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第二節(jié)原子的結(jié)構(gòu) 第三章原子結(jié)構(gòu)之謎 欄目鏈接 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解 粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材 實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 2 知道盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)容 3 知道原子和原子核大小的數(shù)量級 原子和原子核的組成及帶電情況 欄目鏈接 粒子散射實(shí)驗(yàn) 閱讀課本 粒子散射實(shí)驗(yàn) 回答下列問題 1 粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置由幾部分組成 2 粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么 提示 1 實(shí)驗(yàn)裝置 欄目鏈接 2 粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn) 但有少數(shù) 粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90 1 實(shí)驗(yàn)裝置 如圖所示 欄目鏈接 放射源 釋放 粒子 金箔 靶子 顯微鏡熒光屏 可轉(zhuǎn)動 用于觀察 2 實(shí)驗(yàn)過程 粒子從鉛盒射出 經(jīng)過一條細(xì)通道 形成細(xì)射線穿過金箔后打在熒光屏上產(chǎn)生閃光 用可轉(zhuǎn)動的顯微鏡從不同角度進(jìn)行觀察 3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 1 粒子通過金箔時(shí) 絕大多數(shù)不發(fā)生偏轉(zhuǎn) 仍沿原來的方向前進(jìn) 2 少數(shù)發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn) 極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過90 3 有的甚至被彈回 偏轉(zhuǎn)幾乎達(dá)到180 欄目鏈接 4 實(shí)驗(yàn)分析 1 由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于 粒子質(zhì)量 所以二者發(fā)生碰撞時(shí)電子不可能使 粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn) 2 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 按照湯姆生的原子模型 正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的 粒子穿過原子時(shí) 它受到兩側(cè)的斥力大部分抵消 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)的現(xiàn)象矛盾 3 現(xiàn)象說明原子絕大部分是空的 除非原子的幾乎全部質(zhì)量和正電荷都集中在原子中心的一個很小的核上 否則 粒子的大角度散射是不可能的 欄目鏈接 5 注意 1 整個實(shí)驗(yàn)過程在真空中進(jìn)行 且金箔很薄 粒子很容易穿過 2 粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型 提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 如圖所示為盧瑟福 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 通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察 粒子在各個角度的散射情況 下列說法中正確的是 欄目鏈接 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 粒子散射的靶 觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相似D 粒子發(fā)生散射的主要原因是 粒子撞擊到金箔原子后產(chǎn)生的反彈解析 粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 絕大多數(shù) 粒子沿原方向前進(jìn) 少數(shù) 粒子有大角度散射 所以A處觀察到的粒子多 B處觀察到的粒子少 所以選項(xiàng)A B錯誤 欄目鏈接 粒子發(fā)生散射的主要原因是受到原子核庫侖斥力的作用 所以選項(xiàng)D錯誤 C正確 答案 C方法總結(jié) 對 粒子散射實(shí)驗(yàn)題的解法 1 熟記裝置及原理 粒子散射實(shí)驗(yàn)是一個非常重要的實(shí)驗(yàn) 因此對實(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) 核外電子不會使 粒子的速度發(fā)生明顯改變 湯姆生模型不能解釋 粒子的大角度散射 欄目鏈接 少數(shù) 粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn) 甚至反彈回來 表明這些 粒子在原子中的某個地方受到了質(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)動方向沒有明顯變化 說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 C 絕大多數(shù)發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn) 甚至被彈回 只有少數(shù)穿過D 全部發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn)解析 粒子散射后 絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn) 但少數(shù) 粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn) 并且有極少數(shù) 粒子的偏轉(zhuǎn)超過了90 有的甚至幾乎達(dá)到180 課堂訓(xùn)練1 盧瑟福在用 粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn) 粒子 B A 全部穿過或發(fā)生很小的偏轉(zhuǎn)B 絕大多數(shù)穿過 只有少數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)甚至極少數(shù)被彈回 原子的核式結(jié)構(gòu) 如圖所示為盧瑟福的 散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置 由放射源 金箔 熒光屏等組成 欄目鏈接 說明 整個實(shí)驗(yàn)過程在真空中進(jìn)行 R是被鉛塊包圍的 粒子源 F為很薄的金箔 粒子 42He核 很容易穿過 M為放大鏡 且能繞水平內(nèi)轉(zhuǎn)動金箔 S為熒光屏 試觀察其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果 提示 絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后 基本上仍沿原來的方向前進(jìn) 但有少數(shù) 粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn)角甚至超過90 也就是說它們幾乎被反彈回來 欄目鏈接 1 原子的核式結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)容 原子的中心有一個帶正電的原子核 它幾乎集中了原子的全部質(zhì)量 而電子則在核外空間繞核旋轉(zhuǎn) 2 對 粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋 1 按照該模型 由于原子核很小 大部分 粒子穿過金箔時(shí)都離核很遠(yuǎn) 受到的庫侖斥力很小 它們的運(yùn)動幾乎不受影響 2 極少數(shù)的 粒子從原子核附近飛過 受到的庫侖斥力很大 從而發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn) 3 極個別的 粒子正對著原子核射來 受到的庫侖斥力最大 偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180 欄目鏈接 如圖所示 3 原子核的電荷與尺度 1 原子內(nèi)的電荷關(guān)系 原子核的電荷數(shù)等于核外電子數(shù) 非常接近于它們的原子序數(shù) 2 原子核的大小 原子核半徑的數(shù)量級為m 原子半徑的數(shù)量級為m 兩者相差十萬倍之多 可見原子內(nèi)部十分 空曠 4 注意 1 使 粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是原子核對它的庫侖斥力 粒子離原子核越近 庫侖力越大 粒子的加速度越大 反之則越小 2 粒子與原子核間的萬有引力遠(yuǎn)小于兩者間的庫侖力 因而可以忽略不計(jì) 并且處理 粒子等微觀粒子時(shí)一般不計(jì)重力 盧瑟福通過對 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 電子是原子的組成部分D 原子核是由質(zhì)子和中子組成的 解析 粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是大部分 粒子沿原來方向前進(jìn) 少部分發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn) 極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過90 甚至達(dá)到180 說明原子幾乎全部質(zhì)量與全部正電荷都集中在一個很小的核上 據(jù)此盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 答案 A 課堂訓(xùn)練 2 下列對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識中 不正確的是 D A 原子中絕大部分是空的 原子核很小B 電子在核外旋轉(zhuǎn) 庫侖力提供向心力C 原子的全部正電荷都集中在原子核里D 原子核的直徑大約是m解析 原子由位于原子中的帶正電的原子核和核外帶負(fù)電的電子構(gòu)成 電子在核外繞核高速旋轉(zhuǎn) 庫侖力提供向心力 由此可判定B C正確 根據(jù) 粒子散射實(shí)驗(yàn)知原子核半徑數(shù)量級為m 而原子半徑的數(shù)量級為m 故A正確 D錯誤