(共30张PPT)
随堂演练·巩固提升
以练促学·补短扬长
原子模型的提出
1.知道α粒子散射实验．(重点) 2.明确原子核式结构模型的主要内容．(重点＋难点)
3．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．
[学生用书P39]
一、汤姆生模型
枣糕模型：1904年由汤姆生提出，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，电子像枣糕上的枣子一样镶嵌球中．
二、α粒子散射实验
1．方法：用放射源发射的高速α粒子轰击金箔，利用荧光屏接收，探测α粒子的偏转情况，来分析原子的内部结构．
2．现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子却发生了较大的偏转，有的α粒子偏转的角度超过90°，极少数α粒子甚至被反弹回来．
3．结论：除非原子几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则，α粒子的大角度散射是不可能的．
在α粒子散射实验中，为什么用金箔而不用铝箔？
提示：(1)金箔与铝箔相比，金的原子序数大，α粒子与金原子核间库仑力大，发生偏转时明显．
(2)金的延展性比铝好，容易做成极簿的金箔．
三、卢瑟福的原子核式结构模型
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上，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转．
1．(1)α粒子散射实验证明了汤姆生的原子模型是符合事实的．( )
(2)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹．( )
(3)α粒子大角度的偏转是电子造成的．( )
提示：(1)× (2)× (3)×
四、原子核的电荷和尺度
1．原子内的电荷关系：各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数非常接近于它们的原子序数．
2．原子核的大小：实验确定的原子核半径R的数量级为10－15__m，而整个原子的半径的数量级是10－10__m，两者相差十万倍之多．可见原子内部是十分“空旷”的．
2．(1)原子核很小，原子中绝大部分是空的．( )
(2)原子核半径的数量级为10－10 m．( )
(3)原子核的质量数就是核中的质子数．( )
提示：(1)√ (2)× (3)×
对α粒子散射实验的认识和理解[学生用书P40]
1．实验装置
如图所示，由放射源、金箔、荧光屏等组成．
(1)整个实验必须在真空中进行．
(2)金箔很薄，α粒子(He)很容易穿过．
2．实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大角度的偏转，偏转的角度甚至大于90°，极少数α粒子甚至被反弹回来．
3．实验解释：α粒子散射实验令卢瑟福万分惊奇，按照汤姆生的枣糕模型：带正电的物质均匀分布，带负电的电子质量比α粒子的质量小得多，α粒子碰到电子就像子弹碰到一粒尘埃一样，其运动方向不会发生什么改变．但实验结果出现了像一枚炮弹碰到一层薄薄的纸被反弹回来这一不可思议的现象．实验现象表明原子绝大部分是空的．
4．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．
α粒子的散射实验给出了研究原子结构的方法，对原子物理的发展有重大的促进作用．
如图为α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜分别放在图中的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
[思路点拨] 分析实验现象应明确实验装置中各部分的组成及作用．弄清实验现象，知道“绝大多数”“少数”和“极少数”粒子的运动情况．
[解析] 根据α粒子散射实验的现象，绝大多数α粒子穿过金箔后，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α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错误．
[答案] C
正确理解实验现象，并对实验现象作好科学分析与解释是解题的关键．
下图所示为卢瑟福α粒子散射实验的原子核和两个α粒子的轨迹，其中可能正确的是( )
解析：选A.本题考查α粒子散射实验中α粒子散射的轨迹判断，注意到α粒子和原子核都带正电，处于排斥状态，可判定A正确．
原子的核式结构[学生用书P41]
1．模型
卢瑟福依据α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构：在原子的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原子核上，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转．
2．用核式结构模型对α粒子散射分析
(1)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．
(2)受力情况：①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小．
(3)偏转情况：①少数α粒子可能发生大角度偏转，甚至被弹回；②绝大多数α粒子运动方向不会发生明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小)；③如果α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．
(4)分析结论：核式结构模型符合α粒子散射的实际情况．
(1)α粒子与原子核之间的万有引力远小于两者之间的库仑斥力，因而可以忽略不计．
(2)在处理α粒子等微观粒子时一般不计重力．
命题视角1 对原子核式结构模型的理解
(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有( )
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核旋转
[思路点拨] α粒子的质量是电子质量的7 300倍，α粒子碰到电子，像一颗快速飞行的子弹碰到一粒尘埃，电子不会影响α粒子运动的轨迹；α粒子偏转的原因是原子核对α粒子的库仑斥力影响的结果．
[解析] 由α粒子散射实验可知，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，有的α粒子偏转角度超过90°，极少数α粒子甚至被反弹回来，说明这需要很强的相互作用力，除非原子的大部分质量和全部正电荷都集中到一个很小的核上，否则大角度散射是不可能的．
[答案] ACD
对原子结构的判定要结合α粒子散射规律进行分析．
命题视角2 原子核式结构的力电综合问题
如图所示，根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从a运动到b、再运动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
[思路点拨] 题图中a、c在同一等势面上，且两点电势低于b点电势．
[解析] α粒子受到原子核的库仑力为斥力，当由a到b时，库仑力变大，做负功，再由b到c时，库仑力减小，做正功．故加速度先增大后减小，动能先减小后增大，电势能先增大后减小，又因a、c在同一等势面上，故总功为零，故C对，A、B、D均错．
[答案] C
有关原子核式结构的力电综合问题，在中学阶段只能从经典力电理论的角度进行处理，处理的方法与力电问题的处理方法相同．常用规律如下：
(1)牛顿第二定律：该实验中α粒子只受库仑力，可根据库仑力的变化分析加速度的变化．
(2)功能关系：根据库仑力做功，可分析动能的变化，也能分析电势能的变化．
(3)原子核带正电，其周围的电场相当于正点电荷的电场，注意应用其电场线和等势面的特点．
【通关练习】
1．(多选)下列对原子的结构的认识中，正确的是( )
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10－10 m
解析：选ABC.原子由位于原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子构成，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，由此可判定B、C选项正确；根据散射实验知原子核直径数量级为10－15 m，而原子直径的数量级为10－10 m，故A正确，D错误．
2．(多选)
如图所示为α粒子散射实验中α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，则以下的说法中正确的是( )
A．α粒子在A处的速度比在B处的速度小
B．α粒子在B处的速度最大
C．α粒子在A、C处的速度大小相同
D．α粒子在B处的速度比在C处的速度小
解析：选CD.A、C两处在同一等势面上电场力不做功，动能不变，A到B电场力做负功，动能减少．
3.
如图所示，M、N为原子核外的两个等势面，已知UNM＝100 V．一个α粒子以2.5×105 m/s的初速度从等势面M上的A点运动到N上的B点，求：
(1)α粒子在B点时速度的大小；
(2)α粒子与核相距最近处C与A点的电势差．
解析：(1)α粒子在由A到B的过程中
满足－2eUNM＝mαv－mαv
由此得vB＝ eq \r(v－\f(4eUNM,mα))
＝ m/s
≈2.3×105 m/s.
(2)α粒子由A到C的过程中，由动能定理得
－2e·UCA＝0－mαv
UCA＝eq \f(mαv,4e)＝ V≈648.4 V.
答案：(1)2.3×105 m/s (2)648.4 V
[随堂检测][学生用书P42]
1．有一位科学家，他通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，这位提出原子核式结构模型的科学家被誉为原子物理学之父，他是( )
A．汤姆生 B．卢瑟福
C．盖革 D．马斯顿
答案：B
2．(多选)根据汤姆生原子模型预测α粒子散射实验结果是( )
A．绝大多数α粒子穿过金属箔后都有显著偏转
B．大多数α粒子穿过金属箔后都有小角度偏转
C．极少数α粒子偏转角很大，有的甚至沿原路返回
D．不可能有α粒子偏转角很大，更不可能沿原路返回
解析：选BD.汤姆生原子模型是枣糕模型，原子中的正电荷均匀地分布在整个原子中，带负电的电子像枣糕上的枣子一样镶嵌在原子中．这样的原子只能使α粒子发生小角度偏转或不偏转，不可能有显著偏转，更不可能沿原路返回．
3．选项图所示为在α粒子散射实验中，一束α粒子在穿越金箔内一个金原子的轨迹示意图，正确的是( )
解析：选D.A选项中2应该比1有较大偏转，3应该比4有较大偏转；B选项中2、3的偏转方向错误；C选项中3的偏转方向错误；在D选项中，2、4发生了明显偏转，3离核最近，发生大角度偏转，则只有D正确．
4．卢瑟福α粒子散射实验的结果( )
A．证明了质子的存在
B．证明了原子核是由质子和中子组成的
C．证明了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
D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
解析：选C.α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子．
5．已知金原子的原子序数为79，α粒子离金原子核的最近距离为10－14 m，则α粒子离金核最近时受到的库仑力有多大？使α粒子产生的加速度多大？已知α粒子带的电荷量qα＝2e，质量mα＝6.64×10－27 kg.
解析：分别根据库仑定律和牛顿第二定律可算出：α粒子离金核最近时受到的库仑力为：F＝k＝k＝9×109× N≈364 N．金核的库仑斥力使α粒子产生的加速度大小为：
a＝＝ m/s2≈5.48×1028 m/s2.
答案：364 N 5.48×1028 m/s2
[课时作业][学生用书P100(单独成册)]
一、单项选择题
1．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是( )
A．α粒子的散射实验
B．对阴极射线的研究
C．天然放射性现象的发现
D．质子的发现
解析：选A.卢瑟福通过α粒子散射实验，发现少部分α粒子出现了大角度偏转，从而提出了原子的核式结构模型，认为原子是由处于原子中央的很小的原子核和核外带负电的电子组成的．
2．根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法中正确的是( )
A．原子的正电荷均匀分布在整个原子范围内
B．原子质量均匀分布在整个原子范围内
C．原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内
D．原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内
解析：选D.以α粒子散射实验为基础，原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上，故D项正确．
3．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为( )
A．α粒子与电子根本无相互作用
B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的
C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计
D．电子很小，α粒子碰撞不到电子
解析：选C.α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，只有α粒子质量的，碰撞时对α粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样，故正确答案为C.
4．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倍
C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或更少一些
D．质子和中子的质量几乎相等
解析：选C.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．
5．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．原子核半径的数量级是10－10 m
解析：选B.根据卢瑟福的原子核式结构学说，可知选项B正确．
6．在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列说法中正确的是( )
A．α粒子受到金原子核的斥力作用
B．α粒子的动能不断减小
C．α粒子的电势能不断增大
D．α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果
解析：选A.α粒子受到金原子核的斥力而发生散射，故A正确、D错误；在α粒子靠近金原子核的过程中，动能逐渐小，电势能逐渐增大，远离过程中，动能逐渐增大，电势能逐渐减小，故B、C错误．
二、多项选择题
7．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是( )
A．原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个核上
B．原子内部很“空旷”，原子核很小
C．正电荷在原子中是均匀分布的
D．电子对α粒子的作用很强
解析：选AB.只有原子的正电荷全部集中在一个核上，并且几乎全部质量都集中在这个核上才会使α粒子在很强的库仑力作用下发生大角度偏转，A对；由于只有少数α粒子发生大角度偏转，绝大多数α粒子仍按原来方向前进，所以可以判断，原子核很小，只有少数α粒子才能正对着射入而被反弹回来，也可以断定原子内部十分“空旷”，B对；如果正电荷在原子中均匀分布，α粒子射入原子后不会受到很大的库仑力而发生大角度偏转，C错；电子的质量很小，对α粒子的作用十分微弱，几乎不会改变α粒子的运动状态，D错．
8．在α粒子散射实验中，如果一个α粒子跟金箔中的电子相撞，则( )
A．α粒子的动能几乎没有损失
B．α粒子将损失大部分动能
C．α粒子不会发生显著的偏转
D．α粒子将发生较大角度的偏转
解析：选AC.电子质量约为α粒子质量的，α粒子碰撞到电子，像子弹碰到灰尘一样，能量不会有太大损失，运动方向几乎不变．
9．α粒子被金原子核散射时，如图所示，a、b、c、d四条运动轨迹中不可能存在的是( )
A．a B．b
C．c D．d
解析：选BC.α粒子在靠近金的原子核时，所受库仑力为斥力，a、d的轨迹是可能存在的. 而从b、c的轨迹可以判断，b、c受的力是吸引力，与核式结构模型不符，所以b、c的轨迹是不可能的．
10．在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子符合下列哪种情况( )
A．动能最小
B．势能最小
C．α粒子与金原子核组成的系统能量最小
D．所受金原子核的斥力最大
解析：选AD.α粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑斥力做功，动能减少，电势能增大；两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒；根据库仑定律，距离最近时斥力最大．
三、非选择题
11．若氢原子的核外电子绕原子核做半径为r的匀速圆周运动，则其角速度ω多大？电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流I为多大？(已知电子的质量为m，电荷量为e，静电力恒量用k表示)
解析：电子绕原子核运动的向心力是库仑力，因为＝mω2r，所以ω＝ ；其运动周期为T＝＝· ，其等效电流I＝＝ .
答案：
12．在α粒子散射实验中，根据α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离可以估算原子核的大小．现有一个α粒子以2.0×107 m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79，求该α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为ε＝k，α粒子质量为6.64×10－27 kg)．
解析：当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，则
mv2＝k，
d＝＝ m
＝2.7×10－14 m.
答案：2.7×10－14 m
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(共35张PPT)
第3章 原子世界探秘
第3章 原子世界探秘
汤姆生
球体
均匀
高速α粒子
α粒子
绝大多数
少数
超过
一个很小的核上
原子核
正电荷
电子
电子数
原子序数
10－15m
10－10m
预习导学·新知探究
梳理知识·夯实基础
多维课堂,师生互动
突破疑难·讲练提升
C
