1、1 新情境激趣引航上节课我们学习了“电子的发现”，使人们认识到电子是原子的组成部分通常情况下，物质是不带电的，因此组成物质的原子也是中性的，那么，电子既然在原子中带负电，原子中必定还有带正电的部分，它们又是如何组成中性原子的呢？今天我们就从 粒子的散射实验开始，探寻原子结构的奥秘2 新知识预习探索学习目标 1.了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据2.知道 粒子散射实验的方法和实验结果3.知道卢瑟福原子结构模型的意义4.知道原子的结构新知预习一、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
2、模型，大圆点代表正电荷，小圆点代表电子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二、粒子散射实验1 粒子：是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，偏转角大于 90，甚至有的被反向弹回3卢瑟福通过 粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型三、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，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
3、子在核外空间运动2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 1015m，而原子的半径的数量级是 1010m.因而原子内部十分“空旷”问题探索想一想问题 1 原子核的大小在整个原子中占有多大的比例？提示：原子半径数量级是 1010 m，而原子核半径数量级是 1015 m，二者相差十万倍之多，故原子核在原子中所占的体积是很小的问题 2 由原子的半径和原子核的半径数值可推知，原子核体积只占原子
4、体积的 11015，其空旷程度可想而知，据此，你能否说明产生 粒子散射现象的原因？可得到怎样的启示？提示：由于 粒子的质量远大于电子质量，电子不可能使其发生大角度偏转，产生大角度偏转的原因应该是原子核，由于原子核非常小，入射的 粒子绝大多数距原子核很远只有极少数 粒子遇到或靠近原子核，由于其库仑斥力而使 粒子发生大角度偏转，由 粒子散射现象可知，原子核非常小；能够使 粒子发生大角度偏转，说明原子核聚集了原子的绝大部分质量.3 新课堂互动探究知识点一 粒子散射实验及原子的核式结构模型 重点聚焦(1)粒子散射实验的装置实验装置如下图所示，由 粒子放射源、金箔、荧光屏等组成放射源放出快速运动的 粒子
5、，粒子通过金箔时被散射，打到荧光屏上，荧光屏上带有放大镜，可以在水平面内转动，整个装置封闭在真空内(2)粒子散射实验的结果绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数 粒子发生了较大的偏转，极少数 粒子偏转角度超过 90，有的几乎达到 180，沿原路返回，如图所示(3)原子核式结构模型在原子中心有一个很小的核叫原子核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里带负电的电子在核外空间绕核旋转(4)两种原子结构模型对 粒子散射现象的分析汤姆孙枣糕模型对 粒子散射现象的分析a分布情况：正电荷和原子质量是均匀分布的b受力情况：两侧正电荷对 粒子的排斥力有相当一部分相互抵消，使 粒子偏转
6、的库仑合力不会很大c偏转情况：不会发生很大偏转，更不会弹回d分析结论：汤姆孙模型的分析不符合 粒子散射的实际情况卢瑟福核式结构模型对 粒子散射现象的分析a分布情况：正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的b受力情况：少数 粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；大多数 粒子离原子核较远，受到的库仑力较小c偏转情况：如下图所示.少数 粒子发生大角度偏转，甚至被弹回；.绝大多数 粒子运动方向不会发生明显变化(因为电子的质量相对于 粒子很小)；.如果 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d分析结论：核式结构模型符合 粒子散射的实际情况特别提醒(1)粒子散射实验
7、中的荧光屏是可以移动的，通过移动可探测到 粒子散射到不同角度的数目(2)粒子散射实验为原子的核式结构学说奠定了实验基础，在核式结构模型中认为电子在原子核对它的库仑力作用下做匀速圆周运动典例精析 如图所示为 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，关于观察到的现象，下述说法不正确的是()A相同时间内放在 A 位置时观察到屏上的闪光次数最多B相同时间内放在 B 位置时观察到屏上的闪光次数比放在 A 位置时少得多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】根据 粒子散射实验的现象，绝大多数 粒子穿过
8、金箔后，基本上沿原方向前进，因此在 A 位置观察到闪光次数最多，故A 正确；少数 粒子发生大角度偏转，因此从 A 到 D 观察到的闪光次数会逐渐减小，因此 B、D 正确，C 错【答案】C【方法归纳】要认识和理解 粒子散射实验：(1)熟练记忆 粒子散射实验的实验结果，重点把握几个关键词：“绝大多数”“少数”“甚至”等(2)粒子散射实验的现象和结果，只能推测出原子的结构，不能证明原子及原子核的组成跟踪练习1在卢瑟福 粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个 粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()【解析】粒子与原子核相互排斥，A、D 错；运动轨迹与原子核越近，力
9、越大，运动方向变化越明显，B 错，C 对【答案】C知识点二 原子核式结构模型和原子核的组成重点聚焦1原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别：核式结构枣糕模型原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里原子是充满了正电荷的球体电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体内2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3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4原子的半径数量级为 1010 m，原子核半径的数量级为 1015 m，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 1015.典例精析(多选)下列对原子结构的认识中，正
10、确的是 ()A原子中绝大部分是空的，原子核很小B电子在核外旋转，库仑力提供向心力C原子的全部正电荷都集中在原子核里D原子核的直径大约是 1010m【解析】卢瑟福 粒子散射实验的结果否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核直径的数量级为 1015 m而原子直径的数量级为 1010 m，是原子核直径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷”的核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的库仑引力而绕核旋转所以本题应选 A、B、C.【答案】ABC【方法归纳】原子核式结构学说内容：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
11、核外空间里绕着核旋转再根据力和运动的理论可知，库仑力提供向心力使电子在核外绕核高速旋转所以，掌握原子的核式结构的内容及库仑定律和向心力的有关知识，是判断此类问题的关键跟踪练习2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】卢瑟福通过 粒子散射实验，发现绝大多数 粒子发生了偏转，少数发生了大角度的偏转，有的偏转的角度甚至大于 90.这说明原子几乎全部质量集中在原子核内，且原子核和 粒子有斥力作用，所以正电荷集中在原子核内，因为只有极少数 粒子发生大角度散射，说明原子核很
12、小，并不能说明原子核是由质子和中子组成的，B 项正确【答案】B4 新思维随堂自测1.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中都可以【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，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.【答案】A2卢瑟福提出
13、原子的核式结构学说的依据是用 粒子轰击金箔，实验中发现 粒子()A全部穿过或发生很小偏转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【解析】卢瑟福 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 正确根据 粒子散射的实验结果可知选项 C、D 错误【答案】B3卢瑟福预想到原子核内除质子外还有中子，他的事实依据是()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
14、倍C原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些D质子和中子的质量几乎相等【解析】如果原子核内只有质子，那么质量数和核电荷数应该相同，但事实是质量数与核电荷数不相同，说明原子核内还有不带电的物质，所以 C 正确，故正确答案为 C.【答案】C4.(多选)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 粒子散射图景，图中实线表示 粒子运动轨迹其中一个 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说法正确的是()A卢瑟福在 粒子散射实验中发现了电子B该 粒子出现较大角偏转的原因是 粒子接近原子核时受到的库仑斥力较大C该 粒子出现较大角
15、偏转的过程中电势能先减小后变大D该 粒子出现较大角偏转的过程中加速度先变大后变小【解析】粒子在接近金原子核的过程中，斥力越来越大，做负功；被弹回时，斥力越来越小，斥力做正功，因此加速度先变大后变小，电势能先变大后变小，B、D 正确【答案】BD5 新视点名师讲座核式结构理论与力学、电学的综合原子核式结构学说指出，原子的全部正电荷都集中在原子核里，所以原子核会对核外的电子及靠近原子核的带电粒子产生库仑力的作用，库仑力 Fkq1q2r2，库仑力具有力的共性，满足相互性，是矢量，与其他力的共同作用可使物体平衡，也可使物体产生加速度对于核外电子，库仑力提供向心力使电子在核外绕核高速旋转 已知金的原子序数
16、为 79，粒子离金原子核的最近距离设为 1013 m，则 粒子离金原子核最近时受到的库仑力是多大？粒子产生的加速度是多大？(已知 粒子的电荷量 q2e，质量 m6.641027 kg)【解析】粒子离核最近时受到的库仑斥力为Fkq1q2r2 k79e2er29109791.6101921.6101910132N3.64 N.金原子核的库仑斥力对 粒子产生的加速度大小为a Fm3.646.641027 m/s25.481026 m/s2.【答案】3.64 N 5.481026 m/s2【点拨】本题是一道力学、电学和原子物理的综合题解决此类问题时，首先要知道原子的结构，然后把力学及电学定律或公式应用于原子物理上.