第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。(2)了解盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型。(3)知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí)。科學(xué)思維認(rèn)識(shí)原子核式結(jié)構(gòu)模型建立的科學(xué)推理與論證過程。科學(xué)探究對α粒子散射實(shí)驗(yàn)，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出有針對性的物理問題?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)體會(huì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法。(2)運(yùn)用原子的核式結(jié)構(gòu)理論解釋生活現(xiàn)象。一、α粒子散射實(shí)驗(yàn)1．裝置2．現(xiàn)象(1)___________

α粒子不改變方向。(2)______

α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)。(3)_______

α粒子偏轉(zhuǎn)角超過90°，有的甚至被原路彈回。3．原因：靠近原子核的α粒子受_______作用使其發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)。4．結(jié)論：原子中存在體積______的_________的部分。絕大多數(shù)少數(shù)極少數(shù)庫侖力很小帶正電二、盧瑟福原子模型1．原子核式結(jié)構(gòu)模型：1911年由盧瑟福提出，原子中帶正電的部分體積很小，但幾乎占有全部______，電子在原子核的外面______。2．原子核的電荷與尺度質(zhì)量運(yùn)動(dòng)1.在探究原子結(jié)構(gòu)的散射實(shí)驗(yàn)中，入射粒子用的是α粒子，試說明其中的原因。提示：原子的結(jié)構(gòu)非常緊密，用一般的方法無法探測它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。要認(rèn)識(shí)原子的結(jié)構(gòu)，需要用高速粒子對它進(jìn)行轟擊。由于α粒子具有足夠的能量，可以接近原子的中心，它還可以使熒光物質(zhì)發(fā)光，如果α粒子與其他粒子發(fā)生相互作用，改變了運(yùn)動(dòng)方向，熒光屏便能夠顯示出它的方向變化。2．如圖所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景。根據(jù)上圖判斷：(1)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)。

()(2)原子核的直徑數(shù)量級(jí)為10－10m。

()(3)α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明了原子的質(zhì)量幾乎全部都集中在原子核上。

()××√新知學(xué)習(xí)(一)|α粒子散射實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象分析[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]如圖是α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，各部分的作用是什么？提示：放射源放出快速運(yùn)動(dòng)的α粒子，α粒子通過金箔時(shí)被散射，打在熒光屏上發(fā)出熒光，可通過帶有熒光屏的放大鏡進(jìn)行觀察，并可以在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察不同方向和不同位置通過金箔的散射α粒子數(shù)量，整個(gè)裝置封閉在真空內(nèi)。

[重點(diǎn)釋解]1．實(shí)驗(yàn)背景：α粒子散射實(shí)驗(yàn)是盧瑟福指導(dǎo)他的學(xué)生做的一個(gè)著名的物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是想驗(yàn)證湯姆孫原子模型的正確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻成了否定湯姆孫原子模型的有力證據(jù)。在此基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。2．否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型(1)質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子的電子，對α粒子的運(yùn)動(dòng)影響完全可以忽略，不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。(2)α粒子在穿過原子時(shí)，受到各方向正電荷的斥力基本上會(huì)相互平衡，對α粒子運(yùn)動(dòng)方向的影響不會(huì)很大，也不應(yīng)該發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。(3)α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)，否定湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型。3．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型對α粒子散射分析(1)分布情況：原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核內(nèi)，原子中絕大部分是空的。(2)受力情況①少數(shù)α粒子靠近原子核時(shí)，受到的庫侖斥力大；②大多數(shù)α粒子離原子核較遠(yuǎn)，受到的庫侖斥力較小。(3)偏轉(zhuǎn)情況①絕大多數(shù)α粒子運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)明顯變化(因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量相對于α粒子很小)；②少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回；③如果α粒子幾乎正對著原子核射來，偏轉(zhuǎn)角就幾乎達(dá)到180°，這種機(jī)會(huì)極少。[典例體驗(yàn)][典例]

(多選)盧瑟福對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋是

(

)A．使α粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)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(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力是庫侖力C．原子核很小，α粒子接近它的機(jī)會(huì)很小，所以絕大多數(shù)的α粒子仍沿原來的方向前進(jìn)D．能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是穿過原子時(shí)離原子核近的α粒子[解析]

原子核帶正電，與α粒子之間存在庫侖力，當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí)受庫侖力而偏轉(zhuǎn)，電子對它的影響可忽略，故A錯(cuò)誤，B正確；由于原子核非常小，絕大多數(shù)α粒子經(jīng)過時(shí)離原子核較遠(yuǎn)，因而運(yùn)動(dòng)方向幾乎不變，只有離原子核很近的α粒子受到的庫侖力較大，方向改變較多，故C、D正確。[答案]

BCD2．庫侖力對α粒子的做功情況(1)當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí)，庫侖斥力做負(fù)功，電勢能增加。(2)當(dāng)α粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí)，庫侖斥力做正功，電勢能減小。3．α粒子的能量轉(zhuǎn)化僅有庫侖力做功時(shí)，能量只在電勢能和動(dòng)能之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，且總能量保持不變。[針對訓(xùn)練]1．通過如圖所示的實(shí)驗(yàn)，盧瑟福建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型。

實(shí)

驗(yàn)時(shí)，若將熒光屏和顯微鏡分別放在位置1、2、3，則相同時(shí)

間內(nèi)能觀察到粒子數(shù)量最多的是位置

(

)A．1

B．2C．3 D．一樣多解析：在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度大于90°，故C正確。答案：C

2．在用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，盧瑟福觀察到的α粒子的運(yùn)動(dòng)情況是

(

)A．全部α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)B．絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回C．少數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回D．全部α粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)解析：α粒子穿過金原子時(shí)，電子對α粒子速度的影響很小，影響α粒子運(yùn)動(dòng)的主要是原子核，離核遠(yuǎn)則α粒子受到的庫侖斥力很小，運(yùn)動(dòng)方向改變小。只有當(dāng)α粒子與原子核十分接近時(shí)，才會(huì)受到很大的庫侖斥力，而原子核很小，α粒子接近它的機(jī)會(huì)就很少，所以絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。答案：B

[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核內(nèi)。(1)原子核外的部分帶什么電？其質(zhì)量特點(diǎn)如何？提示：帶負(fù)電，其質(zhì)量很小。(2)原子核半徑的數(shù)量級(jí)是多少？原子半徑的數(shù)量級(jí)呢？提示：10－15m,10－10m。

[重點(diǎn)釋解]1．原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子的棗糕模型的對比核式結(jié)構(gòu)模型棗糕模型原子內(nèi)部是非常空曠的，正電荷集中在一個(gè)很小的核里原子是充滿了正電荷的球體電子繞核高速旋轉(zhuǎn)電子均勻嵌在原子球體內(nèi)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，非常接近原子序數(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?。涸影霃降臄?shù)量級(jí)為10－10m，原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10－15m，原子核的半徑只相當(dāng)于原子半徑的十萬分之一，體積只相當(dāng)于原子體積的10－15。[針對訓(xùn)練]1．人們在研究原子結(jié)構(gòu)時(shí)提出過許多模型，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)模型的建立無關(guān)B．科學(xué)家通過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：α粒子散射實(shí)驗(yàn)與核式結(jié)構(gòu)模型的建立有關(guān)，通過該實(shí)驗(yàn)，否定了棗糕模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型，故B正確。答案：B

2．盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了

(

)A．原子核是可分的B．原子核是由質(zhì)子、中子組成的C．原子是由均勻帶正電的物質(zhì)和帶負(fù)電的電子構(gòu)成的D．原子內(nèi)部有一個(gè)很小的區(qū)域，集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量解析：盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論，表明原子內(nèi)部有一個(gè)很小的區(qū)域叫原子核，它集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，D正確。答案：D

一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

物理觀念——α粒子散射實(shí)驗(yàn)1．(選自人教版新教材課后練習(xí))α粒子散射實(shí)驗(yàn)用的是金箔等重金屬箔，而沒有用輕金屬箔，例如鋁箔。除了金的延展性好，可以把金箔做得非常薄這個(gè)原因以外，你認(rèn)為還有什么原因？提示：除題目中提到的原因以外，重金屬的原子核帶電荷量較大，質(zhì)量和體積也相對較大，所以用重金屬箔實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。

科學(xué)探究——原子結(jié)構(gòu)模型2．(選自人教版新教材“思考與討論”)按照J(rèn).J.湯姆孫的原子模型，正電荷均勻分布在整個(gè)原子球體內(nèi)。請分析：α粒子穿過金箔，受到電荷的作用力后，沿哪些方向前進(jìn)的可能性較大，最不可能沿哪些方向前進(jìn)。提示：按照J(rèn).J.湯姆孫原子模型，由于α粒子穿過原子時(shí)受到的多方向的斥力會(huì)相互平衡，因此對α粒子運(yùn)動(dòng)的影響不會(huì)很大。故電子沿直線運(yùn)動(dòng)的可能性較大。最不可能大角度偏轉(zhuǎn)被“撞回來”。二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．(多選)在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，如果兩個(gè)具有相同能量的α粒子，從不同大小的角度散射出來，則散射角度大的α粒子

(

)A．更接近原子核B．更遠(yuǎn)離原子核C．受到一個(gè)以上的原子核作用D．受到原子核較大的沖量作用解析：由于原子的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子核的體積，當(dāng)α粒子穿越某一個(gè)原子的空間時(shí)，其他原子核距α粒子相對較遠(yuǎn)，而且其他原子核對α粒子的作用力也可以近似相互抵消，所以散射角度大的這個(gè)α粒子并不是由于受到多個(gè)原子核作用造成的，C錯(cuò)；由庫侖定律可知，α粒子受到的斥力與距離的平方成反比，α粒子距原子核越近，斥力越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變越大，即散射角度越大，A對，B錯(cuò)；當(dāng)α粒子受到原子核較大的沖量作用時(shí)，動(dòng)量的變化量就大，即速度的變化量就大，則散射角度就大，D對。答案：AD

2．1909年英國科學(xué)家盧瑟福進(jìn)行了著名的α粒子(帶正電)轟擊金箔實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原方向前進(jìn)，但是有少數(shù)α粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°，像是被金箔彈了