2.2原子的核式结构模型 学案(2020年教科版高中物理选修3-5)

2.2原子的核式结构模型学案（2020年教科

版高中物理选修3-5）

2原子的核式结构模型原子的核式结构模型学科素养与目标要求物理观念

1.知道汤姆孙的原子结构模型.

2.了解粒子散射实验的原理.现象和结论.

3.知道原子核式结构模型的内容和意义.科学思维

1.领会卢瑟福原子核式结构实验的科学方法，培养抽象思维能力和想象能力.

2.利用动力学观点与方法分析粒子运动情形与轨迹.

3.利用能量观点分析计算库仑力对粒子做功情况.

一.汤姆孙的原子模型汤姆孙假想正电荷构成一个密度均匀的球体，电子“浸浮”其中，并分布在一些特定的同心圆环或球壳上，如图1所示.图1汤姆孙的原子模型被称为枣糕模型.该模型能解释一些实验现象，但后来被粒子散射实验否定了.

二.粒子散射实验

1.实验装置1放射源钋放在带小孔的铅盒中，能放射粒子.粒子带正电，q2e，质量约为氢原子的4倍，射出速度可达107m/s.2探测器能够围绕金箔在水平面内转动，粒子打在探测器上会发出荧光.

2.实验结果绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进或只发生很小的偏转，但有些粒子发生了较大的偏转，大约18000的粒子偏转角度超过了90，个别的甚至接近180.

三.原子的核式结构模型

1.核式结构模型1911年由卢瑟福提出.在原子中间有一个体积很小.带正电荷的核，而电子在核外绕核运动.原子核虽小，但几乎集中了原子的所有质量，对于中性原子，所有电子带的负电荷之和等于原子核所带的正电荷.

2.原子核的尺度原子核的直径约为1015m，只有原子直径的1100000.

四.原子的核式结构模型与经典理论的矛盾卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了粒子散射实验，但是，经典的物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子发光频谱的分立特征.

1.判断下列说法的正误.1汤姆孙的枣糕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粒子散射实验证实了汤姆孙的原子枣糕模型.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，所以内部分空旷.

2.多选卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是

A.解释粒子散射现象

B.用粒子散射的实验数据估算原子核的大小

C.卢瑟福通过粒子散射实验证明了在原子核内部存在质子

D.卢瑟福通过粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组

成的答案AB解析粒子散射实验现象与汤姆孙的枣糕模型相矛盾，卢瑟福的原子核式结构模型合理解释了该实验现象，并通过实验

数据估算出了原子核的直径的数量级为1015m，

A.B正确；卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子是由原子核和核外电子组成的，但不能证明原子核是由质子和中子组成的，

故

C.D错误.

一.对粒子散射实验的理解与分析如图所示为1909年英籍新

西兰物理学家卢瑟福及盖革等进行粒子散射实验的实验装置，阅

读课本，回答以下问题1实验装置中各部件的作用是什么实验过

程是怎样的2实验现象如何3少数粒子发生大角度散射的原因是

什么答案1粒子源把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出

高能的粒子.可移动探测器观察粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光.实验过程粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对粒子有库仑力的作用，一些粒子

会改变原来的运动方向.探测器可以沿题图中虚线转动，以统计向不同方向散射的粒子的数目.2粒子散射实验的实验现象绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进或只发生很小的偏转，但

有少数粒子发生了较大的偏转，偏转的角度大于90，个别的甚至

接近180.3粒子带正电，粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射.

1.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，有的几乎达到180.

2.实验现象的分析1核外电子不会使粒子的速度发生明显改变.2汤姆孙的原子模型不能解释粒子的大角度散射.3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比它本身大得多的物质的作用.4绝大多数粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内.例1多选xx济南一中高二期中卢瑟福和他的学生用粒子轰击不同的金属，并同时进行观测，经过大量的实验，最终确定了原子的核式结构.如图2为该实验的装置，其中荧光屏能随显微镜在图中的圆面内转动.当用粒子轰击金箔时，在不同位置进行观测，如果观测的时间相同，则下列说法正确的是图2

A.在1处看到的闪光次数最多

B.2处的闪光次数比4处多

C.3和4处没有闪光

D.4处有闪光但次数极少答案ABD解析在粒子散射实验中，粒子穿过金箔后，绝大多数粒子仍沿原来的方向前进，则在1处看

到的闪光次数最多，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，极个别粒子被反弹回来，在

2.3.4位置观察到的闪光次数依次减少，故C错误，

B.D正确.解决这类问题的关键是理解并熟记以下两点1明确实验装置的组成及各部分的作用.2弄清实验现象，知道“绝大多数”“少数”和“极少数”粒子的运动情况及原因.针对训练粒子散射实验中，不考虑电子和粒子的碰撞影响，是因为

A.粒子与电子根本无相互作用

B.粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的

C.粒子和电子碰撞时受力极小，可忽略不计

D.电子很小，粒子碰撞不到电子答案C解析在粒子散射实验中，电子与粒子存在相互作用，A错；电子质量只有粒子的17300，电子与粒子碰撞后，电子对粒子的影响就像灰尘对子弹的影响，完全可忽略不计，C正确，

B.D错误.

二.原子的核式结构模型与原子核的组成

1.原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的对比核式结构模型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.原子的核式结构模型对粒子散射实验结果的解释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只有当分接近原子核的粒子穿过原子时，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，如图3所示.图3

3.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.

4.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.

5.原子核的大小原子直径的数量级为1010m，原子核直径的数量级为1015m，原子核的直径只相当于原子直径的万分之一，体积只相当于原子体积的10

15.例2多选根据卢瑟福的原子的核式结构理论，下列对原子结构的认识中，正确的是

A.原子中绝大部分是空的，原子核很小

B.电子在核外运动，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.原子核的直径大约为1010m答案ABC解析卢瑟福粒子散射实验的结果否定了汤姆孙的原子模型，提出了关于原子的核式结构模型，并估算出原子核直径的数量级为1015m，因原子直径的数量级为1010m，是原子核直径的万倍，所以原子内部是分“空旷”

的，核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引而绕核旋转，所以

A.

B.C正确，D错误.

三.粒子散射实验中粒子的轨迹与受力

1.粒子的运动情况在离原子核较远处，粒子近似做匀速直线运动.在粒子靠近原子核的运动过程中，库仑斥力随运动距离和运动方向的变化而变化，是变力.所以，粒子做变速运动，当运动方向与粒子和原子核的连线不在同一方向上时，粒子做变速曲线运动，受库仑斥力作用，曲线向原子核外侧弯曲且库仑斥力方向与速度方向分布于轨迹两侧.

2.库仑力对粒子的做功情况1当粒子靠近原子核时，库仑力做负功，电势能增加.2当粒子远离原子核时，库仑力做正功，电势能减小.例3如图4所示为卢瑟福的粒子散射实验，.两条线表示实验中粒子运动的轨迹，则沿所示方向射向原子核的粒子可能的运动轨迹为图4

A.轨迹a

B.轨迹b

C.轨迹c

D.轨迹d答案A解析卢瑟福通过研究粒子散射提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，粒子带正电，同种电荷相互排斥，因离原子核越近，受到的库仑斥力越强，则偏转

程度越大，所以沿所示方向射向原子核的粒子可能的运动轨迹为a，故A正确，

B.

C.D错误.例4如图5所示，根据粒子散射实验，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面，实线表示一个粒子的运动轨迹.在粒子从A运动到B再运动到C的过程中，下列说法中正确的是图5

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.加速度先减小后增大答案C解析粒子及原子核均带正电，故粒子受到原子核的斥力，粒子从A运动到B，电场力做负功，动能减小，电势能增大，从B运动到C，电场力做正功，动能增大，电势能减小，

A.C在同一等势面上，

A.C两点的电势差为零，则粒子从A到C的过程中电场力做的总功等于零，

A.B错误，C正确；粒子所受的库仑力Fkq1q2r2，B点离原子核最近，所以粒子在B点时所受的库仑力最大，加速度最大，故加速度先增大后减小，D错误.

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，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图6所示.下列说法中正确的是图6

A.粒子散射实验与枣糕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枣糕模型，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，建立了枣糕模型

D.科学家通过粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型答案B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，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型.

2.粒子散射实验现象的认识如图7所示为卢瑟福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粒子在各个角度的散射情况.下列说法中正确的是图7

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.卢瑟福选用不同重金属箔片作为粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似

D.粒子发生散射的主要原因是粒子撞击到金箔原子后产生的反弹答案C解析粒子散射实验现象绝大多数粒子沿原方向前进，极少数粒子有大角度散射.所以A处观察到的粒子数多，B处观察到的粒子数少，选项

A.B错误.粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，选项D错误，C正确.

3.粒子散射实验现象的解释多选关于粒子的散射实验，下列说法中正确的是

A.该实验说明原子中正电荷是均匀分布的

B.粒子发生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用

C.只有少数粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上

D.卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子核式结构理论答案BCD 解析粒子散射实验中，有少数粒子发生大角度偏转说明三点一是原子内有一质量很大的物质存在；二是这一物质带有较大的正电荷；三是这一物质的体积很小，但不能说明原子中正电荷是均匀分布的，故A错误，

B.C正确；卢瑟福依据粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构理论，D正确.

4.原子的核式结构模型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内

D.带负电的电子在核外绕着核旋转答案ACD

5.粒子的受力情况xx广州五校高二下学期期末联考如图所示为卢瑟福粒子散射实验的金原子核和两个粒子的径迹，其中可能正确的是答案A解析粒子与金原子核都带正电，相互排斥，粒子径迹越靠近金原子核，所受库仑斥力越大，运动方向的偏转角度就越大，根据这个特点可以判断只有A正确.