1、2 原子的核式结构模型,一、汤姆孙的原子模型 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_,_弥漫性地_ 在整个球体内,电子_其中,有人形象地把汤姆孙模 型称为“西瓜模型”或“_模型”,如图。,球体,正电荷,均匀分布,镶嵌,枣糕,2.粒子散射实验: (1)实验装置。,粒子源,金箔,荧光屏,放大镜,(2)实验现象。 _的粒子穿过金箔后,基本上仍沿_的 方向前进; _粒子发生了_偏转;偏转的角度甚至 _,它们几乎被“_”。,绝大多数,原来,少数,大角度,大于90,撞了回来,(3)实验意义:卢瑟福通过粒子散射实验,否定了汤 姆孙的原子模型,建立了_模型。,核式结构,二、
2、卢瑟福的核式结构模型 1.核式结构模型:1911年由卢瑟福提出,原子中带正电 的部分体积很小,但几乎占有全部_,电子在正电体 的外面_。,质量,运动,2.原子核的电荷与尺度:,原子叙述,质子,中子,A,10-10m,10-15m,【预习诊断】 1.请判断下列说法的正误。 (1)汤姆孙的枣糕式模型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。( ) (2)粒子带有一个单位的正电荷,质量为氢原子质量的2倍。( ),(3)粒子散射实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。( ) (4)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体 积很小,电子在正电体外面运动。( ) (5)原子核的电荷数等于核中的
3、中子数。( ) (6)对于一般的原子,由于原子核很小,所以内部十分空 旷。( ),提示:(1)。汤姆孙的枣糕式模型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。 (2)。粒子带有两个单位的正电荷,质量为氢原子质量的4倍。 (3)。粒子散射实验中个别粒子的大角度散射,推翻了汤姆孙的枣糕式原子模型。,(4)。卢瑟福的核式结构模型认为原子中绝大部分的质量和全部正电荷集中在很小的原子核上,电子在原子核外面运动。 (5)。原子核的电荷数等于核中的质子数。 (6)。对于一般的原子,原子半径是原子核半径的十万倍之多,所以内部十分空旷。,2.有一位科学家,他通过粒子散射实验,提出了原子
4、的核式结构模型,这位提出原子核式结构模型的科学家被誉为原子物理学之父,他是( ) A.汤姆孙 B.卢瑟福 C.盖革 D.马斯顿,【解析】选B。汤姆孙提出了原子的枣糕式模型,A项错误;卢瑟福指导他的两个学生盖革和马斯顿进行了粒子散射实验的研究,但提出核式结构模型的科学家是卢瑟福,故B项正确,C、D项错误。,3.卢瑟福的粒子散射实验的结果( ) A.证明了质子的存在 B.证明了原子核是由质子和中子组成的 C.说明原子核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 D.说明原子中存在电子,【解析】选C。卢瑟福的粒子散射实验说明只有少数粒子受到很强的斥力,即原子内部大部分是空旷的,说明原子核的全
5、部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上。,知识点一 粒子散射实验探究分析 探究导入: 如图所示为粒子散射的实验装置。,(1)实验过程中,粒子为什么会发生大角度散射? (2)从粒子的大角度散射情况,可以推知原子是什么样的结构?,提示:(1)粒子受到了很大的库仑力作用,并且这种库仑力对粒子又不平衡,从而导致粒子发生大角度散射。 (2)原子中间有一个很小的核,电子在核外运动。,【归纳总结】 1.实验背景: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,卢瑟福提出了原子核式结构模型。,2.
6、否定汤姆孙的原子结构模型: (1)质量远小于原子的电子,对粒子的运动影响完全可以忽略,不应该发生大角度偏转。 (2)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)粒子的大角度偏转,否定汤姆孙的原子结构模型。,3.大角度偏转的实验现象分析: (1)由于电子质量远小于粒子质量,所以电子不可能使粒子发生大角度偏转。,(2)使粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分。按照汤姆孙原子模型,正电荷在原子内是均匀分布的,粒子穿过原子时,它受到的两侧斥力大部分抵消,因而也不可能使粒子发生大角度偏转,更不能使粒子反向弹回,这与粒子散射
7、实验相矛盾。,(3)实验现象表明原子绝大部分是空的,原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上,否则,粒子大角度散射是不可能的。,4.原子的核式结构模型对粒子散射实验结果的解释: (1)当粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,粒子就像穿过“一片空地”一样,无遮无挡,运动方向改变很小。因为原子核很小,所以绝大多数粒子不发生偏转。,(2)只有当粒子十分接近原子核穿过时,才受到很大的库仑力作用,发生大角度偏转,而这种机会很少,所以有少数粒子发生了大角度偏转。,(3)如果粒子正对着原子核射来,偏转角几乎达到180,这种机会极少,如图所示,所以极少数粒子的偏转角度甚至大
8、于90。,【易错提醒】 (1)粒子与原子核之间的万有引力远小于二者之间的库仑斥力,因而可以忽略不计。 (2)在处理粒子等微观粒子时一般不计重力。,【典例探究】 考查角度1 粒子散射实验现象 【典例1】(多选)如图所示为卢瑟福所做粒子散射实 验装置的示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中的 A、B、C、D四个位置时观察到 的现象,下述说法中正确的是( ),A.放在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B.放在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些 C.放在C、D位置时,屏上观察不到闪光 D.放在D位置时,屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少,【解析】选A、B、D。根据粒
9、子散射现象,绝大多数粒子沿原方向前进,少数粒子发生较大偏转,A、B、D正确。,考查角度2 粒子散射实验中粒子的受力和能量转化问题,【典例2】 如图所示,根据粒子散射实验, 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 表示一个粒子的运动轨迹。在粒子从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.加速度先变小,后变大,【解析】选C。粒子从a到b电场力做负功,速度减小,动能减小,电势能增大.从b到c电场力做正功,粒子的速度增大,动能增大,电势能减小,加速度
10、应先变大,后变小。正确选项应为C。,【规律方法】粒子散射实验中常用的规律 (1)库仑定律F= :用来分析粒子和原子核间的 相互作用力。 (2)牛顿第二定律:该实验中粒子只受库仑力,可根 据库仑力的变化分析加速度的变化。,(3)功能关系:根据库仑力做功可分析电势能的变化,也可分析动能的变化。 (4)原子核带正电,其周围的电场相当于正点电荷的电场,注意应用其电场线和等势面的特点。,【过关训练】 1.下列对粒子散射实验装置的描述,你认为正确的有( ) A.实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜 B.金箔的厚度对实验无影响 C.如果不用金箔改用铝箔,就不会发生散射现象 D.实验装置放在空气中和真空
11、中都可以,【解析】选A。由对粒子散射实验装置的描述可知A项正确。实验所用的金箔的厚度极小,如果金箔的厚度过大,粒子穿过金箔时必然受到较大的阻碍作用而影响实验效果,B项错。如果改用铝箔,由于铝核的质量仍远大于粒子的质量,散射现象仍然发生,C项错。空气的流动及空气中有许多漂浮的分子,会对粒子的运动产生影响,实验装置是放在真空中进行的,D项错。,2.如图所示,实线表示金原子核电场的等势线,虚线表示粒子在金原子核电场中散射时的运动轨迹。设粒子通过A、B、C三点时速度分别为vA、vB、vC,电势能分别为EpA、EpB、EpC,则( ),A.vAvBvC,EpBEpAEpC B.vBvCvA,EpBEpA
12、EpC,【解析】选D。金原子核和粒子都带正电,粒子在接近金原子核过程中需不断地克服库仑力做功,它的动能减小,速度减小,电势能增大;粒子在远离金原子核过程中库仑力不断地对它做功,它的动能增大,速度增大,电势能减小。因此这三个位置的速度大小关系和电势能大小关系分别为vBEpAEpC。,【补偿训练】 1.(多选)卢瑟福对粒子散射实验的解释是( ) A.使粒子产生偏转的力主要是原子中电子对粒子的作用力 B.使粒子产生偏转的力是电子对它的吸引力 C.原子核很小,粒子接近它的机会很小,所以绝大多数的粒子仍沿原来的方向前进,D.能产生大角度偏转的粒子是穿过原子时离原子核近的粒子,【解析】选C、D。原子核带正
13、电,与粒子间存在库仑力,当粒子靠近原子核时受库仑力而偏转,故A、B错;由于原子核非常小,绝大多数粒子经过时离核较远,因而运动方向几乎不变,只有离核很近的粒子受到的库仑力较大,方向改变较多,故C、D对。,2.如图所示是粒子被重核散射时的运动轨迹,其中不可能存在的轨迹是( ) A.a B.b C.c D.d,【解析】选C。根据粒子散射实验现象的解释,离核越近偏转越明显,C轨迹离核较远,应该偏转很少,故正确答案为C项。,3.当粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中,下列说法正确的是( ) A.粒子先受到原子核的斥力作用,后受原子核的引力作用 B.粒子一直受到原子核的斥力作用,C.粒子先受到原子核的引力作
14、用,后受到原子核的斥力作用 D.粒子一直受到库仑斥力,速度一直减小,【解析】选B。粒子与金原子核带同种电荷,两者相互排斥,故A、C错误,B正确;粒子在靠近金原子核时斥力做负功,速度减小,远离时做正功,速度增大,故D错误。,4.根据粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的粒子散射图。图中实线表示粒子的运动轨迹。其中一个粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中(粒子在b点时距原子核最近),下列判断正确的是( ),A.粒子的动能先增大后减小 B.粒子的电势能先增大后减小 C.粒子的加速度先变小后变大 D.电场力对粒子先做正功后做负功,【解析】选B。根据题意,粒子带正电
15、,此粒子由a到b是接近带正电的原子核,由b到c是远离带正电的原子核,故电场力对粒子先做负功后做正功,所以其电势能先增大后减小,而动能先减小后增大,B正确,A、D错误。根据库仑定律和牛顿第二定律可知粒子加速度先增大后减小,C错误。,知识点二 原子的核式结构模型与原子核的组成 探究导入: 如图所示为原子核式结构模型的粒子散射图景。,(1)为什么绝大多数的粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来运动方向前进? (2)为什么少数的粒子穿过金箔后,发生了大角度的偏转?,提示:(1)因为原子核很小,所以绝大多数粒子穿过原子时,离核较远,受到原子核的斥力很小,基本上仍沿原来运动方向前进。 (2)少数粒子十分接近原子核
16、穿过时,才受到很大的库仑力作用,发生大角度偏转。,【归纳总结】 1.理解建立核式结构模型的要点: (1)核外电子不会使粒子的速度发生明显改变。 (2)汤姆孙模型不能解释粒子的大角度散射。 (3)少数粒子发生了大角度偏转,甚至反弹回来,表明这些粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用。,(4)绝大多数粒子在穿过金原子层时运动方向没有明显变化,说明原子中绝大多数部分是空的。原子的质量电荷量都集中在体积很小的核上。,2.原子的核式结构与原子的枣糕模型的对比:,3.原子内的电荷关系:原子核的电荷数与核外的电子数相等,非常接近原子序数。 4.原子核的组成:原子核由质子和中子组
17、成,原子核的电荷数等于原子核的质子数。 5.原子核的大小:原子的半径数量级为10-10m,原子核半径的数量级为10-15m,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。,【典例探究】 【典例】(多选)关于原子核式结构理论说法正确的是( ) A.是通过发现电子现象得出来的 B.原子的中心有个核,叫作原子核 C.原子的正电荷均匀分布在整个原子中,D.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旋转,【解析】选B、D。原子的核式结构模型是在粒子的散射实验结果的基础上提出的,A错误。原子中绝大部分是空的,带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围,称
18、为原子核,B正确,C错误。原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量,带负电的电子在核外旋转,D正确。,【过关训练】 1.不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是( ) A.原子中心有一个很小的原子核 B.原子核是由质子和中子组成的 C.原子质量几乎全部集中在原子核内 D.原子的正电荷全部集中在原子核内,【解析】选B。卢瑟福原子核式结构模型是原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子内部一个很小的核上,带负电的电子绕原子核高速旋转,质量几乎忽略不计,所以可以得出选项A、C、D,对于原子核是由质子和中子组成的结论是涉及原子核的结构,与核式结构无关,核式结构说的是原子结构,不是原子核结构,选项B错。,
19、2.(多选)(2018汕头高二检测)关于原子的核式结构模型,下列说法正确的是( ) A.原子中绝大部分是“空”的,原子核很小 B.电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力 C.原子的全部电荷和质量都集中在原子核里 D.原子核的直径的数量级是10-10m,【解析】选A、B。因为原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内,而原子核又很小,所以原子内绝大部分区域是“空”的,A正确,C错误;电子绕原子核做圆周运动时,原子核与电子间的库仑引力提供向心力,B正确;原子核直径的数量级是10-15m,原子直径的数量级是10-10m,D错误。,【补偿训练】 卢瑟福预想到原子核内除质子外,还有中子的事实依据是( ) A.电子数与质子数相等 B.原子核的质量大约是质子质量的整数倍 C.原子核的核电荷数比其质量数小 D.质子和中子的质量几乎相等,【解析】选C。原子核如果只是由质子组成,那么核的质量与质子质量的比值(即质量数)应该与核的电荷与质子的电荷的比值(即电荷数)相等,但原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些,所以,原子核内除了质子,还可能有一种质量与质子质量相等、但不带电的中性粒子,即中子。,
