人教版高中物理 18.2 原子的核式结构模型课件 新人教选修35.ppt
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1、2021/8/9 星期一12021/8/9 星期一22021/8/9 星期一32021/8/9 星期一42021/8/9 星期一52021/8/9 星期一62021/8/9 星期一72021/8/9 星期一82021/8/9 星期一92021/8/9 星期一10一、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2021/8/9 星期一111.1.粒子散射实验与汤姆孙的原子模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,所以电子不可能使粒子质量,所以电子不可能使粒粒子发生大角度偏转子发生大角度
2、偏转.使使粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分,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,按照汤姆孙原子模型,正电荷在原子内是均匀分布的,粒粒子穿过原子时,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,因而也不可能使能使粒子发生大角度偏转,更不可能使粒子发生大角度偏转,更不可能使粒子反向弹回,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.2021/8/9 星期一12实验现象表明原子绝大部分是空的,除非原子的几乎全部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
3、中在原子中心的一个很小的核上,否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,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2021/8/9 星期一132.2.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,如果离核较远,受到原子核的斥力粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,很小,粒子就像穿过粒子就像穿过“一片空地一片空地”一样,无遮无挡,运动一样,无遮无挡,运动方向改变很小,因为原子核很小,所以绝大
4、多数方向改变很小,因为原子核很小,所以绝大多数粒子不发粒子不发生偏转生偏转.(2)(2)只有当只有当粒子十分接近原子核穿过时,才受到很大的库仑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,而这种机会很少力作用,偏转角才很大,而这种机会很少.2021/8/9 星期一14(3)(3)如果如果粒子正对着原子核射来,偏转角几乎达到粒子正对着原子核射来,偏转角几乎达到180180,这种机会极少,如图所示这种机会极少,如图所示.2021/8/9 星期一15 卢瑟福根据卢瑟福根据粒子散射实验估算出了原子核半粒子散射实验估算出了原子核半径的数量级为径的数量级为10-15 m.10-15 m.
5、2021/8/9 星期一16【典例典例1 1】(2020(2020孝感高二检测孝感高二检测)如图所示为卢瑟福和他的同如图所示为卢瑟福和他的同事们做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荧光屏和显微镜一起分别放在图中别放在图中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,下述说法下述说法中正确的是中正确的是()()2021/8/9 星期一17A.A.放在放在A A位置时位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多相同时间内观察到屏上的闪光次数最多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比相同时间内观察
6、到屏上的闪光次数只比A A位置位置稍少些稍少些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 【解题指导解题指导】审题时应重点关注以下几点审题时应重点关注以下几点(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.2021/8/9 星期一18【标准解答标准解答】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,粒子穿粒子穿过金箔后过金
7、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,少少数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角度超过粒子偏转角度超过90,90,极极个别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.2021/8/9 星期一19【规律方法规律方法】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实验,因此对实验器材、粒子散射实验是一个非常重要的实验,因此对实验器材、现象、现象分析、结论都必须弄明白,才能顺利解答有关问现象、现象分析、结论都必须弄明白,才能顺利解答有
8、关问题题.2021/8/9 星期一20(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,表明这些表明这些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没有明粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化显变化,说明原子中绝大部分
9、是空的说明原子中绝大部分是空的.原子的质量、电量都集原子的质量、电量都集中在体积很小的核上中在体积很小的核上.2021/8/9 星期一21二、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2021/8/9 星期一261.1.粒子的受力特点:粒子的受力特点:粒子与原子核间的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:(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为为粒子所带电粒子所带电量,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;运动加速度越大,反之,则越小库仑力越大;运
10、动加速度越大,反之,则越小.方向:方向:粒子粒子的受力沿原子核与的受力沿原子核与粒子的连线,由原子核指向粒子的连线,由原子核指向粒子粒子.2021/8/9 星期一272.2.库仑力对库仑力对粒子的做功情况:粒子的做功情况:(1)(1)当当粒子靠近原子核时,库仑斥力做负功,电势能增加粒子靠近原子核时,库仑斥力做负功,电势能增加.(2)(2)当当粒子远离原子核时,库仑斥力做正功,电势能减小粒子远离原子核时,库仑斥力做正功,电势能减小.3.3.粒子的能量转化:仅有库仑斥力做功,只是电势能和动粒子的能量转化:仅有库仑斥力做功,只是电势能和动能之间相互转化,而总能量保持不变能之间相互转化,而总能量保持不
11、变.2021/8/9 星期一28 (1)(1)粒子与原子核之间的万有引力远小于两者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,因而可以忽略不计之间的库仑斥力,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.2021/8/9 星期一29【典例典例2 2】根据根据粒子散射实验,卢瑟福粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型提出了原子的核式结构模型.图中虚线表图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线,实线示原子核所形成的电场的等势线,实线表示一个表示一个粒子的运动轨迹粒子的运动轨迹.在在粒子从粒子从a a运动到运动到b b、再运动到、再运
12、动到c c的过程中,下列说的过程中,下列说法中正确的是法中正确的是()()A.A.动能先增大,后减小动能先增大,后减小B.B.电势能先减小,后增大电势能先减小,后增大C.C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零电场力先做负功,后做正功,总功等于零D.D.加速度先变小,后变大加速度先变小,后变大2021/8/9 星期一30 【解题指导解题指导】解答该题应注意以下关键点解答该题应注意以下关键点(1)(1)根据力和速度的夹角关系判断功的正负根据力和速度的夹角关系判断功的正负(2)(2)根据力的大小判断加速度的大小根据力的大小判断加速度的大小(3)(3)根据功能关系判断动能的变化、电势能的变化根据功能
13、关系判断动能的变化、电势能的变化【标准解答标准解答】选选C.C.粒子受到原子核的库仑力为斥力,当由粒子受到原子核的库仑力为斥力,当由a a到到b b时,库仑力变大时,库仑力变大,做负功,再由做负功,再由b b到到c c时,库仑力减小,做时,库仑力减小,做正功正功.故加速度先增大再减小,动能先减小后增大,电势能先故加速度先增大再减小,动能先减小后增大,电势能先增大再减小,又因增大再减小,又因a a、c c在同一等势面上,故总功为零,故在同一等势面上,故总功为零,故C C对,对,A A、B B、D D均错均错.2021/8/9 星期一31【规律方法规律方法】粒子散射实验中常用的规律粒子散射实验中常
14、用的规律(1)(1)库仑定律库仑定律:用来分析用来分析粒子和原子核间的相互粒子和原子核间的相互作用力作用力.(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,可根据库仑粒子只受库仑力,可根据库仑力的变化分析加速度的变化力的变化分析加速度的变化.(3)(3)功能关系功能关系:根据库仑力做功,可分析动能的变化,也能分根据库仑力做功,可分析动能的变化,也能分析电势能的变化析电势能的变化.(4)(4)原子核带正电,其周围的电场相当于正点电荷的电场,注原子核带正电,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意应用其电场线和等势面的特点.2021/8/9 星期一3
15、2【典例典例】在在粒子散射实验中,根据粒子散射实验中,根据粒子与原子核发生对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.现有一个现有一个粒子以粒子以2.0107 m/s2.0107 m/s的速度去轰击金箔,若金原子的核电的速度去轰击金箔,若金原子的核电荷数为荷数为79.79.求求粒子与金原子核间的最近距离粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为在点电荷电场中的电势能表达式为 r r为距点电荷为距点电荷的距离的距离.粒子质量为粒子质量为6.6410-27 kg).6.6410-27 kg).
16、2021/8/9 星期一34【解题指导解题指导】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动粒子的运动为沿粒子与原子核连线的直线运动.(2)(2)当动能减为零时,电势能最大,离原子核最近当动能减为零时,电势能最大,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.2021/8/9 星期一35【标准解答标准解答】当当粒子靠近原子核运动时,粒子靠近原子核运动时,粒子的动能转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,所化为电势能,达到最近距离时,动能全部转化为电势能,所以以粒
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