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1.2 卢瑟福模型(核式结构模型)

原子的核式结构模型与玻尔理论 · 高二
讲清楚它是什么

定义 原子中心有一个带正电、集中了几乎全部质量的原子核,电子在核外绕核运动。

从哪来 本节为高二物理原子结构章节的起点,无前置知识点依赖,直接基于宏观实验现象引入微观模型。

为什么 汤姆孙的“枣糕模型”无法解释α粒子散射实验中绝大多数α粒子穿过金箔不偏转、极少数发生大角度偏转的现象。只有假设原子内部绝大部分空间是空的(解释不偏转),且存在一个体积很小、质量很大、带正电的核心(解释大角度偏转),才能符合实验事实。

类比法
适合形象思维强、抽象理解弱的学生。 将原子比作一个巨大的足球场,原子核是场地中央的一颗豌豆。电子在球场看台或空中飞行。强调“空”的概念:如果原子核放大到足球场大小,电子就在几公里外。这样学生能直观理解为什么α粒子(像子弹)穿过金箔时,大部分像穿过空气一样直接通过,只有极少数像子弹击中豌豆一样被弹回。
逻辑推导法
适合逻辑严密、喜欢因果分析的学生。 从实验现象反推模型。 1. 现象:绝大多数α粒子直线通过 -> 推论:原子内部大部分空间没有阻碍物(否定枣糕模型的均匀分布)。 2. 现象:极少数α粒子大角度偏转甚至反弹 -> 推论:原子内存在一个极小、极重、带正电的集中区域(库仑斥力极大)。 3. 结论:核式结构。 重点讲解库仑力 $F = k\frac{q_1 q_2}{r^2}$ 与距离 $r$ 的关系,说明为何只有靠近中心时力才足够大导致偏转。
历史对比法
适合对科学史感兴趣、喜欢探究的学生。 讲述卢瑟福如何“意外”发现:他原本预期α粒子像雨点穿过薄纸一样穿过金箔,结果却像“15英寸炮弹射向一张纸,弹回来打中射手”一样。通过对比汤姆孙模型的“失败”和卢瑟福模型的“成功”,展示科学模型是如何被实验数据修正的。强调科学不是真理的堆积,而是不断逼近真相的过程。
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练一道
基础题
在α粒子散射实验中,如果将金箔换成厚度相同但原子序数更小的铜箔,α粒子发生大角度偏转的比例会如何变化?为什么?
变式
若α粒子以相同初速度垂直射向静止的原子核,当它运动到离原子核最近点时,其动能和电势能如何变化?
试试手自己判
检测题
α粒子散射实验中,绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不偏转,这一现象主要说明了什么? A. 原子核带正电 B. 原子内部绝大部分空间是空的 C. 原子核质量很大 D. 电子带负电
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
选B为正确。
若选A或C,说明学生混淆了“大角度偏转”(说明核带正电、质量大)与“不偏转”(说明空间空旷)的对应关系。
若选D,说明学生未抓住实验现象与模型特征的直接逻辑联系。
教师需追问:如果是枣糕模型(正电荷均匀分布),α粒子穿过时会怎样?(会有微小偏转,但不会像现在这样绝大多数完全直线通过,因为正电荷分布广,排斥力累积效应不同,且无法解释大角度反弹)。
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