第2节原子的核式结构模型
α 粒子散射实验
[先填空]
1．实验目的
α粒子通过金箔时，用这些已知的粒子与金属内的原子相互作用，根据粒子的偏转情况来获得原子内部的信息．
2．实验方法
用由放射源发射的α粒子束轰击金箔，利用荧光屏接收，探测通过金箔后的α粒子偏转情况．
3．实验结果
绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转，有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被原路弹回，α粒子被反射回来的概率竟然有1/8 000.
[再判断]
1．α粒子散射实验主要实验器材有：放射源、金箔、荧光屏、显微镜．(√) 2．金箔的厚薄对实验无影响．(×)
3．α粒子大角度的偏转是电子造成的．(×)
[后思考]
卢瑟福为何选用α粒子去轰击金箔？
【提示】因为当时已经发现了α射线和β射线，并且，组成α射线的α
粒子是具有很大动能的带电粒子，适合做轰击金属的“炮弹”．另外，金具有较大的密度和很好的延展性，能够做成很薄的箔片．
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1．实验背景：α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据．在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型．2．否定汤姆孙的原子结构模型
(1)质量远小于原子的电子，对α粒子的运动影响完全可以忽略，不应该发生大角度偏转．
(2)α粒子在穿过原子时，受到各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动方向的影响不会很大，也不应该发生大角度偏转．
(3)α粒子的大角度偏转，否定汤姆孙的原子结构模型．
3．大角度偏转的实验现象分析
(1)由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转．
(2)使α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，α粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不能使α粒子反向弹回，这与α粒子散射实验相矛盾．
(3)实验现象表明原子绝大部分是空的，原子的几乎全部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，α粒子大角度散射是不可能的．
1．(多选)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是()
A．该实验在真空环境中进行
B．荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的
C．荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光
D．不用荧光屏也可用显微镜直接观察α粒子散射情况
【解析】本题考查α粒子散射实验装置及其作用，只有在正确理解α粒子
散射实验的基础上，才能选出正确选项．对于C项，考虑到有少数的α粒子因为靠近金原子核，受到斥力而改变了运动方向，C错误，A、B正确；α粒子必须借助于荧光屏观察，D错误．
【答案】AB
2．(多选)如图2-2-1为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图，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，下列说法中正确的是()
图2-2-1
A．相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多
B．相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些
C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光
D．放在C、D位置时屏上仍能观察到一些闪光，只是在D处观察到的闪光次数比在C处还要少．
【解析】在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确．少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B错误，C、D正确．【答案】ACD
解决α粒子散射实验问题的技巧
(1)熟记实验装置及原理．
(2)核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．
(3)汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射．
(4)少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量、电荷量均比它本身大得多的物体的作用．
(5)绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明
原子中绝大部分是空的，原子的质量、电荷量都集中在体积很小的核内．
卢瑟福的原子模型及原子大小
[先填空]
1．核式结构模型
(1)原子的内部有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子绕核运动．
(2)原子的核式结构模型又被称为行星模型．
2．原子的大小
(1)原子直径数量级：10－10 m.
(2)原子核直径数量级：10－15 m.
[再判断]
1．原子内部正电荷是均匀分布的．(×)
2．原子的质量是均匀分布的．(×)
3．原子的几乎全部质量都集中在原子核内．(√)
[后思考]
卢瑟福的原子模型是如何解释α粒子散射实验结果的？
【提示】α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向也改变很小．只有当α粒子十分接近核时，才受到很大的库仑斥力，发生大角度的偏转．由于核很小，α粒子十分接近的机会很小，所以绝大多数α粒子基本上仍沿原方向前进，只有极少数发生大角度偏转．
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1．汤姆孙的原子结构模型与卢瑟福的原子核式结构对比