第四章原子結構和波粒二象性3原子的核式結構模型學習目標學法與考法1．了解湯姆孫原子模型(重點)2．知道α粒子散射實驗的現象、方法和結果(重難點)3．知道原子的核式結構模型(重點、難點)學法：①通過發現電子的學習，理解湯姆孫對陰極射線研究的方法及發現電子的意義；②通過對α粒子散射實驗結果的討論與交流，培養學生對現象的分析和歸納中得出結論的邏輯推理能力；③通過核式結構模型的建立，體會建立模型對研究物理問題的重要作用，理解物理模型的演化及其在物理學發展過程中的作用考法：①對電子的發現過程綜合電場和磁場的性質進行考查；②對α粒子散射實驗現象的理解及現象分析的考查；③對α粒子散射現象結合電場力和能量的考查知識導圖

課前?自主預習電子的發現1．陰極射線：科學家在研究___________放電時發現，當玻璃管內的氣體足夠稀薄時，陰極發出一種射線，這種射線能使玻璃管壁發出熒光，這種射線稱為___________．2．湯姆孫對陰極射線本質的探究(1)實驗巧妙利用靜電偏轉力和磁場偏轉力相抵消的方法，確定了陰極射線粒子的速度，并測量出了粒子的_______．(2)換用不同材料的陰極和不同的氣體，所得粒子的_______相同，這說明不同物質都能發射這種帶電粒子，它是各種物質中共有的成分．稀薄氣體陰極射線比荷比荷3．結論(1)陰極射線是______________．(2)不同物質都能發射這種帶電粒子，它是各種物質中共有的成分，比最輕的氫原子的質量還要小得多，湯姆孫將這種帶電粒子稱為________．(3)電子的發現說明原子具有一定的________，即原子是由電子和其他物質組成的．4．電子發現的意義：電子的發現揭開了認識原子結構的序幕．帶電粒子流電子結構電子的發現，說明了什么？【答案】電子的發現，說明原子可以再分．關于陰極射線的本質，下列說法正確的是 (

)A．陰極射線本質是氫原子B．陰極射線本質是電磁波C．陰極射線本質是電子流D．陰極射線本質是X射線【答案】C【解析】陰極射線本質上是電子流，帶負電，A、B、D錯誤，C正確．

α粒子散射實驗1．湯姆孫的原子模型湯姆孫在1904年提出原子的棗糕模型：原子是一個_______，正電荷_______地分布在整個球內，電子像棗糕上的棗子一樣___________，被正電荷吸引著．原子內正、負電荷_______，原子整體呈中性．2．α粒子散射實驗目的α粒子通過金箔時，用這些已知的粒子與金屬內的原子_________，根據粒子的__________來獲得原子內部的信息．球體均勻嵌在球中相等相互作用偏轉情況3．α粒子散射實驗方法用由放射源發射的α粒子束轟擊________，利用熒光屏接收、探測通過金箔后的α粒子偏轉情況．4．α粒子散射實驗結果__________α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，但是有少數α粒子發生了大角度偏轉，有__________α粒子偏轉角超過了90°，有的甚至被_______彈回，α粒子被反射回來的概率竟然有________．金箔絕大多數極少數原路做α粒子散射實驗時有哪些現象？為什么會出現這些現象？【答案】α粒子散射實驗的現象是：絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，但是有少數α粒子發生了大角度偏轉，有極少數α粒子偏轉角度超過了90°，有的甚至被原路彈回．因為原子中帶正電的部分集中在一個很小的核上．

(多選)關于α粒子散射實驗的現象，下列說法正確的是

(

)A．絕大部分α粒子穿過金箔后，都不同程度發生了偏轉B．極少數α粒子偏轉角度超過90°C．α粒子發生偏轉的原因是金原子核對它的庫侖力作用D．α粒子發生偏轉的原因是金原子核與它發生碰撞時的碰撞力【答案】BC【解析】α粒子散射實驗的現象是絕大多數α粒子幾乎不發生偏轉，少數α粒子發生了較大的角度偏轉，極少數α粒子發生了大角度偏轉(偏轉角度超過90°，有的甚至幾乎達到180°，被反彈回來)，A錯誤，B正確；造成α粒子散射角度大的原因，是受到的原子核的斥力比較大，C正確，D錯誤．盧瑟福的原子模型1．核式結構模型(1)原子的內部有一個很小的核，叫________，原子的全部正電荷和幾乎___________都集中在原子核內，帶負電的電子繞核運動．(2)原子的核式結構模型又被稱為___________．2．原子的大小(1)原子直徑數量級：________m．(2)原子核直徑數量級：________m．原子核全部質量行星模型10－10

10－15

原子的核式結構模型是怎樣的？【答案】原子由位于原子中的帶正電的原子核和核外帶負電的電子構成，電子在核外繞核高速旋轉，庫侖力提供向心力，原子中絕大部分是空的，原子核很?。?/p>

(多選)下列對原子結構的認識中，正確的是 (

)A．原子中絕大部分是空的，原子核很小B．電子在核外旋轉，庫侖力提供向心力C．原子的全部正電荷都集中在原子核里D．原子核的直徑大約是10－10m【答案】ABC【解析】原子由位于原子中的帶正電的原子核和核外帶負電的電子構成，電子在核外繞核高速旋轉，庫侖力提供向心力，由此可判定B、C正確．原子中絕大部分是空的，原子核很小，原子核直徑的數量級為10－15m，而原子直徑的數量級為10－10m，故A正確，D錯誤．課堂?重難探究－對電子發現的認識1．對陰極射線的認識(1)現象：真空玻璃管兩極加上高電壓，玻璃管壁上發出熒光及管中物體在玻璃壁上呈現影子．(2)命名：德國物理學家戈爾德斯泰因將陰極發出的射線命名為陰極射線．(3)猜想：①陰極射線是一種電磁輻射．②陰極射線是帶電微粒．(4)驗證：英國物理學家湯姆孫讓陰極射線在電場和磁場中偏轉，發現陰極射線帶負電并測出了粒子的比荷進而發現電子．(5)實驗：密立根通過“油滴實驗”精確測定了電子的電荷量和電子的質量．2．電子比荷的測定方法甲

乙

對電子發現的認識變式1密立根油滴實驗如圖所示，A、B是兩塊平行放置的水平金屬板，A板帶正電，B板帶負電，從噴霧器嘴噴出的小油滴落到A、B兩板之間的電場中，小油滴由于摩擦而帶負電，調節A、B兩板間的電壓，可使小油滴受到的電場力和重力平衡，已知小油滴靜止時的電場強度是1.92×105N/C，油滴半徑是1.64×10－4cm，油的密度是0.851g/cm3，求油滴所帶的電荷量，這個電荷量是電子電荷量的多少倍？測量帶電粒子比荷常用的兩種方法－對發現原子核式結構實驗的理解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．大角度偏轉的實驗現象分析(1)由于電子質量遠小于α粒子質量，所以電子不可能使α粒子發生大角度偏轉．(2)使α粒子發生大角度偏轉的只能是原子中帶正電的部分．按照湯姆孫原子模型，正電荷在原子內是均勻分布的，α粒子穿過原子時，它受到的兩側斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子發生大角度偏轉，更不能使α粒子反向彈回，這與α粒子散射實驗相矛盾．(3)實驗現象表明原子絕大部分是空的，原子的幾乎全部質量和所有正電荷都集中在原子中心的一個很小的核上，否則α粒子大角度散射是不可能的．對α粒子散射實驗的理解例2

(多選)如圖為盧瑟福所做的α粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，下列說法中正確的是

(

)A．相同時間內在A位置觀察到屏上的閃光次數最多B．相同時間內在B位置觀察到屏上的閃光次數比放在C時稍少些C．放在D位置時屏上仍能觀察到一些閃光D．放在C、D位置時屏上觀察不到閃光【答案】AC【解析】在盧瑟福α粒子散射實驗中，α粒子穿過金箔后，絕大多數α粒子仍沿原來的方向前進，故A正確．少數α粒子發生大角度偏轉，極少數α粒子偏轉角度大于90°，極個別α粒子反彈回來，所以在B位置只能觀察到少數的閃光，在C、D兩位置能觀察到的閃光次數極少，故B、D錯誤，C正確．變式2在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數α粒子發生了大角度的偏轉，其主要原因是

(

)A．原子中有帶負電的電子，電子會對α粒子有引力的作用B．正電荷在原子中是均勻分布的C．原子的正電荷和絕大部分的質量都集中在一個很小的核上D．原子是可再分的【答案】C【解析】在α粒子散射實驗中，有少數α粒子發生大角度偏轉說明三點：一是原子內有一質量很大的粒子存在；二是這一粒子帶有較大的正電荷；三是這一粒子的體積很小，C正確，A、B、D錯誤．解決α粒子散射實驗問題的技巧1．熟悉實驗裝置及原理．2．核外電子不會使α粒子的速度發生明顯改變．3．湯姆孫的原子模型不能解釋α粒子的大角度散射．4．少數α粒子發生了大角度偏轉，甚至反彈回來，表明這些α粒子在原子中的某個地方受到了質量、電荷量均比它本身大得多的物體的作用．5．絕大多數α粒子在穿過厚厚的金原子層時運動方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的，原子的質量、電荷量都集中在體積很小的核內．－對盧瑟福的原子模型的理解1．湯姆孫的原子結構模型與盧瑟福的原子核式結構對比項目湯姆孫的葡萄干面包模型盧瑟福的原子核式模型分布情況正電荷和質量均勻分布，負電荷鑲嵌在其中正電荷和幾乎全部質量集中在原子中心的一個極小核內，電子質量很小，分布在很大空間內項目湯姆孫的葡萄干面包模型盧瑟福的原子核式模型受力情況α粒子在原子內部時，受到的庫侖斥力相互抵消，幾乎為零少數靠近原子核的α粒子受到的庫侖力大，而大多數離核較遠的α粒子受到的庫侖力較小偏轉情況不會發生大角度偏轉，更不會被彈回絕大多數α粒子運動方向不變，少數α粒子發生大角度偏轉，極少數α粒子偏轉角度超過90°，有的甚至被彈回分析結論不符合α粒子散射實驗現象符合α粒子散射實驗現象2．原子的核式結構模型對α粒子散射實驗結果的解釋(1)當α粒子穿過原子時，如果離核較遠，受到原子核的斥力很小，α粒子就像穿過“一片空地”一樣，無遮無擋，運動方向改變很小．因為原子核很小，所以絕大多數α粒子不發生偏轉．(2)只有當α粒子十分接近原子核穿過時，才受到很大的庫侖力作用，發生大角度偏轉，而這種機會很少，所以有少數粒子發生了大角度偏轉．(3)如果α粒子正對著原子核射來，偏轉角幾乎達到180°，這種機會極少，如圖所示，所以極少數粒子的偏轉角度甚至大于90°．3．原子內的電荷關系：原子核的電荷數與核外的電子數相等，非常接近它們的原子序數．4．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．5．原子半徑的數量級是10－10m，原子核半徑的數量級是10－15m，兩者相差10萬倍之多．對盧瑟福的原子核式模型的理解及應用例3盧瑟福指導他的助手進行的α粒子散射實驗所用儀器的示意圖如圖．放射源發射的α粒子打在金箔上，通過顯微鏡觀察散射的α粒子．實驗發現，絕大多數α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來方向前進，但少數α粒子發生了大角度偏轉，極少數的角度甚至大于90°，于是，盧瑟福大膽猜想

(

)A．原子半徑的數量級是10－10mB．原子核內存在質子和中子C．原子內部有體積很小、質量很大的核D．造成α粒子偏轉的主要原因是它受到了原子中電子的作用【答案】C【解析】原子半徑的數量級是通過油膜法測出來的，該實驗不能確定原子半徑的數量級，A錯誤；盧瑟福用α粒子轟擊氮核，證實了在原子核內存在質子，中子是查德威克發現的，B錯誤；從絕大多數α粒子幾乎不發生偏轉，可以推測使粒子受到排斥力的原子核體積極?。粡臉O少數α粒子發生了大角度的偏轉，說明原子中心的核帶有原子的全部正電和絕大部分質量，C正確；造成α粒子偏轉的主要原因是它受到了原子內部正電荷的作用，D錯誤．變式3

(多選)下列對α粒子散射實驗的解釋，正確的是 (

)A．使α粒子產生偏轉的主要原因是原子中電子對α粒子的作用力B．使α粒子產生偏轉的力是庫侖力C．原子核很小，α粒子接近它的機會很小，所以絕大多數的α粒子仍沿原來的方向前進D．能產生大角度偏轉的α粒子是穿過原子時離原子核近的α粒子【答案】BCD【解析】原子核帶正電，與α粒子之間存在庫侖力，當α粒子靠近原子核時受庫侖力而偏轉，電子對它的影響可忽略，故A錯誤，B正確；由于原子核非常小，絕大多數粒子經過時離核較遠因而運動方向幾乎不變，只有離核很近的α粒子受到的庫侖力較大，方向改變較多，故C、D正確．變式4如圖，盧瑟福進行的α粒子散射實驗現象表明(

)A．在原子的中心有一個很小的核B．原子核具有復雜結構C．原子核集中了原子所有的質量D．核外電子在繞核做圓周運動【答案】A【解析】為了解釋α粒子散射實驗現象，盧瑟福提出了原子核式結構模型：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量都集中在原子核里，A正確，C錯誤；實驗現象不能說明原子核具有復雜結構，也不能說明核外電子的運動規律，B、D錯誤．分析α粒子散射實驗中的力電問題規律2．牛頓第二定律：該實驗中α粒子只受庫侖力，可根據庫侖力的變化分析加速度的變化．3．功能關系：根據庫侖力做功，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，其周圍的電場相當于正點電荷的電場，注意應用其電場線和等勢面的特點．小練?隨堂鞏固1．α粒子散射實驗中，使α粒子發生散射的原因是 (

)A．α粒子與原子核外電子碰撞B．α粒子與原子核發生接觸碰撞C．α粒子發生明顯衍射D．α粒子與原子核的庫侖力作用【答案】D2．借助陰極射線管，我們看到的是 (

)A．每個電子的運動軌跡

B．所有電子整體的運動軌跡C．看到的是真實的電子

D．看到的是錯誤的假象【答案】B【解析】陰極射線管中不能看到每個電子的運動軌跡，借助陰極射線管，我們看到的是電子束的運動軌跡，即所有電子整體的運動軌跡，B