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1.3 原子核式结构

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 原子核式结构模型认为: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 本节为高二物理第1讲起点,图谱未记录前置知识点。基于初中化学原子结构初步认知及经典力学基础构建。

为什么 卢瑟福通过α粒子散射实验发现,绝大多数α粒子穿过金箔后方向不变,说明原子内部大部分是空的;极少数发生大角度偏转甚至反弹,说明原子中心存在一个体积小、质量大、带正电的核心。若按汤姆孙“枣糕模型”(正电荷均匀分布),α粒子受到的库仑力不足以使其发生大角度偏转。只有当正电荷和质量集中在极小的核内时,近距离的强库仑斥力才能解释大角度散射现象。

讲法
类比法:太阳系模型 适合形象思维强、抽象逻辑较弱的学生。 讲解时强调:原子核像太阳,电子像行星。虽然比例尺上原子核比足球场里的乒乓球还小,但质量占比极大。重点指出“空”的概念——原子内部99.99%以上是真空,这解释了为什么α粒子能穿过。
讲法
实验推导法:逻辑反证 适合逻辑推理能力强、喜欢探究的学生。 从α粒子散射实验数据出发,假设原子是均匀球体,计算α粒子受到的最大库仑力,发现无法解释大角度散射。进而提出“点电荷”假设,利用库仑定律和动量定理定性分析,证明只有集中电荷才能产生足够的冲量改变α粒子方向。
讲法
历史情境法:科学史叙事 适合对科学史感兴趣、需要学习动机的学生。 讲述卢瑟福如何被实验结果震惊:“就像你向一张纸发射炮弹,炮弹却弹回来打中了你一样不可思议。”通过还原科学家从困惑到突破的过程,让学生理解科学模型是不断修正的,而非一成不变的真理。
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练一道
基础题
α粒子散射实验中,绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不改变方向,这一现象说明了什么?
变式
若用β粒子(电子)代替α粒子进行类似散射实验,能否观察到类似的大角度散射现象?为什么?
试试手自己判
检测题
在α粒子散射实验中,为什么只有极少数α粒子发生大角度偏转?
看答案和判分标准
答案:因为原子核体积很小,α粒子只有在非常接近原子核时,才会受到足够大的库仑斥力而发生大角度偏转;由于原子核占据的空间极小,α粒子直接“瞄准”或近距离经过原子核的概率极低。
判对标准:
必须同时包含“原子核体积小”和“近距离库仑力大”两个关键点,仅答“原子核带正电”不得分。
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