PAGE9-原子的核式結(jié)構(gòu)模型湯姆孫的原子模型[探新知·基礎(chǔ)練]1．湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認為原子是一個球體，正電荷充溢性地勻稱分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌在球中。2．湯姆孫的原子模型，小圓點代表正電荷，大圓點代表電子。3．湯姆孫的原子模型被稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”，該模型能說明一些試驗現(xiàn)象，但后來被α粒子散射試驗否定了。[辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”)1．盧瑟福提出了原子的棗糕模型。(×)2．湯姆孫認為原子是由原子核和電子組成的。(×)[釋疑難·對點練]湯姆孫認為原子是一個球體，正電荷勻稱分布，電子像棗糕一樣鑲嵌在原子里。勻稱分布和鑲嵌都沒有說它是固定的，試驗證明它是高速運轉(zhuǎn)的。這雖是一個錯誤的模型推論，但湯姆孫通過陰極射線的探討，發(fā)覺了電子，并提出原子由電子和帶正電的物質(zhì)兩部分組成。這是對物理學做出的重大貢獻。[試身手]1．以下說法中符合湯姆孫原子模型的是()A．原子中的正電部分勻稱分布在原子中B．原子中的正電部分集中在很小的體積內(nèi)C．電子在原子內(nèi)可以自由運動D．電子在原子內(nèi)不能做任何運動解析：選A在湯姆孫原子模型中，正電荷勻稱分布在原子中，電子鑲嵌在原子中，但并不是完全固定的，它可以振動，故只有選項A正確。α粒子散射試驗[探新知·基礎(chǔ)練]1．α粒子α粒子是從放射性物質(zhì)中放射出來的快速運動的粒子，帶有兩個單位的正電荷，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍。2．試驗方法用α粒子源放射的α粒子束轟擊金箔，用帶有熒光屏的放大鏡，在水平面內(nèi)不同方向?qū)ι⑸涞摩亮Ｗ舆M行視察，依據(jù)散射到各方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中正、負電荷的分布狀況。3．試驗結(jié)果絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有少數(shù)α粒子(約占八千分之一)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞了回來”。4．湯姆孫模型的困難(1)α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)不行能是電子造成的。(2)α粒子偏轉(zhuǎn)的主要緣由應(yīng)是具有原子的大部分質(zhì)量的帶正電部分的作用，但正電荷的勻稱分布對α粒子運動的影響不會很大。所以，湯姆孫模型無法說明大角度散射的試驗結(jié)果。[辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”)1．α粒子散射試驗中，大部分α粒子穿過金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)。(×)2．盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗估測了原子核的大小。(√)[釋疑難·對點練]對α粒子散射試驗的相識1．裝置放射源、金箔、熒光屏等，如圖所示。2．現(xiàn)象及說明(1)絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進。大多數(shù)α粒子離金原子核較遠。(2)少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)。發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)的α粒子是由于離金原子核較近，庫侖斥力較大。(3)極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的幾乎達到180°。正對或基本正對著金原子核入射的α粒子在庫侖斥力作用下先減速至較小速度然后加速遠離金原子核。3．試驗的留意事項(1)整個試驗過程在真空中進行。(2)金箔須要做得很薄，α粒子才能穿過。(3)運用金箔的緣由是金的延展性好，可以做得很薄。另外一點就是金的原子序數(shù)大，α粒子與金核間的庫侖斥力大，偏轉(zhuǎn)明顯。[試身手]2．當α粒子穿過金箔發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的過程中，下列說法正確的是()A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力作用B．α粒子始終受到原子核的斥力作用C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用D．α粒子始終受到原子核的斥力，速度始終減小解析：選Bα粒子與金原子核帶同種電荷，兩者相互排斥，故A、C錯誤，B正確；α粒子在靠近金原子核時斥力做負功，速度減小，遠離時做正功，速度增大，故D錯誤。盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型[探新知·基礎(chǔ)練]1．核式結(jié)構(gòu)模型(1)內(nèi)容：原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運動。正電體的尺度是很小的，被稱為原子核。盧瑟福的原子模型因而被稱為核式結(jié)構(gòu)模型。(2)對α散射試驗的說明正電體很小，當α粒子進入原子區(qū)域后，大部分別正電體很遠，受到的庫侖斥力很小，運動方向幾乎不變更，只有極少數(shù)α粒子在穿過時距離正電體很近，受到很強的庫侖斥力，發(fā)生大角度散射。2．原子核的電荷與尺度(1)原子內(nèi)的電荷關(guān)系：各種元素的原子核的電荷數(shù)與含有的電子數(shù)相等，特別接近于它們的原子序數(shù)。(2)原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)。(3)原子核的大?。涸囼灤_定的原子核半徑R的數(shù)量級為10－15m，而原子的半徑的數(shù)量級是10－10m。原子內(nèi)部是特別“空曠”的。[辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”)1．盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。(√)2．盧瑟福認為原子核很小，集中了原子全部質(zhì)量和正電荷。(×)3．盧瑟福提出的原子的核式結(jié)構(gòu)模型已經(jīng)完備了。(×)[釋疑難·對點練]原子的核式結(jié)構(gòu)模型的依據(jù)1．電子不行能使α粒子發(fā)生大角度散射。α粒子跟電子碰撞過程中，兩者動量的變更量相等。由于α粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的7300倍，在碰撞前后，質(zhì)量大的α粒子速度幾乎不變，而質(zhì)量小的電子速度要發(fā)生變更。因此，α粒子與電子正碰時，不會出現(xiàn)被反彈回來的現(xiàn)象。發(fā)生非對心碰撞時，α粒子也不會有大角度的偏轉(zhuǎn)?？梢姡娮邮功亮Ｗ釉谒俣鹊拇笮『头较蛏系淖兏际翘貏e微小的。2．依據(jù)湯姆孫的原子模型，正電荷在原子內(nèi)部勻稱地分布，α粒子穿過原子時，由于α粒子兩側(cè)正電荷對它的斥力有相當大一部分相互抵消，使α粒子偏轉(zhuǎn)的力也不會很大。α粒子的大角度散射現(xiàn)象，說明白湯姆孫提出的“棗糕模型”不符合原子結(jié)構(gòu)的實際狀況。3．試驗中發(fā)覺少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些α粒子在原子中的某個地方受到了質(zhì)量、電荷量均比它本身大得多的物體的作用。4．金箔的厚度大約是1μm，金原子的直徑大約是3×10－10m。絕大多數(shù)α粒子在穿過金箔時，相當于穿過幾千個金原子的厚度，但它們的運動方向卻沒有發(fā)生明顯的變更，這個現(xiàn)象表明白α粒子在穿過時基本上沒有受到力的作用，說明原子中的絕大部分是空的，原子的質(zhì)量和電荷量都集中在體積很小的核上。[試身手]3．(多選)盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有()A．原子的中心有個核，叫做原子核B．原子的正電荷勻稱分布在整個原子中C．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里D．帶負電的電子在核外圍著核旋轉(zhuǎn)解析：選ACD盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容是：在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核。原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里圍著核旋轉(zhuǎn)，由此可見B選項錯誤，A、C、D選項正確。對α粒子散射試驗的理解[典例1](多選)如圖所示為盧瑟福和他的學生們做α粒子散射試驗的裝置示意圖。熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，關(guān)于視察到的現(xiàn)象，下列說法中正確的是()A．相同的時間內(nèi)放在A位置時視察到屏上的閃光次數(shù)最多B．相同的時間內(nèi)放在B位置時視察到屏上的閃光次數(shù)只比放在A位置時稍少些C．放在C、D位置時屏上視察不到閃光D．放在D位置時屏上仍能視察到一些閃光，但次數(shù)極少[解析]選AD由α粒子散射試驗的結(jié)論：絕大多數(shù)α粒子仍沿原方向運動，少數(shù)α粒子運動方向發(fā)生變更，極少數(shù)α粒子運動方向發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，甚至是180°。由A、B、C、D的位置可知絕大多數(shù)α粒子打到A位置的熒光屏上，少數(shù)α粒子打到B位置的熒光屏上，而極少數(shù)α粒子能打到C、D位置的熒光屏上，故選項A、D正確。(1)嫻熟記憶α粒子散射試驗的試驗結(jié)果，重點把握幾個關(guān)鍵詞，“絕大多數(shù)”“少數(shù)”“甚至”等。(2)α粒子散射試驗的現(xiàn)象和結(jié)果，只能推想出原子的結(jié)構(gòu)，不能證明原子及原子核的組成。原子的核式結(jié)構(gòu)模型和原子核的組成1.原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕模型的根本區(qū)分核式結(jié)構(gòu)棗糕模型原子內(nèi)部是特別空曠的，正電荷集中在一個很小的核里原子是充溢了正電荷的球體電子繞核高速旋轉(zhuǎn)電子勻稱嵌在原子球體內(nèi)2．原子內(nèi)的電荷關(guān)系：原子核的電荷數(shù)與核外的電子數(shù)相等，特別接近原子序數(shù)。3．原子核的組成：原子核由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核的質(zhì)子數(shù)。4．原子的半徑數(shù)量級為10－10m，原子核半徑的數(shù)量級為10－15m，原子核的半徑只相當于原子半徑的十萬分之一，體積只相當于原子體積的10－15。[典例2](多選)如圖所示表示α粒子散射試驗中，某個α粒子經(jīng)過原子核的情景，虛線a、b和c表示原子核形成的靜電場中的三個等勢面，它們的電勢分別為φa、φb和φc，φa>φb>φc，一個α粒子射入電場中，其運動軌跡照實線KLMN所示，由圖可知()A．α粒子從K到L的過程中，電場力做負功B．α粒子從L到M的過程中，電場力做負功C．α粒子從K到L的過程中，電勢能增加D．α粒子從L到M的過程中，動能減小[解析]選AC從K到L時，電場力與運動方向的夾角大于90°，做負功，電勢能增加，選項A、C正確；從L到M過程中，電場力先做負功，后做正功，動能先減小，后增大，選項B、D錯誤。[典例3]氫原子的核外電子質(zhì)量為m，電荷量為e，在離核最近的軌道上做圓周運動，軌道半徑為r。試回答下列問題：(1)電子運動的動能Ek是多少？(2)電子繞核運動的頻率是多少？(3)電子繞核運動相當于環(huán)形電流，則該環(huán)形電流的大小為多少？[思路點撥]依據(jù)題意可知，氫原子中的電子繞核做勻速圓周運動，電子和原子核間的庫侖力供應(yīng)電子所需的向心力，而軌道半徑已知，可由牛頓其次定律和圓周運動規(guī)律列方程求解。[解析](1)依據(jù)牛頓其次定律得keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)故電子的動能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r)。(2)電子繞核運動的頻率f＝eq\f(v,2πr)＝eq\f(e,2π)eq\r(\f(k,mr3))(3)該環(huán)形電流的大小為I＝eq\f(e,T)＝ef＝eq\f(e2,2π)eq\r(\f(k,mr3))。[答案](1)eq\f(ke2,2r)(2)eq\f(e,2π)eq\r(\f(k,mr3))(3)eq\f(e2,2π)eq\r(\f(k,mr3))[課堂對點鞏固]1．在α粒子散射試驗中，我們并沒有考慮電子對α粒子偏轉(zhuǎn)角度的影響，這是因為()A．電子的體積特別小，以致α粒子碰不到它B．電子的質(zhì)量遠比α粒子的小，所以它對α粒子運動的影響極其微小C．α粒子使各個電子碰撞的效果相互抵消D．電子在核外勻稱分布，所以α粒子受電子作用的合外力為零解析：選Bα粒子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的7300倍，電子雖然很小，但數(shù)量很多，α粒子仍能遇到，但影響微乎其微。選項B正確。2．下列對原子結(jié)構(gòu)的相識，錯誤的是()A．原子中絕大部分是空的，原子核很小B．電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)，向心力為庫侖力C．原子的全部正電荷都集中在原子核里D．原子核的直徑大約為10－10m解析：選D盧瑟福α粒子散射試驗的結(jié)果否定了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的湯姆孫模型，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學說，并估算出了原子核直徑的數(shù)量級為10－15m，原子直徑的數(shù)量級為10－10m，原子直徑是原子核直徑的十萬倍，所以原子內(nèi)部特別“空曠”。核外帶負電的電子繞核旋轉(zhuǎn)，其向心力是由庫侖力為其供應(yīng)的，所以本題應(yīng)選D項。3．(多選)盧瑟福的α粒子散射試驗結(jié)果表明白()A．原子核是可分的B．湯姆孫的“棗糕”模型是錯誤的C．原子是由勻稱帶正電的物質(zhì)和帶負電的電子構(gòu)成D．原子中的正、負電荷并非勻稱分布解析：選BDα粒子散射試驗沒有證明原子是由什么構(gòu)成的，也沒有證明原子核是否可分，而是證明白組成原子的正、負電荷在原子內(nèi)部是如何分布的，由試驗現(xiàn)象可知原子內(nèi)部的正、負電荷并非勻稱分布，證明白“棗糕模型”是錯誤的，故答案為B、D。4．人們在探討原子結(jié)構(gòu)時提出過很多模型，其中比較出名的是棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型，它們的模型示意圖如圖所示。下列說法中正確的是()A．α粒子散射試驗與棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型的建立無關(guān)B．科學家通過α粒子散射試驗否定了棗糕模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型C．科學家通過α粒子散射試驗否定了核式結(jié)構(gòu)模型，建立了棗糕模型D．科學家通過α粒子散射試驗否定了棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型，建立了玻爾的原子模型解析：選Bα粒子散射試驗與核式結(jié)構(gòu)模型的建立有關(guān)，并通過該試驗，否定了棗糕模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型。B正確。eq\a\vs4\al(--------------)[課堂小結(jié)]---------------[課時跟蹤檢測十]一、單項選擇題1．對α粒子散射試驗裝置的描述，你認為正確的有()A．試驗器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡B．金箔的厚度對試驗無影響C．假如不用金箔改用鋁箔，就不會發(fā)生散射現(xiàn)象D．試驗裝置放在空氣中和真空中都可以解析：選A若金箔的厚度過大，α粒子穿過金箔時必定受較大的阻礙而影響試驗效果，B錯；若改用鋁箔，鋁核的質(zhì)量仍遠大于α粒子的質(zhì)量，散射現(xiàn)象仍能發(fā)生，C錯；若放置在空氣中，空氣中的塵埃對α粒子的運動會產(chǎn)生影響，故D錯。只有A對。2．盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的試驗探討原子結(jié)構(gòu)，正確反映試驗結(jié)果的示意圖是()解析：選D盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的試驗探討原子結(jié)構(gòu)，即α粒子散射試驗，試驗結(jié)果顯示：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角超過90°，有的幾乎達到180°，也就是說它們幾乎被“撞了回來”。能正確反映該試驗結(jié)果的是選項D。3．在盧瑟福的α粒子散射試驗中，某一α粒子經(jīng)過某一原子核旁邊時的軌跡如圖中實線所示。圖中P、Q為軌跡上的點，虛線是過P、Q兩點并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個區(qū)域。不考慮其他原子核對該α粒子的作用，那么關(guān)于該原子核的位置，下列說法中正確的是()A．可能在①區(qū)域B．可能在②區(qū)域C．可能在③區(qū)域D．可能在④區(qū)域解析：選Aα粒子帶正電，原子核也帶正電，對靠近它的α粒子產(chǎn)生斥力，故原子核不會在④區(qū)域；若原子核在②、③區(qū)域，α粒子會向①區(qū)域偏；若原子核在①區(qū)域，可能會出現(xiàn)題圖所示的軌跡，故應(yīng)選A。4．(福建高考)在盧瑟福α粒子散射試驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經(jīng)驗金箔散射過程的徑跡，其中正確的是()解析：選Cα粒子與原子核均帶正電荷，所以α粒子受到原子核的作用力為斥力，據(jù)此可解除選項A、D；α粒子不行能先受到吸引力，再受到排斥力，選項B錯誤，C正確。二、多項選擇題5．在α粒子散射試驗中，當α粒子最接近金原子核時，α粒子符合下列哪種狀況()A．動能最小B．電勢能最小C．α粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量最小D．所受金原子核的斥力最大解析：選ADα粒子在接近金原子核的過程中，要克服庫侖斥力做功，動能減小，電勢能增大；兩者相距最近時，動能最小，電勢能最大，總能量守恒；依據(jù)庫侖定律，距離最近時斥力最大。故A、D正確。6．盧瑟福對α粒子散射試驗的說明是()A．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力主要是原子中電子對α粒子的作用力B．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力C．原子核很小，α粒子接近它的機會很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來的方向前進D．能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是穿過原子時離原子核近的α粒子解析：選BCD原子核帶正電且很小，與α粒子之間存在庫侖力，當α粒子靠近原子核時受庫侖力作用而偏轉(zhuǎn)。絕大多數(shù)的α粒子離原子核不太近，沿原來的方向前進，故B、C、D正確。三、非選擇題7．1911年，盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗中α粒子發(fā)生了________(選填“大”或“小”)角度散射現(xiàn)象，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。若用動能為1MeV的α粒子轟擊金箔，α粒子的速度約為__________m/s。(質(zhì)子和中子的質(zhì)量均為1.67×10－27kg,1MeV＝1×106eV)解析：設(shè)α粒子的速度為v，Ek＝eq\f(1,2)mv2，則v＝eq