物理 第二章 原子结构 2.2 原子的核式结构模型 教科版选修3-5

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1、2原子的核式结构模型一、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19041904年提出了原子模型年提出了原子模型, ,他认为正电荷构成一他认为正电荷构成一个密度均匀的个密度均匀的_,_“_,_“浸浮浸浮”其中其中, ,并分布在一并分布在一些特定的同心圆环或球壳上。些特定的同心圆环或球壳上。球体球体电子电子汤姆孙的原子模型汤姆孙的原子模型, ,小圆点代表小圆点代表_,_,大圆点代表大圆点代表_。汤姆孙的原子模型被称为。汤姆孙的原子模型被称为“枣糕模型枣糕模型”。该模。该模型能解释一些实验现象型能解释一些实验现象, ,但后来被但后来被_实验否实验否定了。定了。正电荷正电荷电子电子粒子散

2、射粒子散射【想一想想一想】甲乙两图甲乙两图, ,哪个图是汤姆孙提出的原子模型哪个图是汤姆孙提出的原子模型? ?提示提示: :在汤姆孙的原子模型中在汤姆孙的原子模型中, ,原子是一个球体原子是一个球体; ;正电荷正电荷均匀分布在整个球内均匀分布在整个球内, ,而电子都像枣糕中的枣那样镶嵌而电子都像枣糕中的枣那样镶嵌在内。故应是甲。在内。故应是甲。二、二、粒子散射实验粒子散射实验1.1.实验装置实验装置: :(1)(1)放射源放射源钋放在带小孔的铅盒中钋放在带小孔的铅盒中, ,能放射能放射_。粒子粒子: :带正电带正电,q=_,q=_,质量约为氢原子的质量约为氢原子的4 4倍倍, ,射出射出速度可

3、达速度可达10107 7m/sm/s。粒子粒子+2e+2e(2)(2)探测器探测器: :能够围绕金箔在能够围绕金箔在_内转动内转动,粒子打粒子打在探测器上会发出在探测器上会发出_。2.2.实验结论实验结论: :(1)(1)绝大多数的绝大多数的粒子穿过金箔后粒子穿过金箔后_的方向前的方向前进。进。(2)(2)少数少数粒子发生了粒子发生了_的偏转。的偏转。(3)(3)极少数极少数粒子的偏转角度超过粒子的偏转角度超过_,_,个别甚至接近个别甚至接近180180。水平面水平面荧光荧光仍沿原来仍沿原来较大较大90903.3.实验意义实验意义: :卢瑟福通过卢瑟福通过粒子散射实验粒子散射实验, ,否定了汤

4、姆孙的原子模型否定了汤姆孙的原子模型, ,建立了建立了_模型。模型。核式结构核式结构【想一想想一想】卢瑟福为什么选用卢瑟福为什么选用粒子和金箔作为散射粒子和金箔作为散射实验的实验的“炮弹炮弹”和和“靶子靶子”? ?提示提示: :(1)(1)某些放射性物质释放的某些放射性物质释放的粒子具有很大的动粒子具有很大的动能。能。(2)(2)金箔和铝箔相比金箔和铝箔相比, ,金的原子序数大金的原子序数大,粒子与金原子粒子与金原子核间的库仑力大核间的库仑力大, ,发生偏转明显。发生偏转明显。(3)(3)金的延展性比铝好金的延展性比铝好, ,容易做成极薄的金箔。容易做成极薄的金箔。三、卢瑟福的核式结构模型三、

5、卢瑟福的核式结构模型1.1.核式结构模型核式结构模型: :19111911年由卢瑟福提出年由卢瑟福提出, ,在原子中间有一个体积很小带正在原子中间有一个体积很小带正电的核电的核, ,而而_在核外绕核运动。在核外绕核运动。2.2.原子核的电荷与尺度原子核的电荷与尺度: :(1)(1)原子内的电荷关系原子内的电荷关系: :各种元素的原子核的电荷数与各种元素的原子核的电荷数与含有的电子数含有的电子数_,_,非常接近于它们的原子序数。非常接近于它们的原子序数。电子电子相等相等(2)(2)原子核的大小原子核的大小: :实验确定的原子核半径实验确定的原子核半径R R的数量级为的数量级为_,_,而原子半径的

6、数量级是而原子半径的数量级是_。因而原子内部。因而原子内部十分十分“空旷空旷”。1010-15-15m m1010-10-10m m【判一判判一判】(1)(1)原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里。原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里。( () )(2)(2)原子核半径的数量级是原子核半径的数量级是1010-10-10m m。( () )(3)(3)电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力。力。( () )提示提示: :(1)(1)原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内原子核内, ,而电子也是有

7、质量的而电子也是有质量的, ,故故(1)(1)错误。错误。(2)(2)原子核的直径约是原子核的直径约是1010-15-15m,m,原子的直径约是原子的直径约是1010-10-10m,m,故故(2)(2)错误。错误。(3)(3)电子绕原子核的圆周运动需要向心力电子绕原子核的圆周运动需要向心力, ,向心力是由向心力是由原子核与电子间的库仑力提供的原子核与电子间的库仑力提供的, ,故故(3)(3)正确。正确。四、原子核式结构模型与经典电磁理论相矛盾四、原子核式结构模型与经典电磁理论相矛盾卢瑟福的原子核式结构模型能很好地解释卢瑟福的原子核式结构模型能很好地解释_,_,但不能解释原子光谱是但不能解释原子

8、光谱是_和和_。粒子散粒子散射实验射实验线状的线状的原子的稳原子的稳定性定性【想一想想一想】卢瑟福的原子模型是如何解释卢瑟福的原子模型是如何解释粒子散射粒子散射实验结果的实验结果的? ?提示提示: :粒子穿过原子时粒子穿过原子时, ,如果离核较远如果离核较远, ,受到的库仑斥受到的库仑斥力就很小力就很小, ,运动方向也改变很小运动方向也改变很小, ,只有当只有当粒子十分接粒子十分接近核时近核时, ,才受到很大的库仑斥力才受到很大的库仑斥力, ,发生大角度的偏转发生大角度的偏转, ,由由于核很小于核很小,粒子十分接近的机会很小粒子十分接近的机会很小, ,所以绝大多数所以绝大多数粒子基本上仍沿原方

9、向前进粒子基本上仍沿原方向前进, ,只有极少数发生大角度只有极少数发生大角度偏转。偏转。知识点一、知识点一、粒子散射实验与核式结构模型粒子散射实验与核式结构模型思考探究思考探究: :粒子散射实验的现象如图所示粒子散射实验的现象如图所示: :仔细观察图片仔细观察图片, ,请思考以下问题请思考以下问题: :(1)(1)电子与电子与粒子之间有什么力粒子之间有什么力? ?表现为引力还是斥力表现为引力还是斥力? ?原子核与原子核与粒子之间呢粒子之间呢? ?(2)(2)为什么越靠近原子核的为什么越靠近原子核的粒子偏折角度越大粒子偏折角度越大? ? 【归纳总结归纳总结】 1.1.粒子散射实验与汤姆孙的原子模

10、型的冲突分析粒子散射实验与汤姆孙的原子模型的冲突分析: :(1)(1)分析否定的原因分析否定的原因由于电子质量远小于由于电子质量远小于粒子质量粒子质量, ,所以电子不可能使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。使使粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分部分, ,按照汤姆孙原子模型按照汤姆孙原子模型, ,正电荷在原子内是均匀分正电荷在原子内是均匀分布的布的,粒子穿过原子时粒子穿过原子时, ,它受到的两侧斥力大部分抵它受到的两侧斥力大部分抵消消, ,因而也不可能使因而也不可能使粒子发生大角度偏转粒子发生大角度偏转, ,更不可能更不可能

11、使使粒子反向弹回粒子反向弹回, ,这与这与粒子的散射实验相矛盾。粒子的散射实验相矛盾。实验现象表明原子绝大部分是空的实验现象表明原子绝大部分是空的, ,除非原子的几乎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的核上, ,否则否则,粒子大角度散射是不可能的。粒子大角度散射是不可能的。(2)(2)原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别核式结构核式结构枣糕模型枣糕模型原子内部是非常空旷的原子内部是非常空旷的, ,正电荷集正电荷集中在一个很小的核里中在一个很小的核里原子是充满了正原子是充满了

12、正电荷的球体电荷的球体电子绕核高速旋转电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原电子均匀嵌在原子球体内子球体内2.2.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)(1)当当粒子穿过原子时粒子穿过原子时, ,如果离核较远如果离核较远, ,受到原子核的受到原子核的斥力很小斥力很小,粒子就像穿过粒子就像穿过“一片空地一片空地”一样一样, ,无遮无无遮无挡挡, ,运动方向改变很小运动方向改变很小, ,因为原子核很小因为原子核很小, ,所以绝大多数所以绝大多数粒子不发生偏转。粒子不发生偏转。(2)(2)只有当只有当粒子十分接近原子核穿过时粒子十分接近原子核穿过时,

13、 ,才受到很大才受到很大的库仑力作用的库仑力作用, ,偏转角才很大偏转角才很大, ,而这种机会很少。而这种机会很少。(3)(3)如果如果粒子正对着原子核射来粒子正对着原子核射来, ,偏转角几乎达到偏转角几乎达到180180, ,这种机会极少这种机会极少, ,如图所示。如图所示。【特别提醒特别提醒】(1)(1)汤姆孙的原子模型无法解释汤姆孙的原子模型无法解释粒子的大角度散射粒子的大角度散射, ,因为电子质量太小因为电子质量太小, ,不会使不会使粒子的运动方向明显改变。粒子的运动方向明显改变。如果正电荷均匀分布如果正电荷均匀分布,粒子穿过金箔时受到各方向的粒子穿过金箔时受到各方向的库仑斥力基本平衡

14、库仑斥力基本平衡, ,也不会使也不会使粒子发生大角度散射。粒子发生大角度散射。(2)(2)卢瑟福根据卢瑟福根据粒子散射实验估算出了原子核半径的粒子散射实验估算出了原子核半径的数量级为数量级为1010-15-15m m。 【典例探究典例探究】 【典例典例】( (多选多选) )如图所示为卢瑟福和他的同事们做如图所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图粒子散射实验的装置示意图, ,荧光屏和显微镜一起分别荧光屏和显微镜一起分别放在图中放在图中A A、B B、C C、D D四个位置时四个位置时, ,观察到的现象观察到的现象, ,下述下述说法中正确的是说法中正确的是( () )A.A.放在放在A

15、 A位置时位置时, ,相同时间内观察到屏上的闪光次数最相同时间内观察到屏上的闪光次数最多多B.B.放在放在B B位置时位置时, ,相同时间内观察到屏上的闪光次数只相同时间内观察到屏上的闪光次数只比比A A位置稍少些位置稍少些C.C.放在放在C C、D D位置时位置时, ,屏上观察不到闪光屏上观察不到闪光D.D.放在放在D D位置时位置时, ,屏上仍能观察到一些闪光屏上仍能观察到一些闪光, ,但次数极少但次数极少【思路点拨思路点拨】审题时应重点关注以下两点审题时应重点关注以下两点: :(1)(1)注意关键词语注意关键词语“次数最多次数最多”“”“稍少稍少”“”“极少极少”等。等。(2)(2)明确

16、实验装置中各部分的组成及作用。明确实验装置中各部分的组成及作用。【正确解答正确解答】选选A A、D D。在卢瑟福。在卢瑟福粒子散射实验中粒子散射实验中,粒子穿过金箔后粒子穿过金箔后, ,绝大多数绝大多数粒子仍沿原来的方向前进粒子仍沿原来的方向前进, ,故故A A正确正确, ,少数少数粒子发生较大偏转粒子发生较大偏转, ,极少数极少数粒子偏转粒子偏转角度超过角度超过9090, ,极个别极个别粒子被反射回来粒子被反射回来, ,故故B B、C C错错,D,D对。对。【总结提升总结提升】对对粒子散射实验的题的解法粒子散射实验的题的解法(1)(1)熟记装置及原理熟记装置及原理粒子散射实验是一个非常重要的

17、实验粒子散射实验是一个非常重要的实验, ,因此对实验器因此对实验器材、现象、现象分析、结论都必须弄明白材、现象、现象分析、结论都必须弄明白, ,才能顺利解才能顺利解答有关问题。答有关问题。(2)(2)理解建立核式结构模型的要点理解建立核式结构模型的要点核外电子不会使核外电子不会使粒子的速度发生明显改变。粒子的速度发生明显改变。汤姆孙模型不能解释汤姆孙模型不能解释粒子的大角度散射。粒子的大角度散射。少数少数粒子发生了大角度偏转粒子发生了大角度偏转, ,甚至反弹回来甚至反弹回来, ,表明表明这些这些粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均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

18、的作用。比它本身大得多的物体的作用。绝大多数绝大多数粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化没有明显变化, ,说明原子中绝大部分是空的。原子的质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上。量、电量都集中在体积很小的核上。【过关训练过关训练】1.1.下列对下列对粒子散射实验装置的描述粒子散射实验装置的描述, ,你认为正确的有你认为正确的有( () )A.A.实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜B.B.金箔的厚度对实验无影响金箔的厚度对实验无影响C.C.如果不用金箔改用铝箔如果不用金箔改用

19、铝箔, ,就不会发生散射现象就不会发生散射现象D.D.实验装置放在空气中和真空中都可以实验装置放在空气中和真空中都可以【解析解析】选选A A。由对。由对粒子散射实验装置的描述可知粒子散射实验装置的描述可知A A项正确。实验所用的金箔的厚度极小项正确。实验所用的金箔的厚度极小, ,如果金箔的厚度如果金箔的厚度过大过大, ,粒子穿过金箔时必然受到较大的阻碍作用而影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响实验效果,B,B项错。如果改用铝箔项错。如果改用铝箔, ,由于铝核的质量仍由于铝核的质量仍远大于远大于粒子的质量粒子的质量, ,散射现象仍然发生散射现象仍然发生,C,C项错。空气项错。空

20、气的流动及空气中有许多漂浮的分子的流动及空气中有许多漂浮的分子, ,会对会对粒子的运动粒子的运动产生影响产生影响, ,实验装置是放在真空中进行的实验装置是放在真空中进行的,D,D项错。项错。2.(20152.(2015安徽高考安徽高考) )图示是图示是粒子粒子( (氦原子核氦原子核) )被重金被重金属原子核散射的运动轨迹属原子核散射的运动轨迹,M,M、N N、P P、Q Q是轨迹上的四点是轨迹上的四点, ,在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动。图中在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动。图中所标出的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( () )A.M

21、A.M点点B.NB.N点点C.PC.P点点D.QD.Q点点【解析解析】选选C C。粒子做曲线运动粒子做曲线运动, ,其所受重金属原子其所受重金属原子核的作用力应指向曲线的内侧核的作用力应指向曲线的内侧, ,即加速度方向应指向曲即加速度方向应指向曲线的内侧线的内侧,B,B、D D错误错误; ;由库仑定律可知由库仑定律可知M M点粒子所受库仑点粒子所受库仑力的方向错误力的方向错误, ,所以所以A A错误错误,C,C正确。正确。【补偿训练补偿训练】1.1.在卢瑟福在卢瑟福粒子散射实验中粒子散射实验中, ,有少数有少数粒子发生大角粒子发生大角度偏转度偏转, ,其原因是其原因是( () )A.A.原子的

22、正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上上B.B.正电荷在原子内是均匀分布的正电荷在原子内是均匀分布的C.C.原子中存在着带负电的电子原子中存在着带负电的电子D.D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中原子只能处于一系列不连续的能量状态中【解析解析】选选A A。卢瑟福。卢瑟福粒子散射实验中使卢瑟福惊奇粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是的就是粒子发生了较大角度的偏转粒子发生了较大角度的偏转, ,这是由于这是由于粒子粒子带正电带正电, ,而原子核极小而原子核极小, ,且原子核带正电且原子核带正电, ,选项选项A A正确正确, ,选选项项B B错误。错误。粒

23、子能接近原子核的机会很小粒子能接近原子核的机会很小, ,大多数大多数粒子都从核外的空间穿过粒子都从核外的空间穿过, ,而与电子碰撞时如同子弹碰而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样到尘埃一样, ,运动方向不会发生改变运动方向不会发生改变. .选项选项C C、D D的说法的说法正确正确, ,但与题意不符。但与题意不符。2.(2.(多选多选) )英国物理学家卢瑟福用英国物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔粒子轰击金箔, ,为了为了解释实验结果解释实验结果, ,他提出了原子的核式结构学说他提出了原子的核式结构学说. .如图所如图所示示,O,O表示金原子核的位置表示金原子核的位置, ,曲线曲线abab和和cdcd

24、分别表示经过金分别表示经过金原子核附近的原子核附近的粒子的运动轨迹粒子的运动轨迹, ,其中能正确反映实验其中能正确反映实验结果的是结果的是( () )【解析解析】选选B B、D D。粒子和原子核都带正电粒子和原子核都带正电, ,粒子离粒子离核越近受斥力越大核越近受斥力越大, ,偏转越大偏转越大,C,C错错D D对对; ;曲线运动的轨迹曲线运动的轨迹总是弯向受力的一侧总是弯向受力的一侧,A,A错错B B对。对。知识点二、知识点二、粒子散射实验中的能量转化问题粒子散射实验中的能量转化问题思考探究思考探究: :观察图片观察图片, ,请思考以下问题请思考以下问题: :(1)(1)粒子粒子1 1从从a

25、a到到b b的过程中的过程中, ,库仑力做什么功库仑力做什么功? ?动能怎动能怎么变么变? ?电势能怎么变电势能怎么变? ?从从b b到到c c的过程中的过程中, ,库仑力做什么功库仑力做什么功? ?动能怎么变动能怎么变? ?电势能怎么变电势能怎么变? ?(2)(2)粒子粒子2 2从从e e到到f f的过程中的过程中, ,库仑力大小怎么变库仑力大小怎么变? ?加速加速度大小怎么变度大小怎么变? ?从从b b到到c c的过程中的过程中, ,库仑力大小怎么变库仑力大小怎么变? ?加加速度大小怎么变速度大小怎么变? ? 【归纳总结归纳总结】 1.1.粒子的受力特点粒子的受力特点: :粒子与原子核间的

26、作用力是库仑斥力粒子与原子核间的作用力是库仑斥力, ,大小大小:F= :F= (1)(1)式中式中Q Q为原子核的电荷量为原子核的电荷量,q,q为为粒子所带电量粒子所带电量,r,r为为粒子与原子核间的距离。粒子与原子核间的距离。(2)(2)粒子离原子核越近粒子离原子核越近, ,库仑力越大库仑力越大, ,运动加速度越大运动加速度越大; ;反之反之, ,则越小。方向则越小。方向:粒子的受力沿原子核与粒子的受力沿原子核与粒子粒子的连线的连线, ,由原子核指向由原子核指向粒子。粒子。2Qqkr2.2.库仑力对库仑力对粒子的做功情况粒子的做功情况: :3.3.粒子的能量转化粒子的能量转化: :仅有库仑斥

27、力做功仅有库仑斥力做功, ,只是电势能和动能之间相互转化只是电势能和动能之间相互转化, ,而总能量保持不变。而总能量保持不变。【特别提醒特别提醒】(1)(1)粒子与原子核之间的万有引力远小粒子与原子核之间的万有引力远小于两者之间的库仑斥力于两者之间的库仑斥力, ,因而可以忽略不计。因而可以忽略不计。(2)(2)在处理在处理粒子等微观粒子时一般不计重力。粒子等微观粒子时一般不计重力。 【典例探究典例探究】 【典例典例】如图所示如图所示,Q,Q为金原子核为金原子核,M,M、N N为两个等势面为两个等势面, ,虚线为虚线为粒子经过原子核附近的运动轨迹粒子经过原子核附近的运动轨迹, ,关于关于粒子粒子

28、, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.粒子从粒子从K K到到R R的过程中动能逐渐增大的过程中动能逐渐增大B.B.粒子从粒子从K K到到R R的过程中动能逐渐减小的过程中动能逐渐减小C.C.粒子从粒子从K K到到R R的过程中动能先减小后增大的过程中动能先减小后增大D.D.粒子从粒子从K K到到R R的过程中电势能先增大后减小的过程中电势能先增大后减小【思路点拨思路点拨】解答本题可按以下思路分析解答本题可按以下思路分析: :(1)(1)根据根据粒子的运动轨迹判断库仑力对粒子的运动轨迹判断库仑力对粒子做功的粒子做功的情况。情况。(2)(2)由库仑力对由库仑力对粒子做功的特点判

29、断粒子做功的特点判断粒子的动能及粒子的动能及电势能间的变化。电势能间的变化。【正确解答正确解答】选选C C、D D。以。以粒子和金原子核为研究对粒子和金原子核为研究对象象, ,分析分析粒子的变化情况粒子的变化情况【总结提升总结提升】粒子散射实验中常用的规律粒子散射实验中常用的规律(1)(1)库仑定律库仑定律:F= ,:F= ,用来分析用来分析粒子和原子核间的粒子和原子核间的相互作用力。相互作用力。(2)(2)牛顿第二定律牛顿第二定律: :该实验中该实验中粒子只受库仑力粒子只受库仑力, ,可根据可根据库仑力的变化分析加速度的变化。库仑力的变化分析加速度的变化。122q qkr(3)(3)功能关系

30、功能关系: :根据库仑力做功根据库仑力做功, ,可分析动能的变化可分析动能的变化, ,也也能分析电势能的变化。能分析电势能的变化。(4)(4)原子核带正电原子核带正电, ,其周围的电场相当于正点电荷的电其周围的电场相当于正点电荷的电场场, ,注意应用其电场线和等势面的特点。注意应用其电场线和等势面的特点。【过关训练过关训练】1.1.根据根据粒子散射实验粒子散射实验, ,卢瑟福提出了原子的核式结构卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的模型。如图所示为原子核式结构模型的粒子散射图。粒子散射图。图中实线表示图中实线表示粒子的运动轨迹。其中一个粒子的运动轨迹。其中一个粒子在粒子在

31、从从a a运动到运动到b b、再运动到、再运动到c c的过程中的过程中(粒子在粒子在b b点时距原点时距原子核最近子核最近),),下列判断正确的是下列判断正确的是( () )A.A.粒子的动能先增大后减小粒子的动能先增大后减小B.B.粒子的电势能先增大后减小粒子的电势能先增大后减小C.C.粒子的加速度先变小后变大粒子的加速度先变小后变大D.D.电场力对电场力对粒子先做正功后做负功粒子先做正功后做负功【解析解析】选选B B。根据题意。根据题意,粒子带正电粒子带正电, ,此粒子由此粒子由a a到到b b是接近带正电的原子核是接近带正电的原子核, ,由由b b到到c c是离开带正电的原子核是离开带正

32、电的原子核, ,故电场力对故电场力对粒子先做负功后做正功粒子先做负功后做正功, ,所以其电势能先所以其电势能先增大后减小增大后减小, ,而动能先减小后增大而动能先减小后增大,B,B正确正确,A,A、D D错误。错误。根据库仑定律和牛顿第二定律可知根据库仑定律和牛顿第二定律可知粒子加速度先增粒子加速度先增大后减小大后减小,C,C错误。错误。2.2.在在粒子散射实验中粒子散射实验中, ,根据根据粒子与原子核发生对心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。现有一个有一个粒子以粒子以2.02.010107 7m/sm/s的速度去轰击

33、金箔的速度去轰击金箔, ,若金若金原子的核电荷数为原子的核电荷数为79,79,求求粒子与金原子核间的最近距粒子与金原子核间的最近距离离( (已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为E Ep p= ,r= ,r为距点电荷的距离为距点电荷的距离,粒子质量为粒子质量为6.646.641010-27-27kg)kg)。12q qkr【思路点拨思路点拨】解答本题应把握以下三点解答本题应把握以下三点: :(1)(1)明确明确粒子的运动为沿粒子与原子核连线的直线运粒子的运动为沿粒子与原子核连线的直线运动。动。(2)(2)当动能减为零时当动能减为零时, ,电势能最大

34、电势能最大, ,离原子核最近。离原子核最近。(3)(3)原子核的大小应该比最近距离小一些。原子核的大小应该比最近距离小一些。【解析解析】当当粒子靠近原子核运动时粒子靠近原子核运动时,粒子的动能粒子的动能转化为电势能转化为电势能, ,达到最近距离时达到最近距离时, ,动能全部转化为电动能全部转化为电势能势能, ,所以所以粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为的最小距离为d,d,则则 =2.7=2.71010-14-14m m。答案答案: :2.72.71010-14-14m m212122q q2kq q1mvkd2dmv。919227722 9.0 1

35、02 79 (1.6 10)m6.64 10(2.0 10 ) 【拓展例题拓展例题】考查内容考查内容:粒子散射实验中的计算问题粒子散射实验中的计算问题在在粒子散射实验中粒子散射实验中, ,根据根据粒子与原子核发生对心碰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。现有撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小。现有一个一个粒子以粒子以2.02.010107 7m/sm/s的速度去轰击金箔的速度去轰击金箔, ,若金原若金原子的核电荷数为子的核电荷数为7979。求。求粒子与金原子核间的最近距粒子与金原子核间的最近距离离( (已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为已知带电粒子在点

36、电荷电场中的电势能表达式为E Ep p=k ,r=k ,r为距点电荷的距离为距点电荷的距离.粒子质量为粒子质量为6.646.641010-27-27kg)kg)。12q qr【思路点拨思路点拨】解答本题应把握以下三点解答本题应把握以下三点: :(1)(1)明确明确粒子的运动为沿粒子与原子核连线的直线运粒子的运动为沿粒子与原子核连线的直线运动。动。(2)(2)当动能减为零时当动能减为零时, ,电势能最大电势能最大, ,离原子核最近。离原子核最近。(3)(3)原子核的大小应该比最近距离小一些。原子核的大小应该比最近距离小一些。【正确解答正确解答】当当粒子靠近原子核运动时粒子靠近原子核运动时,粒子的

37、粒子的动能转化为电势能动能转化为电势能, ,达到最近距离时达到最近距离时, ,动能全部转化动能全部转化为电势能为电势能, ,所以所以粒子与原子核发生对心碰撞时所能粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为达到的最小距离为d,d,则则 =2.7=2.71010-14-14m m。答案答案: :2.72.71010-14-14m m212122q q2kq q1mvkd2dmv。919227722 9.0 102 79 (1.6 10)m6.64 10(2.0 10 ) 对原子及原子核组成的理解对原子及原子核组成的理解原子及原子核的组成是高考的重点原子及原子核的组成是高考的重点, ,特别是核电

38、荷数、特别是核电荷数、核外电子数、质子数、中子数以及原子序数之间的关核外电子数、质子数、中子数以及原子序数之间的关系是重点中的重点系是重点中的重点, ,学习时一定要理清以下三点学习时一定要理清以下三点: :(1)(1)原子是由原子核和核外电子组成原子是由原子核和核外电子组成, ,原子核位于中心原子核位于中心, ,电子在核外绕核运动电子在核外绕核运动, ,原子核带正电原子核带正电, ,核外电子带负电核外电子带负电, ,原子整体呈中性。原子整体呈中性。(2)(2)原子核是由中子和质子组成原子核是由中子和质子组成, ,质子带正电质子带正电, ,中子不带中子不带电。电。(3)(3)核电荷数、核外电子数

39、、质子数、中子数以及原子核电荷数、核外电子数、质子数、中子数以及原子序数之间的关系序数之间的关系核电荷数核电荷数= =核外电子数核外电子数= =质子数质子数= =原子序数。原子序数。质量数质量数= =质子数质子数+ +中子数。中子数。【案例展示案例展示】对质量数为对质量数为3737的原子的原子, ,下列说法中正确的下列说法中正确的是是( () )A.A.质子数质子数18,18,中子数中子数19,19,核外电子数核外电子数1919B.B.质子数质子数18,18,中子数中子数20,20,核外电子数核外电子数1818C.C.质子数质子数19,19,中子数中子数18,18,核外电子数核外电子数2020

40、D.D.质子数质子数18,18,中子数中子数19,19,核外电子数核外电子数1818【正确解答正确解答】选选D D。根据核电荷数、核外电子数、质子。根据核电荷数、核外电子数、质子数、中子数以及原子序数之间的关系数、中子数以及原子序数之间的关系: :核电荷数核电荷数= =核外核外电子数电子数= =质子数质子数= =原子序数原子序数; ;质量数质量数= =质子数质子数+ +中子数。只中子数。只有有D D是正确的。是正确的。【易错分析易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下本题易错选项及错误原因分析如下: :易错选项易错选项错误原因错误原因A A、C C考虑问题太片面考虑问题太片面, ,只考虑了质量数只考虑了质量数= =质子数质子数+ +中子数中子数, ,但没有考虑核外电子数但没有考虑核外电子数= =质子数质子数, ,故故错选错选A A、C CB B只考虑了核外电子数只考虑了核外电子数= =质子数质子数, ,但没有考虑但没有考虑质量数质量数= =质子数质子数+ +中子数中子数, ,从而错选从而错选B B