1第第 2 节节原子的核式结构模型原子的核式结构模型1 粒子散射实验结果：绝大多数粒子散射实验结果：绝大多数 粒子穿过金粒子穿过金 箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少 数数 粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚 至大于至大于 90。 2原子结构模型：在原子的中心有一个很小的核原子结构模型：在原子的中心有一个很小的核 叫原子核，原子的所有正电荷和几乎全部质叫原子核，原子的所有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量都集中在原子核里，带负电的电子在核外 空间里绕核旋转。空间里绕核旋转。 3原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等 于原子核中的质子数。于原子核中的质子数。 4原子半径的数量级为原子半径的数量级为 1010m，原子核半径的，原子核半径的 数量级为数量级为 1015 m。一、汤姆孙的原子模型一、汤姆孙的原子模型汤姆孙于汤姆孙于 1898 年提出了原子模型，他认为原子是一个年提出了原子模型，他认为原子是一个球体球体，正电荷正电荷弥漫性地均匀分布弥漫性地均匀分布在整个球体内，在整个球体内，电子电子镶嵌在球中。镶嵌在球中。图图 1821汤姆孙的原子模型，小圆点代表汤姆孙的原子模型，小圆点代表正电荷正电荷，大圆点代表，大圆点代表电子电子。汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型，该模型能解释一些实验现象，但后来汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型，该模型能解释一些实验现象，但后来被被 粒子散射粒子散射实验否定了。实验否定了。二、二、 粒子散射实验粒子散射实验1 粒子粒子 粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，含有两个单位的正电荷，质量粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，含有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的为氢原子质量的 4 倍。倍。2实验方法实验方法2用用 粒子源发射的粒子源发射的 粒子束轰击粒子束轰击金箔金箔，用带有荧光屏的放大镜，在水平面内不同方向，用带有荧光屏的放大镜，在水平面内不同方向对对散射散射的的 粒子进行观察，根据散射到各方向的粒子进行观察，根据散射到各方向的 粒子所占的粒子所占的比例比例，可以推知原子中正、，可以推知原子中正、负电荷的分布情况。负电荷的分布情况。3实验装置实验装置图图 18224实验现象实验现象(1)绝大多数绝大多数的的 粒子穿过金箔后，基本上仍沿粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来原来的方向前进。的方向前进。(2)少数少数 粒子发生了粒子发生了大角度大角度偏转；偏转的角度甚至偏转；偏转的角度甚至大于大于 90，它们几乎被，它们几乎被“撞了回来撞了回来” 。5实验意义：实验意义：卢瑟福通过卢瑟福通过 粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式核式结构结构模型。模型。三、卢瑟福的核式结构模型三、卢瑟福的核式结构模型1核式结构模型：核式结构模型：1911 年由卢瑟福提出，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占年由卢瑟福提出，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部有全部质量质量，电子在正电体的外面，电子在正电体的外面运动运动。2原子核的电荷与尺度原子核的电荷与尺度1自主思考自主思考判一判判一判(1)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。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。()(2) 粒子带有一个单位的正电荷，质量为氢原子质量的粒子带有一个单位的正电荷，质量为氢原子质量的 2 倍。倍。()(3) 粒子实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。粒子实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。()(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。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。3()(5)原子核的电荷数等于核中的中子数。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。对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷。()2合作探究合作探究议一议议一议由原子的半径和原子核的半径数值可推知，原子核体积只占原子体积的由原子的半径和原子核的半径数值可推知，原子核体积只占原子体积的，其空旷，其空旷11015程度可想而知。据此，你能否说明产生程度可想而知。据此，你能否说明产生 粒子散射现象的原因？可得到怎样的启示？粒子散射现象的原因？可得到怎样的启示？提示提示：由于由于 粒子的质量远大于电子质量，电子不可能使其发生大角度偏转，产生大粒子的质量远大于电子质量，电子不可能使其发生大角度偏转，产生大角度偏转的原因应该是原子核，由于原子核非常小，入射的角度偏转的原因应该是原子核，由于原子核非常小，入射的 粒子绝大多数距原子核很远。粒子绝大多数距原子核很远。只有极少数只有极少数 粒子靠近原子核，由于其库仑斥力而使粒子靠近原子核，由于其库仑斥力而使 粒子发生大角度偏转。由粒子发生大角度偏转。由 粒子散粒子散射现象可知，原子核非常小；能够使射现象可知，原子核非常小；能够使 粒子发生大角度偏转，说明原子核聚集了原子的绝粒子发生大角度偏转，说明原子核聚集了原子的绝大部分质量且带正电。大部分质量且带正电。对对 粒子散射实验现象的分析粒子散射实验现象的分析1实验背景实验背景 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。上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。2否定汤姆孙的原子结构模型否定汤姆孙的原子结构模型(1)质量远小于原子的电子，对质量远小于原子的电子，对 粒子的运动影响完全可以忽略，不应该发生大角度偏粒子的运动影响完全可以忽略，不应该发生大角度偏转。转。(2) 粒子在穿过原子时，受到各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对粒子在穿过原子时，受到各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对 粒子运动粒子运动方向的影响不会很大，也不应该发生大角度偏转。方向的影响不会很大，也不应该发生大角度偏转。(3) 粒子的大角度偏转，否定汤姆孙的原子结构模型。粒子的大角度偏转，否定汤姆孙的原子结构模型。3大角度偏转的实验现象分析大角度偏转的实验现象分析(1)由于电子质量远小于由于电子质量远小于 粒子质量，所以电子不可能使粒子质量，所以电子不可能使 粒子发生大角度偏转。粒子发生大角度偏转。(2)使使 粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分。按照汤姆孙原子模型，正粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分。按照汤姆孙原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，电荷在原子内是均匀分布的， 粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分抵消，因而也粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分抵消，因而也不可能使不可能使 粒子发生大角度偏转，更不能使粒子发生大角度偏转，更不能使 粒子反向弹回，这与粒子反向弹回，这与 粒子散射实验相矛盾。粒子散射实验相矛盾。(3)实验现象表明原子绝大部分是空的，原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原实验现象表明原子绝大部分是空的，原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则，子中心的一个很小的核上，否则， 粒子大角度散射是不可能的。粒子大角度散射是不可能的。44原子的核式结构模型对原子的核式结构模型对 粒子散射实验结果的解释粒子散射实验结果的解释(1)当当 粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小， 粒子就像穿过粒子就像穿过“一片空地一片空地”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 粒粒子不发生偏转。子不发生偏转。(2)只有当只有当 粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，而这种机会很少，图图 1823所以有少数粒子发生了大角度偏转。所以有少数粒子发生了大角度偏转。(3)如果如果 粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到 180，这种机会极少，如图，这种机会极少，如图 1823所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于 90。1 粒子散射实验中，使粒子散射实验中，使 粒子散射的原因是粒子散射的原因是( )A 粒子与原子核外电子碰撞粒子与原子核外电子碰撞B 粒子与原子核发生接触碰撞粒子与原子核发生接触碰撞C 粒子发生明显衍射粒子发生明显衍射D 粒子与原子核的库仑斥力作用粒子与原子核的库仑斥力作用解析：解析：选选 D 粒子与原子核外电子的作用是很微弱的。由于原子核的质量和电荷量粒子与原子核外电子的作用是很微弱的。由于原子核的质量和电荷量很大，很大， 粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足可以使粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足可以使 粒子发生大角度偏转甚至反向粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使弹回，使 粒子散射的原因是库仑斥力。选项粒子散射的原因是库仑斥力。选项 D 对。对。2.如图如图 1824 所示是所示是 粒子粒子(氦原子核氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，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。图中所标出的是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止。图中所标出的 粒子在各点处的加速度方向正确的是粒子在各点处的加速度方向正确的是( )图图 1824AM 点点 BN 点点CP 点点 DQ 点点解析：解析：选选 C 粒子粒子(氦原子核氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与 5粒子所受斥力方向相同。带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向曲线的凹粒子所受斥力方向相同。带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向曲线的凹侧，故只有选项侧，故只有选项 C 正确。正确。3(多选多选)如图如图 1825 所示为卢瑟福和他的学生们做所示为卢瑟福和他的学生们做 粒子散射实验的装置示意图。荧粒子散射实验的装置示意图。荧光屏和显微镜一起分别放在图中的光屏和显微镜一起分别放在图中的 A、B、C、D 四个位置时，关于观察到的现象，下列说四个位置时，关于观察到的现象，下列说法中正确的是法中正确的是( )图图 1825A相同的时间内放在相同的时间内放在 A 位置时观察到屏上的闪光次数最多位置时观察到屏上的闪光次数最多B相同的时间内放在相同的时间内放在 B 位置时观察到屏上的闪光次数只比放在位置时观察到屏上的闪光次数只比放在 A 位置时稍少些位置时稍少些C放在放在 C、D 位置时屏上观察不到闪光位置时屏上观察不到闪光D放在放在 D 位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少解析：解析：选选 AD 由由 粒子散射实验的结论：绝大多数粒子散射实验的结论：绝大多数 粒子仍沿原方向运动，少数粒子仍