第三章原子结构(2)

第三单元 物质构成的奥秘课题2 原子的结构知识点一 原子的构成一、原子可以再分很长时间以来，科学家都以为原子是简单的、不能分割的实心球体。

直到1897年，英国科学家 汤姆生 发现了电子，才第一次揭开了原子的神秘面纱，知道原子还是可以再分的。

理解辨析1、原子能否再分？原子是化学变化中的最小粒子，在化学变化中不能再分，但是在其他条件下还能再分。

二、原子的构成⎧⎧⎨⎪⎨⎩⎪⎩质子(带正电)原子核(带正电)原子中子(不带电)核外电子(带负电，在核外相对很大的空间内作高速运动)理解辨析1、原子核有什么特点？原子核居于原子中心，带正电荷，相对于整个原子来说，核外有一个很大的空间，这就是电子运动的区域。

原子核虽然小，但几乎集中了整个原子的质量，原子质量主要集中在原子核上。

原子核的特点可以概括为：居于原子中心、带正电荷、体积小、相对质量较大。

三、原子中各粒子的电性四、几种常见原子的构成理解辨析1、原子一定是由质子、中子、核外电子构成的吗？原子一般由质子、中子、电子这三种粒子构成，但某种氢原子中只有一个质子和一个核外电子，无中子。

五、原子中各种粒子之间的关系1、原子中，质子所带正电荷总数与核外电子所带负电荷总数相等，中子不带电，整个原子不显电性。

2、在原子中，核电荷数＝质子数＝核外电子数。

3、不同种类的原子，核内质子数不相等。

例题1、下列关于原子的叙述，正确的是( C)A．原子是不能再分的粒子B．一切原子的原子核都是由质子和中子构成的C．原子核内质子数等于核外电子数D．原子核内质子数必等于中子数例题2、有关原子带电情况的解释正确的是（B）A．原子中质子带浮负电，电子带正电B．原子核带正电C．电子不带电D．电子和中子电荷中和使得原子不带电例题3、在分子、原子、质子、中子、电子、原子核这些粒子中选择填空：（1）能保持物质化学性质的粒子是分子；（2）化学变化中的最小微粒是原子；（3）能直接构成物质的粒子是分子、原子；（4）构成原子核的粒子是质子、中子；（5）带正电的粒子是质子、原子核；（6）带负电的粒子是电子；（7）不带电的粒子是中子；（8）质量与氢-1原子质量近似相等的粒子是质子、中子；（9）质量最小的的是电子；（10）在同一原子中数目相等的是质子、电子。

第三单元课题2 原子的结构（第二课时）【教学目标】1．知识与技能：(1)、初步了解原子核外的电子是分层排布的；(2)、了解原子结构的表示方法；(3)、了解原子结构与元素化学性质的关系；(4)、了解离子的形成过程，认识离子是构成物质的一种粒子。

2．过程与方法：(1)、通过学生间相互讨论、交流，增强学生归纳知识、获取知识的能力；(2)、运用多媒体动画片、课文插图等辅助手段，演示离子的形成过程，化抽象为直观，增强学习的效果。

3．情感、态度与价值观：(1)、初步体会物质构成的奥秘，培养学生的抽象思维能力、想象力和分析推理能力；(2)、树立“结构决定性质”、“物质的微粒性”等辩证唯物主义观点。

【教学资源分析】在第三单元的学习中，学生已经知道许多物质是由原子、分子构成的，在本单元中介绍离子是构成物质的另一种粒子，使学生所学有关物质构成的知识完整化。

本课题包括“核外电子的排布”和“离子的形成”两部分内容，“离子的形成”是本课题的核心，“核外电子的排布”(介绍原子核外电子的分层排布和金属、非金属、稀有气体元素的原子核外电子层结构的特征与其化学性质的关系)为它的教学作了一个铺垫。

【教学策略分析】本课题的内容较抽象，远离学生的生活经验，学生学习时有一定的困难，是教学的难点。

教学中，要充分利用书上的插图和电教手段，为学生创设学习氛围，让学生仔细观察、细心体会，展开讨论，将抽象知识形象化、具体化。

【教学重、难点】重点：离子的形成。

难点：核外电子排布的概念。

【教学准备】1．自制的有关投影片、离子形成的动画片、复印的课文插图；2．网上下载的原子结构示意图。

【课时建议】1课时【教学过程】归纳小结形成结论1．原子核外第一层最多有几个电子?2．原子核外第二层最多有几个电子?3．原子核外第三层最多有几个电子?4．元素的种类取决于________。

5．1—18号元素中哪些是金属元素、非金属元素、稀有气体元素?它们的最外层电子数有何特点?(列表比较。

二.原子的结构【知识要点】1．汤姆生的葡萄干布丁模型电子的发现，说明原子可以再分割。

在此基础上，汤姆生建立了较有影响的“葡萄干布丁”也叫“枣糕模型”——原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里．2．α粒子散射实验1909-1911年卢瑟福指导其助手用α粒子散射实验否定了汤姆生的原子模型，提出了原子的核式结构模型。

3.原子核式结构模型的提出原子中心有一个极小的核，叫原子核，原子核集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转。

原子核半径的数量级为10-15m，原子半径的数量级是10-10 m。

所以原子核的半径约为原子半径的十万分之一。

这里突出了原子核是很小的，原子内部是很空的。

4“模型”与“结构”模型并不是真实情况的精确复制品，至今为止，我们还无法用肉眼去观测原子的内部结构，只能通过推测去建立模型，正确的模型在一定程度上是原子的内部结构的真实写照，但是很难说是精确的．在建立模型的过程中，常常会忽略一些次要的因素．进行简化，只是留下一些能够反映原物本质的主要因素．但是太阳系的行星结构则不同，我们观察得到，并且我们可以完全确定某一时刻太阳系的行星所处的准确位置．【问题探究】问题1：a粒子散射实验中为什么选用金箔？解答：（1）金的延展性好，容易做成和很薄的箔，实验用的金箔厚度大约是10-7m；（2）金原子到的正电荷多，与a粒子间的库仑力大；（3）金原子质量大约是a粒子质量的50倍，因而惯性大，a粒子运动状态容易改变。

问题2：α粒子的散射实验是怎么做的?α粒子散射实验的装置，可根据课本上的示意图来讲述，主要由放射源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘几部分组成。

实验的做法．课文中写得比较简明，重点应指出荧光屏和放大镜能够围绕金箔在一个圆周上转动，从而可以观察到穿过金箔后偏转角度不同的粒子数。

问题3：α粒子的散射实验结果是什么?实验结果用“绝大多数”、“少数”和“极少数”这样的数量形容词来描述。

第二节原子的结构[目标定位] 1.了解原子结构模型的建立.2.知道粒子散射实验的实验方法和实验现象.3.知道原子核式结构模型的主要内容.4.能说出原子和原子核大小的数量级．一、“葡萄干布丁”模型1．汤姆生的“葡萄干布丁”模型：原子是一个球体，带正电的部分均匀分布在整个球内．电子像布丁里的葡萄干一样镶嵌在原子里．(如图1所示)图12．汤姆生的模型能解释一些实验事实，如利用电子的简谐振动定性解释某些光辐射．二、α粒子散射实验1．实验装置(1)放射源：①钋放在带小孔的铅盒中，能放射α粒子．②α粒子：带正电，q＝＋2e，质量约为氢原子的4倍．(2)金箔：厚度极小，(虽然很薄但仍有几千层原子)．(3)显微镜：能够在围绕金箔的水平面内转动观察．2．实验结论(1)绝大多数的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；(3)极少数α粒子的偏转角θ超过90°，有的甚至几乎达到180°.3．实验意义(1)否定了汤姆生的原子结构模型．(2)提出了原子核式结构模型，明确了原子核大小的数量级．三、原子的核式结构的提出1．核式结构模型：原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转．2．原子半径大约为10－10 m.3．原子核的半径大约为10－15～10－14 m．相当于原子半径的万分之一．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中一、对α1．实验装置示意图(如图2)图22．注意事项(1)整个实验过程在真空中进行．(2)α粒子是氦原子核，体积很小，金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过．3．α粒子散射实验与汤姆生的原子模型的冲突分析分析否定的原因(1)由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转．(2)使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆生原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α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α粒子发生大角度偏转，更不可能使α粒子反向弹回，这与α粒子的散射实验相矛盾．(3)实验现象表明原子绝大部分是空的，除非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，α粒子大角度散射是不可能的．【例1】如图3为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图，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，下述说法中正确的是( )图3A．相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最少B．相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光答案 C解析在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A错误；少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、D错误，C正确．借题发挥解决α粒子散射实验问题的技巧(1)熟记实验装置及原理．(2)理解建立核式结构模型的要点．①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．②汤姆生的原子模型不能解释α粒子的大角度散射．③少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用．④绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的质量、电量都集中在体积很小的核内．针对训练1 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( )答案 C解析α粒子与原子核相互排斥，A、D错；运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变化越明显，B错，C对．二、卢瑟福原子核式结构模型1．内容在原子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核内，带负电的电子在核外空间绕核旋转．2．对α粒子散射实验现象的解释(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，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，如图4所示．图43．数量级原子的半径大约为10－10 m，原子核的半径大约为10－15～10－14 m.【例2】下列对原子结构的认识中，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答案 D解析卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆生模型，卢瑟福提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核直径的数量级为10－15 m，而原子直径的数量级为10－10m，是原子核直径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷”的，核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的库仑引力而绕核旋转，所以本题应选D.针对训练2 在卢瑟福α粒子散射实验中，只有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是( )A．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里B．正电荷在原子内是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子的质量在原子核内是均匀分布的答案 A解析本题考查了学生对α粒子散射实验结果与原子的核式结构关系的理解．原子的核式结构正是建立在α粒子散射实验结果基础上的，C、D的说法没有错，但与题意不符.α粒子散射实验的理解1．在α粒子散射实验中，选用金箔的原因下列说法不正确的是( )A．金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔B．金核不带电C．金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动D．金核半径大，易形成大角度散射答案 B解析α粒子散射实验中，选用金箔是因为金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔，α粒子很容易穿过，A正确；金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动，C正确；金核半径大，易形成大角度散射，D正确．2．对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有( )A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜B．金箔的厚度对实验无影响C．如果不用金箔改用铝箔，就不会发生散射现象D．实验装置放在空气中和真空中都可以答案 A解析实验所用的金箔的厚度极小，如果金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受到较大的阻碍作用而影响实验效果，B项错；如果改用铝箔，由于铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍然发生，C项错；空气的流动及空气中有许多漂浮的分子，会对α粒子的运动产生影响，实验装置是放在真空中进行的，D项错．故正确选项为A.原子的核式结构模型3．(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绕着核旋转答案AD解析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，叫做原子核，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、C选项错误，A、D选项正确．4．(多选)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粒子产生偏转的力是库仑力C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进D．能发生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核较远的α粒子答案BC解析原子核带正电，与α粒子间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错、B对；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C 对，D错误．(时间：60分钟)题组一对α粒子散射实验的理解1．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为( )A．α粒子与电子根本无相互作用B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计D．电子很小，α粒子碰撞不到电子答案 C解析α粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有α粒子质量的七千分之一，碰撞时对α粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样，故正确选项是C.2．在α粒子散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的( )A．万有引力B．库仑力C．磁场力D．核力答案 B解析由于α粒子与原子核间万有引力非常小，不可能使其发生大角度散射，而原子核可认为不动，不会产生磁场，而核力只发生在原子核内相邻的质子、中子之间，不可能对α粒子产生作用，而α粒子与原子核间的库仑力很强，它是产生大角度偏转的原因．故B正确，A、C、D错误．3．卢瑟福提出原子的核式结构模型的依据是用α粒子轰击金箔，实验中发现α粒子( ) A．全部穿过或发生很小偏转B．绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回C．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过D．全部发生很大偏转答案 B解析卢瑟福的α粒子散射实验结果是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，故选项A错误；α粒子被散射时只有少数发生了较大角度偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°，故选项B正确，选项C、D错误．4．如图所示，X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它们入射时的动能相同，其偏转轨道可能是图中的( )答案 D解析α粒子离金核越远，其所受斥力越小，轨道弯曲的就越小，故D对．5．当α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是( )A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力作用B．α粒子一直受到原子核的斥力作用C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用D．α粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小答案 B解析α粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，故A、C错误，B正确；α粒子在靠近金原子核时斥力做负功，速度减小，远离时斥力做正功，速度增大，故D错误．题组二卢瑟福的核式结构模型6．(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．原子半径的数量级是10－10 m，原子核半径的数量级是10－15 m答案BD解析根据卢瑟福的原子核式结构学说，可知选项B、D正确．7．(多选)α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时，α粒子符合下列哪种情况( ) A．动能最小B．势能最小C．α粒子与金原子组成的系统的能量小D．所受原子核的斥力最大答案AD解析该题考查了原子的核式结构、动能、电势能、库仑定律及能量守恒等知识点．α粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑斥力做功，动能减少，电势能增加，两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒．根据库仑定律，距离最近时，斥力最大．8.在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图1所示，图中P、Q两点为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨道相切的直线．两虚线和轨迹将平面分成四个区域，不考虑其他原子核对α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法正确的是( )图1A．可能在①区域B．可能在②区域C．可能在③区域D．可能在④区域答案 A解析因为α粒子与此原子核之间存在着斥力，如果原子核在②、③或④区，α粒子均应向①区偏折，所以不可能．9．已知电子质量为9.1×10－31kg，带电荷量为－1.6×10－19C，若氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10－10m，求电子绕核运动的线速度大小、动能、周期和形成的等效电流．答案 2.19×106 m/s 2.18×10－18 J 1.52×10－16 s 1.05×10－3 A解析 由卢瑟福的原子模型可知：电子绕核做圆周运动所需的向心力由核对电子的库仑引力来提供．根据mv 2r ＝k e 2r 2，得v ＝e k rm ＝1.6×10－19×9×1090.53×10－10×9.1×10－31 m/s ＝2.19×106m/s ；其动能 E k ＝12mv 2＝12×9.1×10－31×(2.19×106)2 J＝2.18×10－18 J ；运动周期T ＝2πr v ＝2×3.14×0.53×10－102.19×106 s ＝1.52×10－16 s ；电子绕核运动形成的等效电流I ＝q t ＝e T ＝1.6×10－191.52×10－16 A≈1.05×10－3 A ．。