物理选择性必修 第三册3 原子的核式结构模型第2课时导学案及答案

第四章原子结构和波粒二象性

第3节原子的核式结构模型第2课时

【素养目标】

1.了解α粒子散射实验器材、实验原理和实验现象．

2.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容．

3.了解卢瑟福的实验和科学方法，培养抽象思维能力

【必备知识】

知识点一、汤姆孙原子模型

1. J.J.汤姆孙的”西瓜模型“或”枣糕模型“：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．

知识点二、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．

知识点三、原子的核式结构模型

1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核．原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核运动．

知识点四、原子核的电荷与尺度

（1）原子核的电荷：是原子核的电荷，单位是库仑；Z是原子序数，也是原子核的电荷数，它表示原子核的电荷是一个电子电荷（绝对值）的多少倍。Z是没有单位的，或者说，Z的单位是1

（2）原子核的尺度：对于一般的原子核，核半径的数量级为m，而整个原子半径的数量级是m，两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。

【课堂检测】

1．按卢瑟福的原子模型，氢原子的核外电子质量为m，电荷量为，做轨道半径为r的匀速圆周运动。求：

(1)电子运动的速率和动能；

(2)电子绕核转动的频率。

【答案】(1)，；(2)

【详解】

(1)氩原子核对核外电子的库仑引力远大于它们之间的万有引力，万有引力不计。所以电子绕核转动的向心力是库仑引力

所以

所以

(2)根据

且

所以

2．粒子的质量约为电子质量的7300倍，如果粒子以速度v与电子发生弹性正碰（假定电子原来是静止的），求碰撞后粒子的速度变化了多少，并由此说明为什么原子中的电子不能使粒子发生明显偏转。

【答案】见解析

【详解】

设电子的质量为，粒子的质量为，碰撞后粒子的速度为，电子的速度为。由于粒子与电子发生弹性正碰，所以

考虑到

解得

可见，原子中的电子不能使粒子发生明显偏转。

【素养作业】

1．物理学的研究推动了科学技术的发展，促进了人类文明的进步。下列关于物理学史的说法正确的是（　　）

A．卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的“枣糕模型”

B．法拉第首先发现了电磁感应现象，揭示了“磁生电”的奥秘

C．牛顿发现了万有引力定律，并通过扭秤实验测出了引力常量

D．爱因斯坦发现了光电效应规律，首先提出了能量量子化的观点

【答案】B

【详解】

A．卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的“核式结构模型”，A项错误；

B．法拉第首先发现了电磁感应现象，揭示了“磁生电”的奥秘，B项正确；

C．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许通过扭秤实验测出了引力常量，C项错误；

D．爱因斯坦发现了光电效应规律，普朗克首先提出了能量量子化的观点，D项错误。

故选B。

2．在卢瑟福的粒子散射实验中，换用不同金属箔片做实验，发现原子序数越大的金属，偏角大的粒子数越多，其原因是（　　）

A．原子序数越大，核外电子越多

B．原子序数越大，核外电子越少

C．原子序数越大，原子核的质量数和电量数越大

D．原子序数越大，原子核的质量数和电量数越小

【答案】C

【详解】

原子序数越大，原子核越大，则粒子接近原子核的可能性越大，原子序数越大，电荷数越多，受原子核库仑力作用的范围越大，故偏角大的粒子数越多。

故选C。

3．下列说法中能说明电子是一切原子的组成部分的是（　　）

A．电子的质量小

B．电子带负电

C．从各种原子中得到的电子，其质量和电荷量都一样

D．电子的质量比氢原子的质量小

【答案】C

【详解】

各种带电微粒中，电子电荷量的大小是最小的，从各种原子中得到的电子，其质量和电荷量都是一样的，说明所有原子中都有电子，且所有原子不显电性，是因为电子所带电性和电量与荷内质子相反。

故选C。

4．粒子散射实验中，不考虑电子和粒子的碰撞，这是因为（　　）

A．粒子和电子根本无相互作用

B．粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的

C．电子体积极小，粒子碰撞不到电子

D．粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计

【答案】D

【详解】

粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子质量只有粒子的，粒子与电子碰撞就像一颗子弹撞上一粒灰尘一样，粒子几乎不受影响。

故选D。

5．在α粒子散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力应属于(　　)

A．万有引力 B．库仑力

C．安培力 D．洛伦兹力

【答案】B

【详解】

α粒子和电子之间有相互作用力,它们接近时就有库仑引力作用,但因为电子的质量只有α粒子质量的1/7300,粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样α粒子质量大,其运动方向几乎不改变,能让α发生偏转的是原子核对α产生的库仑力，故B正确；ACD错误；故选B

6．根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图表示了原子核式结构模型的α粒子散射图景．图中实线表示α粒子的运动轨迹．其中一个α粒子在从a运动到b再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近),下列判断中正确的是(　　)

A．α粒子的动能先增大后减小

B．α粒子的电势能先增大后减小

C．α粒子的加速度先变小后变大

D．电场力对α粒子先做正功后做负功

【答案】B

【详解】

ABD．α粒子先靠近原子核，然后又远离原子核，则在运动过程中，电场力(库仑斥力)对α粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，由动能定理知，动能先减小后增大，则B选项正确，而A、D选项错误；

C．α粒子受到的库仑斥力先增大后减小，由牛顿第二定律知，加速度先增大后减小，C选项错误。

故选B。

【点睛】

题借助α粒子散射实验考查了带电粒子在电场中运动时动能、势能、加速度等物理量的变化情况，根据电场有关知识即可解答．

7．在卢瑟福的粒子散射实验中，某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图所示．图中P、Q为轨迹上的点，虚线是经过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域．不考虑其他原子核对粒子的作用，则关于该原子核的位置，正确的是（ ）

A．一定在①区域 B．可能在②区域

C．可能在③区域 D．一定在④区域

【答案】A

【详解】

曲线运动中合外力的方向应指向曲线的凹侧，可见原子核的区域应该在①区，则选项A正确。

点评：本题考查了曲线运动的条件．在判断时要注意合外力方向始终指向曲线弯曲的内侧．

8．卢瑟福通过粒子散射实验，判断出原子的中心有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构．如图所示的平面示意图中，①、②两条实线表示粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的粒子可能的运动轨迹为虚线中的

A．A B．B C．C D．D

【答案】A

【详解】

卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为A；故选A．