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高中物理人教版 (新课标)选修32 原子的核式结构模型教案
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这是一份高中物理人教版 (新课标)选修32 原子的核式结构模型教案，共8页。
eq \([先填空])
1．汤姆孙原子模型
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1821
2．α粒子散射实验
(1)实验装置：α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏．
(2)实验现象：
①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．
②少数α粒子发生了大角度的偏转．
③极少数α粒子的偏转角大于90°，甚至有极个别α粒子被反弹回来．
(3)实验意义：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．
eq \([再判断])
1．卢瑟福为了证实汤姆孙原子模型的正确性进行了α粒子散射实验．(√)
2．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．(×)
3．卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型．(√)
eq \([后思考])
1．α粒子发生大角度散射的原因是什么？
【提示】 α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射．
2．汤姆孙的原子结构模型为什么被卢瑟福否定掉？
【提示】 按照汤姆孙的“枣糕”原子模型，α粒子如果从原子之间或原子的中心轴线穿过时，它受到周围的正负电荷作用的库仑力是平衡的，α粒子不产生偏转；如果α粒子偏离原子的中心轴线穿过，两侧电荷作用的库仑力相当于一部分被抵消，α粒子偏转很小；如果α粒子正对着电子射来，质量远小于α粒子的电子不可能使α粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹．所以α粒子的散射实验结果否定了汤姆孙的原子模型．
eq \([合作探讨])
汤姆孙发现电子后对于原子的结构提出了“枣糕”原子模型，卢瑟福为寻找实验依据设计进行了α粒子散射实验．
探讨1：α粒子散射实验有何意义？
【提示】 (1)否定了汤姆孙的原子结构模型．
(2)卢瑟福提出了原子的核式结构模型．
探讨2：由α粒子散射实验的结果为何可以说明原子核尺度很小，但几乎占有全部质量？
【提示】 绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，说明带正电荷部分很小，少数α粒子被“撞了回来”说明遇到了质量很大的部分．
eq \([核心点击])
1．装置
放射源、金箔、荧光屏等，如图1822所示．
图1822
2．现象及解释
(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．大多数α粒子离金原子核较远．
(2)少数α粒子发生较大的偏转．发生较大偏转的α粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大．
(3)极少数α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°.正对或基本正对着金原子核入射的α粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后加速远离金原子核．
3．实验的注意事项
(1)整个实验过程在真空中进行．
(2)金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过．
(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄．另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显．
1．(多选)如图1823所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是( )
图1823
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位置稍少些
C．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多
D．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光
【解析】 在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，极个别α粒子被反射回来，故B、D错误，C正确．
【答案】 AC
2．(多选)由α粒子的散射实验可以得出的正确结论有( )
A．原子中绝大部分是空的
B．原子中全部正电荷都集中在很小的范围内
C．原子内有中子
D．原子中存在着带负电的电子
【答案】 AB
3．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中符合实验事实的是( )
【解析】 α粒子与原子核相互排斥，运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变化越明显，故只有C正确．
【答案】 C
1分析α粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为.“大角度偏转”只是少数粒子的行为.
2α粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键.通过对α粒子散射实验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景.
eq \([先填空])
1．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．它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动．
2．原子核的电荷与尺度
eq \([再判断])
1．原子的质量几乎全部集中在原子核上．(√)
2．原子中所有正电荷都集中在原子核内．(√)
3．核电荷数等于质子数，也等于中子数．(×)
eq \([后思考])
1．原子中的原子核所带的电荷量有何特点？
【提示】 原子核带正电，所带电荷量与核外电子所带的电荷量绝对值相等．
2．原子核的大小在整个原子中占有多大的比例？
【提示】 原子半径数量级是10－10m，而原子核半径数量级是10－15m，二者相差10万倍之多，故原子核在原子中所占的体积是很小的．
eq \([合作探讨])
汤姆孙发现电子后建立了“枣糕”模型，卢瑟福根据α粒散射实验推翻了“枣糕”模型，建立了核式结构模型．
探讨1：卢瑟福的核式结构模型是最科学的吗？
【提示】 卢瑟福的核式结构模型是比汤姆孙的“枣糕”模型更科学的模型，但不是最科学的模型，随着人们认识水平的不断提高，原子结构模型也在不断更新．
探讨2：如何理解原子内绝大部分是空的？
【提示】 原子核的半径数量级为10－15 m，原子的半径数量级为10－10 m，原子核的体积只相当于原子体积的10－5，故原子内部绝大部分是空的．
eq \([核心点击])
1．原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别.
2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数即核内质子数与核外的电子数相等．
3．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．
4．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m，两者相差10万倍之多．
4．(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是( )
A．使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对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．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子
【解析】 原子核带正电，与α粒子之间存在库仑力，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．
【答案】 BCD
5．(多选)在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子，从不同大小的角度散射出来，则散射角度大的α粒子( )
A．更接近原子核
B．更远离原子核
C．受到一个以上的原子核作用
D．受到原子核较大的冲量作用
【解析】 由于原子的体积远远大于原子核的体积，当α粒子穿越某一个原子的空间时，其他原子核距α粒子相对较远，而且其他原子核对α粒子的作用力也可以近似相互抵消，所以散射角度大的这个α粒子并非由于受到多个原子核作用，C错；由库仑定律可知，α粒子受到的斥力与距离的平方成反比，α粒子距原子核越近，斥力越大，运动状态改变越大，即散射角度越大，A对，B错；当α粒子受到原子核较大的冲量作用时，速度的变化量就大，则散射角度就大，D对．
【答案】 AD
6．在α粒子散射实验中，当在α粒子最接近原子核时，关于描述α粒子的有关物理量情况正确的是( )
A．动能最大
B．势能最小
C．势能最大
D．α粒子与金原子核组成的系统能量最小
【解析】 α粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小时，库仑力做负功，故α粒子动能减小，电势能增加，故A、B错误，C正确；系统的能量守恒，选项D错误．
【答案】 C
α粒子散射实验中的力电问题分析
(1)库仑定律：F＝keq \f(q1q2,r2)，用来分析α粒子和原子核间的相互作用力．
(2)牛顿第二定律：该实验中α粒子只受库仑力，可根据库仑力的变化分析加速度的变化．
(3)功能关系：根据库仑力做功，可分析动能的变化，也能分析电势能的变化．
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.了解α粒子散射实验器材、实验原理和实验现象．(重点)
2.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容．(重点、难点)
3.了解卢瑟福的实验和科学方法，培养抽象思维能力．(重点)
α 粒 子 散 射 实 验
卢 瑟 福 的 核 式 结 构 模 型
核式结构
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
eq \([先填空])
1．汤姆孙原子模型
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1821
2．α粒子散射实验
(1)实验装置：α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏．
(2)实验现象：
①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．
②少数α粒子发生了大角度的偏转．
③极少数α粒子的偏转角大于90°，甚至有极个别α粒子被反弹回来．
(3)实验意义：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．
eq \([再判断])
1．卢瑟福为了证实汤姆孙原子模型的正确性进行了α粒子散射实验．(√)
2．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．(×)
3．卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型．(√)
eq \([后思考])
1．α粒子发生大角度散射的原因是什么？
【提示】 α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射．
2．汤姆孙的原子结构模型为什么被卢瑟福否定掉？
【提示】 按照汤姆孙的“枣糕”原子模型，α粒子如果从原子之间或原子的中心轴线穿过时，它受到周围的正负电荷作用的库仑力是平衡的，α粒子不产生偏转；如果α粒子偏离原子的中心轴线穿过，两侧电荷作用的库仑力相当于一部分被抵消，α粒子偏转很小；如果α粒子正对着电子射来，质量远小于α粒子的电子不可能使α粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹．所以α粒子的散射实验结果否定了汤姆孙的原子模型．
eq \([合作探讨])
汤姆孙发现电子后对于原子的结构提出了“枣糕”原子模型，卢瑟福为寻找实验依据设计进行了α粒子散射实验．
探讨1：α粒子散射实验有何意义？
【提示】 (1)否定了汤姆孙的原子结构模型．
(2)卢瑟福提出了原子的核式结构模型．
探讨2：由α粒子散射实验的结果为何可以说明原子核尺度很小，但几乎占有全部质量？
【提示】 绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，说明带正电荷部分很小，少数α粒子被“撞了回来”说明遇到了质量很大的部分．
eq \([核心点击])
1．装置
放射源、金箔、荧光屏等，如图1822所示．
图1822
2．现象及解释
(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．大多数α粒子离金原子核较远．
(2)少数α粒子发生较大的偏转．发生较大偏转的α粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大．
(3)极少数α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°.正对或基本正对着金原子核入射的α粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后加速远离金原子核．
3．实验的注意事项
(1)整个实验过程在真空中进行．
(2)金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过．
(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄．另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显．
1．(多选)如图1823所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是( )
图1823
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位置稍少些
C．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多
D．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光
【解析】 在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，极个别α粒子被反射回来，故B、D错误，C正确．
【答案】 AC
2．(多选)由α粒子的散射实验可以得出的正确结论有( )
A．原子中绝大部分是空的
B．原子中全部正电荷都集中在很小的范围内
C．原子内有中子
D．原子中存在着带负电的电子
【答案】 AB
3．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中符合实验事实的是( )
【解析】 α粒子与原子核相互排斥，运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变化越明显，故只有C正确．
【答案】 C
1分析α粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为.“大角度偏转”只是少数粒子的行为.
2α粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键.通过对α粒子散射实验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景.
eq \([先填空])
1．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．它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动．
2．原子核的电荷与尺度
eq \([再判断])
1．原子的质量几乎全部集中在原子核上．(√)
2．原子中所有正电荷都集中在原子核内．(√)
3．核电荷数等于质子数，也等于中子数．(×)
eq \([后思考])
1．原子中的原子核所带的电荷量有何特点？
【提示】 原子核带正电，所带电荷量与核外电子所带的电荷量绝对值相等．
2．原子核的大小在整个原子中占有多大的比例？
【提示】 原子半径数量级是10－10m，而原子核半径数量级是10－15m，二者相差10万倍之多，故原子核在原子中所占的体积是很小的．
eq \([合作探讨])
汤姆孙发现电子后建立了“枣糕”模型，卢瑟福根据α粒散射实验推翻了“枣糕”模型，建立了核式结构模型．
探讨1：卢瑟福的核式结构模型是最科学的吗？
【提示】 卢瑟福的核式结构模型是比汤姆孙的“枣糕”模型更科学的模型，但不是最科学的模型，随着人们认识水平的不断提高，原子结构模型也在不断更新．
探讨2：如何理解原子内绝大部分是空的？
【提示】 原子核的半径数量级为10－15 m，原子的半径数量级为10－10 m，原子核的体积只相当于原子体积的10－5，故原子内部绝大部分是空的．
eq \([核心点击])
1．原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别.
2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数即核内质子数与核外的电子数相等．
3．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．
4．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m，两者相差10万倍之多．
4．(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是( )
A．使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对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．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子
【解析】 原子核带正电，与α粒子之间存在库仑力，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．
【答案】 BCD
5．(多选)在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子，从不同大小的角度散射出来，则散射角度大的α粒子( )
A．更接近原子核
B．更远离原子核
C．受到一个以上的原子核作用
D．受到原子核较大的冲量作用
【解析】 由于原子的体积远远大于原子核的体积，当α粒子穿越某一个原子的空间时，其他原子核距α粒子相对较远，而且其他原子核对α粒子的作用力也可以近似相互抵消，所以散射角度大的这个α粒子并非由于受到多个原子核作用，C错；由库仑定律可知，α粒子受到的斥力与距离的平方成反比，α粒子距原子核越近，斥力越大，运动状态改变越大，即散射角度越大，A对，B错；当α粒子受到原子核较大的冲量作用时，速度的变化量就大，则散射角度就大，D对．
【答案】 AD
6．在α粒子散射实验中，当在α粒子最接近原子核时，关于描述α粒子的有关物理量情况正确的是( )
A．动能最大
B．势能最小
C．势能最大
D．α粒子与金原子核组成的系统能量最小
【解析】 α粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小时，库仑力做负功，故α粒子动能减小，电势能增加，故A、B错误，C正确；系统的能量守恒，选项D错误．
【答案】 C
α粒子散射实验中的力电问题分析
(1)库仑定律：F＝keq \f(q1q2,r2)，用来分析α粒子和原子核间的相互作用力．
(2)牛顿第二定律：该实验中α粒子只受库仑力，可根据库仑力的变化分析加速度的变化．
(3)功能关系：根据库仑力做功，可分析动能的变化，也能分析电势能的变化．
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.了解α粒子散射实验器材、实验原理和实验现象．(重点)
2.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容．(重点、难点)
3.了解卢瑟福的实验和科学方法，培养抽象思维能力．(重点)
α 粒 子 散 射 实 验
卢 瑟 福 的 核 式 结 构 模 型
核式结构
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
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