1　原子核的组成国家获奖教案

课时18. 2

原子的核式结构模型

赞皇中学高二物理学科导学案

课型：新授课

主备人：刘景贤

审核人：张少辉

时间：2017年4月18

1. 了解α粒子散射实验的原理和实验现象。

2. 知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容。

3. 领会卢瑟福提出原子核式结构模型的实验和思维过程，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实的科学精神，培养学生的抽象思维能力和想象力。

4. 知道原子和原子核大小的数量级以及原子核的电荷数。

1. 汤姆孙的原子模型

汤姆孙于1898年提出了原子模型，在这个模型里，把原子看作一个球体，正电荷弥漫性地①均匀(选填“均匀”或“不均匀”)分布在整个球内，电子嵌在球中。

2. α粒子散射实验

(1)α粒子：α粒子是放射性物质中放射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子的②4

倍。 (2)实验装置：由③放射源、金箔、荧光屏、望远镜和转动圆盘等组成。

(3)实验方法：用放射源发出的α粒子束轰击④金箔，用带有荧光屏的望远镜，在水平面内的不同方向对散射的α粒子进行观察，根据散射到各方向的α粒子所占的⑤比例，可以推测原子中正负电荷的分布情况。

(4)实验结果：穿过金箔后，绝大多数α粒子⑥沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大偏转，极少数发生大角度偏转。

3. 原子核式结构模型

原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和⑦几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间⑧绕核高速旋转。

4. 原子核的电荷与尺度

(1)原子内的电荷关系：各种元素原子核的电荷数与含有的电子数相等。

(2)原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数就是核中的⑨质子数。

(3)原子核的大小：原子核的半径的数量级为⑩10-15m，原子半径的数量级为10-10 m。

主题1：α粒子散射实验

情景：汤姆孙发现了电子，继而认识到电子是比原子更基本的物质单元，那么电子是如何构成原子的？原子中正、负电荷怎样分布？科学家提出了很多原子模型，其中影响较大的是汤姆孙模型——“枣糕模型”：原子是一个球体，正电荷均匀分布于整个球体，电子镶嵌其中。又称“西瓜模型”。但是，汤姆孙的学生卢瑟福，本想用一个实验来证明他的老师——汤姆孙的原子模型，不料正是这个著名的实验，彻底推翻了汤姆孙的原子模型。

问题：(1)卢瑟福做的是什么实验？实验装置有哪些？

(2)α粒子散射实验的实验结果怎样？

(3)为什么这一实验结果否定了汤姆孙的原子模型？卢瑟福又建立了怎样的原子模型？

(4)卢瑟福的核式结构模型如何解释α粒子散射现象？

主题2：原子核的电荷与尺度

情景：原子核的半径无法直接测量，由于只有离核较近的α粒子才能发生大角度偏转，可以将α粒子与原子核接近的最小距离近似认为是原子核的半径，α粒子散射实验提供了估算核半径的最简单的方法。

问题：你知道原子核的电荷量吗？原子核的半径的数量级为多少？

1. (考查α粒子散射实验的结果)图示为卢瑟福和他的同事们做α

粒子散射实验装置的示意图，关于荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下列说法中正确的是(

) A. 放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多

B. 放在B 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些

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

2. (考查α粒子散射实验的解释)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是(

) A. 使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力

B. 使α粒子产生偏转的力主要是库仑力

C. 原子核很小，α粒子接近它的机会很少，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进

D. 能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子

3. (考查α粒子散射实验轨迹)用α粒子撞击金原子核发生散射，图示中关于α粒子的运动轨迹基本正确的是(

) A. a

B. b

C. c

D. d

4. (考查原子核的电荷与尺度)下列对原子结构的认识，错误的是(

) 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，向心力为库仑力

C. 原子的全部正电荷都集中在原子核里

D. 原子核的直径大约为10-10 m

拓展一：α粒子散射实验解释

1. 在α粒子散射实验中，α粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力而发生的。实验中即使1 mm 厚的金箔也大约有3300层原子，但绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，只有少数发生了大角度偏转，这说明了什么？

拓展二：α粒子散射实验中能的关系

2. 关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(

) A. α粒子在接近原子核的过程中，动能增加，电势能减少

B. α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能增加

C. α粒子在远离原子核的过程中，动能增加，电势能减少

D. α粒子在远离原子核的过程中，动能减少，电势能增加

3. 如图所示，实线表示金原子核电场的等势面，虚线表示α粒子在金原子核电场中散射时的运动轨迹。设α粒子通过a、b、c三点时的速度分别为va、vb、vc，电势能分别为Ea、Eb、Ec，则(

) A. va>vb>vc，Eb>Ea>Ec

B. vb>vc>va，Eb

C. vb>va>vc，Eb

D. vbEa>Ec

参考答案

知识体系梳理

①均匀

②4

③放射源

④金箔

⑤比例

⑥沿原来的方向前进

⑦几乎全部

⑧绕核高速旋转

⑨质子数

⑩10-15

重点难点探究

主题1：(1)这是著名的α粒子散射实验，实验装置，主要由放射源、金箔、荧光屏、望远镜(探测器)和转动圆盘组成。荧光屏和望远镜能够围绕金箔在一个圆周上运动，从而可以观察到穿透金箔后偏转角度不同的粒子。

(2)实验结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来，这就是α粒子的散射现象。

(3)根据汤姆孙的原子模型，正电荷是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它所受到原子内部两侧正电荷的斥力大部分相互抵消，使α粒子偏转的力就不会很大。α粒子如果遇到电子，由于电子的质量与α粒子的质量相比可以忽略，就像飞行着的子弹碰到一粒尘埃一样，运动方向不会发生明显的改变。因此，不会有大角度偏转现象的发生。事实上却出现了极少数α粒子大角度偏转的现象，汤姆孙的原子模型无法解释这一现象。

卢瑟福根据α粒子散射实验的实验结果，提出了原子的核式结构：在原子的中心有一个很小的核，叫作原子核，原子核的体积很小，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空间里绕着核旋转。按照原子的核式结构，很好地解释了α粒子散射现象。

(4)α粒子穿过原子时，电子对α粒子运动的影响很小，但原子核对α粒子的影响却不同，由于原子核很小，绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，

运动方向几乎没有改变，只有极少数α粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转。

主题2：原子由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子构成，电子带负电，中子不带电，质子带正电，原子是电中性的。因此，原子核的电荷数就是核中的质子数，亦即核外电子数。

原子核半径的数量级为10-15 m。

基础智能检测

1. ABD

2. BCD

3. CD

4. D 全新视角拓展

1. α粒子散射实验说明原子内带正电荷的部分在整个原子中占的空间非常小。

【解析】α粒子穿过金箔后绝大多数仍沿原来的方向前进，说明它们距正电荷部分较远，所受库仑力很小，尽管经过若干层原子，但靠近正电荷部分的机会很小，这说明原子内带正电荷的部分在整个原子中占的空间非常小。

2. BC

【解析】α粒子在接近原子核的过程中，库仑力做负功，电势能增加，动能减少，A错误，B正确;α粒子在远离原子核的过程中，库仑力做正功，电势能减少，动能增加，C正确，D错误。

3. D

【解析】b最靠近原子核，速度最小，电势能最大;c离核最远，速度最大，电势能最小。