第二節(jié) 原子的結(jié)構(gòu)1湯姆生設(shè)想原子是一個(gè)球體，帶正電的部分均勻地分布在其中，質(zhì)量很小的電子則像布丁中的葡萄干一樣鑲嵌在內(nèi)。該模型被盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)否定。2粒子散射實(shí)驗(yàn)的方法是：用由放射源發(fā)射的粒子束轟擊金箔，利用熒光屏接收，探測(cè)通過(guò)金箔后的粒子偏轉(zhuǎn)情況。3粒子散射實(shí)驗(yàn)的目的是：粒子通過(guò)金箔時(shí)，由于金原子中的帶電粒子對(duì)粒子有庫(kù)侖力作用，一些粒子的運(yùn)動(dòng)方向改變，也就是粒子發(fā)生散射。統(tǒng)計(jì)散射到各個(gè)方向的粒子數(shù)量，即可推知原子中質(zhì)量和正電荷的分布情況。4粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是：絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后，仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)90，有的甚至幾乎達(dá)到180。5盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為：原子中心有一個(gè)帶正電的原子核，它幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，而電子則在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。6實(shí)驗(yàn)確定的原子核半徑的數(shù)量級(jí)為10151014 m，原子半徑的數(shù)量級(jí)為1010 m。粒子散射實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)裝置(如圖321所示)放射源釋放粒子；金箔靶子；顯微鏡熒光屏(可轉(zhuǎn)動(dòng))用于觀察。圖3212實(shí)驗(yàn)過(guò)程粒子從鉛盒射出，經(jīng)過(guò)一條細(xì)通道，形成細(xì)射線穿過(guò)金箔后打在熒光屏上產(chǎn)生閃光，用可轉(zhuǎn)動(dòng)的顯微鏡從不同角度進(jìn)行觀察。3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(1)粒子通過(guò)金箔時(shí)，絕大多數(shù)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)。(2)少數(shù)發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過(guò)90。(3)有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)幾乎達(dá)到180。4實(shí)驗(yàn)分析(1)由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于粒子質(zhì)量，所以二者發(fā)生碰撞時(shí)電子不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。(2)使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的只能是原子中帶正電的部分，按照湯姆生的原子模型，正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的，粒子穿過(guò)原子時(shí)，它受到兩側(cè)的斥力大部分抵消，因而也不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不可能使粒子反向彈回，這與粒子的散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象矛盾。(3)現(xiàn)象說(shuō)明原子絕大部分是空的，除非原子的幾乎全部質(zhì)量和正電荷都集中在原子中心的一個(gè)很小的核上，否則，粒子的大角度散射是不可能的。(1)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在真空中進(jìn)行，且金箔很薄，粒子很容易穿過(guò)。(2)粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。1(雙選)在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，如果一個(gè)粒子跟金箔中的電子相撞，則()A粒子的動(dòng)能幾乎沒(méi)有損失B粒子損失大部分動(dòng)能C粒子不會(huì)發(fā)生顯著的偏轉(zhuǎn)D粒子將發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)解析：由于粒子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子質(zhì)量，粒子碰到電子就像子彈碰到塵埃一樣，其運(yùn)動(dòng)速度幾乎不會(huì)發(fā)生改變，故A、C對(duì)，B、D錯(cuò)。答案：AC原子的核式結(jié)構(gòu)1.原子的核式結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)容原子的中心有一個(gè)帶正電的原子核，它幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，而電子則在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。2對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋(1)按照該模型，由于原子核很小，大部分粒子穿過(guò)金箔時(shí)都離核很遠(yuǎn)，受到的庫(kù)侖斥力很小，它們的運(yùn)動(dòng)幾乎不受影響。(2)極少數(shù)的粒子從原子核附近飛過(guò)，受到的庫(kù)侖斥力很大，從而發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)。(3)極個(gè)別的粒子正對(duì)著原子核射來(lái)，受到的庫(kù)侖斥力最大，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180。如圖322所示圖3223原子核的電荷與尺度(1)原子內(nèi)的電荷關(guān)系：原子核的電荷數(shù)等于核外電子數(shù)，非常接近于它們的原子序數(shù)。(2)原子核的大小：原子核半徑的數(shù)量級(jí)為1015m，原子半徑的數(shù)量級(jí)為1010m，兩者相差十萬(wàn)倍之多，可見(jiàn)原子內(nèi)部十分“空曠”。(1)使粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是原子核對(duì)它的庫(kù)侖斥力，粒子離原子核越近，庫(kù)侖力越大，粒子的加速度越大，反之則越小。(2)粒子與原子核間的萬(wàn)有引力遠(yuǎn)小于兩者間的庫(kù)侖力，因而可以忽略不計(jì)。并且處理粒子等微觀粒子時(shí)一般不計(jì)重力。2根據(jù)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，下列說(shuō)法正確的是()A原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子范圍內(nèi)B原子質(zhì)量均勻分布在整個(gè)原子范圍內(nèi)C原子中的正電荷和質(zhì)量都均勻分布在整個(gè)原子范圍內(nèi)D原子中的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在很小的區(qū)域范圍內(nèi)解析：核式結(jié)構(gòu)認(rèn)為：原子是由位于其中心的帶正電的原子核和核外帶負(fù)電的電子構(gòu)成，原子核集中了全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外繞核高速旋轉(zhuǎn)，庫(kù)侖力提供向心力，故D項(xiàng)正確。答案：D粒子散射實(shí)驗(yàn)例1關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是()A絕大多數(shù)粒子經(jīng)過(guò)金箔后，發(fā)生了角度不太大的偏轉(zhuǎn)B粒子在接近原子核的過(guò)程中，動(dòng)能減少，電勢(shì)能減少C粒子離開(kāi)原子核的過(guò)程中，動(dòng)能增大，電勢(shì)能也增大D對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以估算出原子核的大小解析由于原子核很小，粒子十分接近它的機(jī)會(huì)很少，所以絕大多數(shù)粒子基本上仍按直線方向前進(jìn)，只有極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)。從粒子散射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以估計(jì)出原子核的大小約為1015m。由此可知A錯(cuò)，D正確。圖323用極端法，設(shè)粒子向金核射去，如圖323所示。可知粒子接近原子核時(shí)，克服電場(chǎng)力做功，所以其動(dòng)能減少，電勢(shì)能增加；當(dāng)粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí)，電場(chǎng)力做功，其動(dòng)能增加，電勢(shì)能減少，所以選項(xiàng)B、C都錯(cuò)。答案D(1)原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間運(yùn)動(dòng)。原子核很小，直徑數(shù)量級(jí)為1015 m。(2)粒子散射實(shí)驗(yàn)中的做功與能量轉(zhuǎn)化：當(dāng)粒子靠近原子核時(shí)，庫(kù)侖斥力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。當(dāng)粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí)，庫(kù)侖斥力做正功，電勢(shì)能減小。僅有庫(kù)侖斥力做功，能量只是電勢(shì)能和動(dòng)能之間相互轉(zhuǎn)化，而總能量保持不變。1關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A該實(shí)驗(yàn)在真空環(huán)境中進(jìn)行B帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內(nèi)的不同方向上移動(dòng)C熒光屏上的閃光是散射的粒子打在熒光屏上形成的D熒光屏只有正對(duì)粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光解析：本題考查盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置與操作。因粒子少數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)甚至極少數(shù)被彈回，故熒光屏沒(méi)有正對(duì)粒子源發(fā)出的射線方向上也可能有閃光。答案：D核式結(jié)構(gòu)模型中電子的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題例2關(guān)于原子結(jié)構(gòu)理論與粒子散射實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是()A盧瑟福做粒子散射實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證湯姆孫的棗糕模型是錯(cuò)誤的B盧瑟福認(rèn)識(shí)到湯姆孫“棗糕模型”的錯(cuò)誤后提出了“核式結(jié)構(gòu)”理論C盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證式結(jié)構(gòu)理論的正確性D盧瑟福依據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象提出了原子的“核式結(jié)構(gòu)”理論解析由于盧瑟福設(shè)計(jì)的粒子散射實(shí)驗(yàn)是為了探究原子內(nèi)電荷的分布，并非為了驗(yàn)證湯姆的孫的“模型”是錯(cuò)誤的，A錯(cuò)誤；盧瑟福并不是認(rèn)識(shí)到“模型”的錯(cuò)誤而提出“核式結(jié)構(gòu)”理論，B錯(cuò)誤；盧瑟福做了粒子散射實(shí)驗(yàn)后，由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出了“核式結(jié)構(gòu)”理論，C錯(cuò)誤，D正確。答案D2下列選項(xiàng)中，不能由粒子散射實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論有()A原子中絕大部分是空的B原子中全部正電荷集中在原子核上C原子內(nèi)有中子D原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核上解析：盧瑟福由粒子散射實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論有：在原子中心有一個(gè)很小的核叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，帶負(fù)電的電子在核外的空間運(yùn)動(dòng)，故選C。答案：C1盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果()A證明了質(zhì)子的存在B證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核上D說(shuō)明原子中的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng)解析：盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)史上的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，它只是證明了原子具有核式結(jié)構(gòu)，否定了湯姆生的“葡萄干布丁模型”，該實(shí)驗(yàn)無(wú)法證明原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也無(wú)法說(shuō)明原子核外電子的情況。答案：C2以下說(shuō)法中符合湯姆生原子模型的是()A原子中的正電部分均勻分布在原子中B原子中的正電部分集中在很小的體積內(nèi)C電子在原子內(nèi)可以自由運(yùn)動(dòng)D電子在原子內(nèi)不能做任何運(yùn)動(dòng)解析：在湯姆生模型中，電子雖然鑲嵌在原子中，但并不是完全固定的，它可以振動(dòng)。答案：A3(雙選)在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)粒子最接近金原子核時(shí)，粒子符合下列哪種情況()A動(dòng)能最小B勢(shì)能最小C粒子與金原子核組成的系統(tǒng)能量很小D所受金原子核的斥力最大解析：粒子在靠近原子核的過(guò)程中，克服庫(kù)侖斥力做功，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增大；兩者相距最近時(shí)，動(dòng)能最小，電勢(shì)能最大，總能量守恒，故A對(duì)，B、C錯(cuò)。由庫(kù)侖定律可知，距離最近時(shí)斥力最大，D對(duì)。答案：AD4如圖1所示為盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)的原子核和兩個(gè)粒子的徑跡，其中可能正確的是()圖1解析：粒子與原子核均帶正電，處于排斥狀態(tài)，故A對(duì)。答案：A5關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，湯姆生提出葡萄干布丁模型、盧瑟福提出行星模型，都采用了類比推理的方法，下列事實(shí)中，主要采用類比推理的是()A人們?yōu)楸阌谘芯课矬w的運(yùn)動(dòng)而建立的質(zhì)點(diǎn)模型B伽利略從教堂吊燈的擺動(dòng)中發(fā)現(xiàn)擺的等時(shí)性規(guī)律C庫(kù)侖根據(jù)牛頓的萬(wàn)有引力定律提出庫(kù)侖定律D托馬斯楊通過(guò)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明光是一種波解析：質(zhì)點(diǎn)的模型是一種理想化的物理模型，是為研究物體的運(yùn)動(dòng)而建立的；伽利略的擺的等時(shí)性是通過(guò)自然現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的；托馬斯楊是通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明光是一種波，是建立在事實(shí)的基礎(chǔ)上的。答案：C6下列對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)中，錯(cuò)誤的是()A原子中絕大部分是空的，原子核很小B電子在核外旋轉(zhuǎn)，庫(kù)侖力提供向心力C原子的全部正電荷都集中在原子核里D原子核的直徑大約是1010 m解析：原子是由位于原子中心帶正電的原子核和核外帶負(fù)電的電子構(gòu)成的，電子在核外繞核高速旋轉(zhuǎn)，庫(kù)侖力提供向心力，由此可判定B、C正確，根據(jù)散射實(shí)驗(yàn)知原子核直徑數(shù)量級(jí)為1015 m，而原子直徑的數(shù)量級(jí)為1010 m，故A正確，D錯(cuò)誤。答案：D7當(dāng)粒子穿過(guò)金箔發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用B粒子一直受到原子核的斥力作用C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粒子一直受到庫(kù)侖斥力，速度一直減小解析：粒子與原子核均帶正電，兩者相互排斥，故A、C錯(cuò)，B對(duì)。粒子在靠近原子核的過(guò)程中斥力做負(fù)功，速度減小，遠(yuǎn)離原子核的過(guò)程中，斥力做正功，速度增大，故D錯(cuò)。答案：B圖28如圖2為粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下述說(shuō)法不正確的是()A相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時(shí)少得多C放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光D放在D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少圖3解析：根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后，基本上沿原方向前進(jìn)，因此在A位置觀察到閃光次數(shù)最多，故A正確，少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，因此從A到D觀察到的閃光會(huì)逐漸減小，因此B、D正確，C錯(cuò)。答案：C9如圖3所示，M、N為原子核外的兩個(gè)等勢(shì)面，已知UNM100 V。一個(gè)粒子以2.5105 m/s從等勢(shì)面M上的A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，求粒子在B點(diǎn)時(shí)速度的大小。(已知m6.641027 kg)解析：粒子在由A到B的過(guò)程中，滿足2eUNMmv2mv由此得v