高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第三册原子的核式结构模型学案及答案

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第三册原子的核式结构模型学案及答案，共10页。学案主要包含了α粒子散射实验，卢瑟福原子模型等内容，欢迎下载使用。
1．了解α粒子散射实验的原理、现象和结论。 2.知道卢瑟福的原子核式结构模型的内容和意义。
3．知道原子和原子核大小的数量级以及原子核的电荷数和核外电子数的关系。
一、α粒子散射实验
1．α粒子：α粒子是某些放射性物质中释放出的具有很大动能的粒子，含有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍。
2．实验方法
在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋(P)，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上。α粒子穿过金箔后，打到环形荧光屏上，产生一个个闪烁的光点，这些光点可用显微镜观察到。
3．实验装置
4．实验现象
(1)绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。
(2)少数α粒子发生了较大的偏转，有极少数α粒子的偏转角超过了90°，有的甚至被原路弹回。
5．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，建立了原子核式结构模型。
二、卢瑟福原子模型
1．原子核式结构模型：1911年由卢瑟福提出，在原子内部有一个很小的核，称为原子核。原子的全部正电荷及几乎全部的质量都集中在原子核内，电子在原子核外面运动。
2．原子核的电荷与尺度
判断下列说法是否正确。
(1)α粒子带有一个单位的正电荷，质量为氢原子质量的2倍。( )
(2)α粒子散射实验证实了汤姆孙的“葡萄干面包”原子模型。( )
(3)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。( )
(4)原子核的电荷数等于核中的中子数。( )
(5)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷。( )
提示：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√
知识点一 α粒子散射实验
图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图。
试探究：(1)该实验中为什么用金箔作靶子？
(2)当把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，相同时间内哪个位置观察到屏上的闪光次数最多？
[提示] (1)金的延展性好，可以做得很薄而且金的原子序数大，产生的库仑斥力大，偏转明显。
(2)相同时间内在A处观察到屏上的闪光次数最多。
1．实验背景：α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。
2．实验装置
(1)放射源：放出α粒子( eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(2)) He)。
(2)金箔：靶子。
(3)显微镜、荧光屏(可转动)：观察工具。
3．实验现象
(1)受力情况
①少数α粒子靠近原子核，受到的库仑斥力大；
②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。
(2)偏转情况
①绝大多数α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小)；
②少数α粒子发生大角度偏转；
③如果α粒子几乎正对着原子核射来，偏转角就几乎达到180°，这种机会极少。
4．实验结论
原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的。
角度1 α粒子散射实验现象
卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子核式结构模型，实验装置如图所示，带电粒子打到光屏上就会产生光斑，为验证α粒子散射实验结论，现在1、2、3、4四处放置带有荧光屏的显微镜，则这四处位置一段时间内统计的闪烁次数符合实验事实的是( )
A．1605、35、11、1
B．1 242、1 305、723、203
C．2、10、655、1 205
D．1 232、1 110、733、203
[解析] α粒子散射实验现象是绝大多数粒子直接穿过，少数发生大角度偏转，极少数甚至原路返回，故A符合事实，B、C、D不符合事实。
[答案] A
角度2 α粒子散射实验现象分析
根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为α粒子散射图景，图中实线表示α粒子的运动轨迹，则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是( )
A．根据α粒子散射实验可以估算原子大小
B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了直接碰撞
C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小
D．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大
[解析] 根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小，A错误；题图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用，并没有发生碰撞，B错误；绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小，C正确；题图中大角度偏转的α粒子，库仑斥力先做负功后做正功，故电势能先增大后减小，D错误。
[答案] C
角度3 α粒子散射实验结论
如图所示是α粒子散射实验装置的示意图。从α粒子源发射的α粒子射向金箔，利用观测装置观测发现，绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度大于90°。下列说法正确的是( )
A．α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流
B．实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内
C．α粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对α粒子的作用引起的
D．α粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对α粒子的库仑力引起的
[解析] α粒子是从放射性物质中发射出来的氦核，A错误；若原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内，α粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会平衡，对α粒子运动的影响不会很大，不会出现大角度偏转的实验结果，B错误；由于电子的质量极小，其对α粒子速度的影响可以忽略，C错误；原子核带正电，体积很小，但几乎集中了原子的全部质量，电子在核外运动，当α粒子进入原子区域后，大部分离原子核很远，受到的库仑力很小，运动方向几乎不变，只有极少数α粒子离原子核很近，因此受到很强的库仑力，发生大角度偏转，D正确。
[答案] D
知识点二 原子的核式结构模型
1．原子的两种模型
2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近它们的原子序数。
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．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m，两者相差10万倍之多。
(多选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是( )
A．原子是一个质量分布均匀的球体
B．原子的质量几乎全部集中在原子核内
C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内
D．原子核半径的数量级是10－15 m
[解析] 原子的质量几乎全部集中在原子核内，所以A错误，B正确；原子的正电荷全部集中在一个很小的核内，负电荷绕原子核做圆周运动，所以C错误；原子核半径的数量级是10－15 m，所以D正确。
[答案] BD
(2025·福建泉州月考)人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是汤姆孙提出的葡萄干面包模型和卢瑟福提出的核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．α粒子散射实验与葡萄干面包模型和核式结构模型的建立无关
B．卢瑟福通过α粒子散射实验否定了葡萄干面包模型，建立了核式结构模型
C．卢瑟福通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了葡萄干面包模型
D．卢瑟福通过α粒子散射实验否定了葡萄干面包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葡萄干面包模型，建立了原子的核式结构模型，故B正确，A、C、D错误。
[答案] B
知识点三 α粒子散射实验中α粒子的轨迹与库仑力做功
1．α粒子的运动情况
在离原子核较远处，α粒子做近似匀速直线运动。在α粒子靠近原子核的运动过程中，库仑斥力随运动距离和运动方向的变化而变化，是变力，所以，α粒子做变速运动，当运动方向与α粒子和原子核的连线不在同一方向上时，α粒子做变速曲线运动，受库仑斥力作用，曲线向原子核外侧弯曲且库仑斥力方向与速度方向分布于轨迹两侧。
2．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。
卢瑟福的α粒子散射实验如图所示，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为( )
A．轨迹a B．轨迹b
C．轨迹c D．轨迹d
[解析] 卢瑟福通过研究α粒子散射提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，因此离原子核越近，受到的库仑斥力越强，则偏转程度越大，所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为a，故A正确，B、C、D错误。
[答案] A
如图所示，根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。图中虚线表示原子核所形成的电场的等势面，实线表示一个α粒子的运动轨迹。在α粒子从A运动到B再运动到C的过程中，下列说法正确的是( )
A．动能先增大后减小
B．电势能先减小后增大
C．电场力先做负功后做正功，总功等于零
D．加速度先减小后增大
[解析] α粒子及原子核均带正电，故α粒子受到原子核的斥力，α粒子从A运动到B，电场力做负功，动能减小，电势能增大，从B运动到C，电场力做正功，动能增大，电势能减小，A、C在同一等势面上，A、C两点的电势差为零，则α粒子从A到C的过程中电场力做的总功等于零，A、B错误，C正确；α粒子所受的库仑力F＝ eq \f(kq1q2,r2) ，B点离原子核最近，所以α粒子在B点时所受的库仑力最大，加速度最大，故加速度先增大后减小，D错误。
[答案] C
eq \(\s\up7(),\s\d5( ))
1．(对α粒子散射实验现象的认识)卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图如图所示，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。下列说法正确的是( )
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.卢瑟福选用不同重金属箔片作为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粒子撞击到金箔原子后产生的反弹
解析：选C。α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，极少数α粒子有大角度散射，所以A处观察到的粒子数多，B处观察到的粒子数少，A、B错误；选用不同重金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，C正确；α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，D错误。
2．(对α粒子散射实验现象的解释)(多选)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是( )
A.该实验说明原子中正电荷是均匀分布的
B．α粒子发生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用
C．只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上
D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构理论
解析：选BCD。在α粒子散射实验中，有极少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的物质存在；二是这一物质带有较大的正电荷；三是这一物质的体积很小，但不能说明原子中正电荷是均匀分布的，故A错误，B、C正确；卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构理论，D正确。
3．(原子的核式结构模型)(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有( )
A．原子的中心有个核，叫原子核
B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内
D．带负电的电子在核外空间绕着核旋转
解析：选ACD。卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外空间绕着核旋转，由此可见，B错误，A、C、D正确。
4．(α粒子的受力情况)卢瑟福α粒子散射实验的金原子核和两个α粒子的径迹如图所示，其中可能正确的是( )
解析：选A。α粒子与金原子核都带正电，相互排斥，α粒子径迹越靠近金原子核，所受库仑斥力越大，运动方向的偏转角度就越大，根据这个特点可以判断，A正确。
核式结构模型
“葡萄干面包”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