第四章 原子结构和波粒二象性\n3．原子的核式结构模型\n课前预习反馈课内互动探究课堂达标检测目标体系构建核心素养提升\n目标体系构建\n【学习目标】1．领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义。2．了解α粒子散射实验原理和实验现象，知道原子核式结构模型的主要内容。3．了解卢瑟福的原子核式结构模型，知道原子核大小的数量级。4．认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程。\n【思维脉络】\n课前预习反馈\n1．阴极射线荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线命名为____________。阴极射线知识点1电子的发现\n2．汤姆孙的探究方法及结论(1)根据阴极射线在________和________中的偏转情况断定，它的本质是带______电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。(2)换用____________的阴极做实验，所得比荷的数值都________，是氢离子比荷的近两千倍。(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子________________，而质量比氢离子__________，后来组成阴极射线的粒子被称为________。电场磁场负不同材料相同大致相同小得多电子\n3．汤姆孙的进一步研究汤姆孙又进一步研究了许多新现象，证明了________是原子的组成部分。4．电子的电荷量及电荷量子化(1)电子电荷量：1910年前后由__________通过著名的__________得出，电子电荷量的现代值为e＝_________________。电子密立根油滴实验1.602×10－19C\ne的整数倍1836\n1．α粒子散射实验(1)汤姆孙原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个________，__________弥漫性地均匀分布在整个球体内，________镶嵌在球中。球体知识点2原子的核式结构模型正电荷电子\n(2)α粒子散射实验①实验装置：α粒子源、________、放大镜和__________。②实验现象：a．绝大多数的α粒子穿过金箔后____________的方向前进。b．少数α粒子发生了__________的偏转。c．极少数α粒子的偏转角____________，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____________模型。金箔荧光屏仍沿原来大角度大于90°核式结构\n2．卢瑟福的核式结构模型核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫________。它集中了原子全部的__________和几乎全部的________，________在核外空间运动。原子核正电荷质量电子\n原子核的电荷数等于核外________数等于原子序数，原子核大小的数量级为________m，原子大小数量级为________m，两者相差十万倍之多，可见原子内部十分“空旷”。若原子相当于一个立体的足球场的话，则原子核就像足球场中的一粒米。电子知识点3原子核的电荷与尺度10－1510－10\n思考辨析『判一判』(1)阴极射线本质是电磁波。()(2)汤姆孙的枣糕式模型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。()(3)α粒子散射实验中绝大多数α粒子都发生了较大偏转。()×√×\n(4)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动。()(5)原子核的电荷数等于核中的中子数。()(6)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷。()√×√\n『选一选』(2020·吉林省实验中学高二月考)在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()解析：根据α粒子散射实验的现象可知，选C。C\n『想一想』如图所示为汤姆孙的气体放电管。\n(1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？(2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？答案：(1)带负电(2)垂直纸面向外解析：(1)阴极射线在电场中向下偏转，说明射线带负电。(2)要使带负电的阴极射线向上偏转，根据左手定则可知，需加垂直纸面向外的磁场。\n课内互动探究\n探究电子的发现情景导入电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的。油滴实验的原理如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源连接，上、下板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况。两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力。\n试分析：(1)如何判定油滴的电性？(2)调节两金属板间的电势差U，当U＝U0时，使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速运动，则该油滴所带电荷量q为多少？\n对阴极射线管装置及其射线的理解(1)装置现象真空玻璃管两极加上高电压→玻璃管壁上发出荧光。(2)德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线。要点提炼\n(3)猜想①阴极射线是一种电磁辐射。②阴极射线是带电微粒。(4)英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转，得知射线带负电并测出了其比荷。(5)密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量。\n(6)电子发现的意义电子是人类发现的第一个比原子小的粒子。电子的发现打破了原子不可再分的传统观念，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构。这是人类对物质结构认识的一次飞跃，开创了探索原子结构奥秘的新时代。汤姆孙也由于发现了电子，不仅荣获了1906年诺贝尔物理学奖，而且被后人誉为“最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。\n典例1典例剖析\n\n\n1．(多选)(2021·上海市格致中学高二月考)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现()A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量对点训练AD\n解析：阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，选项A正确；由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，选项B错误；不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，选项C错误；在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，选项D正确。\n探究对α粒子散射实验的理解情景导入如图所示为α粒子散射的实验装置。实验过程中，α粒子为什么会发生大角度散射？提示：α粒子受到原子核的库仑力\n1．关于α粒子散射实验的相关问题(1)α粒子的实质：α粒子(He)是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是氦原子核，带有两个单位的正电荷，质量约为氢原子质量的4倍、电子质量的7300倍。要点提炼\n(2)实验装置。\n①α粒子源：钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能α粒子，带两个单位的正电荷，质量约为氢原子质量的4倍。②金箔：特点是金原子的质量大，且易延展成很薄的箔。③放大镜：能绕金箔在水平面内转动。④荧光屏：荧光屏装在放大镜上。⑤整个实验过程在真空中进行。金箔很薄，α粒子穿过原子时受到各方向电荷斥力基本平衡，对α粒子运动影响不会很大，α粒子很容易穿过。\n(3)实验过程：α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子会改变原来的运动方向。带有放大镜的荧光屏可以沿图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目。(4)α粒子散射实验的实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°。\n如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。典例2典例剖析\n下列说法中正确的是()A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹C\n解题指导：以“α粒子散射实验”的现象和核式结构模型入手解答。解析：放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数粒子基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数极少，说明极少粒子发生大角度偏折，故B错误；选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；主要原因是α粒子接近金原子核后，因库仑力作用，且质量较大，从而出现的反弹，故D错误。\n2．(2021·福建省永安月考)图示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是()A．M点B．N点C．P点D．Q点对点训练C\n解析：α粒子与重金属原子核之间的库仑力提供α粒子的加速度，方向沿α粒子与原子核的连线且指向α粒子，则四个选项中只有P点处的加速度方向符合实际，故C项正确。\n探究原子的核式结构模型与原子核的组成情景导入如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景。(1)为什么绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来运动方向前进？(2)为什么少数的α粒子穿过金箔后，发生了大角度的偏转？\n提示：(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。(2)只有当α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，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。\n1．原子的核式结构与原子的枣糕模型的对比要点提炼核式结构枣糕模型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嵌在原子球体内\n2．原子内的电荷关系原子核的电荷数与核外的电子数相等，等于原子序数。3．原子核的组成原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。4．原子核的大小原子的直径数量级为10－10m，原子核直径的数量级为10－15m，原子核的直径只相当于原子直径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10－15。\n(多选)关于卢瑟福的原子的核式结构模型，下列说法正确的是()A．原子中绝大部分是“空”的，原子核很小B．电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力C．原子的全部电荷和质量都集中在原子核里D．原子核的直径的数量级是10－10m解题指导：正确理解卢瑟福原子核式结构模型是解题关键。典例3典例剖析AB\n解析：因为原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，而原子核又很小，所以原子内绝大部分区域是“空”的，A正确，C错误；电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑引力提供向心力，B正确；原子核直径的数量级是10－15m，原子直径的数量级是10－10m，D错误。\n3．(多选)下列关于原子核式结构理论说法正确的是()A．是通过发现电子现象得出来的B．原子的中心有个核，叫作原子核C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中D．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外旋转对点训练BD\n解析：原子的核式结构模型是在α粒子的散射实验结果的基础上提出的，A错误；原子中绝大部分是空的，带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核，B正确，C错误；原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外旋转，D正确。\n核心素养提升\nα粒子散射过程中的受力及能量转化情况\n2．库仑力对α粒子的做功情况(1)当α粒子靠近原子核时，库仑力做负功，电势能增加。(2)当α粒子远离原子核时，库仑力做正功，电势能减小。3．α粒子的能量转化情况仅有库仑力做功，能量只在电势能和动能之间相互转化，而总能量保持不变。\n案例\n答案：2.7×10－14m\n课堂达标检测\n1．(2021·安徽铜陵一中高二下学期期中)下列说法错误的是()A．电子是原子的组成部分B．电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的C．电子电荷的数值约为1.602×10－19CD．电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷D\n解析：电子是原子的组成部分，电子的发现说明原子是可以再分的，选项A正确；电子电荷的精确测定是由密立根通过著名的“油滴实验”做出的，其测得电子电荷的值约为1.602×10－19C，选项BC正确；电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，选项D错误。\n2．(2021·贵州安顺平坝一中高二下月考)下列能正确反映卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验结果的示意图是()D解析：根据实验结果可知：离金原子核远的α粒子偏转角度小，离金原子核近的α粒子偏转角度大；少数α粒子发生大的偏折，极少数α粒子可能沿原方向弹回，故D正确，ABC错误。\n3．(2021·云南省下关第一中学高二下学期期中)人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。\n下列说法中正确的是()A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型解析：卢瑟福通过α粒子散射实验否定了汤姆孙的枣糕模型，建立了原子的核式结构模型，故B正确，A、C、D错误。B\n4．(2020·甘肃天水一中高二上开学考)今年四月以来，我省大部分地区遭遇强沙尘天气，空气质量指数AQI爆表，AQI空气质量评价的主要污染物为PM2.5、NO2等六项。PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物，把PM2.5、NO2分子、电子、原子核按照空间尺度由大到小排序正确的是()A．PM2.5→NO2分子→原子核→电子B．NO2分子→PM2.5→原子核→电子C．NO2分子→原子核→PM2.5→电子D．NO2分子→原子核→电子→PM2.5A\n解析：质子和中子构成原子核，电子和原子核构成原子，电子的空间尺度小于原子核的空间尺度，原子构成分子，分子构成物质，PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物的空间尺度，其大于分子，所以它们从大到小的顺序为：PM2.5→NO2分子→原子核→电子，故A正确，BCD错误。
