2019-2020学年高中物理 第十八章 2 原子的核式结构模型课件 新人教版选修3-5

2原子的核式结构模型1.了解汤姆孙的原子结构模型。2.了解α粒子散射实验的现象、方法和结果。3.知道卢瑟福原子核式结构模型的内容和意义。4.知道原子和原子核大小的数量级。一二三一、汤姆孙的原子模型1.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。2.汤姆孙的原子模型被称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。该模型能解释一些实验现象,但后来被α粒子散射实验否定了。一二三二、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.实验结果:(1)绝大多数α粒子穿过金箔后,基本沿原方向前进。(2)少数α粒子发生大角度偏转,偏转角甚至大于90°。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。α粒子散射实验能不能观察到原子的实际结构?提示：α粒子散射实验并不能观察到原子的实际结构,它只能由α粒子通过金箔时的散射情况,推断出金原子的核式结构模型。一二三三、卢瑟福的核式结构模型1.核式结构模型。1911年卢瑟福提出: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。(1)原子内的电荷关系:各种元素的原子核的电荷数与该原子内含有的电子数相等,非常接近于它们的原子序数。(2)原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数就等于原子核中的质子数。(3)原子核的大小:实验确定的原子核半径R的数量级为10-15m,而原子半径的数量级是10-10m。因而原子内部十分“空旷”。一二三卢瑟福的核式结构模型是最科学的模型吗?提示：卢瑟福的原子核式结构模型是比汤姆孙的枣糕模型更科学的原子模型,但不一定是最科学的模型。随着人们认识水平的不断提高,原子结构模型也在不断完善。一二三一、对α粒子散射实验的正确理解1.装置。放射源、金箔、荧光屏等,如图所示。2.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粒子发生较大的偏转。(3)极少数α粒子偏转角度超过90°,有的几乎达到180°。一二三3.实验的注意事项。(1)整个实验过程在真空中进行。(2)α粒子是氦原子核,体积很小,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,可认为只有一层金原子。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。一二三二、对α粒子散射实验的解释1.汤姆孙模型不能解释α粒子的散射实验。(1)按照汤姆孙模型,α粒子在穿过原子之间时,所受周围的正、负电荷作用的库仑力是平衡的,α粒子不会发生偏转。(2)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。2.原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释。(1)当α粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,α粒子就像穿过“一片空地”一样,无遮无挡,运动方向改变很小,因为原子核很小,所以绝大多数α粒子不发生偏转。一二三(2)只有当α粒子穿过原子时十分接近原子核,才受到很大的库仑力,偏转角才很大,而这种机会很少。(3)如果α粒子正对着原子核射来,偏转角几乎达到180°,这种机会极少,如图所示。一二三三、原子结构的探索历史1.发现原子核式结构的过程。实验和发现说明了什么电子的发现说明原子有复杂结构α粒子散射实验说明汤姆孙(枣糕式)原子模型不符合实际,卢瑟福重新建立了原子的核式结构模型2.原子的核式结构与原子的枣糕式结构的根本区别。核式结构枣糕式结构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地嵌在原子球体内类型一类型二对α粒子散射实验的理解【例题1】(多选)如图所示,α粒子散射实验装置的示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时,关于观察到的现象,下列说法正确的是()A.相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B.相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多C.放在C、D位置时屏上观察不到闪光D.放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少类型一类型二解析:根据α粒子散射实验的现象,绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上沿原方向前进,因此在A位置观察到的闪光次数最多,故选项A正确;少数α粒子发生大角度偏转,因此从A到D观察到的闪光次数会逐渐减少,因此选项B、D正确,C错误。答案:ABD类型一类型二题后反思解决α粒子散射实验相关问题的技巧(1)熟记装置及原理。(2)理解建立核式结构模型的要点:①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。②汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射。③少数α粒子发生了大角度偏转,甚至反弹回来,表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用。④绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化,说明原子中绝大部分是空的,原子的质量、电荷量都集中在体积很小的核上。类型一类型二估算原子核的大小【例题2】在α粒子散射实验中,根据α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离可以估算原子核的大小。现有一个α粒子以2.0×107m/s的速度去轰击金箔。若金原子的核电荷数为79,求该α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Ep=𝑘𝑞1𝑞2𝑟,α粒子质量为6.64×1010−27kg)。点拨:α粒子靠近金核的过程中,动能转化为电势能,用功能关系可求解α粒子与金原子核间的最小距离,这个最小距离可视为金原子核的半径。类型一类型二解析:当α粒子靠近原子核运动时,α粒子的动能转化为电势能,达到最近距离时,动能全部转化为电势能,设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离l,则12𝑚𝑣2=𝑘𝑞1𝑞2𝑙l=2𝑘𝑞1𝑞2𝑚𝑣2=2×9.0×109×2×79×(1.6×10-19)26.64×10-27×(2.0×107)2m=2.7×10-14m答案:2.7×10-14m题后反思有关原子核间的力学问题,可根据库仑力的做功情况,用功能关系处理。触类旁通试分析α粒子与原子核发生对心碰撞达到最小距离前的动能、电势能的变化情况。答案:α粒子与金原子核间存在着相互作用的库仑斥力,在α粒子靠近的过程中,库仑力做负功,所以动能逐渐减少,电势能逐渐增加。