1、2原子的核式结构模型一、汤姆孙的原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕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汤姆孙发现电子之后，人们立刻进行建立各种原子模型的尝试，你都知道有哪些典型的模型呢？提示：(1)勒纳德的动力子模型：原子内部的电子与相应的正电荷组成一个中性的“刚性配偶体”，他取名为动力子，无数动力子漂浮于原子太空内(2)长冈半太郎的土星型模型：1904年，他根据麦克斯韦的土星环理论推测原子的结构，提出了一个土星模型，它实际上已经包含了核模型的基本思想，只是对
2、核的大小的数量级及稳定性等问题没有给出足够的重视(3)汤姆孙的“枣糕模型”(4)卢瑟福的核式结构模型(5)玻尔模型后面的三种模型教材中已经做了阐述二、粒子散射实验1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，带两个单位正电荷，质量为氢原子质量的4倍2实验结果绝大多数粒子穿过金箔后，基本沿原方向前进少数粒子发生大角度偏转，偏转角甚至大于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在粒子散射实验中，偏转角大的粒子与偏转角小的粒子相比，谁离原子核更近一些？提示：粒子与原子核之间
3、有相互作用的库仑斥力，偏转角大，意味着库仑力大，因而也就越靠近原子核三、原子核的电荷与尺度1原子内的电荷关系各种元素的原子核的电荷数与含有的电子数相等，非常接近于它们的原子序数2原子核的组成原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就等于原子核中的质子数3原子核的大小实验确定的原子核半径R的数量级为1015_m，而原子的半径的数量级是1010_m因而原子内部十分“空旷”考点一粒子散射实验及原子的核式结构模型1粒子散射实验装置及注意事项(1)实验装置(如图)由放射源、金箔、荧光屏等组成(2)实验注意事项：整个实验过程需在真空中进行粒子是氦原子核，本身非常小，金箔需很薄，粒子才能很容易穿过实验中用
4、的是金箔而不是铝箔，这是因为金的原子序数大，粒子与金核间库仑力大，偏转明显；另外金的延展性好，容易做成极薄的金箔2粒子的散射实验否定了汤姆孙的原子模型(1)粒子在穿过原子之间时，所受周围的正、负电荷作用的库仑力是平衡的，粒子不会发生偏转(2)粒子正对着电子射来，质量远小于粒子的电子不可能使粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹3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，偏转角才很大
5、，而这种机会很少(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【例1】在卢瑟福的粒子散射实验中，有少数粒子发生大角度偏转，其原因是()A原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B正电荷在原子中是均匀分布的C原子中存在着带负电的电子D金箔中的金原子间存在很大的空隙，只有极少数碰到金原子【答案】A【解析】卢瑟福的粒子散射实验中少数粒子发生了较大角度的偏转，说明只有少数粒子受到很强的斥力，大多数粒子受到的斥力很小，这反映出在原子内部正电荷分布在很小的空间，且质量很大，A正确，B错误；实验中所用金箔尽管很薄，但也有上万层原子，由此可知，有少数粒子偏转显然不是由于碰不
6、到金原子，由此知C、D错误故选A.总结提能 粒子散射实验装置及核式结构模型(1)熟记装置及原理粒子散射实验是一个非常重要的实验，因此对实验器材、现象、现象分析、结论都必须弄明白，才能顺利解答有关问题(2)理解建立核式结构模型的要点核外电子不会使粒子的速度发生明显改变汤姆孙模型不能解释粒子的大角度散射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绝大多数粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的原子的质量、电荷量主要集中在体积很小的核上如图所示为粒子散射实验装置，粒子打到荧光屏上会引起闪烁，若将带
7、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实验事实的是(A)A1 305,25,7,1B202,405,625,825C1 202,1 010,723,203 D1 202,1 305,723,203解析：由于绝大多数粒子运动方向基本不变，所以A位置闪烁次数最多，少数粒子发生了偏转，极少数发生了大角度偏转符合该规律的数据只有A选项，故选项A正确考点二力、电学知识在粒子实验或原子核式结构模型中的应用粒子散射实验电子绕核运动受力特点大小：Fk方向：粒子所受库仑力沿粒子与核的连线，由核指向粒子特点：粒子离核越近，F越大；反之，F越小.方向：电子所受库
8、仑力沿电子与核的连线，由电子指向核特点：在同一轨道上运动时，F大小不变能量转化情况当粒子靠近原子核时，库仑斥力对粒子做负功，电势能增加；当粒子远离原子核时，库仑斥力对粒子做正功，电势能减小.电子绕核运动时，库仑力对电子不做功，电势能、动能不变轨道半径r变大时，库仑力对电子做负功，电势能增加，动能减少；反之，电势能减少，动能增加运动性质绝大多数粒子做变加速曲线运动，极个别粒子做变加速直线运动.电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，即km.【例2】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
9、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1粒子从a运动到b，电场力做正功还是负功，粒子的电势能增大还是减小？2粒子从a运动到b，受到的电场力大小如何变化？试根据点电荷周围场强大小的关系分析一下3在a点和c点，粒子具有的动能和电势能是否相同？【答案】C【解析】粒子受到原子核的排斥力，接近时动能减小，远离时动能增大，A项错误；电场力先做负功，后做正功，所以电势能先增加，后减小，又由于a、c在同一等势面上，所以粒子从a运动到c电场力做功为零，B项错误，C项正确；库仑力F，即F随r的变化而变化，与r2成
10、反比，所以库仑力先增后减，加速度也是先增后减，D项错误总结提能 电荷在电场中运动时，电场力做正功，电荷的动能增加，电势能减小；电场力做负功，电荷的动能减小，电势能增大如图所示，M、N为原子核外的两个等势面，已知UNM100 V，一个粒子以2.5105 m/s的速度从等势面M上的A点运动到B点，求粒子在B点时的速度大小(已知m6.641027 kg)答案：2.3105 m/s解析：粒子由A到B的过程中由动能定理得2eUNMmvmv，则vB2.3105 m/s.重难疑点辨析解决原子核式结构模型相关问题的方法1解题依据和方法一解答与本节知识有关的试题，必须以三个实验的现象和从三个实验中发现的事实为基
11、础，应明确以下几点：(1)汤姆孙发现了电子，说明原子是可分的，电子是原子的组成部分(2)卢瑟福“粒子散射实验”现象说明：原子中绝大部分是空的，原子的绝大部分质量和全部正电荷都集中在一个很小的核上(3)卢瑟福用粒子轰击原子核实验，发现了质子2解题依据和方法二根据原子的核式结构，结合前面所掌握的动能、电势能、库仑定律及能量守恒定律等知识，是综合分析解决有粒子靠近原子核过程中，有关功、能的变化，加速度、速度的变化所必备的基础知识和应掌握的方法3解题依据和方法三明确原子核中核电荷数、质子数、核外电子数以及元素的原子序数四种数的数值相等，以及原子的质量数与核子数相等，并等于质子数与中子数的和它是分析解决
12、实际问题的依据【典例】(多选)如图所示为粒子散射实验中粒子穿过某一金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，则下列说法正确的是()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处的速度大小相等D粒子在B处的速度比在C处的速度小【解析】由能量守恒定律可知，对于A、B、C三点，A、C位于原子核形成的同一等势面上，电势能相同，故动能也相同，则A、C两点速率相同，故C正确；由A到B，粒子克服库仑力做功，动能减小，电势能增大，故B点速度最小，D正确，A、B错误【答案】CD在原子核形成的电场中，越靠近原子核电势越高，粒子运动过程中，只有动能和电势能相互转化且总和不
13、变，由A到B靠近原子核的过程电势能增大，动能减小，由B到C远离原子核的过程，电势能又转化为动能求解此类问题要结合库仑力做功和功能关系分析1粒子散射实验中，不考虑电子和粒子的碰撞影响，这是因为(C)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，粒子碰撞不到电子解析：粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，碰撞时电子对粒子的运动影响极小，几乎不改变其运动状态，故C正确2(多选)在粒子散射实验中，使极少数粒子产生大角度偏转的原因是(BCD)A原子核外有电子B原子核体积很小C
14、原子核集中了原子中所有的正电荷D原子核质量很大解析：在粒子散射实验中，极少数粒子发生大角度偏转，说明它们受到极大的作用力，只有认为原子内部所有正电荷全部集中在一个极小的空间里，且它的质量很大，不易移动，才能产生这样的结果3(多选)关于原子的核式结构模型，下列说法正确的是(AB)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1010 m解析：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；电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间
15、的库仑引力提供向心力，B正确；原子核直径的数量级是1015 m，原子直径的数量级是1010 m，D错误4X表示金原子核，粒子射向金核时被散射，设入射的动能相同，其偏转轨道可能是图中的(D)解析：离金原子核越远的粒子，受到的斥力越小，偏转越小5卢瑟福的核式结构模型认为：原子具有核式结构，电子在核外绕原子核运动若认为电子沿圆轨道绕原子核运动，则电子绕核运动的速率是1.4107_m/s.(已知电子电荷量e1.61019 C，质量me9.11031 kg，金原子核的电荷量Q1.2641017 C，静电力常量k9.0109 Nm2/C2，电子绕核运动的半径r1.01010 m)解析：电子绕核运动时，库仑力提供向心力k，得v m/s1.4107 m/s.