
3.原子的核式結(jié)構(gòu)模型
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.領(lǐng)會(huì)電子的發(fā)現(xiàn)對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義。2.了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,知道原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。3.了解盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型,知道原子核大小的數(shù)量級(jí)。4.認(rèn)識(shí)原子核式結(jié)構(gòu)模型建立的科學(xué)推理與論證過(guò)程。
1.陰極射線熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線的撞擊而引起的,這種射線命名為_(kāi)___________。
2.湯姆孫的探究方法及結(jié)論(1)根據(jù)陰極射線在________和________中的偏轉(zhuǎn)情況斷定,它的本質(zhì)是帶______電的粒子流,并求出了這種粒子的比荷。(2)換用____________的陰極做實(shí)驗(yàn),所得比荷的數(shù)值都________,是氫離子比荷的近兩千倍。(3)結(jié)論:陰極射線粒子帶負(fù)電,其電荷量的大小與氫離子________ ________,而質(zhì)量比氫離子__________,后來(lái)組成陰極射線的粒子被稱為_(kāi)_______。
3.湯姆孫的進(jìn)一步研究湯姆孫又進(jìn)一步研究了許多新現(xiàn)象,證明了________是原子的組成部分。4.電子的電荷量及電荷量子化(1)電子電荷量:1910年前后由__________通過(guò)著名的__________得出,電子電荷量的現(xiàn)代值為e=_________________。
1.602×10-19 C
1.α粒子散射實(shí)驗(yàn)(1)湯姆孫原子模型湯姆孫于1898年提出了原子模型,他認(rèn)為原子是一個(gè)________,__________彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi),________鑲嵌在球中。
(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)①實(shí)驗(yàn)裝置:α粒子源、________、放大鏡和__________。②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:a.絕大多數(shù)的α粒子穿過(guò)金箔后____________的方向前進(jìn)。b.少數(shù)α粒子發(fā)生了__________的偏轉(zhuǎn)。c.極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角____________,甚至有極個(gè)別α粒子被反彈回來(lái)。③實(shí)驗(yàn)意義:盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn),否定了湯姆孫的原子模型,建立了____________模型。
2.盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型核式結(jié)構(gòu)模型1911年由盧瑟福提出,在原子中心有一個(gè)很小的核,叫________。它集中了原子全部的__________和幾乎全部的________,________在核外空間運(yùn)動(dòng)。
原子核的電荷數(shù)等于核外________數(shù)等于原子序數(shù),原子核大小的數(shù)量級(jí)為_(kāi)_______m,原子大小數(shù)量級(jí)為_(kāi)_______m,兩者相差十萬(wàn)倍之多,可見(jiàn)原子內(nèi)部十分“空曠”。若原子相當(dāng)于一個(gè)立體的足球場(chǎng)的話,則原子核就像足球場(chǎng)中的一粒米。
『判一判』(1)陰極射線本質(zhì)是電磁波。( )(2)湯姆孫的棗糕式模型認(rèn)為原子是一個(gè)球體,正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)。( )(3)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中絕大多數(shù)α粒子都發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)。( )
(4)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為原子中帶正電的部分體積很小,電子在正電體外面運(yùn)動(dòng)。( )(5)原子核的電荷數(shù)等于核中的中子數(shù)。( )(6)對(duì)于一般的原子,由于原子核很小,所以內(nèi)部十分空曠。( )
『選一選』(2020·吉林省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二月考)在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng),下列各圖畫(huà)出的是其中兩個(gè)α粒子經(jīng)歷金箔散射過(guò)程的徑跡,其中正確的是( )解析:根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象可知,選C。
『想一想』如圖所示為湯姆孫的氣體放電管。
(1)在金屬板D1、D2之間加上如圖所示的電場(chǎng)時(shí),發(fā)現(xiàn)陰極射線向下偏轉(zhuǎn),說(shuō)明它帶什么性質(zhì)的電荷?(2)在金屬板D1、D2之間單獨(dú)加哪個(gè)方向的磁場(chǎng),可以讓陰極射線向上偏轉(zhuǎn)?答案:(1)帶負(fù)電 (2)垂直紙面向外解析:(1)陰極射線在電場(chǎng)中向下偏轉(zhuǎn),說(shuō)明射線帶負(fù)電。(2)要使帶負(fù)電的陰極射線向上偏轉(zhuǎn),根據(jù)左手定則可知,需加垂直紙面向外的磁場(chǎng)。
電子所帶電荷量最早是由美國(guó)科學(xué)家密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出的。油滴實(shí)驗(yàn)的原理如圖所示,兩塊水平放置的平行金屬板與電源連接,上、下板分別帶正、負(fù)電荷。油滴從噴霧器噴出后,
由于摩擦而帶電,油滴進(jìn)入上板中央小孔后落到勻強(qiáng)電場(chǎng)中,通過(guò)顯微鏡可以觀察到油滴的運(yùn)動(dòng)情況。兩金屬板間的距離為d,忽略空氣對(duì)油滴的浮力和阻力。
試分析:(1)如何判定油滴的電性?(2)調(diào)節(jié)兩金屬板間的電勢(shì)差U,當(dāng)U=U0時(shí),使得某個(gè)質(zhì)量為m1的油滴恰好做勻速運(yùn)動(dòng),則該油滴所帶電荷量q為多少?
對(duì)陰極射線管裝置及其射線的理解(1)裝置現(xiàn)象真空玻璃管兩極加上高電壓→玻璃管壁上發(fā)出熒光。(2)德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦將陰極發(fā)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)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫讓陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn),得知射線帶負(fù)電并測(cè)出了其比荷。(5)密立根通過(guò)“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測(cè)定了電子的電荷量和電子的質(zhì)量。
(6)電子發(fā)現(xiàn)的意義電子是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)比原子小的粒子。電子的發(fā)現(xiàn)打破了原子不可再分的傳統(tǒng)觀念,使人們認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒,原子本身也有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這是人類(lèi)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的一次飛躍,開(kāi)創(chuàng)了探索原子結(jié)構(gòu)奧秘的新時(shí)代。湯姆孫也由于發(fā)現(xiàn)了電子,不僅榮獲了1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),而且被后人譽(yù)為“最先打開(kāi)通向基本粒子物理學(xué)大門(mén)的偉人”。
1.(多選)(2021·上海市格致中學(xué)高二月考)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)( )A.陰極射線在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè)B.陰極射線在磁場(chǎng)中受力情況跟正電荷受力情況相同C.不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷不同D.湯姆孫并未得出陰極射線粒子的電荷量
解析:陰極射線實(shí)質(zhì)上就是高速電子流,所以在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè),選項(xiàng)A正確;由于電子帶負(fù)電,所以其受力情況與正電荷不同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;不同材料所產(chǎn)生的陰極射線都是電子流,所以它們的比荷是相同的,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;在湯姆孫實(shí)驗(yàn)證實(shí)陰極射線就是帶負(fù)電的電子流時(shí)并未得出電子的電荷量,最早測(cè)量電子電荷量的是美國(guó)科學(xué)家密立根,選項(xiàng)D正確。
對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解
如圖所示為α粒子散射的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,α粒子為什么會(huì)發(fā)生大角度散射?提示:α粒子受到原子核的庫(kù)侖力
1.關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的相關(guān)問(wèn)題(1)α粒子的實(shí)質(zhì):α粒子(He)是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的粒子,實(shí)質(zhì)是氦原子核,帶有兩個(gè)單位的正電荷,質(zhì)量約為氫原子質(zhì)量的4倍、電子質(zhì)量的7 300倍。
①α粒子源:釙放在帶小孔的鉛盒中,放射出高能α粒子,帶兩個(gè)單位的正電荷,質(zhì)量約為氫原子質(zhì)量的4倍。②金箔:特點(diǎn)是金原子的質(zhì)量大,且易延展成很薄的箔。③放大鏡:能繞金箔在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。④熒光屏:熒光屏裝在放大鏡上。⑤整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在真空中進(jìn)行。金箔很薄,α粒子穿過(guò)原子時(shí)受到各方向電荷斥力基本平衡,對(duì)α粒子運(yùn)動(dòng)影響不會(huì)很大,α粒子很容易穿過(guò)。
(3)實(shí)驗(yàn)過(guò)程:α粒子經(jīng)過(guò)一條細(xì)通道,形成一束射線,打在很薄的金箔上,由于金原子中的帶電粒子對(duì)α粒子有庫(kù)侖力的作用,一些α粒子會(huì)改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向。帶有放大鏡的熒光屏可以沿圖中虛線轉(zhuǎn)動(dòng),以統(tǒng)計(jì)向不同方向散射的α粒子的數(shù)目。(4)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后,基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn),但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°。
如圖所示為盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖,圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)顯微鏡前相連的熒光屏可觀察α粒子在各個(gè)角度的散射情況。
下列說(shuō)法中正確的是( )A.在圖中的A、B兩位置分別進(jìn)行觀察,相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B.在圖中的B位置進(jìn)行觀察,屏上觀察不到任何閃光C.盧瑟福選用不同金屬箔片作為α粒子散射的靶,觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相似D.α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子撞擊到金原子后產(chǎn)生的反彈
解題指導(dǎo):以“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象和核式結(jié)構(gòu)模型入手解答。解析:放在A位置時(shí),相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多,說(shuō)明大多數(shù)粒子基本不偏折,可知金箔原子內(nèi)部很空曠,故A錯(cuò)誤;放在B位置時(shí),相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)極少,說(shuō)明極少粒子發(fā)生大角度偏折,故B錯(cuò)誤;選用不同金屬箔片作為α粒子散射的靶,觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相似,故C正確;主要原因是α粒子接近金原子核后,因庫(kù)侖力作用,且質(zhì)量較大,從而出現(xiàn)的反彈,故D錯(cuò)誤。
2.(2021·福建省永安月考)圖示是α粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運(yùn)動(dòng)軌跡,M、N、P、Q是軌跡上的四點(diǎn),在散射過(guò)程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止不動(dòng)。圖中所標(biāo)出的α粒子在各點(diǎn)處的加速度方向正確的是( )A.M點(diǎn)B.N點(diǎn)C.P點(diǎn)D.Q點(diǎn)
解析:α粒子與重金屬原子核之間的庫(kù)侖力提供α粒子的加速度,方向沿α粒子與原子核的連線且指向α粒子,則四個(gè)選項(xiàng)中只有P點(diǎn)處的加速度方向符合實(shí)際,故C項(xiàng)正確。
原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子核的組成
如圖所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景。
(1)為什么絕大多數(shù)的α粒子穿過(guò)金箔后,基本上仍沿原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向前進(jìn)?(2)為什么少數(shù)的α粒子穿過(guò)金箔后,發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)?
提示:(1)當(dāng)α粒子穿過(guò)原子時(shí),如果離核較遠(yuǎn),受到原子核的斥力很小,α粒子就像穿過(guò)“一片空地”一樣,無(wú)遮無(wú)擋,運(yùn)動(dòng)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)只有當(dāng)α粒子十分接近原子核穿過(guò)時(shí),才受到很大的庫(kù)侖力作用,偏轉(zhuǎn)角才很大,而這種機(jī)會(huì)很少。(3)如果α粒子正對(duì)著原子核射來(lái),偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°,這種機(jī)會(huì)極少。
1.原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕模型的對(duì)比
2.原子內(nèi)的電荷關(guān)系原子核的電荷數(shù)與核外的電子數(shù)相等,等于原子序數(shù)。3.原子核的組成原子核由質(zhì)子和中子組成,原子核的電荷數(shù)等于原子核的質(zhì)子數(shù)。4.原子核的大小原子的直徑數(shù)量級(jí)為10-10 m,原子核直徑的數(shù)量級(jí)為10-15 m,原子核的直徑只相當(dāng)于原子直徑的十萬(wàn)分之一,體積只相當(dāng)于原子體積的10-15。
(多選)關(guān)于盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型,下列說(shuō)法正確的是( )A.原子中絕大部分是“空”的,原子核很小B.電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)的向心力是原子核對(duì)它的庫(kù)侖力C.原子的全部電荷和質(zhì)量都集中在原子核里D.原子核的直徑的數(shù)量級(jí)是10-10 m解題指導(dǎo):正確理解盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型是解題關(guān)鍵。
解析:因?yàn)樵拥娜空姾珊蛶缀跞抠|(zhì)量都集中在原子核內(nèi),而原子核又很小,所以原子內(nèi)絕大部分區(qū)域是“空”的,A正確,C錯(cuò)誤;電子繞原子核的圓周運(yùn)動(dòng)是原子核與電子間的庫(kù)侖引力提供向心力,B正確;原子核直徑的數(shù)量級(jí)是10-15 m,原子直徑的數(shù)量級(jí)是10-10 m,D錯(cuò)誤。
3.(多選)下列關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)理論說(shuō)法正確的是( )A.是通過(guò)發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來(lái)的B.原子的中心有個(gè)核,叫作原子核C.原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中D.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)電的電子在核外旋轉(zhuǎn)
解析:原子的核式結(jié)構(gòu)模型是在α粒子的散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出的,A錯(cuò)誤;原子中絕大部分是空的,帶正電的部分集中在原子中心一個(gè)很小的范圍,稱為原子核,B正確,C錯(cuò)誤;原子核集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量,帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn),D正確。
α粒子散射過(guò)程中的受力及能量轉(zhuǎn)化情況
2.庫(kù)侖力對(duì)α粒子的做功情況(1)當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí),庫(kù)侖力做負(fù)功,電勢(shì)能增加。(2)當(dāng)α粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí),庫(kù)侖力做正功,電勢(shì)能減小。3.α粒子的能量轉(zhuǎn)化情況僅有庫(kù)侖力做功,能量只在電勢(shì)能和動(dòng)能之間相互轉(zhuǎn)化,而總能量保持不變。
答案:2.7×10-14 m
1.(2021·安徽銅陵一中高二下學(xué)期期中)下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )A.電子是原子的組成部分B.電子電荷的精確測(cè)定最早是由密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”實(shí)現(xiàn)的C.電子電荷的數(shù)值約為1.602×10-19 CD.電子質(zhì)量與電荷量的比值稱為電子的比荷
解析:電子是原子的組成部分,電子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明原子是可以再分的,選項(xiàng)A正確;電子電荷的精確測(cè)定是由密立根通過(guò)著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”做出的,其測(cè)得電子電荷的值約為1.602×10-19 C,選項(xiàng)BC正確;電子的電荷量與質(zhì)量的比值稱為電子的比荷,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
2.(2021·貴州安順平壩一中高二下月考)下列能正確反映盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖是( )
解析:根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知:離金原子核遠(yuǎn)的α粒子偏轉(zhuǎn)角度小,離金原子核近的α粒子偏轉(zhuǎn)角度大;少數(shù)α粒子發(fā)生大的偏折,極少數(shù)α粒子可能沿原方向彈回,故D正確,ABC錯(cuò)誤。
3.(2021·云南省下關(guān)第一中學(xué)高二下學(xué)期期中)人們?cè)谘芯吭咏Y(jié)構(gòu)時(shí)提出過(guò)許多模型,其中比較有名的是棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型,它們的模型示意圖如圖所示。
下列說(shuō)法中正確的是( )A.α粒子散射實(shí)驗(yàn)與棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型的建立無(wú)關(guān)B.科學(xué)家通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了棗糕模型,建立了核式結(jié)構(gòu)模型C.科學(xué)家通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了核式結(jié)構(gòu)模型,建立了棗糕模型D.科學(xué)家通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了棗糕模型和核式結(jié)構(gòu)模型解析:盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了湯姆孫的棗糕模型,建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。
4.(2020·甘肅天水一中高二上開(kāi)學(xué)考)今年四月以來(lái),我省大部分地區(qū)遭遇強(qiáng)沙塵天氣,空氣質(zhì)量指數(shù)AQI爆表,AQI空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要污染物為PM2.5、NO2等六項(xiàng)。PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5 μm的顆粒物,把PM2.5、NO2分子、電子、原子核按照空間尺度由大到小排序正確的是( )A.PM2.5→NO2分子→原子核→電子B.NO2分子→PM2.5→原子核→電子C.NO2分子→原子核→PM2.5→電子D.NO2分子→原子核→電子→PM2.5
這是一份高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)3 原子的核式結(jié)構(gòu)模型圖文課件ppt,共37頁(yè)。PPT課件主要包含了帶負(fù)電,陰極射線,6×10-19,1×10-31,不可再分,仍沿原來(lái),大角度,大于90°,核式結(jié)構(gòu),原子核等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)3 原子的核式結(jié)構(gòu)模型課堂教學(xué)課件ppt,共54頁(yè)。PPT課件主要包含了課前·自主預(yù)習(xí),電子的發(fā)現(xiàn),稀薄氣體,陰極射線,帶電粒子流,α粒子散射實(shí)驗(yàn),嵌在球中,相互作用,偏轉(zhuǎn)情況,絕大多數(shù)等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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