高中物理人教版选修3-5 自主复习学案 第十八章 第二节　原子的核式结构模型 Word版含解析

第二节　原子的核式结构模型
『判一判』
(1)汤姆孙的枣糕式模型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。(√)
(2)α粒子散射实验中绝大多数α粒子都发生了较大偏转。(×)
(3)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动。(√)
(4)原子核的电荷数等于核中的中子数。(×)
(5)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷。(√)
『选一选』
(2020·吉林省实验中学高二下学期期中)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(　C　)
解析：根据α粒子散射实验的现象可知，选C。
『想一想』
有人认为α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到了金箔原子上，好像两个玻璃球的碰撞一样发生的反弹，这种观点正确吗？
答案：不正确
解析：α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，在微观领域库仑斥力非常强大，二者无法碰在一起。
课内互动探究
细研深究·破疑解难·萃取精华
探究?
α粒子散射实验
┃┃思考讨论1__■
如图所示为α粒子散射的实验装置。实验过程中，α粒子为什么会发生大角度散射？
提示：α粒子受到原子核的库仑力
┃┃归纳总结__■
1．α粒子的散射实验否定了汤姆孙的原子模型
(1)α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，α粒子不会发生偏转。
(2)α粒子正对着电子射来，质量远小于α粒子的电子不可能使α粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹。
2．原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释
(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，α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。
特别提醒
(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)α粒子并没有与金原子核直接发生碰撞，偏转的原因是库仑斥力影响的结果。
┃┃典例剖析__■
　典例1　如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。下列说法中正确的是(　C　)
A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多
B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹
解题指导：以“α粒子散射实验”的现象和核式结构模型入手解答。
解析：放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数粒子基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数极少，说明极少粒子发生大角度偏折，故B错误；选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；主要原因是α粒子接近金原子后，因库仑力作用，且质量较大，从而出现的反弹，故D错误。
┃┃对点训练__■
1．(2020·福建省永安一中、德化一中、漳平一中高二下学期联考)图示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是(　C　)
A．M点　
B．N点
C．P点　
D．Q点
解析：α粒子与重金属原子核之间的库仑力提供α粒子的加速度，方向沿α粒子与原子核的连线且指向α粒子，则四个选项中只有P点处的加速度方向符合实际，故C项正确。
探究?
原子的核式结构模型与原子核的组成
┃┃思考讨论2__■
人们对原子结构的认识经历了几个不同的阶段，其中有：
人们对原子结构认识的先后顺序排列是怎样的？
提示：BCAD
解析：人们对原子结构的认识先后经历了汤姆孙模型、卢瑟福模型、玻尔模型、电子云模型。
┃┃归纳总结__■
1．原子的核式结构与原子的枣糕模型的对比
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．原子核的大小
原子的半径数量级为10－10
m，原子核半径的数量级为10－15
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10－15。
┃┃典例剖析__■
　典例2　(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10－10
m
解题指导：正确理解卢瑟福原子核式结构模型是解题关键。
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的库仑引力提供向心力，B正确；原子核直径的数量级是10－15
m，原子直径的数量级是10－10
m，D错误。
┃┃对点训练__■
2．下列关于原子核式结构理论说法正确的是(　BD　)
A．是通过发现电子现象得出来的
B．原子的中心有个核，叫作原子核
C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
D．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外旋转
解析：原子的核式结构模型是在α粒子的散射实验结果的基础上提出的，A错误。原子中绝大部分是空的，带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核，B正确，C错误。原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外旋转，D正确。
核心素养提升
易错警示·以题说法·启智培优
α粒子散射过程中的受力及能量转化情况
1．α粒子的受力情况
α粒子与原子核间的作用力是库仑斥力F＝。
α粒子离原子核越近，库仑力越大，运动加速度越大；反之，则越小。
方向：α粒子的受力沿原子核与α粒子的连线，由原子核指向α粒子。
2．库仑力对α粒子的做功情况
(1)当α粒子靠近原子核时，库仑力做负功，电势能增加。
(2)当α粒子远离原子核时，库仑力做正功，电势能减小。
3．α粒子的能量转化情况
仅有库仑力做功，能量只在电势能和动能之间相互转化，而总能量保持不变。
案例　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Ep＝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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