第4章 第2节 原子的核式结构模型（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

原子的核式结构模型 (强基课——逐点理清物理观念) 第2节 课标要求 学习目标 1.了解人类探索原子及其结构的历史。 2.知道原子的核式结构模型。 1.了解α粒子散射实验原理和实验现象。 2.了解卢瑟福的原子核式结构模型。 3.能通过α粒子散射实验，深刻理解原子的核式结构，能根据实验现象，提出有针对性的物理问题。 1 逐点清(一) α粒子散射实验 2 逐点清(二) 卢瑟福原子模型 3 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 逐点清(一) α粒子散射实验 1.实验装置 多维度理解 2.实验方法 在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋(Po)，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到______上。α粒子穿过______后，打到环形荧光屏上，产生一个个闪烁的光点，这些光点可用显微镜观察到。 金箔 金箔 3.实验结果 ___________α粒子穿过金箔后，仍沿________方向前进，但有______α粒子发生了________偏转，有________α粒子偏转角超过了_____，有的甚至被__________，α粒子被反射回来的概率有_______。 绝大多数 原来的 少数 较大的 极少数 90° 原路弹回 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的质量都集中在原子核内，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，受到的库仑斥力很小。 (3)偏转情况 ①绝大多数α粒子运动方向不会发生明显变化 (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，甚至被弹回; 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。 1.判断下列说法是否正确。 (1)α粒子散射实验证明了汤姆孙的原子模型是符合事实的。 ( ) (2)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹。 ( ) (3)α粒子大角度的偏转是电子造成的。 ( ) 全方位练明 × × × 2.如图所示为α粒子散射实验装置，粒子打到荧光屏上都会引起闪烁，若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中A、B、C、D四处位置。则这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数符合事实的是 (　　) A.1 305、25、7、1 B.202、405、625、825 C.1 202、1 010、723、203 D.1 202、1 305、723、203 √ 解析：根据α粒子散射实验的现象可知，大多数粒子能按原来方向前进，少数粒子方向发生了偏移，极少数粒子偏转超过90°，有的甚至被反向弹回，在相等时间内A处闪烁次数最多，其次是B、C、D三处，并且数据相差比较大，A正确。 3.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.加速度先变小，后变大 √ 解析：α粒子及原子核均带正电，故α粒子受到原子核的库仑斥力，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两点电势差为零，则α粒子从a运动到c的过程中，电场力做的总功等于零，A、B错误，C正确。α粒子受到的库仑力F=，b点离原子核最近，故α粒子在b点时受到的库仑力最大，加速度最大，所以加速度先增大后减小，D错误。 逐点清(二) 卢瑟福原子模型 1.核式结构模型 (1)原子内部有一个很小的核，称为________，原子的全部________ 及几乎全部的______都集中在原子核内，______在原子核外面运动。 (2)原子核式结构模型又被称为_______模型。 多维度理解 原子核 正电荷 质量 电子 行星 2.原子的大小 (1)原子直径数量级：________。  (2)原子核直径数量级：_________。  3.原子核式结构的理解 (1)原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近它们的原子序数。 (2)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原子核的质子数。 10-10 m 10-15 m 两种原子模型的对比 项目 汤姆孙的“葡萄干面包”模型 卢瑟福的原子核式模型 分布 情况 正电荷和质量均匀分布，负电荷镶嵌在其中 原子的全部正电荷以及几乎全部的质量集中在原子核内;电子质量很小，分布在很大的空间内 受力 情况 α粒子在原子内部时，受到的库仑斥力相互抵消，几乎为零 少数靠近原子核的α粒子受到的库仑力大，而大多数离原子核较远的α粒子受到的库仑力很小 项目 汤姆孙的“葡萄干面包”模型 卢瑟福的原子核式模型 偏转情况 不会发生大角度偏转，更不会被弹回 绝大多数α粒子运动方向不变，少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，有的甚至被原路弹回 分析结论 不符合α粒子散射现象 符合α粒子散射现象 1.人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是“葡萄干面包”模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。下列说法中正确的是 (　　) 全方位练明 A.α粒子散射实验与“葡萄干面包”模型和核式结构模型的建立无关 B.科学家通过α粒子散射实验否定了“葡萄干面包”模型，建立了核式结构模型 C.科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了“葡萄干面包”模型 D.科学家通过α粒子散射实验否定了“葡萄干面包”模型和核式结构模型 √ 解析：α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验否定了“葡萄干面包”模型，建立了核式结构模型，故B正确。 2.卢瑟福的α粒子散射实验结果表明了 (　　) A.原子核是可分的 B.原子核是由质子、中子组成的 C.原子是由均匀带正电的物质和带负电的电子构成的 D.原子内部有一个很小的区域，集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量 √ 解析：卢瑟福根据α粒子散射实验结果提出了原子核式结构模型，表明原子内部有一个很小的区域叫原子核，它集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量，D正确。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A级——基础达标 1.卢瑟福提出了原子核式结构模型，这一模型建立的基础是(　　) A.电子的发现　　　　　　 B.中子的发现 C.α粒子散射实验 D.光电效应实验 解析：卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子核式结构模型，故C正确，A、B、D错误。 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2.关于卢瑟福的α粒子散射实验，下列说法正确的是 (　　) A.大多数α粒子发生大角度偏转 B.α粒子发生偏转的原因是与电子发生碰撞 C.穿过金箔过程中，远离金原子核的α粒子电势能减小 D.α粒子散射实验证明了汤姆孙的原子结构模型是正确的 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：因为原子核所占空间较小，所以极少数α粒子发生大角度偏转，故A错误;α粒子发生偏转的原因是原子核对它有斥力的作用，故B错误;远离金原子核的α粒子受到的库仑力做正功，它的电势能减小，故C正确;α粒子散射实验证明了汤姆孙的原子结构模型(“葡萄干面包”模型)是错误的，如果按照“葡萄干面包”模型，不可能出现α粒子散射实验的结果，故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3.(2024·厦门高二检测)α粒子散射可以用来估算核半径。对于一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10-15 m，而整个原子半径的数量级是10-10 m，两者相差十万倍之多，可见原子内部是十分“空旷”的。如果把原子放大为直径是100 m的球，原子核的大小相当于下列哪个物体 (　　) A.一粒小米 B.一粒葡萄 C.一个乒乓球 D.一个篮球 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：由题意可知原子的半径是原子核半径的105倍，如果把原子放大为直径是100 m的球，同比放大后原子核的半径为r= m=10-3 m=1 mm，相当于一粒小米的大小，故选A。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 4.(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有 (　　) A.原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部的质量 B.正电荷在原子中是均匀分布的 C.原子核中存在着带负电的电子 D.原子中带正电的体积很小的部分就是原子核 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：卢瑟福的α粒子散射实验使卢瑟福惊奇的就是极少数α粒子发生了较大角度的偏转，这是由于α粒子带正电，而原子核极小，且原子核带正电，α粒子能接近原子核的机会很少，大多数α粒子都从核外的空间穿过，与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样，运动方向几乎不会发生改变，故选项A、D正确，B、C错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5.(2024·龙岩高二检测)(多选)下列说法正确的是 (　　) A.α粒子散射实验说明了原子的负电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B.卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转 C.汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“葡萄干面包”式原子模型 D.卢瑟福提出了原子核式结构模型，并解释了α粒子发生大角度偏转的原因 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：α粒子散射实验说明了原子内部很空旷，原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，故A错误;卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转，卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型，并成功解释了α粒子发生大角度偏转的原因，故B、D正确;汤姆孙首先发现了电子，提出了“葡萄干面包”式原子模型，密立根测定了电子电荷量，故C错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 6.卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是 (　　) 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，即α粒子散射实验，实验结果显示：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大角度的偏转，极少数α粒子的偏转角度超过90°，有的甚至被弹回，越靠近原子核，偏转角度越大，所以能正确反映该实验结果的是选项D。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 7.(2024·漳州高二模拟)如图所示为α粒子散射的实验装置示意图。将显微镜先后置于图中的A点和B点，在这两点观察的时间相同，则 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.在B点一定观察不到闪光 B.在A、B两点观察到的闪光次数接近 C.在B点能观察到闪光，主要因为α粒子通过金箔时与电子发生碰撞 D.在A点观察到的闪光次数远多于在B点观察的，说明金原子内部非常空旷 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：α粒子散射的实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生大角度的偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子被反弹回来，所以在B点能观察到闪光，但次数远小于A点的，也表明金原子内部非常空旷，A、B错误，D正确;在B点能观察到闪光，并不是因为α粒子通过金箔时与电子发生碰撞，而是与原子核之间相互作用的结果，C错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 8.人类对原子结构的认识，涉及许多实验探究及众多科学家的创造性思想。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (1)1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况(图甲)，断定阴极射线是______(填“电磁波”或“电子”)，进而认为原子是一个球体，提出原子的“____________”模型;  解析：汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，断定其本质是带负电的粒子流，并断定阴极射线是电子;汤姆孙认为正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，提出原子的“葡萄干面包”模型。 2 3 4 电子 葡萄干面包 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)1909年，卢瑟福与他的学生进行了α粒子散射实验(图乙)，提出了原子核式结构模型。下列对此实验与模型的说法正确的是_______。  A.α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的 B.绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，主要是因为电子的质量太小 2 3 4 CD 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 C.极少数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转，是因为其受到金原子核的强库仑斥力 D.α粒子散射实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：α粒子散射实验不能证明原子核内部存在质子，也不能证实原子核是由质子和中子组成的，故A错误;绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，主要是因为原子内部绝大部分空间是空的，故B错误;极少数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转，是因为其受到金原子核的强库仑斥力，故C正确;α粒子散射实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上，故D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 B级——综合应用 9.在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示，图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为五个区域，不考虑其他原子核对该α粒子的作用，下面说法正确的是(　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.α粒子受到斥力 B.该原子核的位置可能在①区域 C.根据α粒子散射实验可以估算原子大小 D.α粒子在P、Q间的运动为匀速圆周运动 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：卢瑟福通过对α粒子散射实验的探究，提出了原子核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，故A正确;结合α粒子受力的特点与轨迹的特点可知原子核可能在③区域，故B错误;根据α粒子散射实验可以估算原子核大小，故C错误;α粒子受到原子核的库仑力为斥力，所以α粒子不可能做匀速圆周运动，故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 10.(多选)卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核 可以认为是静止不动的点电荷。如图所示，某次实验中， 高速运动的α粒子被位于O点的金原子核散射，实线表示 α粒子运动的轨迹，M和N为轨迹上的两点，N点比M点离核远，则 (　　) A.α粒子在M点的加速度比在N点的小 B.α粒子在M点的速度比在N点的小 C.α粒子在M点的电势能比在N点的小 D.α粒子从M点运动到N点，电场力对它做的总功为正功 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：根据F=k可知，离金原子核越近，库仑力越大，所以α粒子在M点受库仑斥力大，加速度大，A错误;α粒子靠近金原子核时，斥力做负功，电势能增大，动能减小，离原子核越近，电势能越大，动能越小，所以α粒子在M点的电势能比在N点的大，α粒子在M点的动能比在N点的小，α粒子在M点的速度比在N点的小，B正确，C错误;α粒子从M点运动到N点，速度增大，根据动能定理可知，电场力对它做的总功为正功，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 11.(2024·威海高二检测)α粒子散射实验被评为世界十大经典物理实验之一，此实验开创了原子结构研究的先河，为建立现代原子核理论打下了基础。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是 (　　) A.汤姆孙根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构 B.该实验需要在真空环境下才能完成 C.该实验表明α粒子大角度偏转可能是与电子直接碰撞造成的 D.在其他条件相同情况下，只改变金箔的厚度，对实验结果没有影响 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构，故A错误;α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成，避免α粒子和空气中的原子碰撞影响实验结果，故B正确;α粒子发生大角度偏转是在原子核附近飞过时，受到原子核的库仑斥力而偏转，故C错误;在相同的条件下，改变金箔的厚度对实验结果有影响，故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 12.在α粒子散射实验中，α粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力作用而发生的，其中有极少数α粒子发生了大角度偏转，有的甚至被反向弹回。假定一个速度为v的高速α粒子He)与金原子核(Au)发生弹性正碰(碰撞前金原子核可认为是静止的)，则(　　) A.α粒子在靠近金原子核的过程中电势能逐渐减小 B.α粒子散射实验说明原子核是由质子和中子组成的 C.α粒子散射实验说明带正电的物质均匀分布在原子内部 D.当它们的距离最小时，α粒子与金原子核的动量大小之比为4∶197 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析：α粒子在靠近金原子核的过程中，需要克服电场力做功，电势能逐渐增大，A错误;α粒子散射实验说明了原子的全部正电荷及几乎全部的质量都集中在原子核内，不能说明原子核是由质子和中子组成的，B、C错误;当它们的距离最小时，二者速度相等，α粒子与金原子核的动量大小之比等于质量之比，为4∶197，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13.卢瑟福的原子核式结构模型认为，核外电子绕核运动。设想氢原子的核外电子绕核做匀速圆周运动，氢原子中电子离核最近的轨道半径为r1，已知电子电荷量为e，静电力常量为k，用经典物理学的知识，完成以下问题： (1)电子在半径为r1的轨道运动时的动能为_______。  解析：根据库仑力提供向心力有k=m， 故Ek=mv2=k。 2 3 4 k 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)设轨道2的半径r2=4r1，电子在轨道2运动时的动能为_____。  解析：由(1)知当r2=4r1时有Ek'=k=k。 2 3 4 k 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (3)比较电子在轨道1与轨道2的动能，Ek1_____ (选填“>”“<”或“=”)Ek2，电势能Ep1____ (选填“>”“<”或“=”)Ek2。  解析：由轨道1运动至轨道2，电子动能减小，故Ek1>Ek2，由轨道1运动至轨道2过程中，电子克服库仑引力做功，电势能增大，故Ep1<Ep2。 2 3 4 > < $$