知识全解·吃透教材
知识点1 a粒子的散射实验
（1）α粒子散射实验装置
1909年，英籍物理学家卢瑟福指导他的学生盖革和马斯顿进行了α粒子散射实验的研究，所用实验装置如图，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粒子的运动方向发生改变，也就是发生了α粒子的散射。统计散射到各个方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中正负电荷的分布情况。
（2）实验现象
绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”。这样的事实令人惊奇。
（3）实验现象分析：
①大角度的偏转不可能是电子造成的
可设α粒子与电子正碰进行估算，电子质量为m静止，α粒子质量为M以速度v1向电子运动，因α粒子和电子组成的系统的合外力为零，所以有：
动量守恒：Mv1=Mv1＇+mv2＇机械能守恒： Mv12=Mv1＇2+mv2＇2
解得：α粒子碰后速度
速度变化△v=v1＇-v1=-0.0003V1 只有初速度的万分之三，不可能产生大角度散射。
即大角度的偏转不可能是电子造成的，因为它的质量只有α粒子的1/7300，它对α粒子的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。因此，造成α粒子偏转的主要原因是具有原子的大部分质量的带正电部分的作用。
②按汤姆孙原子模型，正电荷是弥漫地分布在原子内的，α粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上相会抵消，因此对α粒子运动的影响不会很大。所以汤姆孙模型无法解释大角度散射的实验结果。
③α粒子大角度散射，甚至反弹回来，表明α粒子在原子某地方受到质量、电量均较大的物质作用。
④α粒子通过大约1微米厚的金箔，绝大多数仍沿原方向前进，说明原子内大部分是空的，原子质量、电量相当集中。
⑤α粒子散射实验的意意义：否定了汤姆生的原子模型，提出了核式结构模型。
【例1】卢瑟福提出原子的核式结构学说的依据是用α粒子轰击金箔，实验中发现α粒子( )
A．全部穿过或发生很小偏转
B．绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回
C．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过
D．全部发生很大偏转
解析：卢瑟福α散射实验结果是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，故选项A错误．α粒子被散射时只有少数发生了较大偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°，故选项B正确．根据α粒子散射实验结果可知选项C、D错误．
答案：B
  粒子散射是得出原子模型结构的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键。通过对粒子散射实验这一宏观上探测，巧妙的、间接的构建出原子结构的微观图景.
补教材P52思考与讨论答案
解析：（1）由于电子质量远远小于粒子的质量（电子质量约为粒子质量的１／7300），即使粒子碰到电子，其运动方向也不会发生明显偏转，就象一颗飞行的子弹碰到尘埃一样，所以电子不可能使α粒子发生大角度散射。
（2）按照汤姆生的原子模型，，①碰撞前后，质量大的粒子速度几乎不变。只可能是电子的速度发生大的改变，因此不可能出现反弹的现象，即使是非对心碰撞，也不会有大角散射。
②对于粒子在原子附近时由于原子呈中性，与ɑ粒子之间没有或很小的库仑力的作用，正电荷在原子内部均匀的分布，粒子穿过原子时，由于原子两侧正电荷将对它的斥力有相当大一部分互相抵消，使粒子偏转的力不会很大，所以粒子穿过金箔后的偏转最大不超过零点几度。 |
揭示规律·小试身手
 对α粒子散射实验，一是要记住实验现象的三条结论：极少数α粒子被弹回；少数α粒子发生大角度散射；大多数α粒子几乎未发生散射。二是人们正是由少数α粒子的大角度散射，才得出了在原子的中央存在集中了原子所有正电荷和几乎所有质量体积很小的核这一结论的。
1．图为瑟福和他的同事们做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的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象描述正确的是（ ）
A．在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多
B．在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比在A位置时稍少些
C．在C、D位置时，屏上观察不到闪光
D．在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
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知识点2 原子核的电荷与尺度
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。又由于原子是电中性的，可以推算出原子内含有的电子数。科学家们注意到，各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数，非常接近于它们的原子序数。后来又发现原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。
通常用核半径R表征核的大小。原子核的半径是无法直接测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定。α粒子散射是估计核半径的最简单的方法。对于一般的原子核，实验确定的核半径R的数量级为10-15m，而整个原子半径的数量级是10-10m，两者相差十万倍之多，可见原子内部是十分“空旷”的。
（1）电荷：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。
（2）尺度：对于一般的原子核，核半径的数量级为10－16m，而整个原子半径的数量级是10－10m，两者相差十万倍之多，可见原子内部是十分“空旷”的。
【例2】利用a粒子散射实验估算原子核的大小。假设原子核静止不动，a粒子与原子核发生弹性正碰，它接近原子核达到某一距离时，其初动能将全部转化为电势能。已知a粒子的初动能 ，求a粒子接近核的最小距离 。计算初动能分别为5和8 MeV时，a粒子与原子核之间弹性正碰时最靠近的距离。
解析：由题意
得
当 时
当 时
用a粒子轰击很薄的物质层，通过观察这些粒子穿过物质层后的偏转情况，可获得原子结构的信息. |
 核的大小：1.直径10-14m以下 原子核的半径只相当于原子半径的万分之一，原子核的体积只相当于原子体积的万亿分之一。2．原子核密度很大，1立方厘米的原子核质量为107吨。
2． 1909年～1911年英国物理学家卢瑟福与其合作者做了用α粒子轰击金箔的实验．发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了较大偏转，并且有极少数α粒子偏转超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°，这就是α粒子散射实验。(下列公式或数据为已知：点电荷的电势 ，k＝9.0×109N·m2/C2，金原子序数为79，α粒子质量ma＝6.64×10－27kg，α粒子速度va＝1.6×107m/s，电子电量e＝1.6×10－19C)
（1）根据以上实验现象能得出关于金箔中金(Au)原子结构的一些信息．试写出其中三点：
①___________________；
②____________ ______；
③___________________。
（2）估算金原子(Au)核的半径大小。
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知识点3 卢瑟福原子核式结构模型
1.卢瑟福原子核式结构模型内容:
原子由带正电的原子核和带负电的电子组成，原子核的体积很小，但它集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量，核外电子绕核旋转，它的向心力就是核和电子间的库仑引力。
2.作用：
a. 根据核式结构模型，可以推导α粒子的散射公式，根据实验数据可以算出被散射的原子核电荷Q；
b. 估算原子核的大小。
3. 卢瑟福的核式结构与经典电磁理论的矛盾
（1）绕核旋转的电子要不断向外辐射电磁波，能量不断减小，轨道半径不断减小
（2）核式结构得出原子光谱是含一切波长的连续光谱，而实际上原子发光是不连续的
【例3】根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是（ ）
A.原子中的正电荷均匀分布在整个原子范围内
B.原子中的质量均匀分布在整个原子范围内
C.原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内
D.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
解析：根据卢瑟福的原子核式结构模型：原子的中心有个核，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绕核旋转．
答案：D
按照卢瑟福的理论，正电体被称为原子核，卢瑟福的原子模型因而被称为核式结构模型。卢瑟福的α粒子散射实验的结果证明了原子内部质量和电荷的分布情况——核的存在，但并没有解决核外电子的运动情况。 |
1．测知原子核的电荷：原子中的电子数等于原子序数。
2．意义：给元素排序提供了实验依据，元素的化学性质归根到底是由原子中的电子数决定的，从而是由原子核中的电荷数来决定的。
３．卢瑟福的原子核式结构学说初步建立了原子结构的正确图景，能解决的问题有（ ）
A、解释α粒子散射现象
B、用α粒子散射数据估算原子核的大小
C、结合经典电磁理论解释原子的稳定性
D、结合经典电磁理论解释氢光谱
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３.ＡＢ．解析：卢瑟福根据α粒子散射实验的结论，提出原子核式结构；根据α粒子散射数据可以估算原子核的大小。玻尔理论成功解释了原子的稳定性与氢光谱，所以AB正确。 | |
① 
粒子散射实验说明了什么-大角度的偏转不可能是电子造成的-核电荷数与原子半径的关系
