高中物理选择性必修三 同步导学案 4.3 原子的核式结构模型

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4.3
原子的核式结构模型
一、自主学习
（一）电子的发现
1.汤姆孙的探究
(1)让阴极射线分别通过电场和磁场,根据_____________情况,证明它是_____________(A.带正电　B.带负电)的粒子流并求出了它的比荷。
(2)换用不同材料的阴极做实验,所得_____________的数值都相同。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。
(3)进一步研究新现象,不论是由于正离子的轰击、紫外光的照射、金属受热还是放射性物质的自发辐射,都能发射同样的带电粒子——_____________。由此可见,电子是原子的组成部分,是比原子更基本的物质单元。
2.密立根“油滴实验”
(1)精确测定______________。
(2)电荷_____________的。
（二）原子的核式结构模型
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__________。
二、课堂探究
[情景设问]汤姆孙研究阴极射线发现了电子，从而敲开了人类认识原子的大，电子的发现经历怎样的历程？
（一）电子的发现
结论1：
①
1858
年，德国物理学家普吕克尔就发现了气体导电时的__________________现象。
②
1876
年，德国物理学家戈德斯坦认为管壁上的荧光是由于玻璃受到的阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为_________。
[思考]阴极射线的本质是什么呢？
[实验探究]汤姆孙对阴极射线的研究
阴极
K
发出的带电粒子
→
小孔
A、B
→
金属
板
P、P′
→
管壁
P1
处产生荧光斑点
→
当施加电场后，带电粒子发生偏转，P2
处产生荧光斑点。
J.
J.
汤姆孙的气体放电管的示意图
结论2：阴极射线中粒子所带电荷为_________。
[思考]根据下图，试推导带电粒子比荷
e/m。
偏转角
θ
与电场强度
E、极板长度
L
以及带电粒子的速度
v
的关系为
在两块金属板之间施加一个大小合适、方向垂直于纸面的磁场，使荧光斑点从
P2
处返回
P1
处，有
结论3：带电粒子比荷
e/m
=
_________
C/kg。
[实验演示]油滴实验
电子电荷的精确测定由密立根通过著名的“油滴实验”做出。
结论4：
①
电子的电荷量为
e
=
1.602176634×10-19
C。电子电荷量e
为最_________的电荷量，称为________。电子质量
me
=
9.10938356×10-31
kg，质子质量是电子质量的
1836
倍。
②
任何带电体的电荷只能是元电荷
e
的整数倍。
[思考与讨论]通常情况下，物质是不带电的，因此，原子应该是电中性的。既然电子是带负电的，质量又很小，那么，原子中一定还有带正电的部分，它具有大部分的原子质量。
请你设想一下，原子中带正电的部分以及带负电的电子可能是如何分布的？
（二）原子的核式结构模型
汤姆孙枣糕模型(西瓜模型)
结论5：J.
J.
汤姆孙本人于
1898
年提出了一种模型。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。有人形象地把他的这个模型称为“_________模型”或“_________模型”。但之后不久，α
粒子散射实验则完全否定了这个模型。
[实验演示]α
粒子散射实验
实验探究：在真空中，一束
α
粒子打在金箔上，通过探测屏或者放大镜观察某一时间内向某一方向散射的
α
粒子数。
α
粒子散射的实验装置示意图
[思考与讨论]按照J.
J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。
请分析：α粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进。
α
粒子散射图景
绝大多数
α
粒子穿越金箔后仍沿原方向前进，少数发生较大偏转，极少数偏转角超过
90
°。
结论6：
造成
α
粒子偏转的主要原因是具有原子大部分质量且带正电部分（_________）的作用。
原子核集中在原子内部很小的范围内。
原子核的核式结构
结论7：卢瑟福依据α粒子散射实验的结果，提出了原子核的核式结构：
原子中心有一个很小的核，叫_________，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带________的电子在核外空间绕核旋转。
（三）原子核的电荷与尺度
[思考]试推测原子核的电荷。
[思考引导]由不同元素对α粒子散射的实验数据可以确定不同元素原子核的电荷量Q。又由于原子是电中性的，可以推算出原子内含有的电子数。
结论8：原子核的电荷数等于_________，等于________。
结论9：原子核大小的数量级为_________
m，原子大小数量级为_________
m，两者相差十万倍之多，可见原子内部十分“空旷”。若原子相当于一个立体的足球场的话，则原子核就象足球场中的一粒米。
三、典题精讲
【例题1】卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现绝大多数α粒子经过金箔后，几乎不偏转，但有极少数α粒子却发生了大角度偏转，个别α粒子甚至被原路反弹回来。据此，卢瑟福发现了（　　）
A．原子的葡萄干面包模型
B．原子的核式模型
C．原子核天然放射性现象
D．原子核由质子和中子组成
【例题2】α粒子散射实验中，当α粒子距原子核最近时，其（　　）
A．动能最小
B．电势能最小
C．所受原子核的斥力最小
D．与金原子组成的系统的能量最小
核心素养专练
1．在α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子碰撞的影响，这是因为（　　）
A．α粒子和电子根本无相互作用
B．电子是均匀分布的，α粒子受电子作用的合力为零
C．α粒子在和电子碰撞中动量的改变量极小，可忽略不计
D．电子体积很小，α粒子碰撞不到电子
2．卢瑟福对α粒子散射实验的解释错误的是（　　）
A．使α粒子产生偏转的力是金原子核对α粒子的库仑斥力
B．使α粒子产生偏转的原因是α粒子碰上了电子
C．原子中绝大部分是空的，所以绝大多数α粒子几乎不偏转
D．原子核很小，只有极少数靠近它的α粒子产生大角度偏转
3．科学家常用中子轰击原子核，这是因为中子（　　）
A．质量较大
B．速度较大
C．能量较大
D．不带电，与原子核没有库仑斥力
4.卢瑟福α粒子散射实验显示了（　　）
A．原子中除了质子外还存在中子
B．原子中的质量和正电荷是均匀分布的
C．原子的结构类似于太阳系的球形结构
D．原子中几乎全部的质量和全部正电荷集中在很小的区域内
5.根据α粒子散射实验提出的模型是（　　）
A．核式结构模型
B．“枣糕”模型
C．道尔顿模型
D．玻尔模型
6.在α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的运动轨迹如图中实线所示。图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为五个区域。不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是（　　）
A．可能在①区域
B．一定在②区域
C．可能在③、④区域
D．一定在⑤区域
7.卢瑟福指导他的助手进行的α散射实验所用仪器的示意图如图所示。放射源发射的α粒子打在金箔上，通过显微镜观察散射的α粒子。实验发现，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数的角度甚至大于90°，于是，卢瑟福大胆猜想（　　）
A．原子核内存在中子
B．原子核内存在质子
C．电子围绕原子核运动
D．原子内部有体积很小、质量很大的核
8．关于原子结构，下列说法正确的是（　　）
A．在α粒子散射实验中，只有少数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，卢瑟福根据这一实验现象提出了原子的核式结构模型
B．在原子中，核外电子沿固定的轨道绕原子核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力
C．在原子中，原子核虽然很小，但占据了原子的绝大部分质量
D．玻尔理论能成功解释钠原子光谱
9.如图，①、②两条线表示α粒子散射实验中某两个α粒子运动的轨迹，那么沿轨迹③射向原子核的α粒子经过原子核附近后可能的运动轨迹为__________（选填“a”“b”“c”“d”），选择的理由是__________。
10.通过如图所示的实验装置，__________（填人名）建立了原子核式结构模型。实验时，若将显微镜分别放在位置1、2、3，则能观察到粒子数量最多的是位置__________（填1或2或3）。
参考答案
自主学习
偏转
B
比荷
电子
电子电荷
量子化
质量
运动
课堂探究
结论1：辉光放电
阴极射线
结论2：负电荷
结论3：1011
结论4：小
元电荷
结论5：西瓜
枣糕
结论6：原子核
结论7：原子核
负电
结论8：核外电子数
原子序数
结论9：10－15、10－10
典题精讲
【例题1】B
【例题2】A
核心素养专练
1.C
2.B
3.D
4.D
5.A
6.B
7.D
8.C
9.a；沿轨迹③运动的粒子比沿轨迹①运动的粒子更靠近原子核，α粒子所受斥力更大，故偏转角度也就更大
10.卢瑟福；3
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