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1.1 原子核式结构

原子核式结构、氢原子光谱与原子核 · 高三
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,电子在核外空间绕核运动。

从哪来 本节为高三物理第1讲起点,图谱中未记录前置知识点,故基于高中物理必修模块中“电荷守恒”及“库仑定律”等基础静电学知识构建。

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α粒子发生大角度偏转甚至反弹,说明原子中心存在一个体积很小、质量很大且带正电的核心(原子核),从而否定了汤姆孙的“枣糕模型”,确立了核式结构。

类比法
将原子比作一个巨大的体育场,原子核是场中央的一颗豌豆,电子是看台上飞行的苍蝇。
适合:空间想象力较弱、喜欢形象化记忆、对抽象微观世界感到困惑的学生。
实验推导法
从α粒子散射实验现象出发,利用库仑斥力与动量定理,定性分析为何只有靠近原子核的粒子才会大角度偏转,从而反推原子核的性质。
适合:逻辑推理能力强、喜欢探究物理本质、擅长从现象归纳规律的学生。
对比辨析法
将汤姆孙“枣糕模型”与卢瑟福“核式结构模型”并置,对比两者对α粒子散射预测结果的差异,突出“集中质量与电荷”的关键区别。
适合:容易混淆不同物理模型、需要强化概念区分、擅长比较分析的学生。
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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粒子进行散射实验,能否观察到类似的大角度偏转现象?为什么?
试试手自己判
检测题
在α粒子散射实验中,如果将金箔换成厚度相同的铝箔,其他条件不变,则大角度散射的α粒子数目会如何变化?请说明理由。
看答案和判分标准
答案:大角度散射的α粒子数目会减少。
判对标准:
1. 结论正确:指出数目减少(或变少)。
2. 理由充分:指出铝的原子序数(核电荷数)小于金,因此原子核所带正电荷较少,对α粒子的库仑斥力较弱,导致大角度偏转的概率降低。
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