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1、2原子的核式结构模型一、汤姆孙的原子模型一、汤姆孙的原子模型1.1.汤姆孙原子模型汤姆孙原子模型:汤姆孙于汤姆孙于18981898年提出了原子模型年提出了原子模型,他认为原子是一个他认为原子是一个_,_,_弥漫性地弥漫性地_在整个球体内在整个球体内,电子电子_其中其中,有人形象地把汤姆孙有人形象地把汤姆孙模型称为模型称为“西瓜模型西瓜模型”或或“_模型模型”。球体球体正电荷正电荷均匀分布均匀分布镶嵌镶嵌枣糕枣糕2.2.粒子散射实验粒子散射实验:(1)(1)实验装置。实验装置。粒子源粒子源金箔金箔荧光屏荧光屏放大镜放大镜(2)(2)实验现象。实验现象。_的的粒子穿过金箔后粒子穿过金箔后,基本上仍
2、沿基本上仍沿_的方向前进的方向前进;_粒子发生了粒子发生了_偏转偏转;偏转的角度甚至偏转的角度甚至_,_,它们几乎被它们几乎被“_”_”。(3)(3)实验意义实验意义:卢瑟福通过卢瑟福通过粒子散射实验粒子散射实验,否定了否定了汤姆孙的原子模型汤姆孙的原子模型,建立了建立了_模型。模型。绝大多数绝大多数原来原来少数少数大角度大角度大于大于9090撞了回来撞了回来核式结构核式结构二、卢瑟福的核式结构模型二、卢瑟福的核式结构模型1.1.核式结构模型核式结构模型:1911:1911年由卢瑟福提出年由卢瑟福提出,原子中带正电原子中带正电的部分体积很小的部分体积很小,但几乎占有全部但几乎占有全部_,_,电
3、子在正电体电子在正电体的外面的外面_。质量质量运动运动2.2.原子核的电荷与尺度原子核的电荷与尺度:原子序数原子序数质子质子中子中子A A1010-10-10m m1010-15-15m m【思考辨析思考辨析】1.1.粒子就是氦原子。粒子就是氦原子。()2.2.粒子带有一个单位的正电荷粒子带有一个单位的正电荷,质量为氢原子质量质量为氢原子质量的的2 2倍。倍。()3.3.粒子散射实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模粒子散射实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。型。()4.4.原子的质量全部集中在原子核上原子的质量全部集中在原子核上,原子中所有正电荷原子中所有正电荷都集中在原子核内。都集中在原子核内。()
4、5.5.原子核的电荷数等于核中的中子数。原子核的电荷数等于核中的中子数。()6.6.原子半径数量级是原子半径数量级是1010-10-10 m m。()提示提示:1.1.。粒子是氦原子的原子核。粒子是氦原子的原子核。2.2.。粒子带有两个单位的正电荷粒子带有两个单位的正电荷,质量为氢原子质质量为氢原子质量的量的4 4倍。倍。3.3.。粒子散射实验中个别粒子的大角度散射粒子散射实验中个别粒子的大角度散射,推翻推翻了汤姆孙的枣糕式原子模型。了汤姆孙的枣糕式原子模型。4.4.。原子的质量几乎全部集中在原子核上。原子的质量几乎全部集中在原子核上,核外还有核外还有电子。电子。5.5.。原子核的电荷数等于核
5、中的质子数。原子核的电荷数等于核中的质子数。6.6.。原子半径数量级是。原子半径数量级是1010-10-10 m,m,原子核半径数量级是原子核半径数量级是1010-15-15m m。知识点一知识点一粒子散射实验探究分析粒子散射实验探究分析探究导入探究导入:如图所示为如图所示为粒子散射的实验装置。粒子散射的实验装置。(1)(1)实验过程中实验过程中,粒子为什么会发生大角度散射粒子为什么会发生大角度散射?(2)(2)从从粒子的大角度散射情况粒子的大角度散射情况,可以推知原子是什么可以推知原子是什么样的结构样的结构?提示提示:(1)(1)粒子受到了很大的库仑力作用粒子受到了很大的库仑力作用,并且这种
6、库并且这种库仑力对仑力对粒子又不平衡粒子又不平衡,从而导致从而导致粒子发生大角度散粒子发生大角度散射。射。(2)(2)原子中间有一个很小的核原子中间有一个很小的核,电子在核外运动。电子在核外运动。【归纳总结归纳总结】1.1.实验背景实验背景:粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验的一个著名的物理实验,实验的目的是想验证汤姆孙原实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性子模型的正确性,实验结果却成了否定汤姆孙原子模型实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。在此基础上的有力证据。在此基础上,卢瑟福提出了原子核式结构卢瑟福提出了原子核式结构模型。模
7、型。2.2.否定汤姆孙的原子结构模型否定汤姆孙的原子结构模型:(1)(1)质量远小于原子的电子质量远小于原子的电子,对对粒子的运动影响完全粒子的运动影响完全可以忽略可以忽略,不应该发生大角度偏转。不应该发生大角度偏转。(2)(2)粒子在穿过原子时粒子在穿过原子时,受到各方向正电荷的斥力基受到各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡本上会相互平衡,对对粒子运动方向的影响不会很大粒子运动方向的影响不会很大,也不应该发生大角度偏转。也不应该发生大角度偏转。(3)(3)粒子的大角度偏转粒子的大角度偏转,否定汤姆孙的原子结构模型。否定汤姆孙的原子结构模型。3.3.大角度偏转的实验现象分析大角度偏转的实验现象分
8、析:(1)(1)由于电子质量远小于由于电子质量远小于粒子质量粒子质量,所以电子不可能所以电子不可能使使粒子发生大角度偏转。粒子发生大角度偏转。(2)(2)使使粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分。按照汤姆孙原子模型部分。按照汤姆孙原子模型,正电荷在原子内是均匀分正电荷在原子内是均匀分布的布的,粒子穿过原子时粒子穿过原子时,它受到的两侧斥力大部分抵它受到的两侧斥力大部分抵消消,因而也不可能使因而也不可能使粒子发生大角度偏转粒子发生大角度偏转,更不能使更不能使粒子反向弹回粒子反向弹回,这与这与粒子散射实验相矛盾。粒子散射实验相矛盾。(3)(3)实验现
9、象表明原子绝大部分是空的实验现象表明原子绝大部分是空的,原子的几乎全原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上核上,否则否则,粒子大角度散射是不可能的。粒子大角度散射是不可能的。4.4.原子的核式结构模型对原子的核式结构模型对粒子散射实验结果的解释粒子散射实验结果的解释:(1)(1)当当粒子穿过原子时粒子穿过原子时,如果离核较远如果离核较远,受到原子核的受到原子核的斥力很小斥力很小,粒子就像穿过粒子就像穿过“一片空地一片空地”一样一样,无遮无无遮无挡挡,运动方向改变很小。因为原子核很小运动方向改变很小。因为原子核很小,所以绝大多
10、所以绝大多数数粒子不发生偏转。粒子不发生偏转。(2)(2)只有当只有当粒子十分接近原子核穿过时粒子十分接近原子核穿过时,才受到很大才受到很大的库仑力作用的库仑力作用,发生大角度偏转发生大角度偏转,而这种机会很少而这种机会很少,所以所以有少数粒子发生了大角度偏转。有少数粒子发生了大角度偏转。(3)(3)如果如果粒子正对着原子核射来粒子正对着原子核射来,偏转角几乎达到偏转角几乎达到180,180,这种机会极少这种机会极少,如图所示如图所示,所以极少数粒子的偏所以极少数粒子的偏转角度甚至大于转角度甚至大于9090。【易错提醒易错提醒】(1)(1)粒子与原子核之间的万有引力远小于二者之间的粒子与原子核
11、之间的万有引力远小于二者之间的库仑斥力库仑斥力,因而可以忽略不计。因而可以忽略不计。(2)(2)在处理在处理粒子等微观粒子时一般不计重力。粒子等微观粒子时一般不计重力。【典题通关典题通关】考查角度考查角度1 1 粒子散射实验现象粒子散射实验现象【典例典例1 1】如图所示为卢瑟福如图所示为卢瑟福粒子散射实验装置的示粒子散射实验装置的示意图意图,图中的显微镜可在圆周轨道上转动图中的显微镜可在圆周轨道上转动,通过显微镜通过显微镜前相连的荧光屏可观察前相连的荧光屏可观察粒子在各个角度的散射情况。粒子在各个角度的散射情况。下列说法中正确的是下列说法中正确的是世纪金榜导学号世纪金榜导学号19892050(
12、19892050()A.A.在图中的在图中的A A、B B两位置分别进行观察两位置分别进行观察,相同时间内观察相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多到屏上的闪光次数一样多B.B.在图中的在图中的B B位置进行观察位置进行观察,屏上观察不到任何闪光屏上观察不到任何闪光C.C.卢瑟福选用不同金属箔片作为卢瑟福选用不同金属箔片作为粒子散射的靶粒子散射的靶,观察观察到的实验结果基本相似到的实验结果基本相似D.D.粒子发生散射的主要原因是粒子发生散射的主要原因是粒子撞击到金箔原粒子撞击到金箔原子后产生的反弹子后产生的反弹【解析解析】选选C C。粒子散射实验现象粒子散射实验现象:绝大多数绝大多数粒子粒子沿原
13、方向前进沿原方向前进,少数少数粒子有大角度散射粒子有大角度散射,所以所以A A处观察处观察到的粒子数多到的粒子数多,B,B处观察到的粒子数少处观察到的粒子数少,选项选项A A、B B错误错误;粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用作用,选项选项D D错误错误,C,C正确。正确。考查角度考查角度2 2 粒子散射实验中粒子散射实验中粒子的受力和能量粒子的受力和能量转化问题转化问题【典例典例2 2】如图所示如图所示,根据根据粒子散射实验粒子散射实验,卢瑟福提出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了原子的核式结构模型。图中虚线表
14、示原子核所形成的电场的等势线的电场的等势线,实线表示一个实线表示一个粒子的运动轨迹。在粒子的运动轨迹。在粒子从粒子从a a运动到运动到b b、再运动到、再运动到c c的过程中的过程中,下列说法中下列说法中正确的是正确的是()世纪金榜导学号世纪金榜导学号1989205119892051A.A.动能先增大动能先增大,后减小后减小B.B.电势能先减小电势能先减小,后增大后增大C.C.电场力先做负功电场力先做负功,后做正功后做正功,总功等于零总功等于零D.D.加速度先变小加速度先变小,后变大后变大【解析解析】选选C C。粒子从粒子从a a到到b b电场力做负功电场力做负功,速度减小速度减小,动能减小动
15、能减小,电势能增大。从电势能增大。从b b到到c c电场力做正功电场力做正功,粒子粒子的速度增大的速度增大,动能增大动能增大,电势能减小电势能减小,加速度应先变大加速度应先变大,后变小。正确选项应为后变小。正确选项应为C C。【规律方法规律方法】粒子散射实验中常用的规律粒子散射实验中常用的规律(1)(1)库仑定律库仑定律F=:F=:用来分析用来分析粒子和原子核间的相粒子和原子核间的相互作用力。互作用力。(2)(2)牛顿第二定律牛顿第二定律:该实验中该实验中粒子只受库仑力粒子只受库仑力,可根据可根据库仑力的变化分析加速度的变化。库仑力的变化分析加速度的变化。(3)(3)功能关系功能关系:根据库仑
16、力做功可分析电势能的变化根据库仑力做功可分析电势能的变化,也也可分析动能的变化。可分析动能的变化。(4)(4)原子核带正电原子核带正电,其周围的电场相当于正点电荷的电其周围的电场相当于正点电荷的电场场,注意应用其电场线和等势面的特点。注意应用其电场线和等势面的特点。【过关训练过关训练】1.X1.X表示金原子核表示金原子核,粒子射向金核被散射粒子射向金核被散射,若它们入射若它们入射时的动能相同时的动能相同,其偏转轨道可能是图中的其偏转轨道可能是图中的()【解析解析】选选D D。粒子离金核越远其所受斥力越小粒子离金核越远其所受斥力越小,轨轨道弯曲程度就越小道弯曲程度就越小,故选项故选项D D正确。
17、正确。2.(2.(多选多选)卢瑟福对卢瑟福对粒子散射实验的解释是粒子散射实验的解释是()A.A.使使粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对粒粒子的作用力子的作用力B.B.使使粒子产生偏转的力是库仑力粒子产生偏转的力是库仑力C.C.原子核很小原子核很小,粒子接近它的机会很小粒子接近它的机会很小,所以绝大多所以绝大多数的数的粒子仍沿原来的方向前进粒子仍沿原来的方向前进D.D.能产生大角度偏转的能产生大角度偏转的粒子是穿过原子时离原子核粒子是穿过原子时离原子核近的近的粒子粒子【解析解析】选选B B、C C、D D。原子核带正电。原子核带正电,与与粒子之间存粒子之间存
18、在库仑力在库仑力,当当粒子靠近原子核时受库仑力而偏转粒子靠近原子核时受库仑力而偏转,电电子对它的影响可忽略子对它的影响可忽略,故故A A错误错误,B,B正确正确;由于原子核非常由于原子核非常小小,绝大多数粒子经过时离核较远绝大多数粒子经过时离核较远,因而运动方向几乎因而运动方向几乎不变不变,只有离核很近的只有离核很近的粒子受到的库仑力较大粒子受到的库仑力较大,方向方向改变较多改变较多,故故C C、D D正确。正确。【补偿训练补偿训练】1.1.如图所示是如图所示是粒子被重核散射时的运动轨迹粒子被重核散射时的运动轨迹,其中不可能存在的轨迹是其中不可能存在的轨迹是()A.aA.aB.bB.bC.cC
19、.cD.dD.d【解析解析】选选C C。根据。根据粒子散射实验现象的解释粒子散射实验现象的解释,离核离核越近偏转越明显越近偏转越明显,C,C轨迹离核较远轨迹离核较远,应该偏转很少应该偏转很少,故正故正确答案为确答案为C C项。项。2.2.当当粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中,下列说下列说法正确的是法正确的是()A.A.粒子先受到原子核的斥力作用粒子先受到原子核的斥力作用,后受原子核的引力后受原子核的引力作用作用B.B.粒子一直受到原子核的斥力作用粒子一直受到原子核的斥力作用C.C.粒子先受到原子核的引力作用粒子先受到原子核的引力作用,后受到原子核的斥后受到原
20、子核的斥力作用力作用D.D.粒子一直受到库仑斥力粒子一直受到库仑斥力,速度一直减小速度一直减小【解析解析】选选B B。粒子与金原子核带同种电荷粒子与金原子核带同种电荷,两者相两者相互排斥互排斥,故故A A、C C错误错误,B,B正确正确;粒子在靠近金原子核时粒子在靠近金原子核时斥力做负功斥力做负功,速度减小速度减小,远离时做正功远离时做正功,速度增大速度增大,故故D D错错误。误。知识点二原子的核式结构模型与原子核的组成知识点二原子的核式结构模型与原子核的组成探究导入探究导入:如图所示为原子核式结构模型的如图所示为原子核式结构模型的粒子散射图景。粒子散射图景。(1)(1)为什么绝大多数的为什么
21、绝大多数的粒子穿过金箔后粒子穿过金箔后,基本上仍沿基本上仍沿原来运动方向前进原来运动方向前进?(2)(2)为什么少数的为什么少数的粒子穿过金箔后粒子穿过金箔后,发生了大角度的发生了大角度的偏转偏转?提示提示:(1)(1)因为原子核很小因为原子核很小,所以绝大多数所以绝大多数粒子穿过原粒子穿过原子时子时,离核较远离核较远,受到原子核的斥力很小受到原子核的斥力很小,基本上仍沿原基本上仍沿原来运动方向前进。来运动方向前进。(2)(2)少数少数粒子十分接近原子核穿过时粒子十分接近原子核穿过时,才受到很大的才受到很大的库仑力作用库仑力作用,发生大角度偏转。发生大角度偏转。【归纳总结归纳总结】1.1.理解
22、建立核式结构模型的要点理解建立核式结构模型的要点:(1)(1)核外电子不会使核外电子不会使粒子的速度发生明显改变。粒子的速度发生明显改变。(2)(2)汤姆孙模型不能解释汤姆孙模型不能解释粒子的大角度散射。粒子的大角度散射。(3)(3)少数少数粒子发生了大角度偏转粒子发生了大角度偏转,甚至反弹回来甚至反弹回来,表明表明这些这些粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用。均比它本身大得多的物体的作用。(4)(4)绝大多数绝大多数粒子在穿过金原子层时运动方向没有明粒子在穿过金原子层时运动方向没有明显变化显变化,说明原子中绝大多数部分是
23、空的。原子的质量说明原子中绝大多数部分是空的。原子的质量电荷量都集中在体积很小的核上。电荷量都集中在体积很小的核上。2.2.原子的核式结构与原子的枣糕模型的对比原子的核式结构与原子的枣糕模型的对比:核式结构核式结构枣糕模型枣糕模型原子内部是非常空旷的原子内部是非常空旷的,正正电荷集中在一个很小的核里电荷集中在一个很小的核里原子是充满了正电荷的原子是充满了正电荷的球体球体电子绕核高速旋转电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体电子均匀嵌在原子球体内内3.3.原子内的电荷关系原子内的电荷关系:原子核的电荷数与核外的电子数原子核的电荷数与核外的电子数相等相等,非常接近原子序数。非常接近原子序数。4.4.
24、原子核的组成原子核的组成:原子核由质子和中子组成原子核由质子和中子组成,原子核的原子核的电荷数等于原子核的质子数。电荷数等于原子核的质子数。5.5.原子核的大小原子核的大小:原子的半径数量级为原子的半径数量级为1010-10-10 m,m,原子核原子核半径的数量级为半径的数量级为1010-15-15 m,m,原子核的半径只相当于原子半原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一径的十万分之一,体积只相当于原子体积的体积只相当于原子体积的1010-15-15。【典题通关典题通关】【典例典例】(多选多选)关于原子核式结构理论说法正确的关于原子核式结构理论说法正确的是是()世纪金榜导学号世纪金榜导学号1
25、989205219892052A.A.是通过发现电子现象得出来的是通过发现电子现象得出来的B.B.原子的中心有个核原子的中心有个核,叫作原子核叫作原子核C.C.原子的正电荷均匀分布在整个原子中原子的正电荷均匀分布在整个原子中D.D.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在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里里,带负电的电子在核外旋转带负电的电子在核外旋转【解析解析】选选B B、D D。原子的核式结构模型是在。原子的核式结构模型是在粒子的粒子的散射实验结果的基础上提出的散射实验结果的基础上提出的,A,A错误。原子中绝大部错误。原子中绝大部分是空的分是空的,带正电的部分集中在原子中心
26、一个很小的范带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围围,称为原子核称为原子核,B,B正确正确,C,C错误。原子核集中了原子全部错误。原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量正电荷和几乎全部质量,带负电的电子在核外旋转带负电的电子在核外旋转,D,D正正确。确。【过关训练过关训练】1.1.不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是是()A.A.原子中心有一个很小的原子核原子中心有一个很小的原子核B.B.原子核是由质子和中子组成的原子核是由质子和中子组成的C.C.原子质量几乎全部集中在原子核内原子质量几乎全部集中在原子核内D.D.原子的正电荷全部集中在原子核内原子
27、的正电荷全部集中在原子核内【解析解析】选选B B。卢瑟福原子核式结构模型是原子全部正。卢瑟福原子核式结构模型是原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子内部一个很小的核电荷和几乎全部质量都集中在原子内部一个很小的核上上,带负电的电子绕原子核高速旋转带负电的电子绕原子核高速旋转,质量几乎忽略不质量几乎忽略不计计,所以可以得出选项所以可以得出选项A A、C C、D,D,对于原子核是由质子和对于原子核是由质子和中子组成的结论是涉及原子核的结构中子组成的结论是涉及原子核的结构,与核式结构无关与核式结构无关,核式结构说的是原子结构核式结构说的是原子结构,不是原子核结构不是原子核结构,选项选项B B错。错。
28、2.(2.(多选多选)(2018)(2018汕头高二检测汕头高二检测)关于原子的核式结构关于原子的核式结构模型模型,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.A.原子中绝大部分是原子中绝大部分是“空空”的的,原子核很小原子核很小B.B.电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力力C.C.原子的全部电荷和质量都集中在原子核里原子的全部电荷和质量都集中在原子核里D.D.原子核的直径的数量级是原子核的直径的数量级是1010-10-10 m m【解析解析】选选A A、B B。因为原子的全部正电荷和几乎全部。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
29、质量都集中在原子核内,而原子核又很小而原子核又很小,所以原子内所以原子内绝大部分区域是绝大部分区域是“空空”的的,A,A正确正确,C,C错误错误;电子绕原子核电子绕原子核做圆周运动时做圆周运动时,原子核与电子间的库仑引力提供向心力原子核与电子间的库仑引力提供向心力,B,B正确正确;原子核直径的数量级是原子核直径的数量级是1010-15-15 m,m,原子直径的数原子直径的数量级是量级是1010-10-10 m,D m,D错误。错误。【补偿训练补偿训练】卢瑟福预想到原子核内除质子外卢瑟福预想到原子核内除质子外,还有中子的事实依据还有中子的事实依据是是()A.A.电子数与质子数相等电子数与质子数相
30、等B.B.原子核的质量大约是质子质量的整数倍原子核的质量大约是质子质量的整数倍C.C.原子核的核电荷数比其质量数小原子核的核电荷数比其质量数小D.D.质子和中子的质量几乎相等质子和中子的质量几乎相等【解析解析】选选C C。原子核如果只是由质子组成。原子核如果只是由质子组成,那么核的那么核的质量与质子质量的比值质量与质子质量的比值(即质量数即质量数)应该与核的电荷与应该与核的电荷与质子的电荷的比值质子的电荷的比值(即电荷数即电荷数)相等相等,但原子核的核电荷但原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些数只是质量数的一半或少一些,所以所以,原子核内除了质原子核内除了质子子,还可能有一种质量与质子质量相等、但不带电的中还可能有一种质量与质子质量相等、但不带电的中性粒子性粒子,即中子。即中子。