1、第第 2 2 节节 原子的核式结构模型原子的核式结构模型 核心 素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.了解 粒子散射实验的实验装 置、实验原理和实验现象。 2.理解卢瑟福的原子核式结构模 型。 3.知道原子和原子核大小的数量 级。 用卢瑟福的原子 核式结构模型解 释 粒子散射实验 的实验现象。 领会卢瑟福 粒 子散射实验的科 学方法，培养学 生的抽象思维能 力和想象力。 知识点一 粒子散射实验 观图助学 如图所示，汤姆孙的“葡萄干面包”原子模型认为，原子带正电的部分充斥整个 原子， 很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置。 已知电子的质量不到 粒子 的 1 7 000， 当 粒子与电子
2、相互作用时， 粒子的运动方向会发生明显的变化吗？ 1.实验装置 2.实验方法 在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋(Po)，它发出的 粒子从铅盒的小孔射 出， 形成很细的一束射线， 射到金箔上。 粒子穿过金箔后， 打到环形荧光屏上， 产生一个个闪烁的光点，这些光点可用显微镜观察到。 3.实验结果 绝大多数 粒子穿过金箔后， 仍沿原来的方向前进， 但有少数 粒子发生了较大 的偏转，有极少数 粒子偏转角超过了 90 ，有的甚至被原路弹回， 粒子被反 射回来的概率有 1 8 000。 思考判断 (1) 粒子大角度的偏转是电子造成的。() (2) 粒子散射实验中，绝大多数 粒子不能穿过金箔。() (3
3、) 粒子散射实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。() 为了避免气体分子对实验的影响，该实验要在真空的环境中进行。 该实验之所以选择用 粒子轰击金箔， 是因为金具有很好的延展性， 可以做成很 薄的箔，以及金原子核质量大。 不同方向上 粒子的多少是通过荧光屏上光点的数目判断的。 知识点二 卢瑟福原子模型 1.核式结构模型 (1)原子内部有一个很小的核，称为原子核，原子的全部正电荷及几乎全部的质 量都集中在原子核内，电子在原子核外面运动。 (2)原子核式结构模型又被称为行星模型。 2.原子的大小 (1)原子直径数量级：10 10_m。 (2)原子核直径数量级：10 15_m。 思考判断 (1)卢瑟福的
4、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。() (2)原子的核式结构认为， 粒子散射试验中， 原子核使粒子发生了大角度偏转。 () (3)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷。() 原子核的直径只相当于原子直径的十万分之一，所以用 粒子轰击金箔时， 粒 子与金原子原子核相撞的机会很小。 核心要点 对 粒子散射实验的理解与分析 问题探究 如图所示为 1909 年英籍新西兰物理学家卢瑟福及盖革进行 粒子散射实验的实 验装置。 (1)实验装置中各部件的作用是什么？ (2)少数 粒子发生大角度散射是因为与电子的相互作用吗？ 答案 (1) 粒子源：把放射性元素钋放在
5、带小孔的铅盒中，放射出高能的 粒 子。 带荧光屏的放大镜：观察 粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光。 金箔：阻挡 粒子。 (2)不是电子的质量很小，不到 粒子的 1 7 000，与 粒子发生作用时不会使 粒 子的运动方向发生大角度的改变。 探究归纳 1.实验背景 粒子散射实验是卢瑟福和他的合作者做的一个著名的物理实验，实验的目的是 想证实汤姆孙原子模型的正确性， 实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证 据。在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。 2.实验现象 (1)绝大多数的 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。 (2)少数 粒子发生较大的偏转。 (3)极少数 粒子偏转角度超过 90 ，有的甚
6、至被原路弹回。 3. 粒子散射实验对汤姆孙原子模型的否定 根据汤姆孙原子结构模型， 粒子穿过金箔后偏离原来方向的角度应该很小，因 为 (1)电子的质量很小，不到 粒子的 1 7 000， 粒子碰到它，就像飞行着的子弹碰 到一粒尘埃一样，运动方向不会发生明显的改变。 (2)当 粒子在原子的外面时，由于原子呈电中性，而且是球形对称分布，原子 对 粒子没有作用力， 粒子运动方向不会发生明显的改变。 (3)当 粒子接近原子或进入原子内部时，由于正电荷均匀分布在整个原子球体 中，越靠近球心，其受到的电场力 越小， 粒子也不应发生大角度的散射。 所以汤姆孙原子结构模型无法解释 粒子的大角度散射现象。 经典
7、示例 例 1 (多选)如图为卢瑟福所做的 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，下列说法中正确的是( ) A.相同时间内在 A 时观察到屏上的闪光次数最多 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 D.放在 C、 D 位置时屏上仍能观察到一些闪光， 只是在 D 处观察到的闪光次数比 在 C 处还要少 解析 在卢瑟福 粒子散射实验中， 粒子穿过金箔后，绝大多数 粒子仍沿原 来的方向前进，故 A 正确；少数 粒子发生大角度偏转，极少数粒子偏转角 度大于 90 ，极个别 粒子反弹回
8、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 错误，C、D 正确。 答案 ACD 针对训练 1 (多选)关于 粒子散射实验，下列说法正确的是( ) A.该实验在真空环境中进行 B.荧光屏上的闪光是散射的 粒子打在荧光屏上形成的 C.荧光屏只有正对 粒子源发出的射线方向上才有闪光 D.不用荧光屏也可用显微镜直接观察 粒子散射情况 解析 对于 C 项，考虑到有少数的 粒子因为靠近金原子核，受到斥力而改变 了运动方向，C 错误，A、B 正确； 粒子必须借助于荧光屏观察，D 错误。 答案 AB 核心要点 原子核式结构模型 问题探究 如图所示为原子核式结构模
9、型的 粒子散射图景。 (1)为什么绝大多数的 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来运动方向前进？ (2)为什么少数的 粒子穿过金箔后，发生了大角度的偏转？ 探究归纳 1.原子的核式结构模型与原子的葡萄干面包模型的对比 核式结构模型 葡萄干面包模型 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，等于原子序数。 3.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 1015 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、 10 15。 4.原子的核式结构模型对 粒子散射实验结果的解释 按照原子的核式结构模型， 粒子穿过原子时，电子对 粒子运动的影响很小， 影响 粒子运动的主要因素是原子核。 (1)当 粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小， 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 粒子不发生偏转。 (2)只有当 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 粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到 180 ，这种机会极少。 经典示例 例 2 在卢瑟福 粒子散射实验中，只有少数 粒子发生了大角度偏转，其
11、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 解析 原子的核式结构正是建立在 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。 答案 A 针对训练 2 (多选)关于原子核式结构理论说法正确的是( ) 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 粒子的散射实验结果的基础上提出的， A 错误
12、； 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。 答案 BD 1.(两种原子模型的认识)人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名 的是葡萄干面包模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。下列说法中 正确的是( ) A. 粒子散射实验与葡萄干面包模型和核式结构模型的建立无关 B.科学家通过粒子散射实验否定了葡萄干面包模型，建立了核式结构模型 C.科学家通过 粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了葡萄干面包模型 D.科学家通过 粒子散射实验否定了葡萄干面包
13、模型和核式结构模型 解析 粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了葡萄干 面包模型，建立了核式结构模型。 答案 B 2.(对 粒子散射实验的认识)(多选)关于 粒子散射实验，下列说法正确的是 ( ) A.在实验中，观察到的现象是：绝大多数 粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前 进，极少数发生了较大角度的偏转 B.使 粒子发生明显偏转的力来自带正电的核和核外电子，当 粒子接近核时， 是核的斥力使 粒子发生明显偏转； 当 粒子接近电子时， 是电子的吸引力使之 发生明显偏转 C.实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分 D.实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和全
14、部原子的质量 解析 在 粒子散射实验中， 绝大多数 粒子沿原方向运动， 说明 粒子未受到 原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是 空的，故 A、C 正确；极少数发生大角度偏转，说明受到金原子核明显作用力的 空间在原子内很小， 粒子偏转，而金原子核未动，说明金原子核的质量和电荷 量远大于 粒子的质量和电荷量， 电子的质量远小于 粒子， 粒子打在电子上， 粒子不会有明显偏转，故 B、D 错误。 答案 AC 3.(对 粒子散射实验的理解)X 表示金原子核， 粒子射向金核被散射，若它们 入射时的动能相同，其偏转轨道可能是下图中的( ) 解析 粒子离金原子核越远，其所受斥力越小，轨道弯曲程度就越小，故选项 D 正确。 答案 D 4.(原子的核式结构模型)粒子散射实验中，粒子经过某一原子核附近时的两 种径迹如图所示。虚线为原子核的等势面，粒子以相同的速率经过电场中的 A 处后，沿不同的径迹 1 和 2 运动，由径迹不能断定的是( ) A.原子核带正电 B.整个原子空间都弥漫着带正电的物质 C.粒子在径迹 1 中的动能先减小后增大 D.经过 B、C 两点，两粒子的速率相等 解析 两个径迹都显示 粒子受到的是斥力， 所以原子核带正电。 粒子在径迹1、 2 中原子核对它们先做负功，后做正功，动能先减小，后增大。同一等势面，势 能相同，动能变化量也相同。 答案 B