精选粤教版高中物理选修35第三章《原子的结构》word学案物理知识点总结.docx

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精选粤教版高中物理选修35第三章《原子的结构》word学案物理知识点总结

学案2　原子的结构

[学习目标定位]1.知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象.2.知道卢瑟福原子核式结构模型的主要内容.3.能说出原子和原子核大小的数量级．

1．汤姆生的原子模型

汤姆生提出了原子模型，他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，电子镶嵌其中．

汤姆生的原子模型被称为葡萄干布丁模型．该模型能解释一些实验现象，但后来被α粒子散射实验否定了．

2．α粒子散射实验

（1）α粒子

从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核，由两个中子和两个质子组成，质量为氢原子的4倍、电子的7300倍．

（2）实验结果

绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进．少数α粒子发生大角度偏转，并且有极少数α粒子的偏转角超过了90°.

（3）卢瑟福的核式结构模型

1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核．它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动．

3．原子核的大小

对于一般的原子核，实验确定的原子核半径R的数量级为10－15m～10－14m，而整个原子半径的数量级大约是10－10m.因而原子内部十分“空旷”．

解决学生疑难点：

一、α粒子散射实验

[问题设计]

阅读课本“α粒子散射实验”，回答下列问题：

（1）α粒子散射实验装置由几部分组成？

实验过程是怎样的？

（2）α粒子散射实验的实验现象是什么？

答案　

（1）实验装置：

①α粒子源：

钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能α粒子，带两个单位的正电，质量为氢原子质量的4倍．

②金箔：

特点是金原子的质量大，且易延展成很薄的箔．

③显微镜：

能绕金箔在水平面内转动．

④荧光屏：

荧光屏装在放大镜上．

⑤整个实验过程在真空中进行．金箔很薄，α粒子（

He）很容易穿过．

实验过程：

α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α粒子有库仑力作用，一些α粒子会改变原来的运动方向．带有显微镜的荧光屏可以沿图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目．

（2）α粒子散射实验的实验现象：

绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°.

[要点提炼]

1．α粒子散射实验装置由α粒子源、金箔、显微镜、荧光屏等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中．

2．实验发现：

绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，有少数α粒子发生了大角度偏转．

3．α粒子散射实验的结果用汤姆生的“葡萄干布丁模型”无法解释．

二、卢瑟福原子核式结构模型

[问题设计]

按照汤姆生的原子模型，正电荷弥漫性均匀分布在原子内，α粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动的影响不会很大，因而不会发生大角度散射现象，这与实验结果相矛盾．为了解释实验结果，卢瑟福提出了怎样的原子模型？

用该模型怎样解释α粒子散射实验的实验现象？

答案　卢瑟福提出了原子核式结构模型．它认为原子由原子核和核外电子构成．利用原子核式结构模型能很好地解释α粒子散射实验：

当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，α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α粒子不发生偏转．只有当α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑斥力，偏转角才很大，而这种机会很少．如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少，如图所示．

[要点提炼]

1．卢瑟福原子核式结构模型

在原子中心有一个很小的核，叫原子核．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．

2．在α粒子散射实验中，当α粒子离带正电的原子核很远时，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不变，少数α粒子离带正电的原子核很近时，受到的库仑斥力很大，运动方向发生较大的改变，因而发生大角度偏转．

一、对α粒子散射实验的认识

例1　（单选）如图1所示为卢瑟福和他的同事们做α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，观察到的现象，下述说法中错误的是（　　）

图1

A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多

B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些

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

解析　根据α粒子散射现象，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，少数α粒子发生较大偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”．故本题应选C.

答案　C

针对训练1　（单选）对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的是（　　）

A．实验器材有α粒子源、金箔、带有荧光屏的显微镜

B．金箔的厚度对实验无影响

C．如果不用金箔改用铝箔，就不会发生散射现象

D．实验装置放在空气中和真空中都可以

答案　A

解析　实验所用的金箔的厚度极小，如果金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受到较大的阻碍作用而影响实验效果，B项错．如果改用铝箔，由于铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍然发生，C项错．空气的流动及空气中有许多漂浮的分子，会对α粒子的运动产生影响，实验装置是放在真空中进行的，D项错．正确选项为A.

二、原子的核式结构分析

例2　（单选）卢瑟福原子核式结构理论的主要内容不包括（　　）

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里

D．带负电的电子在核外绕着核旋转

解析　卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：

在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕着核旋转，由此可见，B选项错误，本题选B.

答案　B

针对训练2　（单选）在卢瑟福α粒子散射实验中，只有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是（　　）

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

答案　A

解析　本题考查了学生对α粒子散射实验结果与原子的核式结构关系的理解．原子的核式结构正是建立在α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．

原子的结构

1．（单选）卢瑟福提出原子的核式结构模型的依据是用α粒子轰击金箔，实验中发现α粒子（　　）

A．全部穿过或发生很小偏转

B．绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回

C．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过

D．全部发生很大偏转

答案　B

解析　卢瑟福的α粒子散射实验结果是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，故选项A错误．α粒子被散射时只有少数发生了较大角度偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°，故选项B正确，选项C、D错误．

2．（单选）卢瑟福的α粒子散射实验的结果显示了下列哪些情况（　　）

A．原子内存在电子

B．原子的大小为10－10m

C．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上

D．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里

答案　D

解析　根据α粒子散射实验现象，绝大多数α粒子穿过金箔后沿原来方向前进，少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90°，可知C错，A与题意不符．而实验结果不能判定原子的大小为10－10m，B错，故选D.

3．（单选）关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是（　　）

A．原子是一个质量分布均匀的球体

B．原子的质量几乎全部集中在原子核内

C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内

D．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－10m

答案　B

解析　根据卢瑟福的原子核式结构学说，可知选项B正确．

4．（单选）当α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是（　　）

A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用

B．α粒子一直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粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小

答案　B

解析　α粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，故A、C错误，B正确；α粒子在靠近金原子核时斥力做负功，速度减小，远离时斥力做正功，速度增大，故D错误．

5．（单选）卢瑟福对α粒子散射实验的解释不正确的是（　　）

A．使α粒子产生偏转的主要是原子中电子对α粒子的作用力

B．使α粒子产生偏转的力是库仑力

C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进

D．能发生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子

答案　A

解析　原子核带正电，与α粒子间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错，B对；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远，因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D对，本题选A.

[概念规律题组]

1．（双选）下列关于原子结构的说法正确的是（　　）

A．电子的发现说明了原子内部还有复杂结构

B．α粒子散射实验揭示了原子的核式结构

C．α粒子散射实验中绝大多数α粒子都发生了较大偏转

D．α粒子散射实验中有的α粒子发生较大偏转是α粒子与原子发生碰撞所致

答案　AB

解析　电子的发现，证明了原子内部有带正电的物质，说明原子内部还有复杂结构．α粒子的散射实验揭示了原子的核式结构．

2．（单选）由α粒子散射实验结果可知，下列说法不正确的是（　　）

A．原子中绝大部分是空的

B．原子中全部正电荷都集中在原子核上

C．原子核内有电子

D．原子的质量几乎全部都集中在原子核上

答案　C

3．（单选）α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为（　　）

A．α粒子与电子根本无相互作用

B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的

C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计

D．电子很小，α粒子碰撞不到电子

答案　C

解析　α粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有α粒子质量的七千三百分之一，碰撞时对α粒子的运动影响极小，几乎不改变其运动方向，就像一颗子弹撞上一个尘埃一样，故正确选项是C.

4．（单选）卢瑟福提出原子核式结构的实验基础是α粒子散射实验，在α粒子散射实验中，大多数α粒子穿越金箔后仍然沿着原来的方向运动，其较为合理的解释是（　　）

A．α粒子穿越金箔时距离原子核较近

B．α粒子穿越金箔时距离原子核较远

C．α粒子穿越金箔时没有受到原子核的作用力

D．α粒子穿越金箔时受到原子核与电子的作用力构成平衡力

答案　B

解析　根据α粒子散射实验现象，卢瑟福提出了原子的核式结构，他认为原子的中心有一个很小的核，聚集了原子的全部正电荷和几乎全部质量．大多数α粒子穿越金箔时距离金原子核较远，所以受到原子核的作用力较小，基本上仍然沿着原来的方向运动．

[方法技巧题组]

5．（单选）在α粒子散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的（　　）

A．万有引力B．库仑力

C．磁场力D．核力

答案　B

解析　金原子核和α粒子在距离很近时，产生较大的库仑力而使少数α粒子发生大角度偏转．

6．（单选）如图所示，X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它们入射时的动能相同，其偏转轨道可能是图中的（　　）

答案　D

解析　α粒子离金核越远其斥