高中物理 18.2 原子的核式結(jié)構(gòu)模型課件 新人教版選修35 .ppt

一 粒子散射實(shí)驗(yàn)與核式結(jié)構(gòu)模型 1 粒子散射實(shí)驗(yàn)與湯姆孫的原子模型的沖突分析 1 分析否定的原因 由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于 粒子質(zhì)量 所以電子不可能使 粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn) 使 粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)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(nèi)是均勻分布的 粒子穿過原子時(shí) 它受到的兩側(cè)斥力大部分抵消 因而也不可能使 粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn) 更不可能使 粒子反向彈回 這與 粒子的散射實(shí)驗(yàn)相矛盾 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明原子絕大部分是空的 除非原子的幾乎全部質(zhì)量和所有正電荷都集中在原子中心的一個(gè)很小的核上 否則 粒子大角度散射是不可能的 2 原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕模型的根本區(qū)別 2 原子的核式結(jié)構(gòu)模型對(duì) 粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋 1 當(dāng) 粒子穿過原子時(shí) 如果離核較遠(yuǎn) 受到原子核的斥力很小 粒子就像穿過 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) 粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn) 2 只有當(dāng) 粒子十分接近原子核穿過時(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 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 如圖所示 盧瑟福根據(jù) 粒子散射實(shí)驗(yàn)估算出了原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10 15m 典例1 2011 孝感高二檢測(cè) 如圖所示為盧瑟福和他的同事們做 粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖 熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中a b c d四個(gè)位置時(shí) 觀察到的現(xiàn)象 下述說(shuō)法中正確的是 a 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b 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)只比a位置稍少些c 放在c d位置時(shí) 屏上觀察不到閃光d 放在d位置時(shí) 屏上仍能觀察到一些閃光 但次數(shù)極少 解題指導(dǎo) 審題時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn) 1 注意關(guān)鍵詞語(yǔ) 次數(shù)最多 稍少 極少 等 2 明確實(shí)驗(yàn)裝置中各部分的組成及作用 標(biāo)準(zhǔn)解答 選a d 在盧瑟福 粒子散射實(shí)驗(yàn)中 粒子穿過金箔后 絕大多數(shù) 粒子仍沿原來(lái)的方向前進(jìn) 故a正確 少數(shù) 粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn) 極少數(shù) 粒子偏轉(zhuǎn)角度超過90 極個(gè)別 粒子被反射回來(lái) 故b c錯(cuò) d對(duì) 規(guī)律方法 對(duì) 粒子散射實(shí)驗(yàn)的題的解法 1 熟記裝置及原理 粒子散射實(shí)驗(yàn)是一個(gè)非常重要的實(shí)驗(yàn) 因此對(duì)實(shí)驗(yàn)器材 現(xiàn)象 現(xiàn)象分析 結(jié)論都必須弄明白 才能順利解答有關(guān)問題 2 理解建立核式結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn) 核外電子不會(huì)使 粒子的速度發(fā)生明顯改變 湯姆孫模型不能解釋 粒子的大角度散射 少數(shù) 粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn) 甚至反彈回來(lái) 表明這些 粒子在原子中的某個(gè)地方受到了質(zhì)量 電量均比它本身大得多的物體的作用 絕大多數(shù) 粒子在穿過厚厚的金原子層時(shí)運(yùn)動(dòng)方向沒有明顯變化 說(shuō)明原子中絕大部分是空的 原子的質(zhì)量 電量都集中在體積很小的核上 變式訓(xùn)練 關(guān)于 粒子散射實(shí)驗(yàn) 下述說(shuō)法不正確的是 a 粒子發(fā)生大角度散射的主要原因是原子中有正電荷b 粒子發(fā)生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用c 只有少數(shù) 粒子發(fā)生大角度散射的原因是原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上d 相同條件下 換用原子序數(shù)越小的物質(zhì)做實(shí)驗(yàn) 沿同一偏轉(zhuǎn)角散射的 粒子越少 解析 選a 原子顯電中性 而電子帶負(fù)電 所以原子中一定存在帶正電的物質(zhì) 但是湯姆孫的原子模型不能解釋 粒子的散射現(xiàn)象 所以 粒子大角度散射的主要原因不能直接說(shuō)是原子中正電荷的作用 而是正電荷集中在原子核上的原因 所以a選項(xiàng)錯(cuò)誤 b選項(xiàng)正確 只有少數(shù) 粒子發(fā)生大角度散射的結(jié)果證明原子中存在一個(gè)集中所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量的很小的原子核 c選項(xiàng)正確 使 粒子發(fā)生大角度散射的原因是受到原子核的庫(kù)侖斥力 所以為使散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯 應(yīng)采用原子序數(shù)大的金箔 若改用原子序數(shù)小的物質(zhì)做實(shí)驗(yàn) 粒子受到原子核的庫(kù)侖斥力小 發(fā)生大角度散射的 粒子少 所以選項(xiàng)d正確 變式備選 盧瑟福和他的助手做 粒子轟擊金箔實(shí)驗(yàn) 獲得了重要發(fā)現(xiàn) 關(guān)于 粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 下列說(shuō)法正確的是 a 證明了質(zhì)子的存在b 證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的c 證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核里d 說(shuō)明了原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動(dòng) 解析 選c 粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)存在一個(gè)集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核 數(shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)測(cè)核內(nèi)存在中子 所以c對(duì) a b錯(cuò) 玻爾發(fā)現(xiàn)了電子軌道量子化 d錯(cuò) 二 粒子散射實(shí)驗(yàn)中的能量轉(zhuǎn)化問題 1 粒子的受力特點(diǎn) 粒子與原子核間的作用力是庫(kù)侖斥力大小 1 式中q為原子核的電荷量 q為 粒子所帶電量 r為 粒子與原子核間的距離 2 粒子離原子核越近 庫(kù)侖力越大 運(yùn)動(dòng)加速度越大 反之 則越小 方向 粒子的受力沿原子核與 粒子的連線 由原子核指向 粒子 2 庫(kù)侖力對(duì) 粒子的做功情況 1 當(dāng) 粒子靠近原子核時(shí) 庫(kù)侖斥力做負(fù)功 電勢(shì)能增加 2 當(dāng) 粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí) 庫(kù)侖斥力做正功 電勢(shì)能減小 3 粒子的能量轉(zhuǎn)化 僅有庫(kù)侖斥力做功 只是電勢(shì)能和動(dòng)能之間相互轉(zhuǎn)化 而總能量保持不變 1 粒子與原子核之間的萬(wàn)有引力遠(yuǎn)小于兩者之間的庫(kù)侖斥力 因而可以忽略不計(jì) 2 在處理 粒子等微觀粒子時(shí)一般不計(jì)重力 典例2 根據(jù) 粒子散射實(shí)驗(yàn) 盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 圖中虛線表示原子核所形成的電場(chǎng)的等勢(shì)線 實(shí)線表示一個(gè) 粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡 在 粒子從a運(yùn)動(dòng)到b 再運(yùn)動(dòng)到c的過程中 下列說(shuō)法中正確的是 a 動(dòng)能先增大 后減小b 電勢(shì)能先減小 后增大c 電場(chǎng)力先做負(fù)功 后做正功 總功等于零d 加速度先變小 后變大 解題指導(dǎo) 解答該題應(yīng)注意以下關(guān)鍵點(diǎn) 1 根據(jù)力和速度的夾角關(guān)系判斷功的正負(fù) 2 根據(jù)力的大小判斷加速度的大小 3 根據(jù)功能關(guān)系判斷動(dòng)能的變化 電勢(shì)能的變化 標(biāo)準(zhǔn)解答 選c 粒子受到原子核的庫(kù)侖力為斥力 當(dāng)由a到b時(shí) 庫(kù)侖力變大 做負(fù)功 再由b到c時(shí) 庫(kù)侖力減小 做正功 故加速度先增大再減小 動(dòng)能先減小后增大 電勢(shì)能先增大再減小 又因a c在同一等勢(shì)面上 故總功為零 故c對(duì) a b d均錯(cuò) 規(guī)律方法 粒子散射實(shí)驗(yàn)中常用的規(guī)律 1 庫(kù)侖定律 用來(lái)分析 粒子和原子核間的相互作用力 2 牛頓第二定律 該實(shí)驗(yàn)中 粒子只受庫(kù)侖力 可根據(jù)庫(kù)侖力的變化分析加速度的變化 3 功能關(guān)系 根據(jù)庫(kù)侖力做功 可分析動(dòng)能的變化 也能分析電勢(shì)能的變化 4 原子核帶正電 其周圍的電場(chǎng)相當(dāng)于正點(diǎn)電荷的電場(chǎng) 注意應(yīng)用其電場(chǎng)線和等勢(shì)面的特點(diǎn) 變式訓(xùn)練 粒子散射實(shí)驗(yàn)中 當(dāng) 粒子最接近原子核時(shí) 關(guān)于描述 粒子的有關(guān)物理量正確的是 a 動(dòng)能最小b 勢(shì)能最小c 粒子與金原子組成的系統(tǒng)能量最小d 粒子所受金原子核的斥力最大 解析 選a d 粒子和原子核都帶正電 庫(kù)侖力表現(xiàn)為斥力 兩者距離減小時(shí) 庫(kù)侖力做負(fù)功 故 粒子動(dòng)能減小 電勢(shì)能增加 系統(tǒng)的能量守恒 由庫(kù)侖定律可知隨著距離的減小 庫(kù)侖力逐漸增大 故a d正確 典例 在 粒子散射實(shí)驗(yàn)中 根據(jù) 粒子與原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)能達(dá)到的最小距離可以估算原子核的大小 現(xiàn)有一個(gè) 粒子以2 0 107m s的速度去轟擊金箔 若金原子的核電荷數(shù)為79 求 粒子與金原子核間的最近距離 已知帶電粒子在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的電勢(shì)能表達(dá)式為r為距點(diǎn)電荷的距離 粒子質(zhì)量為6 64 10 27kg 解題指導(dǎo) 解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn) 1 明確 粒子的運(yùn)動(dòng)為沿粒子與原子核連線的直線運(yùn)動(dòng) 2 當(dāng)動(dòng)能減為零時(shí) 電勢(shì)能最大 離原子核最近 3 原子核的大小應(yīng)該比最近距離小一些 標(biāo)準(zhǔn)解答 當(dāng) 粒子靠近原子核運(yùn)動(dòng)時(shí) 粒子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能 達(dá)到最近距離時(shí) 動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能 所以 粒子與原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)所能達(dá)到的最小距離為d 則答案 2 7 10 14m 一 選擇題1 2011 天津高考 下列能揭示原子具有核式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)是 a 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)b 倫琴射線的發(fā)現(xiàn)c 粒子散射實(shí)驗(yàn)d 氫原子光譜的發(fā)現(xiàn) 解析 選c 光電效應(yīng)現(xiàn)象證明了光的粒子性本質(zhì) 與原子結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān) 選項(xiàng)a錯(cuò)誤 倫琴射線的發(fā)現(xiàn)以及氫原子光譜的發(fā)現(xiàn)都與原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān) 都是原子能級(jí)躍遷的結(jié)論 選項(xiàng)b d錯(cuò)誤 盧瑟福的 粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 選項(xiàng)c正確 2 粒子散射實(shí)驗(yàn)中 不考慮電子和 粒子的碰撞影響 是因?yàn)?a 粒子與電子根本無(wú)相互作用b 粒子受電子作用的合力為零 是因?yàn)殡娮邮蔷鶆蚍植嫉腸 粒子和電子碰撞損失能量極少 可忽略不計(jì)d 電子很小 粒子碰撞不到電子 解析 選c 粒子與電子之間存在相互作用力 這個(gè)作用力是庫(kù)侖力 但由于電子質(zhì)量很小 只有 粒子質(zhì)量的碰撞時(shí)對(duì) 粒子的運(yùn)動(dòng)影響極小 幾乎不改變 粒子的運(yùn)動(dòng)方向 就像一顆子彈撞上一顆塵埃一樣 正確答案是c 3 2011 沈陽(yáng)高二檢測(cè) 盧瑟福通過對(duì) 粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析 提出 a 原子的核式結(jié)構(gòu)模型b 原子核內(nèi)有中子存在c 電子在原子核外面運(yùn)動(dòng)d 原子核是由質(zhì)子和中子組成的 解析 選a c 盧瑟福通過對(duì) 粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析 發(fā)現(xiàn) 粒子通過金箔時(shí) 絕大多數(shù)不發(fā)生偏轉(zhuǎn) 仍沿原來(lái)的方向前進(jìn) 但有少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90 有的幾乎達(dá)到180 大多數(shù)不發(fā)生偏轉(zhuǎn) 說(shuō)明原子中存在很大的空間 少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn) 說(shuō)明 粒子受到很強(qiáng)的庫(kù)侖力的作用 由此可知 原子內(nèi)部存在質(zhì)量很大 體積很小的粒子 就是原子核 因此a c選項(xiàng)正確 4 2011 泉州高二檢測(cè) 如圖所示為盧瑟福 粒子散射實(shí)驗(yàn)的原子核和兩個(gè) 粒子的徑跡 其中可能正確的是 解析 選a 粒子在靠近金原子核時(shí) 離核越近 所受庫(kù)侖斥力越大 偏轉(zhuǎn)角度越大 根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)可以判斷出只有a正確 5 關(guān)于 粒子散射實(shí)驗(yàn) 下列說(shuō)法正確的是 a 該實(shí)驗(yàn)可以在空氣環(huán)境中進(jìn)行b 不用顯微鏡也可以在不同方向上觀察到散射的 粒子c 熒光屏上的閃光是散射的 粒子打在熒光屏上形成的d 熒光屏只有正對(duì) 粒子源發(fā)出射線的方向才有閃光 解析 選c 由于 粒子有很強(qiáng)的電離作用 其穿透能力很弱 所以該實(shí)驗(yàn)要在真空中進(jìn)行 故a錯(cuò) 為觀察 粒子穿過金箔后在各個(gè)方向上的散射情況 必須用帶有熒光屏的顯微鏡來(lái)觀察 直接用肉眼無(wú)法觀察到 故b錯(cuò) 熒光屏上的閃光是 粒子打在光屏上引起的 并且在各個(gè)方向上都能觀察到閃光 故c正確 d錯(cuò) 6 關(guān)于 粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置 下列說(shuō)法正確的是 a 全部設(shè)備都放在真空中b 熒光屏和顯微鏡能圍繞金箔在一個(gè)圓周上轉(zhuǎn)動(dòng)c 若將金箔改為銀箔 就不能發(fā)生散射現(xiàn)象d 金箔的厚度不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果 解析 選a b 實(shí)驗(yàn)必須在真空中進(jìn)行 故a對(duì) 熒光屏和顯微鏡應(yīng)該能圍繞金箔在一個(gè)圓周上轉(zhuǎn)動(dòng) b正確 金箔改為銀箔能發(fā)生散射現(xiàn)象 但不明顯 c錯(cuò)誤 粒子穿透能力弱 金箔要很薄 故d錯(cuò) 7 關(guān)于 粒子散射實(shí)驗(yàn) 下列說(shuō)法正確的是 a 粒子穿過原子時(shí) 由于 粒子的質(zhì)量比電子大得多 電子不可能使 粒子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生明顯的改變b 由于絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后仍按原來(lái)方向前進(jìn) 所以使 粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是在原子中極小的區(qū)域內(nèi)集中著對(duì) 粒子產(chǎn)生庫(kù)侖力的正電荷c 粒子穿過原子時(shí) 只有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是原子核很小 粒子接近原子核的機(jī)會(huì)很小d 使 粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是 粒子穿過原子時(shí) 原子內(nèi)部?jī)蓚?cè)的正電荷對(duì) 粒子的斥力不相等 解析 選a b c 電子的質(zhì)量很小 當(dāng)和 粒子作用時(shí) 對(duì) 粒子運(yùn)動(dòng)的影響極其微小 a正確 粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn) 說(shuō)明原子核的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量集中在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi) 所以b c正確 d錯(cuò)誤 二 計(jì)算題8 根據(jù) 粒子散射實(shí)驗(yàn)及下列數(shù)據(jù) 估算原子核大小 金的原子序數(shù)79 粒子質(zhì)量m 6 64 10 27kg 粒子速度v 2 0 107m s 電子電荷量e 1 6 10 19c 點(diǎn)電荷電勢(shì)u kq r k 9 0 109n m2 c2 解析 粒子正對(duì)金原子射去 速度為零時(shí) 動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能 此時(shí) 粒子和金原子之間的距離近似為原子核半徑 答案 2 7 10 14m 9 粒子與金核197au發(fā)生正碰時(shí) 如果 粒子能接近金核的最小距離為2 10 14m 試估算金核的密度為多少 解析 粗略地 可把金核看做一個(gè)球體 把 粒子接近它的最小距離作為它的半徑r 則金核的體積表示為而金核的質(zhì)量m 197 1 67 10 27kg 3 29 10 25kg 故其密度為 9 8 1015kg m3 答案 9 8 1015kg m3 方法技巧 物理估算題的求解方法物理估算題 對(duì)學(xué)生的思維能力 計(jì)算能力有較高的要求 不僅是直覺思維能力的集中表現(xiàn) 而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力和靈活運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力 也具有不可低估的作用 做好估算題 要注意以下幾點(diǎn) 1 根據(jù)物理規(guī)律 建立合理的模型 2 熟悉常用的近似計(jì)算公式和物理常數(shù) 3 突出主要矛盾 忽略次要因素 建立估算關(guān)系 估算結(jié)果數(shù)量級(jí)必須正確 有效數(shù)字取1 2位即可 只要確定準(zhǔn)確模型 挖掘隱含條件