2018版高中物理第2章原子结构第2节原子的核式结构模型教师用书鲁科版选修3_5

鲁科版选修第2节《原子的核式结构模型》word 教案白景曦（西北师范大学第一附属中学 甘肃 兰州 730070）摘要汤姆生发觉电子后，提出枣糕式原子模型；卢瑟福和助手做了α粒子散射实验，提出原子的核式结构模型；玻尔依照经典电磁理论和卢瑟福的核式结构模型的矛盾，提出原子的量子化结构模型。

关键词：电子的发觉 枣糕式模型 α粒子散射实验 核式结构模型 量子化结构模型引言专门早往常人们就提出组成物质的最小微粒是原子，然而原子是否有内部结构、是否还能够再分呢？同学们的回答一定是确信的。

那么，人们是什么时候发觉原子还能够再分？又是如何探究原子的结构的呢？1897年，汤姆生发觉了电子，后来人们又通过气体电离和光电效应实验从物体中打出了电子。

通过这些现象，人们意识到原子并不是不可再分的。

原子内除了电子外还应该有带正电的物质，它们是如何构成原子的呢？本节课我们来研究第三节：原子的结构。

第1课时：原子的核式结构新课教学：一、原子的结构1．电子的发觉1897年英国物理学家汤姆生在研究低压气体放电——阴极射线时发觉了电子。

汤姆生对阴极射线进行了一系列的实验研究，确定了阴极射线中粒子带负电，并运算出了它的荷质比me ，通过进一步的研究发觉它的电量跟氢离子的电量差不多相同，质量比氢离子小得多，后来人们称之为电子，是原子的组成部分。

阴极射线是高速电子流，电子的发觉对揭示原子结构具有重大意义，它是近代物理三大发觉（X 射线、放射性、电子）之一。

摸索：既然电子是原子的组成部分，而原子又是中性的，那么原子里还存在带什么电的物质？既然电子质量专门小，那么原子的质量绝大部分集中在哪里？带正电的物质和带负电的电子是如何组成原子的呢？2．汤姆生的原子结构（枣糕型）（1）枣糕式模型：汤姆生提出，原子是由带负电的电子和带正电的物质组成，原子是一个球体，带正电的物质平均的分布在原子中——就象枣糕中的米粒，电子嵌在原子中——就象枣糕中的枣子，且在平稳位置振动。

2.2 原子核式结构模型【教学目标】1、了解关于原子结构认识的简单历程2、了解α粒子散射实验，理解卢瑟福关于原子核式结构模型提出的依据3、知道原子核的基本组成【教学重点】通过α粒子散射实验分析卢瑟福关于原子核式结构模型的提出【教学难点】理解关于微观空间物理规律的探索方法【授课时数】2课时【教学过程】［预习导读］1．这一章，包括原子结构、原子核的组成和原子能等内容。

原子是微小的，无法直接观察它的内部结构，实验中研究原子的有效办法是利用高能粒子去碰撞原子，引起某些可能观察到的现象，从分析这些现象的过程中逐步探索认识原子的内部结构和规律。

在这一章中重点讲述了人类是在哪些实验基础上认识原子结构和原子核组成的。

怎样在实验与理论的相互推动下，使认识不断发展不断深入的。

这一章的特点是内容较抽象，缺少实验演示，定性说明多。

同学们学习本章时要发挥想象力，要重视概念和理论的实验基础，以及理论的产生过程。

要掌握有关的计算问题，学习科学家的思维过程。

2．19世纪末以前，人们认为原子是不可再分的。

公元前5世纪，希腊哲学家提出物质是由不可分的微粒（原子）组成的。

不过没有实验根据。

一百多前，人们从化学实验中知道，物质由分子组成，分子由原子组成。

因在化学反应中原子的种类和数目不变，使人们认为原子是组成物质的最小微粒，是不能再分的。

3．电子的发现。

（1）介绍阴极射线：在封闭的玻璃管内有两个电极，抽出管内的空气（压强在10-2mmHg 以下）。

当两极间加高压时，从阴极发出一种射线叫阴极射线，它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光。

在19世纪70年代已有人提出它是带负电的粒子流，但实验证据不足。

（2）1897年英国科学家汤姆生利用阴极射线在电场中和磁场中的偏转的实验证明了阴极射线是带负的的粒子流。

（3）1897年汤姆生进一步测定了阴极射线粒子的荷质比e/m，发现不同物质组成的阴极发出的射线都有相同的e/m值。

表明这种带电粒子是一切不同元素的原子的共同组成部分，称它为电子。

原子的核式结构模型[先填空]1．汤姆孙原子模型1904年，J.J.汤姆孙提出了影响较大的“枣糕模型”，假想正电荷构成一个密度均匀的球体，电子“浸浮”其中，并分布在一些特定的同心圆环或球壳上．2．α粒子散射实验(1)实验装置：α粒子源、金箔、可移动探测器．(2)实验现象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粒子发生了大角度的偏转．③极少数α粒子的偏转角大于90°，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，建立了核式结构模型．[再判断]1．卢瑟福为了证实汤姆孙原子模型的正确性进行了α粒子散射实验．(√)2．α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹．(×)3．卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型．(√)[后思考]1．α粒子发生大角度散射的原因是什么？【提示】α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射．2．汤姆孙的原子结构模型为什么被卢瑟福否定掉？【提示】按照汤姆孙的“枣糕”原子模型，α粒子如果从原子之间或原子的中心轴线穿过时，它受到周围的正负电荷作用的库仑力是平衡的，α粒子不产生偏转；如果α粒子偏离原子的中心轴线穿过，两侧电荷作用的库仑力相当于一部分被抵消，α粒子偏转很小；如果α粒子正对着电子射来，质量远小于α粒子的电子不可能使α粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹．所以α粒子的散射实验结果否定了汤姆孙的原子模型．1．装置放射源、金箔、可移动探测器等，如图2­2­1所示．图2­2­12．现象及解释(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．大多数α粒子离金原子核较远．(2)少数α粒子发生较大的偏转．发生较大偏转的α粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大．(3)极少数α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°.正对或基本正对着金原子核入射的α粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后加速远离金原子核．3．实验的注意事项(1)整个实验过程在真空中进行．(2)金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过．(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄．另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显．1．如图2­2­2所示为卢瑟福和他的同事们做α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A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是( )图2­2­2A．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位置稍少些C．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多D．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光E．放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少【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正确；少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，极个别α粒子被反射回来，故B、D错误，C、E正确．【答案】ACE2．由α粒子的散射实验可以得出的正确结论有( )【导学号：11010020】A．原子中绝大部分是空的B．原子中全部正电荷都集中在原子核上C．原子内有中子D．原子的质量几乎全部都集中在原子核上E．原子中存在着带负电的电子【解析】卢瑟福由α粒子散射实验得到的结论有：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原子核内，带负电的电子在核外的空间运动．【答案】ABD3．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，其中一定不符合实验事实的是( )【解析】α粒子与原子核相互排斥，运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变化越明显．【答案】ABD1 分析α粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为.“大角度偏转”只是少数粒子的行为.2 α粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键.通过对α粒子散射实验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景.[先填空]1．核式结构模型卢瑟福提出的新的原子结构模型，在原子中间有一个体积很小、带正电荷的核，而电子在核外绕核运动，这种结构称为原子的“核式结构模型”．2．原子核的电荷与尺度3．原子的核式结构模型与经典理论的矛盾用经典电磁理论在解释原子结构的稳定性和电磁波谱的分立特征时遇到了困难．[再判断]1．原子的质量几乎全部集中在原子核上．(√)2．原子中所有正电荷都集中在原子核内．(√)3．核电荷数等于质子数，也等于中子数．(×)[后思考]1．汤姆孙发现电子后建立了“枣糕”模型，卢瑟福根据α粒散射实验推翻了“枣糕”模型，建立了核式结构模型．卢瑟福的核式结构模型是最科学的吗？【提示】 卢瑟福的核式结构模型是比汤姆孙的“枣糕”模型更科学的模型，但不是最科学的模型，随着人们认识水平的不断提高，原子结构模型也在不断更新．2．根据经典的电磁理论，电磁波的频谱是怎样的？而实际看到的电磁波的频谱是怎样的？【提示】 根据经典理论，原子可以辐射各种频率的光，即电磁波的频谱应该总是连续的．实际看到的电磁波的频谱是分立的线状谱．1．原子的核式结构与原子的枣糕模型的区别荷．4．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 ．是通过α粒子散射现象得出来的 C ．原子的中心有个核，叫作原子核 D ．原子的正电荷均匀分布在整个原子中E ．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 【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，B正确．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，C正确，D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，E正确．【答案】BCE5．如图2­2­3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线，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，下列说法中正确的是( )图2­2­3A．动能先减小，后增大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．加速度先变小，后变大E．α粒子在a点和c点的速度大小相等【解析】根据卢瑟福提出的核式结构模型，原子核集中了原子的全部正电荷，即原子核外的电场分布与正点电荷电场类似．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在同一条等势线上，则电场力做的总功等于零，A、C、E正确，B错误；a、b、c三点的场强大小关系E a＝E c＜E b，故α粒子的加速度先变大，后变小，D错误．【答案】ACE6．以下论断中正确的是( )【导学号：11010021】A．按经典电磁理论，核外电子受原子核库仑引力，不能静止只能绕核运转，电子绕核加速运转，不断地向外辐射电磁波B．按经典理论，绕核运转的电子不断向外辐射能量，电子将逐渐接近原子核，最后落入原子核内C．按照卢瑟福的核式结构理论，原子核外电子绕核旋转，原子是不稳定的，说明该理论不正确D．经典电磁理论可以很好地应用于宏观物体，也能用于解释原子世界的现象E．面对经典电磁理论遇到的困难，丹麦物理学家玻尔发展了原子的核式结构模型【解析】卢瑟福的核式结构没有问题，主要问题出在经典电磁理论不能用来解释原子世界的现象，故A 、B 、E 正确，C 、D 错误．【答案】 ABE7．在α粒子散射实验中，根据α粒子与原子核发生对心碰撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小．现有一个α粒子以2.0×107m/s 的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79.求α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为E p ＝kq 1q 2r，r 为距点电荷的距离．α粒子质量为6.64×10－27kg)． 【解析】 当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d ，则12mv 2＝k q 1q 2d. d ＝2kq 1q 2mv 2＝2×9.0×109×2×79× 1.6×10－1926.64×10－27× 2.0×107 2m ＝2.7×10－14m.【答案】 2.7×10－14m分析α粒子散射实验中的力电问题常用的规律(1)库仑定律：F ＝kq 1q 2r 2，用来分析α粒子和原子核间的相互作用力． (2)牛顿第二定律：该实验中α粒子只受库仑力，可根据库仑力的变化分析加速度的变化．(3)功能关系：根据库仑力做功，可分析动能的变化，也能分析电势能的变化． (4)原子核带正电，其周围的电场相当于正点电荷的电场，注意应用其电场线和等势面的特点．。

2 原子的核式结构模型一、教学目标1.了解α粒子散射实验原理和实验现象。

2.了解卢瑟福的原子核式结构模型。

知道原子和原子核大小的数量级。

3.认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程。

二、教学重点及难点重点：卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出的原子的核式结构模型。

难点：原子的核式结构模型模型对α粒子散射实验现象的解释。

三、教学用具多媒体课件四、相关资源【教学图片】汤姆孙原子模型示意图、【教学图片】α粒子散射实验示意图、【教学图片】α粒子散射示意图五、教学过程新课引入教师展示图片并讲述：在J.J.汤姆孙发现电子之后提出了一种原子模型，有人形象地把他的这个模型称为“葡萄干面包”模型。

插入图片：【教学图片】汤姆孙原子模型示意图.png 教师讲述：这个模型能够解释一些实验现象。

但德国物理学家勒纳德1903年做了一个实验，使电子束射到金属膜上，发现较高速度的电子很容易穿透原子。

这说明原子不是一个实心球体，这个模型可能不正确。

原子内部结构到底是怎么样的呢？新课讲授（一）α粒子散射实验1. α粒子散射实验教师讲述：原子的结构非常紧密，用一般的方法无法探测它内部的结构。

要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击。

由于α粒子具有足够的能量，可以接近原子的中心，它还可以使荧光物质发光，如果α粒子与其他粒子发生相互作用，改变了运动的方向，荧光屏便能够显示出它的方向变化。

因此，1909年，英国物理学家卢瑟福和他的合作者进行了α粒子散射实验的研究。

教师设问：α粒子的散射实验是怎样做的？教师展示图片讲述：α粒子散射实验的装置如图所示。

它主要由粒子源、金箔、环形荧光屏几部分组成。

当α粒子打到金箔时，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粒子的运动方向改变，也就是发生了α粒子的散射。

借助环形荧光屏，可以统计散射到各个方向的α粒子所占的比例，从而推知原子中电荷的分布情况。

插入图片：【教学图片】α粒子散射实验示意图.png 教师讲述：实验发现，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）发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，少数α粒子（约占18000它们几乎被“撞了回来”。

第2节原子的核式结构模型●课标解读1．知道α粒子散射实验的原理、实验装置及实验结果．2．从α粒子散射实验的结果分析到卢瑟福建立原子的核式结构模型过程，体会科学实验与思维相结合的物理研究方法．3．知道原子的核式结构模型，并能成功解释α粒子的散射实验现象．●教学地位从汤姆孙的原子结构模型到卢瑟福的原子的核式结构模型的建立，既渗透科学探究的因素教学，又进行了模型法的教学，并将卢瑟福的原子的核式结构模型与行星结构相类比，指出大自然的和谐统一的美，渗透哲学教育．通过学生对α粒子散射实验现象的讨论与交流，顺理成章地否定了葡萄干面包模型，并开始建方新的模型．希望这一部分由学生自己完成，教师总结，总结时，突出汤姆孙原子模型与α粒子散射实验之间的矛盾，可以将α粒子分别穿过葡萄干面包模型和核式结构模型的不同现象用动画模拟，形成强烈的对比，突破难点．得到卢琴福的原子的核式结构模型后再展示立体动画α粒子散射模型，使学生有更清晰的直观形象、生动的认识．α粒子散射实验是教学的重点，高考的热点.●新课导入建议问题导入 卢瑟福用α粒子轰击金箔时，发现少数α粒子发生了大角度偏转，这是用汤姆孙的原子模型解释不通的．你能解释这种现象吗？本节课请同学们和老师一起解决此问题． ●教学流程设计课前预习安排：1.看教材2.填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果可多提问几个学生⇒错误!⇓步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤6：完成“探究重在讲解α粒子散射实验中的功能问题⇐步骤5：师生互动完成“探究方式同完成探究1相同⇐步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇓步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能释．(难点)1.(1)实验目的α粒子通过金箔时，用这些已知的粒子与金属内的原子相互作用，根据粒子的偏转情况来获得原子内部的信息．(2)实验方法用由放射源发射的α粒子束轰击金箔，利用荧光屏接收，探测通过金箔后的α粒子偏转情况．(3)实验结果绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转，有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被原路弹回，α粒子被反射回来的概率竟然有1/8_000.2．思考判断 (1)α粒子散射实验主要实验器材有：放射源、金箔、荧光屏、显微镜．(√) (2)金箔的厚薄对实验无影响．(×)(3)实验装置放在真空中．(√)3．探究交流卢瑟福为何选用α粒子去轰击金箔？【提示】 因为当时已经发现了α射线和β射线，并且，组成α射线的α粒子是具有很大动能的带电粒子，适合做轰击金属的“炮弹”．另外，金具有较大的密度和很好的延展性，能够做成很薄的箔片．1.(1)核式结构模型①原子的内部有一个很小的核，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，带负电的电子绕核运动．②原子的核式结构模型又被称为行星模型．(2)原子的大小①原子直径数量级：10－10 m.②原子核直径数量级：10－15_m.2．思考判断(1)原子内部正电荷是均匀分布的．(×)(2)原子的质量是均匀分布的．(×)(3)原子的几乎全部质量都集中在原子核内．(√)3．探究交流卢瑟福的原子模型是如何解释α粒子散射实验结果的？【提示】α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到的库仑斥力就很小，运动方向也改变很小．只有当α粒子十分接近核时，才受到很大的库仑斥力，发生大角度的偏转．由于核很小，α粒子十分接近的机会很小，所以绝大多数α粒子基本上仍沿原方向前进，只有极少数发生大角度偏转.1．α粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞后造成的 ?2．按照葡萄干面包模型，α粒子在原子附近或穿越原子内部后有没有可能发生大角度偏转？3．你认为原子中的正电荷应如何分布，才有可能造成α粒子的大角度偏转？为什么？1．实验背景α粒子散射实验是卢瑟福和他的合作者做的一个著名的物理实验，实验的目的是想证实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．实验装置如图2－2－1所示，由放射源、金箔、荧光屏等组成．图2－2－13．实验分析(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．按照汤姆孙原子模型，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，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．4．实验意义(1)否定了汤姆孙的原子结构模型．(2)提出了原子核式结构模型，明确了原子核大小的数量级．1．整个实验装置及实验过程必须在真空中进行．2．α粒子是氦核，穿透能力很弱，因此金箔必须很薄，α粒子才能穿过．(2013·昌江高二检测)如图2－2－2所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，荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时，观察到的现象，下述说法中正确的是( )α粒子散射实验装置图2－2－2A．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，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少【审题指导】解此题的关键是正确掌握α粒子散射实验的现象，以便确定观察位置．【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正确，少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，极个别α粒子被反射回来，故B、C错，D对．【答案】AD1．英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现了α粒子的散射现象．如图所示，O 表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹的是( )【解析】α粒子散射的原因是原子核对其有库仑斥力的作用，离核越近，斥力越大，偏转越明显．当正好击中原子核时，由于α粒子质量较小而反弹．所以B、D选项正确．不同解释【问题导思】1．两种原子结构模型中正电荷及质量分布有什么区别？2．汤姆孙原子结构模型能解释α粒子的大角度偏转吗？3．卢瑟福的核子结构模型如何解释α粒子的散射现象？离可以估算原子核的大小．现有一个α粒子以2.0×107 m/s 的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79.求α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为E p ＝k q 1q 2r ，r 为距点电荷的距离．α粒子质量为6.64×10－27 kg)． 【审题指导】 (1)明确α粒子的运动为沿粒子与原子核连线的直线运动．(2)当动能减为零时，电势能最大，离原子核最近．(3)原子核的大小应该比最近距离小一些．【解析】 当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d ，则12mv 2＝k q 1q 2d. d ＝2kq 1q 2mv 2＝2×9.0×109－1926.64×10－2772 m ＝2.7×10－14 m.【答案】 2.7×10－14 m2．卢瑟福在α粒子散射实验中，测出当α粒子(42He)与金核(197 79Au)发生对心碰撞时，α粒子接近金核的最小距离约为2.0×10－14 m ，试估算金核的密度．(结果保留一位有效数字)【解析】 本题要建立一个模型，α粒子接近金核的最小距离认为是金核的半径．金核(197 79Au)中有197个核子，每个核子的质量约为1.67×10－27 kg ，把金核看做一个球体，其半径约为r ＝2.0×10－14 m ，则金核的体积为：V ＝43πr 3＝43×3.14×(2.0×10－14)3 m 3 ＝3.3×10－41 m 3，金核的质量为：m ＝197m 0＝197×1.67×10－27 kg＝3.3×10－25 kg ，金核的密度为：ρ＝m V ＝1.0×1016 kg/m 3163(2013·龙岩检测)图2－2－3如图2－2－3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线，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，下列说法中正确的是( )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．加速度先变小，后变大【审题指导】α粒子在库仑力的作用下发生偏转，通过电场力做功使粒子的动能和电势能之间相互转化．电场力做功情况分析是解决本题的关键．【规范解答】根据卢瑟福提出的核式结构模型，原子核集中了原子的全部正电荷，即原子核外的电场分布与正点电荷电场类似．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在同一条等势线上，则电场力做的总功等于零，A、B错误，C正确；a、b、c三点的场强关系E a＝E c＜E b，故α粒子的加速度先变大，后变小，D错误．【答案】 Cα粒子散射实验中的功能问题α粒子接近原子核时，电场力做负功，α粒子的动能减小，电势能增加；反之，α粒子离开原子核时，电场力做正功，α粒子的动能增加，电势能减小．α粒子接近原子核的过程是一个加速度变大的减速过程，所以解决相关的问题优先考虑功能规律．【备课资源】(教师用书独具)核物理之父——卢瑟福卢瑟福被公认为是20世纪最伟大的实验物理学家，在放射性和原子结构等方面，都作出了重大的贡献．他还是最先研究核物理的人．除了理论上非常重要以外，他的发现还在很大范围内有重要的应用，如核电站、放射标志物以及运用放射性测定年代等．他对世界的影响极其深远，并且其影响还将持久保持下去．他被称为近代原子核物理学之父．卢瑟福一生还有很多逸闻趣事．1．有个外号叫“鳄鱼”卢瑟福从小家境贫寒，通过自己的刻苦努力，这个穷孩子完成了他的学业．这段艰苦求学的经历培养了卢瑟福一种认准了目标就百折不回、勇往直前的精神．后来他的学生为他起了一个外号——鳄鱼，并把鳄鱼徽章装饰在他的实验室门口．因为鳄鱼从不回头，它张开吞食一切的大口，不断前进.2．摇身一变成为“化学家”1908年，卢瑟福获得该年度的诺贝尔化学奖，他对自己不是获得物理学奖感到有些意外，他风趣地说：“我竟摇身一变，成为一位化学家了！”“这是我一生中绝妙的一次玩笑！”3．杰出的学科带头人卢瑟福还是一位杰出的学科带头人，被誉为“从来没有树立过一个敌人，也从来没有失去一位朋友”的人．在他的助手和学生中，先后荣获诺贝尔奖的竟多达12人.1922年度诺贝尔物理学奖的获得者玻尔曾深情地称卢瑟福是“我的第二个父亲”．科学界中，至今还传颂着许多卢瑟福精心培养学生的小故事．4．是我制造了波浪卢瑟福属于那种“性格极为外露”的人，他总是给那些见过他的人留下深刻的印象．他个子很高，声音洪亮，精力充沛，信心十足，并且极不谦虚．当他的同事评论他有不可思议的能力并总是处在科学研究的“浪尖”上时，他迅速回答道：“说得很对，为什么不这样？不管怎么说，是我制造了波浪，难道不是吗？”几乎所有的科学家都同意这一评价．5．最后一个土豆1895年，在农场挖土豆的卢瑟福收到了英国剑桥大学发来的通知书，通知他已被录取为伦敦国际博览会的奖学金学生．卢瑟福接到通知书后扔掉挖土豆的锄头，喊道：“这是我挖的最后一个土豆啦！”1．(2013·泉州检测)卢瑟福提出原子的核式结构学说的根据是α粒子轰击金箔的实验，在实验中他发现α粒子( )A．全部穿过或发生很小的偏转B．全部发生很大的偏转，甚至有的被反弹回C．绝大多数不发生或只发生很小的偏转，有极少数发生很大的偏转，个别甚至被反弹回D．绝大多数发生很大的偏转，甚至被反弹回，只有少数穿过【解析】根据卢瑟福的核式结构学说，原子有一个很小的核，集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，核外巨大空间为电子的运动空间．因此飞过来的α粒子与原子核正碰而被反弹回的几率非常小，并且与原子核比较近，受库仑力作用发生较大偏转的机会也不多，故绝大多数α粒子离核较远，受库仑力很小，基本上沿直线运动．选项C正确．【答案】 C2．α粒子散射实验结果表明( )A．原子中绝大部分是空的B．原子中全部正电荷都集中在原子核上C．原子内有中子D．原子的质量几乎全部都集中在原子核上【解析】在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔时其运动方向基本不变，只有少数α粒子发生较大角度的偏转，这说明原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在一个很小的核上，这个核就叫原子核．原子核很小，只有少数α粒子在穿过金箔时接近原子核，受到较大库仑力而发生偏转；而绝大多数α粒子在穿过金箔时，离原子核很远，所受库仑斥力很小，故它们的运动方向基本不变．所以本题正确选项为【答案】ABD 3．在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【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，不到α粒子质量的17 000，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粒尘埃一样．故正确答案为C.【答案】 C4．(2013·厦门检测)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最小D．所受原子核的斥力最大【解析】α粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑力做功，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．【答案】AD5．关于原子结构理论与α粒子散射实验的关系，下列说法正确的是( )A．卢瑟福做α粒子散射实验是为了验证汤姆孙的“枣糕模型”是错误的B．卢瑟福认识到汤姆孙“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论C．卢瑟福的α粒子散射实验是为了验证“核式结构”理论的正确性D．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【解析】卢瑟福设计的α粒子散射实验是为了探究原子的结构，并非为了验证汤姆孙模型是错误的，A错误；卢瑟福并不是认识到“枣糕模型”的错误而提出“核式结构”理论，B错误；卢瑟福做了α粒子散射实验后，由实验现象而提出了“核式结构”结论，C 错误，D正确．【答案】 D。