1、学案 2 原子的结构 学习目标定位 1.知道 粒子散射实验的实验方法和实验现象.2.知道卢瑟福原子核 式结构模型的主要内容.3.能说出原子和原子核大小的数量级 1汤姆生的原子模型 汤姆生提出了原子模型，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 汤姆生的原子模型被称为葡萄干布丁模型该模型能解释一些实验现象，但后来被 粒子散射实验否定了 2 粒子散射实验 (1) 粒子 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，由两 个中子和两个质子组成，质量为氢原子的 4 倍、电子的 7 300 倍 (2)实验结果 绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原方向前进
2、少数 粒子发生大角度偏转，并且有 极少数 粒子的偏转角超过了 90. (3)卢瑟福的核式结构模型 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 3原子核的大小 对于一般的原子核，实验确定的原子核半径 R 的数量级为 1015 m10 14 m，而整个原 子半径的数量级大约是 1010 m.因而原子内部十分“空旷” 解决学生疑难点： 一、 粒子散射实验 问题设计 阅读课本“ 粒子散射实验” ，回答下列问题： (1) 粒子散射实验装置由几部分组成？实验过程是怎样的？ (2) 粒子散射实验的实验现象是什么？ 答案 (1)实验装
3、置： 粒子源：钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能 粒子，带两个单位的正电，质 量为氢原子质量的 4 倍 金箔：特点是金原子的质量大，且易延展成很薄的箔 显微镜：能绕金箔在水平面内转动 荧光屏：荧光屏装在放大镜上 整个实验过程在真空中进行金箔很薄， 粒子( He)很容易穿过42 实验过程： 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 粒子有库仑力作用，一些 粒子会改变原来的运动方向带有显微镜的荧光 屏可以沿图中虚线转动，以统计向不同方向散射的 粒子的数目 (2) 粒子散射实验的实验现象： 绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数 粒子发生了大
4、角度偏转，偏转的角度甚至大于 90 . 要点提炼 1 粒子散射实验装置由 粒子源、金箔、显微镜、荧光屏等几部分组成，实验时 从 粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中 2实验发现：绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，有少数 粒 子发生了大角度偏转 3 粒子散射实验的结果用汤姆生的“葡萄干布丁模型”无法解释 二、卢瑟福原子核式结构模型 问题设计 按照汤姆生的原子模型，正电荷弥漫性均匀分布在原子内， 粒子穿过原子时受到的 各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对 粒子运动的影响不会很大，因而不会发 生大角度散射现象，这与实验结果相矛盾为了解释实验结果，卢瑟福提出了怎样的 原子模型？用该模型
5、怎样解释 粒子散射实验的实验现象？ 答案 卢瑟福提出了原子核式结构模型它认为原子由原子核和核外电子构成利用 原子核式结构模型能很好地解释 粒子散射实验：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 粒子不发生偏转只有当 粒子 十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑斥力，偏转角才很大，而这种机会很 少如果 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 要点提炼 1卢瑟福原子核式结构模型 在原子中心有一个很小的核，叫原子核原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在 核里，带
6、负电的电子在核外空间绕核旋转 2在 粒子散射实验中，当 粒子离带正电的原子核很远时，受到的库仑斥力很小， 运动方向几乎不变，少数 粒子离带正电的原子核很近时，受到的库仑斥力很大，运 动方向发生较大的改变，因而发生大角度偏转 一、对 粒子散射实验的认识 例 1 (单选)如图 1 所示为卢瑟福和他的同事们做 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 中错误的是( ) 图 1 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
7、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 根据 粒子散射现象，绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，少数 粒子发生较大偏转，偏转的角度甚至大于 90，也就是说它们几乎被“撞了回来” 故本题应选 C. 答案 C 针对训练 1 (单选)对 粒子散射实验装置的描述，你认为正确的是( ) A实验器材有 粒子源、金箔、带有荧光屏的显微镜 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中都可以 答案 A 解析 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
8、，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 项错正确选项 为 A. 二、原子的核式结构分析 例 2 (单选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容不包括( ) A原子的中心有个核，叫原子核 B原子的正电荷均匀分布在整个原子中 C原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 D带负电的电子在核外绕着核旋转 解析 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：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质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外 空间绕
9、着核旋转，由此可见，B 选项错误，本题选 B. 答案 B 针对训练 2 (单选)在卢瑟福 粒子散射实验中，只有少数 粒子发生了大角度偏 转，其原因是( ) A原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里 B正电荷在原子内是均匀分布的 C原子中存在着带负电的电子 D原子的质量在原子核内是均匀分布的 答案 A 解析 本题考查了学生对 粒子散射实验结果与原子的核式结构关系的理解原子的 核式结构正是建立在 粒子散射实验结果基础上的，C、D 的说法没有错，但与题意 不符 原子的结构 Error! 1(单选)卢瑟福提出原子的核式结构模型的依据是用 粒子轰击金箔，实验中发现 粒子( ) A全部穿过或
10、发生很小偏转 B绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回 C绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过 D全部发生很大偏转 答案 B 解析 卢瑟福的 粒子散射实验结果是绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向 前进，故选项 A 错误 粒子被散射时只有少数发生了较大角度偏转，并且有极少数 粒子偏转角超过了 90，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到 180，故选项 B 正确， 选项 C、D 错误 2(单选)卢瑟福的 粒子散射实验的结果显示了下列哪些情况( ) A原子内存在电子 B原子的大小为 1010 m C原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上 D原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子
11、核里 答案 D 解析 根据 粒子散射实验现象，绝大多数 粒子穿过金箔后沿原来方向前进，少 数发生较大的偏转，极少数偏转角超过 90，可知 C 错，A 与题意不符而实验结果 不能判定原子的大小为 1010 m，B 错，故选 D. 3(单选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是( ) A原子是一个质量分布均匀的球体 B原子的质量几乎全部集中在原子核内 C原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内 D原子半径的数量级是 1010 m，原子核半径的数量级是 1010 m 答案 B 解析 根据卢瑟福的原子核式结构学说，可知选项 B 正确 4(单选)当 粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中
12、，下列说法正确的是( ) A 粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用 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 答案 B 解析 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，远离时斥力做正功，速度增大，故 D 错 误 5(单选)卢瑟福对 粒子散射实验的解释不正确的是( ) A使 粒子产生偏转的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库仑力 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
13、 前进 D能发生大角度偏转的 粒子是穿过原子时离原子核近的 粒子 答案 A 解析 原子核带正电，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，电子对它的影响可忽略，故 A 错，B 对；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，本题选 A. 概念规律题组 1(双选)下列关于原子结构的说法正确的是( ) A电子的发现说明了原子内部还有复杂结构 B 粒子散射实验揭示了原子的核式结构 C 粒子散射实验中绝大多数 粒子都发生了较大偏转 D 粒子散射实验中有的 粒子发生较大偏转是 粒子与原子发生
14、碰撞所致 答案 AB 解析 电子的发现，证明了原子内部有带正电的物质，说明原子内部还有复杂结 构 粒子的散射实验揭示了原子的核式结构 2(单选)由 粒子散射实验结果可知，下列说法不正确的是( ) A原子中绝大部分是空的 B原子中全部正电荷都集中在原子核上 C原子核内有电子 D原子的质量几乎全部都集中在原子核上 答案 C 3(单选) 粒子散射实验中，不考虑电子和 粒子的碰撞影响，是因为( ) A 粒子与电子根本无相互作用 B 粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的 C 粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计 D电子很小， 粒子碰撞不到电子 答案 C 解析 粒子与电子之间存在着相互作用力
15、，这个作用力是库仑引力，但由于电子质 量很小，只有 粒子质量的七千三百分之一，碰撞时对 粒子的运动影响极小，几 乎不改变其运动方向，就像一颗子弹撞上一个尘埃一样，故正确选项是 C. 4(单选)卢瑟福提出原子核式结构的实验基础是 粒子散射实验，在 粒子散射实 验中，大多数 粒子穿越金箔后仍然沿着原来的方向运动，其较为合理的解释是( ) A 粒子穿越金箔时距离原子核较近 B 粒子穿越金箔时距离原子核较远 C 粒子穿越金箔时没有受到原子核的作用力 D 粒子穿越金箔时受到原子核与电子的作用力构成平衡力 答案 B 解析 根据 粒子散射实验现象，卢瑟福提出了原子的核式结构，他认为原子的中心 有一个很小的核
16、，聚集了原子的全部正电荷和几乎全部质量大多数 粒子穿越金箔 时距离金原子核较远，所以受到原子核的作用力较小，基本上仍然沿着原来的方向运 动 方法技巧题组 5(单选)在 粒子散射实验中，使少数 粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对 粒子的( ) A万有引力 B库仑力 C磁场力 D核力 答案 B 解析 金原子核和 粒子在距离很近时，产生较大的库仑力而使少数 粒子发生大 角度偏转 6(单选)如图所示，X 表示金原子核， 粒子射向金核被散射，若它们入射时的动能 相同，其偏转轨道可能是图中的( ) 答案 D 解析 粒子离金核越远其斥力越小，轨道弯曲程度就越小，故选项 D 正确 图 1 7(双选)如图 1
17、 所示为 粒子散射实验中 粒子穿过某一原子核附近时的示意图， A、 B、 C 三点分别位于两个等势面上，则以下说法中正确的是( ) A 粒子在 A 处的速度比在 B 处的速度小 B 粒子在 B 处的速度最大 C 粒子在 A、 C 处的速度的大小相同 D 粒子在 B 处的速度比在 C 处的速度小 答案 CD 解析 根据 粒子的运动轨迹曲线，可判定 粒子受到的是斥力，由 A 到 B 库仑力 做负功，速度减小，故选项 A、B 错误由于 A、 C 两点位于同一等势面上，所以 粒 子在 A、 C 处的速度大小相同，C、D 项正确 8(单选)关于 粒子散射实验，下列说法不正确的是( ) A 粒子穿过原子时
18、，由于 粒子的质量比电子大得多，电子不可能使 粒子的 运动方向发生明显的改变 B由于绝大多数 粒子穿过金箔后仍按原来方向前进，所以使 粒子发生大角度偏 转的原因是在原子中极小的区域内集中着对 粒子产生库仑力的正电荷 C 粒子穿过原子时，只有少数粒子发生大角度偏转的原因是原子核很小， 粒子 接近原子核的机会很小 D使 粒子发生大角度偏转的原因是 粒子穿过原子时，原子内部两侧的正电荷对 粒子的斥力不相等 答案 D 解析 电子的质量很小，当和 粒子作用时，对 粒子运动的影响极其微小，A 正 确 粒子发生大角度偏转，说明原子核的正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很 小的区域内，所以 B、C 正确，D
19、错误 创新应用题组 9已知电子质量为 9.11031 kg，带电荷量为1.610 19 C，当氢原子核外电子 绕核旋转时的轨道半径为 0.531010 m 时，求电子绕核运动的速度、频率、动能和 等效的电流 答案 2.1910 6 m/s 6.5810 15 Hz 2.1710 18 J 10710 3 A 解析 根据库仑力提供电子绕核旋转的向心力可知 k m e2r2 v2r v e 1.610 19 m/s2.1910 6 m/s krm 91090.5310 109.110 31 而 v2 fr，即 f Hz v2 r 2.1910623.140.5310 10 6.5810 15 Hz Ek mv2 J2.1710 18 J 12 12 ke2r 12 9109 1.610 19 20.5310 10 设电子运动周期为 T，则 T s1.510 16 s 1f 16.581015 电子绕核的等效电流： I A1.0710 3 A. qt eT 1.610 191.510 16
