结构与如图所示各物 体的结构最接近的是 （ ） 解析： 卢瑟福在 α 粒子散射实验的基础上， 提出的原子核式结构模型， 认为原子的几乎 所有质量和正电荷， 全部集中在一个很小的 核上 ， 原子实际上大部分空间是 “内空 ” 的， 只有核外电子在绕核高速转动， 故 A 、 B 、 C 错误， D 正确。 答案： D 变式训练 1 （多选） 下列关于 α 粒子散射实验的说 法正确的是 （ ） 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 发生了大角度偏转 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 要点 2 原子核的电荷与尺度 举例说明： 如果把原子比作直径 100 m 的大球， 原子核只相当于大球中间的一粒米 粒！ 原子核虽小， 却集中了原子几乎全部 的质量。 因此原子核的密度非常大， 如果 1 cm 3 的体积中完全充满原子核， 那么它的 质量将有 10 7 t 。 10 7 t ， 若用载重 10 t 的汽车 A. 鸡蛋 B. 西瓜 C. 面包 D. 太阳系 95 学 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 来运， 需要 10 6 辆。 例 2 在 α 粒子散射实验中， 根据 α 粒子与 原子核发生对心碰撞时所能达到的最 小距离可以估算原子核的大小， 现有 一个 α 粒子以 2.0×10 7 m/s 的速度去轰 击金箔， 若金原子的核电荷数为 79 。 求该 α 粒子与金原子核间的最近距 离。 （已知带电粒子在点电荷电场中 的电势能表达式为 E p ＝k q 1 q 2 r ， α 粒子 质量为 6.64×10 －27 kg ） 解析： 当 α 粒子靠近原子核运动时， α 粒子 的动能转化为电势能， 达到最近距离时， 动 能全部转化为电势能， 所以 α 粒子与原子核 发生对心碰撞时所能达到的最小距离为 d ， 则 1 2 mv 2 ＝k q 1 q 2 d 。 d＝ 2kq 1 q 2 mv 2 ＝ 2×9.0×10 9 ×2×79× （ 1.6×10 －19 ） 2 6.64×10 －27 × （ 2.0×10 7 ） 2 m＝ 2.7×10 －14 m 。 答案： 2.7×10 －14 m 变式训练 2 关于原子结构， 下列说法正确的是 （ ） A． 原子中的原子核很小， 核外很 “空旷” B. 原子核半径的数量级是 10 -10 m C. 原子的全部电荷都集中在原子核里 D. 原子的全部质量都集中在原子核里 拓 展 创 新 卢瑟福为什么选用金箔做 α 粒子散射实验 卢瑟福之所以要选用金箔做 α 粒子散射 实验， 主要有五方面原因： 一是金是重金 属 ； 二是金的延展性强 ， 容易做成厚为 1 μm 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。 变式训练答案 1. AC 2. A 4. 氢原子光谱和玻尔的原子模型 知 识 梳 理 知识点 1 光谱和光谱分析 1. 光谱 （ 1 ） 定义： 用光栅或棱镜可以把各种颜色的 光按波长展开获得光的波长 （频率） 和 强度分布的记录， 即光谱。 （ 2 ） 分类： 物质的光谱按其产生方式不同可 分为两大类。 ① 发光光谱： 物体直接发出的光通过分光后 产生的光谱， 它又可分为连续谱和线状谱。 a. 线状光谱： 只含有一些不连续的亮线的光 谱， 叫作线状谱， 线状谱中的亮线叫作 96