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高中物理 第3章 原子世界探秘 3.2 原子模型的提出學(xué)案 滬科版選修35

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1、 3.2 原子模型的提出 學(xué)習(xí)目標(biāo) 重點(diǎn)難點(diǎn) 1.知道α粒子散射實(shí)驗(yàn)的方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 2.記住盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)容 3.知道原子和原子核大小的數(shù)量級。 重點(diǎn):α粒子散射實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)論。 難點(diǎn):利用核式結(jié)構(gòu)解釋α粒子散射實(shí)驗(yàn)。 一、湯姆生模型 棗糕模型是湯姆生于1904年提出的,他認(rèn)為原子是一個球體,正電荷均勻分布在整個球內(nèi),電子像棗糕上的棗子一樣嵌在球中。湯姆生的模型是第一個有一定科學(xué)依據(jù)的原子結(jié)構(gòu)模型。 二、出人意料的結(jié)果 1.實(shí)驗(yàn)方法:用由放射源射出的α粒子束轟擊金箔,利用熒光屏接收、探測通過金箔后的α粒子分布情況。 2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果:絕大多數(shù)α

2、粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn);有少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn),有的α粒子偏轉(zhuǎn)角超過90,極少數(shù)α粒子甚至被彈回。 預(yù)習(xí)交流1 做α粒子散射實(shí)驗(yàn)時為什么要用金箔? 答案:一是金原子的質(zhì)量、電荷比α粒子的質(zhì)量和電荷大得多,α粒子靠近金原子核時受的作用力比較大,α粒子容易偏轉(zhuǎn);二是金的延展性比較好,可以做得很薄,接近單原子層。 三、盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型 在原子的中心有一個很小的核,叫原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核上,帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)。 預(yù)習(xí)交流2 在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,偏轉(zhuǎn)角大的α粒子與偏轉(zhuǎn)角小的α粒子相比,哪種α粒子離金原子核近? 答案:偏

3、轉(zhuǎn)角大的α粒子離金原子核近。因?yàn)殡x原子核越近,α粒子受到的庫侖斥力越大,偏轉(zhuǎn)角度就越大。 四、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)非常接近它們的原子序數(shù)。 2.原子核的大?。涸雍税霃降臄?shù)量級為10-15 m,原子半徑的數(shù)量級為10-10 m。 一、α粒子散射實(shí)驗(yàn) α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置是怎樣的?實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)有哪些? 答案:1.實(shí)驗(yàn)裝置(如圖)由放射源、金箔、熒光屏等組成。 2.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng): (1)整個實(shí)驗(yàn)過程需在真空中進(jìn)行。 (2)α粒子是氦核,本身很小,金箔需很薄,α粒子才能很容易穿過。 (3)實(shí)驗(yàn)中用的是金箔而不是鋁箔,這是

4、因?yàn)榻鸬脑有驍?shù)大,可以使α粒子與金核間產(chǎn)生較大的庫侖力,偏轉(zhuǎn)明顯;另外金的延展性好,容易做成極薄的金箔。 盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型的根據(jù)是α粒子轟擊金箔的散射實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)中他發(fā)現(xiàn)α粒子( ?。?。 A.全部穿過或發(fā)生很小偏轉(zhuǎn) B.絕大多數(shù)穿過,只有少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn),有的甚至被彈回 C.絕大多數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn),甚至被彈回,只有少數(shù)穿過 D.全部發(fā)生很大偏轉(zhuǎn) 答案:B 解析:在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn),有少數(shù)α粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn),有的α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過了90,極少數(shù)α粒子甚至被反彈回來。 分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)的兩個要點(diǎn) 1.熟記裝置及原

5、理 α粒子散射實(shí)驗(yàn)是一個非常重要的實(shí)驗(yàn),因此對實(shí)驗(yàn)器材、現(xiàn)象、現(xiàn)象分析、結(jié)論都必須弄明白,才能順利解答有關(guān)問題。 2.理解建立核式結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn) ①湯姆生模型不能解釋α粒子的大角度散射。 ②核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯改變。 ③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很小范圍內(nèi)受到較大的作用力,在這個范圍內(nèi)集中的質(zhì)量、電荷量均比α粒子大得多。 ④絕大多數(shù)α粒子在穿過金原子層時運(yùn)動方向沒有明顯變化,說明原子中絕大部分是空的。原子的質(zhì)量、電荷量都集中在體積很小的核上。 二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型 盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)是如何解釋α粒子散射實(shí)驗(yàn)的? 答

6、案:(1)當(dāng)α粒子穿過原子時,如果離核較遠(yuǎn),受到原子核的庫侖斥力小,α粒子就像穿過“一片空地”一樣,無遮無擋,運(yùn)動方向改變很小,因?yàn)樵雍撕苄?,所以絕大多數(shù)α粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 (2)只要當(dāng)α粒子十分接近原子核穿過時,才受到很大的庫侖斥力作用,偏轉(zhuǎn)角才很大,而這種機(jī)會很少。 (3)如果α粒子正對著原子核射來,偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180,這種機(jī)會極少,如圖所示。 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,叫原子核 B.原子的正電荷均勻分布在整個原子中 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(fù)電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn) 答案:ACD 解

7、析: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(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn),由此可見,B錯,A、C、D正確。 α粒子散射實(shí)驗(yàn)中常用的規(guī)律 (1)庫侖定律:F=k,用來分析α粒子和原子核間的相互作用力。 (2)牛頓第二定律:該實(shí)驗(yàn)中α粒子只受庫侖力,可根據(jù)庫侖力的變化分析加速度的變化。 (3)功能關(guān)系:根據(jù)庫侖力做功,可分析動能的變化,也能分析電勢能的變化。 (4)原子核帶正電,其周圍的電場相當(dāng)于正點(diǎn)電荷的電場,注意應(yīng)用其電場線和等勢面的特點(diǎn)。 1.在α粒子的散射實(shí)驗(yàn)中,并沒有考慮α粒子跟電子碰

8、撞所產(chǎn)生的效果,這是由于( ?。? A.α粒子跟電子相碰時,損失的動量很小,可忽略 B.電子體積實(shí)在太小,α粒子完全碰不到 C.α粒子跟各電子碰撞的效果互相抵消 D.由于電子是均勻分布的,α粒子受電子作用力的合力為零 答案:A 解析:少數(shù)α粒子發(fā)生大角度散射的原因僅是因?yàn)樗蛶д姷脑雍酥g強(qiáng)大的庫侖斥力的作用,而α粒子碰撞到電子上好像飛行中的子彈碰到塵埃上,幾乎不受影響。 2.在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,引起α粒子散射的力量是( ?。? A.萬有引力      B.電場力 C.磁場力       D.強(qiáng)相互作用力 答案:B 3.在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,有少數(shù)α粒子發(fā)生大角

9、度偏轉(zhuǎn),其原因是( ?。? A.原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上 B.正電荷在原子中是均勻分布的 C.原子中存在著帶負(fù)電的電子 D.金箔中的金原子間存在很大的空隙,只有極少數(shù)碰到金原子 答案:A 4.α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,不考慮金原子核外電子與α粒子的碰撞的影響,是因?yàn)椋ā 。? A.α粒子與核外電子根本就無相互作用力 B.因?yàn)楹送怆娮邮蔷鶆蚍植嫉?,故電子對α粒子的合力? C.α粒子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量,故α粒子與電子碰撞時,α粒子的速度基本上不受影響 D.電子體積很小,α粒子根本就碰不到 答案:C 解析:α粒子與電子間存在庫侖引力,故A錯。盧瑟福的核式結(jié)

10、構(gòu)說明核在中心,電子在外繞其運(yùn)動,而不是均勻分布,故B錯。α粒子與電子的碰撞遵循動量守恒定律,mα≥me時,α粒子的運(yùn)動基本不受影響,因此C正確。α粒子與電子碰撞的幾率小,但并不是碰不到,故D錯。 5.在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)α粒子最接近金原子核時,α粒子符合下列哪些情況( ?。?。 A.動能最小 B.勢能最小 C.α粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量最小 D.所受原子核庫侖斥力最大 答案:AD 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375

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