3.2 原子的结构 学案（粤教版选修3-5）

3.2 原子的结构 学案
【学习目标】
（1）了解原子结构建立的历史过程及各种模型建立的依据。
（2）知道α粒子散射实验的方法和现象，及原子核式结构模型的主要内容。
【学习重点】
理解α粒子散射实验及原子的核式结构模型。
【知识要点】
1．汤姆生的葡萄干布丁模型
电子的发现，说明原子可以再分割。在此基础上，汤姆生建立了较有影响的“葡萄干布丁”也叫“枣糕模型”——原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里．
2．粒子散射实验
1909-1911年卢瑟福指导其助手用粒子散射实验否定了汤姆生的原子模型，提出了原子的核式结构模型。
3.原子核式结构模型的提出
原子中心有一个极小的核，叫原子核，原子核集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转。
原子核半径的数量级为10-15m，原子半径的数量级是10-10 m。所以原子核的半径约为原子半径的十万分之一。这里突出了原子核是很小的，原子内部是很空的。
4“模型”与“结构”
模型并不是真实情况的精确复制品，至今为止，我们还无法用肉眼去观测原子的内部结构，只能通过推测去建立模型，正确的模型在一定程度上是原子的内部结构的真实写照，但是很难说是精确的．在建立模型的过程中，常常会忽略一些次要的因素．进行简化，只是留下一些能够反映原物本质的主要因素．但是太阳系的行星结构则不同，我们观察得到，并且我们可以完全确定某一时刻太阳系的行星所处的准确位置．
【问题探究】
问题1：a粒子散射实验中为什么选用金箔？
解答：（1）金的延展性好，容易做成和很薄的箔，实验用的金箔厚度大约是10-7m；（2）金原子到的正电荷多，与a粒子间的库仑力大；（3）金原子质量大约是a粒子质量的50倍，因而惯性大，a粒子运动状态容易改变。
问题2：粒子的散射实验是怎么做的
粒子散射实验的装置，可根据课本上的示意图来讲述，主要由放射源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘几部分组成。实验的做法．课文中写得比较简明，重点应指出荧光屏和放大镜能够围绕金箔在一个圆周上转动，从而可以观察到穿过金箔后偏转角度不同的粒子数。
问题3：粒子的散射实验结果是什么
实验结果用“绝大多数”、“少数”和“极少数”这样的数量形容词来描述。绝大多数穿过金箔后仍沿原来的方向前进；少数发生了大角度偏转；极少数甚至被弹回。卢瑟福的原子核式结构模型就是在分析了如上情况后建立起来的。
【疑难解析】
对实验结果的分析应着重注意如下几点：
a．电子不可能使粒子发生大角度散射。粒子跟电子碰撞过程中，两者动量的变化量相等。由于粒子的质量是电子质量的7 300倍，在碰撞前后，质量大的粒子速度几乎不变，而质量小的电子速度要发生改变。因此，粒子与电子正碰时，不会出现被反弹回来的现象。即使发生非对心碰撞时，粒子也不会有大角度的偏转。
b．按照汤姆生的原子模型，正电荷在原子内部均匀地分布，粒子穿过原子时，由于粒子两侧正电荷对它的斥力有相当大一部分互相抵消，使粒子偏转的力也不会很大。粒子的大角度散射现象，说明了葡萄干布丁模型不符合原子结构的实际情况。
c．实验中发现少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些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。
d．金箔的厚度大约是1 m m，金原子的直径大约是3×10-10m。绝大多数粒子在穿过金箔时，相当于穿过几千个金原子的厚度，但它们的运动方向却没有发生明显的变化，这个现象表明了粒子在穿过时基本上没有受到力的作用，说明原子中的绝大部分是空的，原子的质量和电量都集中在体积很小的核上。
【典型例题】
例1．下列有关卢瑟福a粒子散射实验的结论正确的是：( )
A、证明了质子的存在21世纪教育网
B、证明了原子核是由质子和中子组成的
C、说明了原子核的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上
D、说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动21世纪教育网
解析：卢瑟福的“粒子散射实验彻底否定了汤姆生的原子模型，为核式结构学说奠定了实验基础，这个实验事实说明原子中心有个很小的核，它集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，除此之外不能说明其他问题，利用此实验结果判断，A、B、D均错，只有C正确．
例2．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.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B.正电荷在原子中是均匀分布的
C.原子中存在着带负电的电子
D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中
解析：α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了较大偏转．这说明了这些α粒子受到很大的库伦力，施力物体应是体积甚小的带电实体。根据碰撞知识，我们知道只有质量非常小的轻球与质量非常大的物体发生碰撞时，较小的球才被弹回去，这说明被反弹回去的α粒子碰上了质量比它大得多的物质实体，即集中了全部质量和正电荷的原子核．答案：A
例3．关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是 （ ）
A．绝大多数α粒子经过重金属箔后，发生了角度不太大的偏转
B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少
C．α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能增大
D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小
解析：“由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转”。故选项A错误。
用极端法，设α粒子在向重金属核射去，α粒子接近核时，克服电场力做功．其动能减小，势能增加；当α粒子远离原子核时，电场力做功，其动能增加，势能减小，故选项B、C是错误的。答案：D
【当堂反馈】
1．卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是 （ ） 21世纪教育网
A．解释α 粒子散射现象
B．用α 粒子散射的实验数据估算原子核的大小
C．结合经典电磁理论，解释原子的稳定性
D．结合经典电磁理论，解释氢原子光谱
2．关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有（ ）
A．它彻底否定了经典的电磁理论 B．它发展了卢瑟福的核式结构学说
C．它完全抛弃了经典的电磁理论 D．它引入了普朗克的量子观念
3．（06沪九校）、右图为卢瑟福和他的同事们做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，下述说法中正确的是（ ）
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
4.卢瑟福提出原子核式结构学说的根据是在用α粒子轰击金箔的实验中,发现粒子( ).
(A)全部穿过或发生很小的偏转
(B)全部发生很大的偏转
(C)绝大多数穿过,只有少数发生很大偏转,甚至极少数被弹回
(D)绝大多数发生偏转,甚至被掸回
5.当α粒子被重核散射时,如图所示的运动轨迹中不可能存在的是( )
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-直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加
(D)α粒子发生散射,是与电子碰撞的结果
7.玻尔的原子模型在解释原子的下列问题时,与卢瑟福的核式结构学说观点不同的是( ).[来源:21世纪教育网]
(A)电子绕核运动的向心力,就是电子与核之间的静电引力
(B)电子只能在一些不连续的轨道上运动
(C)电子在不同轨道上运动时的能量不同
(D)电子在不同轨道上运动时的静电引力不同
8.卢瑟福的实验证明,两个原子核之间的斥力,在它们之间距离小到1014m时,还遵守库仑定律.试求两质子在相距10-14m时的加速度.已知质子的质量是1.67×10-27kg.
9.α粒子质量为6.68×10-27kg,以速度v=2.0×107m／s轰击金箔后,速度方向偏转了180°.试求粒子与金原子核最接近时,所具有的电势能(以α粒子远离金原子核时的电势能为零).21世纪教育网
10．如图是原子的核式结构模型。下面平面示意图中的四条线表示α粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条α粒子的运动轨迹。
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【参考答案】
1．AB 2．BD 3．ABD 4、C 5、BC 6、A 7、B
8、m/s2 9、J 10．α粒子散射，图略
【反思】
收获[来源:21世纪教育网]
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