第2節原子的核式結構模型核心素養導學物理觀念(1)了解α粒子散射實驗原理和實驗現象。(2)了解湯姆孫原子模型與盧瑟福的原子核式結構模型。(3)知道原子和原子核大小的數量級。科學思維認識原子核式結構模型建立的科學推理與論證過程。科學探究對α粒子散射實驗，能根據實驗現象，提出有針對性的物理問題。科學態度與責任體會α粒子散射實驗中所蘊含的科學方法。一、湯姆孫原子模型湯姆孫原子模型：湯姆孫提出了一種模型，他認為，原子是一個_____體，_________彌漫性地均勻分布在整個球體內，______鑲嵌其中，有人形象地把湯姆孫的原子模型稱為“_____模型”。

球正電荷電子棗糕二、α粒子散射實驗1．實驗裝置示意圖2．現象(1)__________

α粒子不改變方向或只發生很小的偏轉。(2)______

α粒子發生較大的偏轉。(3)極少數α粒子偏轉角超過_____，有的甚至被原路彈回。3．原因：靠近原子核的α粒子受________作用使其發生了大角度偏轉。4．結論：原子中存在體積______的帶正電的部分。絕大多數少數90°庫侖力很小三、原子核式結構模型1．原子核式結構模型：盧瑟福提出，原子中帶正電的部分體積很小，但幾乎占有原子的全部_______，電子在核外繞核______。2．原子核的電荷與尺度質量運動四、原子核式結構模型的局限性1．否定了湯姆孫的“棗糕模型”，提出了比較科學的“_________________”。2．原子核式結構模型同樣存在局限性，例如不能解釋經典_______理論存在的物理現象。核式結構模型電磁1.如圖所示為原子核式結構模型的α粒子散射圖景。判斷下列說法的正誤：(1)α粒子散射實驗中絕大多數α粒子都發生了較大偏轉。

()(2)原子核的直徑數量級為10－10m。

()(3)α粒子散射實驗表明了原子的質量幾乎全部都集中在原子核上。

()××√2．在探究原子結構的散射實驗中，入射粒子用的是α粒子，試說明其中的原因。提示：原子的結構非常緊密，用一般的方法無法探測它內部的結構。要認識原子的結構，需要用高速粒子對它進行轟擊。由于α粒子具有足夠的能量，可以接近原子的中心，它還可以使熒光物質發光，如果α粒子與其他粒子發生相互作用，改變了運動方向，熒光屏便能夠顯示出它的方向變化。3．由α粒子散射實驗的結果為何可以說明原子核尺度很小，但幾乎占有全部質量？提示：絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進，說明帶正電荷部分很小，少數α粒子被“撞了回來”說明遇到了質量很大的部分。新知學習(一)|α粒子散射實驗及現象分析[任務驅動]如圖是α粒子散射實驗裝置，各部分的作用是什么？提示：放射源放出快速運動的α粒子，α粒子通過金箔時被散射，打在熒光屏上發出熒光，可通過帶有熒光屏的放大鏡進行觀察，并可以在水平面內轉動，觀察不同方向和不同位置通過金箔的散射α粒子數量，整個裝置封閉在真空內。

[重點釋解]1．實驗背景：α粒子散射實驗是盧瑟福指導他的學生做的一個著名的物理實驗，實驗的目的是想驗證湯姆孫原子模型的正確性，實驗結果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據。在此基礎上，盧瑟福提出了原子的核式結構模型。2．否定湯姆孫的原子結構模型(1)質量遠小于原子的電子，對α粒子的運動影響完全可以忽略，不應該發生大角度偏轉。(2)α粒子在穿過原子時，受到各方向正電荷的斥力基本上會相互平衡，對α粒子運動方向的影響不會很大，也不應該發生大角度偏轉。(3)α粒子的大角度偏轉，否定湯姆孫的原子結構模型。3．盧瑟福的核式結構模型對α粒子散射分析(1)分布情況：原子的全部正電荷和幾乎全部質量集中在原子核內，原子中絕大部分是空的。(2)受力情況①少數α粒子靠近原子核時，受到的庫侖斥力大；②大多數α粒子離原子核較遠，受到的庫侖斥力較小。(3)偏轉情況①絕大多數α粒子運動方向不會明顯變化(因為電子的質量相對于α粒子很小)；②少數α粒子發生大角度偏轉，極少數偏轉超過90°；③如果α粒子幾乎正對著原子核射來，偏轉角就幾乎達到180°，這種機會極少。[典例體驗][典例]如圖所示，根據α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結構模型。圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線，實線表示一個α粒子的運動軌跡。在α粒子從a運動到b再運動到c的過程中，下列說法中正確的是(

)A．動能先增大后減小B．電勢能先減小后增大C．電場力先做負功后做正功，總功等于零D．加速度先減小后增大[答案]

C2．庫侖力對α粒子的做功情況(1)當α粒子靠近原子核時，庫侖斥力做負功，電勢能增加。(2)當α粒子遠離原子核時，庫侖斥力做正功，電勢能減小。3．α粒子的能量轉化僅有庫侖力做功時，能量只在電勢能和動能之間發生相互轉化，且總能量保持不變。

[針對訓練]1．通過如圖所示的實驗，盧瑟福建立了原子核式結構模型。實驗時，若將熒光屏和顯微鏡分別放在位置1、2、3，則相同時間內能觀察到粒子數量最多的是位置

(

)A．1

B．2C．3 D．一樣多解析：在α粒子散射實驗中，絕大多數α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，少數α粒子發生了大角度偏轉，極少數偏轉的角度大于90°，故C正確。答案：C

2．在用α粒子轟擊金箔的實驗中，盧瑟福觀察到的α粒子的運動情況是(

)A．全部α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進B．絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，少數發生較大偏轉，極少數甚至被彈回C．少數α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，絕大多數發生較大偏轉，甚至被彈回D．全部α粒子都發生很大偏轉解析：α粒子穿過金原子時，電子對α粒子速度的影響很小，影響α粒子運動的主要是原子核，離核遠則α粒子受到的庫侖斥力很小，運動方向改變小。只有當α粒子與原子核十分接近時，才會受到很大的庫侖斥力，而原子核很小，α粒子接近它的機會就很少，所以絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，少數發生較大偏轉，極少數甚至被彈回，故B正確，A、C、D錯誤。答案：B

新知學習(二)|原子的核式結構與原子核的大小[任務驅動]盧瑟福根據α粒子散射實驗結果分析得出，原子的全部正電荷和幾乎全部質量集中在原子核內。(1)原子核外的部分帶什么電？其質量特點如何？提示：帶負電，其質量很小。(2)原子核半徑的數量級是多少？原子半徑的數量級呢？提示：10－15m,10－10m。

[重點釋解]1．原子的核式結構模型與原子的棗糕模型的對比核式結構模型棗糕模型原子內部是非常空曠的，正電荷集中在一個很小的核里原子是充滿了正電荷的球體電子繞核高速旋轉電子均勻嵌在原子球體內2．原子內的電荷關系：原子核的電荷數與核外的電子數相等，非常接近原子序數。3．原子核的組成：原子核由質子和中子組成，原子核的電荷數等于原子核的質子數。4．原子核的大小：原子半徑的數量級為10－10m，原子核半徑的數量級為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。[針對訓練]1．人們在研究原子結構時提出過許多模型，其中比較有名的是棗糕模型和核式結構模型，它們的模型示意圖如圖所示。下列說法中正確的是

(

)A．α粒子散射實驗與棗糕模型和核式結構模型的建立無關B．科學家通過α粒子散射實驗否定了棗糕模型，建立了核式結構模型C．科學家通過α粒子散射實驗否定了核式結構模型，建立了棗糕模型D．科學家通過α粒子散射實驗否定了棗糕模型和核式結構模型解析：α粒子散射實驗與核式結構模型的建立有關，通過該實驗，否定了棗糕模型，建立了核式結構模型，故B正確。答案：B

2．盧瑟福的α粒子散射實驗結果表明了

(

)A．原子核是可分的B．原子核是由質子、中子組成的C．原子是由均勻帶正電的物質和帶負電的電子構成的D．原子內部有一個很小的區域，集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質量解析：盧瑟福根據α粒子散射實驗結果提出了原子的核式結構理論，表明原子內部有一個很小的區域叫原子核，它集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質量，D正確。答案：D

3．(多選)關于盧瑟福的原子核式結構學說的內容，下列敘述正確的是

(

)A．原子是一個質量分布均勻的球體B．原子的質量幾乎全部集中在原子核內C．原子的正電荷和負電荷全部集中在一個很小的核內D．原子核半徑的數量級是10－15m解析：原子的質量幾乎全部集中在原子核內，所以A錯誤，B正確；原子的正電荷全部集中在一個很小的核內，負電荷繞原子核做圓周運動，所以C錯誤；原子核半徑的數量級是10－15m，所以D正確。答案：BD

一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養

物理觀念——α粒子散射實驗1．(選自人教版新教材課后練習)α粒子散射實驗用的是金箔等重金屬箔，而沒有用輕金屬箔，例如鋁箔。除了金的延展性好，可以把金箔做得非常薄這個原因以外，你認為還有什么原因？提示：除題目中提到的原因以外，重金屬的原子核帶電荷量較大，質量和體積也相對較大，所以用重金屬箔實驗現象更明顯。

科學思維——從能量角度估計原子核大小2．(選自魯科版新教材“拓展一步”)由α粒子散射實驗的數據可估計出原子核的大小。當α粒子與原子核發生彈性正碰時，α粒子以接近180°的角度返回。假定原子核靜止不動，α粒子以一定的初動能接近原子核，達到離原子核的最小距離時，初動能完全轉變為在原子核電場中的電勢能，然后在原子核的排斥作用下以接近180°的角度返回。二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1．(多選)在α粒子散射實驗中，如果兩個具有相同能量的α粒子，從不同大小的角度散射出來，則散射角度大的α粒子

(

)A．更接近原子核B．更遠離原子核C．受到一個以上的原子核作用D．受到原子核較大的沖量作用解析：由于原子的體積遠遠大于原子核的體積，當α粒子穿越某一個原子的空間時，其他原子核距α粒子相對較遠，而且其他原子核對α粒子的作用力也可以近似相互