2019-2020年高中物理第二章原子结构第2节原子的核式结构模型教学案教科版选修3

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1、2019-2020年高中物理第二章原子结构第2节原子的核式结构模型教学案教科版选修3一、α粒子散射实验1．汤姆孙的原子模型(如图221)汤姆孙于1898年提出了原子模型，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，电子镶嵌在球中。图221汤姆孙的原子模型，小圆点代表正电荷，大圆点代表电子。汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型。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：是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍。(2)实验结果绝大多数α粒子穿过金箔后，基本沿原

2、方向前进。少数α粒子发生大角度偏转，偏转角甚至大于90°。(3)卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型。二、卢瑟福的核式结构模型1．1911年由卢瑟福提出：在原子的中心有一个很小的核叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕核旋转。2．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。－153．原子核的大小：实验确定的原子核半径R的数量级为10_m。而整个原子的半径的－10数量级是10_m，两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。三、经典理论的困难卢瑟福的核式

3、结构模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了α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：(1)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹。()(2)卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型。()(3)α粒子大角度的偏转是电子造成的。()答案：(1)×(2)√(3)×2．思考：α粒子散射实验中用的金箔大约1μm厚，1μm厚的金箔大约有3300层原子，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，这说明了什么？提示：金箔的厚度相当于几千层金原子的厚度，而绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，说

4、明原子中的绝大部分是空的。(对应学生用书页码P20)对α粒子散射实验的认识与理解1.实验装置如图222所示，由放射源、金箔、荧光屏等组成。图2222．注意事项(1)从α粒子源到荧光屏这段路程处于真空中。(2)α粒子是氮核，本身很小，金箔需很薄，α粒子才能很容易穿过。(3)实验中用的是金箔而不是铝箔，这是因为金的原子序数大，α粒子与金核间库仑力大，偏转明显；另外金的延展性好，容易做成极薄的金箔。3．实验结果α粒子穿过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进，少数发生较大的偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。4．卢瑟福对α粒子散射现象

5、的分析——核式结构模型(1)分布情况：所有正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的。(2)受力情况：①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。(1)实验中的荧光屏是可以移动的，通过移动可探测到α粒子散射到不同角度的数目。(2)α粒子散射实验为原子的核式结构学说奠定了实验基础，在核式结构模型中认为电子在原子核对它的库仑力作用下做匀速圆周运动。1．卢瑟福的α粒子散射实验说明了下列哪些情况()A．原子内的正电荷全部集中在原子核里B．原子内的正电荷均匀分布在它的全部体积上C．原子内的正负电荷是一对一整齐排列

6、的D．原子的几乎全部质量都集中在原子核里解析：选AD卢瑟福的α粒子散射实验中，少数α粒子发生了大角度偏转，这是原子中带正电部分作用的结果。由于大角度偏转的α粒子数极少，说明原子中绝大部分是空的，带正电部分的体积很小。带负电的电子绕核运动的向心力即是原子核对它的引力，而电子质量极小，故原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，故选项A、D正确。α粒子散射实验中的能量转化问题1.α粒子的受力特点Qqα粒子与原子核间的作用力是库仑斥力，大小为F＝k。α粒子离原子核越近，库仑2r斥力越大，它的加速度越大，反之则越小，α粒子的受力方向沿原子核与α粒子的连线指向α粒子。2．库

7、仑力对α粒子的做功情况及能量转化情况(1)当α粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加；远离时，库仑斥力做正功，电势能减小。(2)仅有库仑力做功，只是电势能和动能相互转化，而总能量保持不变。处理卢瑟福原子模型、α粒子散射实验等问题，经典电磁学理论和经典力学理论仍适用。α粒子接近原子核时，原子核外电子对它的作用可忽略。2．α粒子在金原子核电场作用下的散射情况如图223所示，虚线表示α粒子的运动轨迹，实线表示金核电场的等势面。设α粒子通过a、b、c三点时速率分别为va、vb、vc，电势能分别为Ea、Eb、Ec，则下列选项中正确的是()图223A．va>vb>vcE

8、b>Ea>