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时间:2020-07-13 19:15  编辑:营山四中

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第2节 原子的核式结构

教学目标:

知识目标:

1了解原子学说的发展历史。

2认识α粒子散射实验的重大意义, 3了解原子的核式结构模型

能力目标:

培养学生通过现象认识本质的分析、推理能力

情感目标:

培养学生锲而不舍,严谨务实的科学态度。

教学重点:

α粒子散射实验,卢瑟福的原子核式结构 引入新课:

1897年,汤姆生发现电子之后,人们意识到原子不再是不可分的,而是由更小的微粒

组成的。电子带负电,而原子是电中性的,可见原子内部还有带正电的物质,这些带正电的物质和电子是如何构成原子的呢? 一、 汤姆生的原子模型: (1)汤姆生原子模型

(2)汤姆生原子模型的特点:原子是质量均匀分布的球体,正电荷均匀分布在整个球体内,带负电的电子对称地镶嵌在其中.

二、α粒子的散射实验

1. α粒子的散射实验:1909-1911年,卢瑟福(英国) (1)装置介绍:

放射源:放射性元素镭置于铅盒内,只开一个小孔,使α粒子只沿一个确定方向高速出来,α粒子具有足够的能量,可以接近原子中心,还可以使荧光物质发光。

图1 图2

金箔:在放射源和荧光屏之间放入金箔,根据荧光屏上出现亮点的位置可以知道α粒子穿过原子后的偏转情况。

显微镜:在荧光屏的后面,起放大作用,更容易观察

显微镜和荧光屏可以在以金箔为中心的一个圆周上运动,统计在各个不同位置相同时间内接收到的光子数就可以确定α粒子穿过金原子后的偏转情况。

整个装置置于一抽成真空的容器中,是为了减小空气分子对α粒子的阻碍作用。 (2)操作步骤:

(3)实验现象: ①.绝大多数....

α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进; ②.少数..

α粒子穿过金箔后发生了较大的偏转; ③.极少数...α粒子偏转超过了90°,有的甚至几乎......达到180°,象被金箔弹了回来。 极少数的粒子能够观察到的机率是1/8000,即有8000个α粒子轰击金箔,才可能有一个α粒子发生大角度偏转,在这个实验中卢瑟福和他的学生共记录下十万次以上的闪光照片,才发现了少数的α粒子发生大角度偏转。这一方面向我们展示了科学家们的锲而不舍、严谨务实的科学态度,同时也告诉我们,在任何成功的背后都付出巨大的艰辛。

(4)结果分析:

1.电子能否使α粒子发生大角度的散射?

2.汤姆生原子模型能否使α粒子发生大角度的散射?

3.1 μm 厚的金箔仍包含3300多个原子层,绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方

向前进说明了什么?

4.极少数α粒子的偏转角超过了90°,有的几乎达到180°,其原因是什么? 回答:①电子质量很小,对α粒子的影响很小。(就象飞行的子弹碰到尘埃,运动的方向不会发生明显的变化)

②正电荷在核内均匀分布,α粒子穿过时,受到的大部分的力互相抵消,因而使α粒子偏转的力不会很大。所以α粒子穿过金箔后的偏转最大不超过零点几度。

卢瑟福感到十分惊奇,根据汤姆生模型,原子质量均匀分布在原子内,而这样分散的质量是无法使运动得很快,具有很大动能的α粒子往回散射的,就和“一枚15英寸的炮弹打在一张纸上又被反射回来”一样不可置信。除非原子几乎全部质量和正电荷都集中在原子中央的一个很小的核上。意想不到的结果使卢瑟福有了新的发现,由此,卢瑟福提出了他的原子核式结构模型。

三、卢瑟福的核式结构模型: (1)卢瑟福核式结构模型

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里,带负电的电子在核外空间里绕着核旋转.

(2)核式结构模型对α粒子散射实验的解释:

图3

α粒子穿过原子时,对α粒子的影响很小,影响α粒子运动的主要是原子核,原子核很小,大多数α粒子离核较远,受到库仑力小,运动方向改变小,极少数粒子与核十分接近,受到很大的库仑力,发生大角度偏转。

(3)对原子核大小的估计:

运用力学中碰撞知识分析指出,当α粒子与原子核对心正碰时,α粒子与原子核接近的最小距离近似认为是原子核的半径.(10-15 m),指出原子和原子核半径和体积之间的数量级关系.

如果把原子比作直径100m的大球,原子核只相当于大球中间的一粒米粒!

原子核虽小,却集中了原子几乎全部的质量。因此原子核的密度非常大,如果1立方厘米的体积中完全充满原子核,那么它的质量将有107吨!(107吨,若用载重10吨的汽车来运,需要106辆!)

(4)原子核的电荷

由不同元素对α粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的电荷Q,由于原子是电中性,可以推算出原子内含有的电子数

[总结]:我们这节课主要学习了从汤姆生的原子模型到卢瑟福提出的核式结构学说,人们对于原子结构的认识。α粒子散射起了决定性作用。同学们自己总结一下该实验的过程及意义。

开始

演示汤姆生枣糕式模型

引入课题

α粒子散射实验

演示介绍实验装置

介绍科学家

的无畏精神介绍实验的

设计思想

学生讨论:按枣糕

结构的散射现象

散射实验的实际现象

学生讨论:实际实

验现象说明的问题

演示卢瑟福核式结构模型

基础训练:

1.提出原子核式结构模型的科学家是(C )

A.汤姆生

B.玻尔

C.卢瑟福

D.查德威克

2.在用α粒子轰击金箔的α粒子散射实验现象中,以下说法正确的是(B )

A.α粒子全部穿过或发生很小的偏转

B.α粒子绝大多数穿过,只有少数发生较大偏转,甚至极少数发生大角度偏转甚至被弹回

C.绝大多数发生很大的偏转,甚至被弹回,只有少数穿过

D.全部发生很大的偏转

3.α粒子散射实验的结果说明(C )

A.原子核是由质子和中子组成的

B.原子中的正电荷均匀分布在整个原子范围内

C.原子中的正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内

D.原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动

4.如图所示为在α粒子散射实验中,一束α粒子在穿越金箔内一个金原子的轨迹示意图,正确的是(D )

能力提升:

5.在α粒子散射实验中,如果只考虑α粒子与金原子核的相互作用.则一个α粒子在穿越金原子的过程中,以下说法正确的是(D )

A.α粒子的动能逐渐减小

B.α粒子的势能逐渐增大

C.α粒子与金原子核组成的系统能量逐渐减小

D.α粒子的加速度大小先增大后减小

7.关于卢瑟福原子核式结构理论,以下说法中正确的是(C )

A.原子的中心有一个很小的核,核内只是由带正电的质子组成

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里

D.原子核的电荷数就是核内的中子数

8.α粒子散射实验用的是金箔、铂箔等重金属箔,为什么不用轻金属箔?

延展性好容易制的更薄

核电荷数多同等条件下斥力大

质量数大相对较容易观察到散射回头的现象

链接高考:

1.(2008江苏省高考题)下列实验中,深入地揭示了光的粒子性一面的有AB .

2 .(南京市2009届高三第二次调研测试)下列说法中正确的是( D )

A. 紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应,则当增大紫外线的照射强度时,

从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大

B. 卢瑟福在研究原子结构中引入了量子化的观点

C. 光电效应实验揭示了光的粒子性,康普顿效应揭示了光的波动性

D. 在光的单缝衍射实验中,狭缝变窄,光子动量的不确定量变大

生平简介

欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford, 1871—1937)英国物理学家,1908年度诺贝尔化学奖的获得者。

1871年8月30日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工人家庭。并在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷学院学习。23岁时获得了三个学位(文学学士、文学硕士、理学学士)。1895年在新西兰大学毕业后,获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许实验室,成为汤姆孙的研究生。1898年,在汤姆孙的推荐下,担任加拿大麦吉尔大学的物理教授。他在那儿呆了9年。于1907年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。1919年接替退休的汤姆孙,担任卡文迪许实验室主任。1925年当选为英国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵,1937年10月19日因病在剑桥逝世,与牛顿和法拉第并排安葬,享年66岁。

当人们评论卢瑟福的成就时,总要提到他“桃李满天下”。在卢瑟福的悉心培养下,他的学生和助手有多人获得了诺贝尔奖金:

1921年,卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖;

1922年,卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖;

1922年,卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖;

1927年,卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖;

1935年,卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖;

1948年,卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖;

1951年,卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿,共同获得诺贝尔物理奖;

1978年,卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。

有人说,如果世界上设立培养人才的诺贝尔奖金的话,那么卢瑟福是第一号候选人。

二、科学成就

卢瑟福是二十世纪最伟大的实验物理学家之一,在放射性和原子结构等方面,都做出了重大的贡献。

1、他关于放射性的研究确立了放射性是发自原子内部的变化。放射性能使一种原子改变成另一种原子,而这是一般物理和化学变化所达不到的;这一发现打破了元素不会变化的传统观念,使人们对物质结构的研究进入到原子内部这一新的层次,为开辟一个新的科学领域——原子物理学,做了开创性的工作。

2.1912年,卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出原子核式结构模型。

3、质子的发现1919年,卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子,并测定了它的电荷与质量,它的电荷量为一个单位,质量也为一个单位,卢瑟福将之命名为质子。

4、他通过α粒子为物质所散射的研究,无可辩驳的论证了原子的核模型,因而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道,于是他被誉为原子物理学之父。由于电子轨道也就是原子结构的稳定性和经典电动力学的矛盾,才导致玻尔提出背离经典物理学的革命性的量子假设,成为量子力学的先驱。

5、人工核反应的实现是卢瑟福的另一项重大贡献。自从元素的放射性衰变被确证以后,人们一直试图用各种手段,如用电弧放电,来实现元素的人工衰变,而只有卢瑟福找到了实现这种衰变的正确途径。这种用粒子或γ射线轰击原子核来引起核反应的方法,很快就成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。在卢瑟福的晚年,他已能在实验室中用人工加速的粒子来引起核反应。

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