2017-2018学年高中创新设计物理粤教版选修3-5学案：3-2 原子的结构 Word版含解析

*第二节原子的结构*

[目标定位] 1.了解原子结构模型的建立.2.知道粒子散射实验的实验方法和实验现象.3.知道原子核式结构模型的主要内容.4.能说出原子和原子核大小的数量级．

一、“葡萄干布丁”模型

1．汤姆生的“葡萄干布丁”模型：原子是一个球体，带正电的部分均匀分布在整个球内．电子像布丁里的葡萄干一样镶嵌在原子里．(如图1所示)

图1

2．汤姆生的模型能解释一些实验事实，如利用电子的简谐振动定性解释某些光辐射．

二、α粒子散射实验

1．实验装置

(1)放射源：①钋放在带小孔的铅盒中，能放射α粒子．

②α粒子：带正电，q＝＋2e，质量约为氢原子的4倍．

(2)金箔：厚度极小，(虽然很薄但仍有几千层原子)．

(3)显微镜：能够在围绕金箔的水平面内转动观察．

2．实验结论

(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进；

(2)少数α粒子发生了较大的偏转；

(3)极少数α粒子的偏转角θ超过90°，有的甚至几乎达到180°.

3．实验意义

(1)否定了汤姆生的原子结构模型．

(2)提出了原子核式结构模型，明确了原子核大小的数量级．

三、原子的核式结构的提出

1．核式结构模型：原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转．

2．原子半径大约为10－10 m.

3．原子核的半径大约为10－15～10－14 m．相当于原子半径的万分之一．

预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中

一、对α粒子散射实验的理解

1．实验装置示意图(如图2)

图2

2．注意事项

(1)整个实验过程在真空中进行．

(2)α粒子是氦原子核，体积很小，金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过．

3．α粒子散射实验与汤姆生的原子模型的冲突分析

分析否定的原因

(1)由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转．

(2)使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆生原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α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α粒子发生大角度偏转，更不可能使α粒子反向弹回，这与α粒子的散射实验相矛盾．

(3)实验现象表明原子绝大部分是空的，除非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，α粒子大角度散射是不可能的．【例1】如图3为卢瑟福所做的α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，下述说法中正确的是()

图3

A．相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最少

B．相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些

C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少

D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光

答案 C

解析在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A错误；少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、D错误，C正确．

借题发挥解决α粒子散射实验问题的技巧

(1)熟记实验装置及原理．

(2)理解建立核式结构模型的要点．

①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．

②汤姆生的原子模型不能解释α粒子的大角度散射．

③少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用．

④绝大多数α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、电量都集中在体积很小的核内．

针对训练1在卢瑟福α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α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()

答案 C

解析α粒子与原子核相互排斥，A、D错；运动轨迹与原子核越近，力越大，

运动方向变化越明显，B错，C对．

二、卢瑟福原子核式结构模型

1．内容

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内，带负电的电子在核外空间绕核旋转．

2．对α粒子散射实验现象的解释

(1)当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，运动方向改变很小，因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转．

(2)只有当α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，而这种机会很少．

(3)如果α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4所示．

图4

3．数量级

原子的半径大约为10－10 m，原子核的半径大约为10－15～10－14 m.

【例2】下列对原子结构的认识中，错误的是()

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，向心力为库仑力

C．原子的全部正电荷都集中在原子核里

D．原子核的直径大约为10－10 m

答案 D

解析卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆生模型，卢瑟福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10－15m，而原子直径的数量级为10－10 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D.

针对训练2在卢瑟福α粒子散射实验中，只有少数α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α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α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.

α粒子散射实验的理解

1．在α粒子散射实验中，选用金箔的原因下列说法不正确的是()

A．金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔

B．金核不带电

C．金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动

D．金核半径大，易形成大角度散射

答案 B

解析α粒子散射实验中，选用金箔是因为金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔，α粒子很容易穿过，A正确；金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动，C正确；金核半径大，易形成大角度散射，D正确．

2．对α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

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，α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