第15讲：原子的核式结构模型【六大题型】-2024-2025学年高二下学期物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版（2019）选择性必修第三册）

第15讲：原子的核式结构模型 【考点归纳】 · 考点一：电子的发现 · 考点二：密里根探究实验 · 考点三：α粒子散射实验及其解释 · 考点四：卢瑟福原子的核式结构模型 · 考点五：原子核的电荷与尺度 · 考点六：原子的核式结构模型综合问题 【考点归纳】 知识点01、电子的发现 1．阴极射线：阴极发出的一种射线．它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光． 2．汤姆孙的探究 根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电(填“正电”或“负电”)的粒子流，并求出了这种粒子的比荷．组成阴极射线的粒子被称为电子． 3．密立根实验：电子电荷的精确测定是由密立根通过著名的“油滴实验”做出的．目前公认的电子电荷的值为e＝1.6×10－19_C(保留两位有效数字)． 4．电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是e的整数倍． 5．电子的质量me＝9.1×10－31 kg(保留两位有效数字)，质子质量与电子质量的比值为＝1_836. 知识点02：阴极射线带电性质的判断方法 ①方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定阴极射线的带电性质． ②方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据荧光屏上亮点位置的变化和左手定则确定阴极射线的带电性质． (3)实验结果 根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电． 知识点03、带电粒子比荷的测定 (1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，如图所示，使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)，得到粒子的运动速度v＝. (2)撤去电场，如图所示，保留磁场，让粒子在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝m，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r. (3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：＝. 知识点04、原子的核式结构模型 1．汤姆孙原子模型：汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”，如图 知识点05、α粒子散射实验： (1)α粒子散射实验装置由α粒子源、金箔、显微镜等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中． (2)实验现象 ①绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进； ②少数α粒子发生了大角度偏转；偏转的角度甚至大于90°，它们几乎被“撞了回来”． (3)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型． 3．核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动． 知识点06、原子核的电荷与尺度 1．原子核的电荷数：各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数，非常接近它们的原子序数，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数来排列的． 2．原子核的组成：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． 3．原子核的大小：用核半径描述核的大小．一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10－15 m，而整个原子半径的数量级是10－10 m，两者相差十万倍之多． 【题型归纳】 题型一：电子的发现 1．（22-23高三上·全国）英国物理学家J.J.汤姆孙通过对阴极射线的实验研究，发现（　　） A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧 B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同 C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同 D．J.J.汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量 【答案】A 【详解】A．阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确； B．阴极射线带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷受力情况不相同，B错误； C．不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误； D．J.J.汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量，尽管测量不很准确，但足以证明这种粒子电荷量的大小与氢离子大致相同，这就表明他当初的猜测是正确的。后来，组成阴极射线的粒子被称为电子，D错误。 故选A。 2．（2021高三·全国·专题练习）关于汤姆孙发现电子的下列说法中正确的是（　　） A．戈德斯坦是第一个测出阴极射线比荷的人 B．汤姆孙直接测出了阴极射线的质量 C．汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的比荷是不同的 D．汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍 【答案】D 【详解】AB．汤姆孙是第一个测出阴极射线比荷的人，但是没有测出阴极射线的质量，故AB错误； C．汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的比荷是相同的，故C错误； D．汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍，故D正确。 故选D。 3．（20-21高二下·吉林长春·阶段练习）关于电子的发现，下列叙述中正确的是（　　） A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是可以再分的 B．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 C．电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷 D．电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的 【答案】D 【详解】A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子是可以再分的，A错误； B．原子的核式结构是卢瑟福通过粒子的散射实验才提出的，B错误； C．电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，C错误； D．电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的，D正确。 故选D。 题型二：密里根探究实验 4．（22-23高二上·广东江门·阶段练习）密立根通过如图所示的实验装置（密立根油滴实验），最先测出电子的电荷量，两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止。 （1）要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有 ； A．油滴质量m     B．两板间的电压U     C．两板间的距离d     D．两板的长度L （2）用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量 （已知重力地加速度为g）； （3）在某次测量中，发现某油滴静止在两极板中央，若将极板电压减小为原来的一半，油滴加速度 ，这个油滴运动到极板的时间 。（用测量量的符号表示） 【答案】 ABC 【详解】（1）[1]根据 可知，需要测出的物理量为油滴质量m，两板间的电压U，两板间的距离d。 故选ABC。 （2）[2]由（1）得，该油滴的电荷量为 （3）[3]根据牛顿第二定律 油滴加速度为 [4]根据 油滴由极板中央运动到极板的时间为 5．（22-23高二上·河南·阶段练习）美国物理学家密立根通过研究带电油滴在平行金属板间的运动，比较准确地测定了元电荷，获得了1923年的诺贝尔物理学奖。其实验原理可简化为如图所示的模型，置于真空中的油滴室内有两块水平放置的平行金属板A、B与电压为U的恒定电源两极相连，平行金属板A、B间距为d，两板间存在竖直方向的匀强电场，喷雾器喷出带同种电荷的油滴，少数油滴通过金属板A的小孔进入平行金属板间，油滴进入金属板间后，有的油滴刚好悬浮不动。 （1）已知金属板A带正电，金属板B带负电，则平行金属板A、B间的电场方向 （填“竖直向上”或“竖直向下”），油滴带 （填“正电”或“负电”）。 （2）若已知两板间的电场强度大小为，悬浮油滴的质量为m，重力加速度大小为g，忽略空气对油滴的影响，则悬浮油滴带的电荷量为 。 （3）现在公认的元电荷的值 C。 【答案】 竖直向下 负电 （也正确） 【详解】（1）[1]根据电场线起于正电荷终于负电荷可知，平行金属板A、B间的电场方向竖直向下。 [2]悬浮油滴在两极板间受力平衡，则油滴所受的电场力方向竖直向上，与电场方向相反，所以油滴带负电。 （2）[3]悬浮油滴在两极板间受力平衡，则有 即 （3）[4]在密立根之后，人们又做了许多测量，现在公认的元电荷的值。 6．（21-22高二上·湖北省直辖县级单位·阶段练习）(1)下图中螺旋测微器的示数为 ，游标卡尺示数为 。 (2)电子所带的电荷量（元电荷）最先是由密立根通过油滴实验测量出的，图示为该实验装置的示意图，将两块水平放置的金属板、连接到电路中，用一个喷雾器把许多油滴从上板中间的小孔喷入电场，油滴从喷口出来时由于摩擦而带电。在实验中通过调节金属板间的电压，利用显微镜观察，找到悬浮不动的油滴。 实验时观察到某个悬浮不动的油滴直径为，此时金属板、间电压为，两板间距离为，已知油滴密度为，重力加速度为，不计空气浮力，则该油滴带 电（填“正”、“负”），所带的电荷量大小 。（用题目中所给的物理量表示） 【答案】 （ ） 负 【详解】(1)[1]螺旋测微器的固定刻度为1.5mm，可动刻度为 38.0×0.01mm=0.380mm 所以最终读数为 1.5mm+0.380mm=1.880mm [2]游标卡尺精确度为0.02mm，读数 10mm+22×0.02mm=10.44mm=1.044cm (2)[3]由于油滴处于平衡状态，重力竖直向下，电场力与重力等大反向，由于金属板A为正极，电场方向与重力方向相同，故油滴带负电； [4]油滴处于静止状态，有 其中 联立解得 题型三：α粒子散射实验及其解释 7．（23-24高二下·全国·课后作业）卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，开有小孔的铅盒里面包裹着少量的放射性元素钋。铅能够很好地吸收α粒子使得α粒子只能从小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是（　　） A．α粒子碰撞到了电子会反向弹回 B．绝大多数α粒子发生了大角度偏转 C．该实验为汤姆孙的“枣糕模型”奠定了基础 D．该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子核上 【答案】D 【详解】A．电子质量很小，粒子与电子碰撞，运动方向几乎不改变。故A错误； B．绝大多数粒子方向不发生改变，少数发生了大角度偏转。故B错误； C．该实验为卢瑟福的原子的核式结构理论奠定了基础，从而否定了汤姆孙的“枣糕模型”。故C错误； D．该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子核上。故D正确。 故选D。 8．（23-24高二下·河北·期末）如图所示，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等（    ） A．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了核式结构模型 B．大多数α粒子几乎沿原方向返回 C．从a经过b运动到c的过程中，α粒子的电势能一直增大 D．α粒子经过a、b两点时动能相等 【答案】A 【详解】A．卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，故A正确； B．根据粒子散射现象可知，大多数粒子击中金箔后几乎沿原方向前进，故B错误； C．粒子受到电场力作用，根据电场力做功特点可知粒子从经过运动到的过程中电场力先做负功后做正功，所以粒子的电势能先增大后减小，故C错误； D．由于α粒子从a运动到b的过程中电场力做负功，则动能减小，故D错误。 故选A。 9．（23-24高二下·河南许昌·期末）1909年卢瑟福指导他的学生做了著名的α粒子散射实验。α粒子轰击金箔的轨迹如图所示。下列说法不正确的是（　　） A．少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于其与电子发生了碰撞 B．绝大多数α粒子沿直线穿过，偏转角很小，说明原子内部大部分是中空的 C．极少数α粒子被弹回，说明原子中心是一个体积小，带正电且占有原子几乎全部质量的核 D．α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时，电势能最大 【答案】A 【详解】A．少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于α粒子受到金箔原子核的斥力作用较大，而非与电子发生了碰撞，A错误，符合题意； B．绝大多数α粒子沿直线穿过，偏转角很小，说明原子内部大部分是中空的，B正确，不符合题意； C．极少数α粒子被弹回，说明原子中心是一个体积小，带正电且占有原子几乎全部质量的核，C正确，不符合题意； D．α粒子散射实验中，当α粒子接近原子核时，受到电场斥力作用，则电场力对α粒子做负功，电势能增大，因此当α粒子最接近原子核时，电势能最大，D正确，不符合题意。 故选A。 题型四：卢瑟福原子的核式结构模型 10．（24-25高二下·全国·课后作业）卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型。图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个粒子的运动径迹。在粒子从运动到，再运动到的过程中，下列说法正确的是（　　） A．动能先增大后减小 B．电势能先减小后增大 C．静电力先做负功后做正功，总功等于0 D．加速度先变小后变大 【答案】C 【详解】ABC．根据卢瑟福提出的原子的核式结构模型可知，原子核集中了原子的全部正电荷，即原子核外的电场分布与正点电荷的电场类似。合力方向指向运动轨迹的凹侧，根据粒子从运动到的运动轨迹，可知静电力做负功，粒子动能减小，电势能增大；从运动到，静电力做正功，粒子动能增大，电势能减小；、在同一条等势线上，则静电力做的总功等于0。故AB错误，C正确； D．等势线密集的位置场强比较大，则、、三点的电场强度大小的关系，场强越大则所受电场力越大，粒子加速度越大，故粒子的加速度先变大后变小，故D错误。 故选C。 11．（2022高三·全国·专题练习）关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有（　　） A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内 B．汤姆孙通过著名的“油滴实验”精确测定电子电荷 C．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好的解释原子中带正电部分的体积、质量占比都很小 D．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据 【答案】D 【详解】A．汤姆孙发现电子后猜想出原子核内的正电荷是均匀分布的，选项A错误； B．密立根通过著名的“油滴实验”精确测定电子电荷，选项B错误； C．卢瑟福提出的原子核式结构模型解释原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，选项C错误； D．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据，选项D正确。 故选D。 12．（21-22高二下·河南濮阳·期末）根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为α粒子散射图，图中实线表示α粒子的运动轨迹。则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（　　） A．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大 B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与原子核发生了碰撞 C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小 D．根据α粒子散射实验，还可以知道原子核由质子和中子组成 【答案】C 【详解】A．图中大角度偏转的粒子受到的电场力先做负功，后做正功，则其电势能先增大后减小，故A错误； B．图中的粒子反弹是因为粒子与原子核之间的库仑斥力作用，并没有发生碰撞，故B错误； C．从绝大多数粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，故C正确； D．卢瑟福的粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，不能证明原子核是由质子和中子组成的，故D错误。 故选C。 题型五：原子核的电荷与尺度 13．（2022·上海杨浦·二模）目前，“冷冻电镜”已经能确定蛋白质分子结构中各原子的相对位置。据此推测，该电镜的测量精度至少约为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】因为原子大小的数量级为，故该电镜的测量精度至少约为。 故选B。 14．（23-24高二下·上海黄浦·期中）关于原子和原子核，甲同学说：“科学家真伟大，比原子还要小几十万倍的原子核他们也能揭示其内部结构”.乙同学说：“是啊!要用放大几百万倍的离子显微镜才能看见的原子，他们还能进行操作呢。”根据上述对话，如果我们将原子大小看成一个直径为l00m的操场，那么原子核的大小就相当于操场中心的（　　） A．一头大象 B．一个西瓜 C．一只苹果 D．一粒芝麻 【答案】D 【详解】因为直径为100m的操场的几十万分之一的数量级为 如果我们将原子大小看成一个直径为l00m的操场，那么原子核的大小就相当于操场中心的一粒芝麻大小。 故选D。 15．（2024·全国·三模）2023年诺贝尔物理学奖颁给了对“阿秒光脉冲”研究具有突出贡献的三位物理学家，他们的实验方法为人类探索原子内部的电子超快动力学行为提供了新的工具。1阿秒等于10-18秒。下列物体的尺度与真空中光经过1阿秒前进的距离最接近的是（    ） A．质子 B．氢原子 C．细菌 D．头发丝直径 【答案】B 【详解】真空中光经过1阿秒前进的距离为 质子的尺寸为，氢原子大小约为，细菌的大小约为，头发丝直径大约为，故长度最接近的是氢原子；故选B。 题型六：原子的核式结构模型综合问题 16．（24-25高二下·全国）如图所示为汤姆孙的气体放电管。 (1)在金属板之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？ (2)在金属板之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？ (3)能不能测定这种射线的比荷？ 【答案】(1)阴极射线在电场中向下偏转，说明射线带负电 (2)要使带负电的阴极射线向上偏转，根据左手定则可知，需加垂直纸面向外的磁场 (3)可以将阴极射线放入电场或磁场，分析带电粒子的偏转位移或轨迹半径等，分析其性质，测定比荷。 【详解】（1）阴极射线在电场中向下偏转，说明射线带负电； （2）要使带负电的阴极射线向上偏转，根据左手定则可知，需加垂直纸面向外的磁场。 （3）可以将阴极射线放入电场或磁场，分析带电粒子的偏转位移或轨迹半径等，分析其性质，测定比荷。 17．（22-23高二·全国）1911年前后，物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔，获得惊人的发现。试由此实验根据下列所给公式或数据估算金原子核的大小。已知点电荷的电势，。金原子序数为79，粒子的质量，质子质量，粒子的速度，电子电荷量。 【答案】 【详解】粒子接近金原子核，克服库仑做功，动能减少，电势能增加。当粒子的动能完全转化为电势能时，离金原子核最近，距离为R，R可被认为是金原子核半径。由动能定理有 又因 Q为金原子核电荷量，则 代入数据，其中 可得 18．（21-22高二下·北京海淀·期中）二十世纪初，卢瑟福进行粒子散射实验的研究，改变了人们对原子结构的认识。 （1）如图1所示，有两个粒子均以速度v射向金原子，它们速度方向所在的直线都不过金原子核中心。请在图1中分别画出两个粒子此后的运动轨迹示意图； （2）实验发现，绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有极少数粒子发生了大角度偏转（超过）。卢瑟福根据该实验现象提出了原子的核式结构模型。为了研究问题的方便，可作如下假设：①将粒子视为质点，金原子视为球，金原子核视为球体；②金箔中的金原子紧密排列，金箔厚度可以看成很多单原子层并排而成；③各层原子核前后不互相遮蔽；④大角度偏转是粒子只与某一层中的一个原子核作用的结果。如果金箔厚度为L，金原子直径为D，大角度偏转的粒子数占总粒子的比例为p，且。 a．请估算金原子核的直径d； b．上面的假设做了很多简化处理，这些处理会对金原子核直径d的估算产生影响。已知金箔的厚度约，金原子直径约，金原子核直径约。请对“可认为各层原子核前后不互相遮蔽”这一假设的合理性做出评价。 【答案】（1）见解析；（2）a．；b．见解析 【详解】（1）因为靠近原子核的粒子偏转角度大些，所以轨迹如图 （2）粒子在遇到第一层单原子膜时，被大角度散射的概率 由于大角度散射的概率很小，可以认为通过每一层单原子膜时的粒子数目不变，所以每 一层被大角度散射的概率相同，都为。 得 解得 b．这一简化不够合理。因为大角度散射的概率本来就很小，前后遮蔽的概率也很小,不能忽略前后遮蔽的影响。另外随着金箔厚度的增加，金箔前后遮蔽的概率将增大。 【双基达标】 一、单选题 1．（23-24高二下·上海·期末）卢瑟福与汤姆孙的原子模型的主要区别是（　　） ①原子的组成成分不同 ②原子的质量分布不同 ③原子的电荷成分不同 ④原子内电子的运动状况不同 A．①② B．①③ C．②③ D．②④ 【答案】D 【详解】汤姆孙原子模型认为原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像蛋糕里的葡萄干那样镶嵌在原子里面。而卢瑟福的原子模型认为在原子的中心有一个很小的核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在这个核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。即原子的质量分布和原子内电子的运动状况不同。 故选D。 2．（24-25高二下·全国）下列对原子结构的认识，错误的是（　　） A．原子核的电荷数就是核中的质子数 B．电子在核外绕核旋转，向心力由库仑力提供 C．原子的全部正电荷都集中在原子核里 D．原子的直径大约为 【答案】D 【详解】A．原子核的电荷数等于核中的质子数，选项A正确； B．核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的库仑引力而绕核旋转，即向心力由库仑力提供，选项B正确。 C．原子的全部正电荷都集中在原子核里，选项C正确； D．原子核直径的数量级为，而原子直径的数量级为，选项D错误。 此题选择错误的，故选D。 3．（24-25高二下·全国）J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”。关于电子的说法正确的是（　　） A．电子是构成物质的基本单元 B．不同的物质中具有不同的电子 C．不同物质中的电子是相同的 D．电子质量是质子质量的1836倍 【答案】C 【详解】A．电子是原子的组成部分，是构成原子的基本单元，选项A错误。 BCD．J.J.汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，发现均为同一种相同的粒子，即电子，它的质量远小于质子的质量，质子的质量是电子质量的1836倍，选项C正确，选项BD错误。 故选C。 4．（24-25高二下·全国·单元测试）如图所示是粒子散射实验装置的示意图。从粒子源发射的粒子射向金箔，利用观测装置观测发现，绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，有少数粒子发生了大角度偏转，极少数粒子偏转的角度大于90°。下列说法正确的是（    ） A．粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流 B．实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内 C．粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对粒子的作用引起的 D．粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对粒子的库仑力引起的 【答案】D 【详解】A．粒子是从放射性物质中发射出来的氦核，A错误； B．若原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内，粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会平衡，对粒子运动的影响不会很大，不会出现大角度偏转的实验结果，B错误； C．由于电子的质量极小，其对粒子速度的影响可以忽略，C错误； D．原子核带正电，体积很小，但几乎集中了原子的全部质量，电子在核外运动，当粒子进入原子区域后，大部分离原子核很远，受到的库仑力很小，运动方向几乎不变，只有极少数粒子离原子核很近，因此受到很强的库仑力，发生大角度偏转，D正确。 故选D。 5．（23-24高二下·广西钦州·期末）如图所示，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等（　　） A．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了能量量子化理论 B．大多数α粒子几乎沿原方向返回 C．从a经过b运动到c的过程中，α粒子的电势能先增大后减小 D．α粒子经过a、b两点时动能相等 【答案】C 【详解】A．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，普朗克根据黑体辐射的规律第一次提出了能量量子化理论，故A错误； B．根据α粒子散射现象可知，大多数粒子击中金箔后几乎沿原方向前进，故B错误； C．粒子受到电场力作用，根据电场力做功特点可知α粒子从a经过b运动到c的过程中电场力先做负功后做正功，所以粒子的电势能先增大后减小，故C正确； D．由于α粒子从a运动到b的过程中电场力做负功，则动能减小，故D错误。 故选C。 6．（23-24高二下·湖南衡阳·期末）物理学的发展离不开物理学家的研究发现，在物理学的发展中出现了多位里程碑式的科学家，下列关于物理学史描述符合事实的是（    ） A．爱因斯坦提出光子的概念，成功解释光电效应现象 B．牛顿总结得到了万有引力定律，并通过扭秤实验测出了引力常量 C．伽利略被称为“运动学之父”，他认为重的物体比轻的物体下落得快 D．卢瑟福通过粒子散射实验研究，提出了原子具有“枣糕模型” 【答案】A 【详解】A．爱因斯坦首先提出了光子说的观点，成功解释了光电效应现象的规律，故A正确； B．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许通过扭秤实验测出了引力常量，故B错误； C．伽利略被称为“运动学之父”，他认为重的物体与轻的物体下落得一样快，故C错误； D．卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的“核式结构”模型，故D错误。 故选 A。 7．（23-24高二下·湖北武汉·期末）1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手盖革、马斯登一起进行了著名的“α粒子散射实验”。如图所示，某同学描绘了几个α粒子穿过金箔前后的可能轨迹，下列叙述正确的是（　　） A．卢瑟福早于贝克勒尔发现了α射线 B．通过卢瑟福的“α粒子散射实验”可以估算出原子核半径的数量级 C．轨迹d的大角度偏转不可能出现 D．轨迹b、c的大角度偏转可能出现 【答案】B 【详解】A．贝克勒尔发现了天然放射现象，人们意识到原子核可以再分，后来卢瑟福发现放射性物质，放射出的射线并不单一，发现了α射线，A错误； B．卢瑟福通过“α粒子散射实验”发现，大部分α粒子可以穿过金箔，约有的粒子发生了大角度偏转，原子核的截面积约为原子截面积，在知道了原子的大小的数量级的情况下，从而得出原子核很小，其半径的数量级为，B正确； C．轨迹d的大角度偏转恰好是α粒子与原子核相碰，是可能出现的，C错误； D．α粒子与原子核带同种电荷，不可能出现轨迹b、c的偏转情况，D错误。 故选B。 8．（23-24高二下·江苏泰州·期末）如图所示的实验装置为用粒子轰击金箔，研究粒子散射情况的实验装置。关于粒子散射实验，下列说法正确的是（　　） A．该实验可在空气中进行 B．粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C．卢瑟福根据该实验现象提出了原子的核式结构模型 D．粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是正确的 【答案】C 【详解】A．粒子的贯穿本领弱，为了使得实验现象明显，该实验不能够在空气中进行，需要再真空中进行，故A错误； B．粒子的质量远远大于电子的质量，可知，粒子大角度散射不可能是它跟电子发生了碰撞引起，故B错误； C．卢瑟福根据该实验现象中极少数粒子发生了大角度偏转提出了原子的核式结构模型，故C正确； D．粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是错误的，故D错误。 故选C。 9．（23-24高三上·山东日照·阶段练习）卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，打到金箔上，最后在环形荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是（　　） A．α粒子发生偏转是由于它跟金箔中的电子发生了碰撞 B．当α粒子接近金箔中的电子时， 电子对α粒子的吸引力使之发生明显偏转 C．通过α粒子散射实验可以估算原子核半径的数量级约为 10⁻¹⁰m D．α粒子散射实验说明了原子中有一个带正电的核，几乎集中了原子全部的质量 【答案】D 【详解】A．α粒子偏转主要是占原子质量绝大部分的带正电的原子核的斥力造成的，电子的质量很小，α粒子与电子碰撞后对运动轨迹的影响可忽略不计，A错误； B．大角度的偏转不可能是电子造成的，因为电子的质量只有α粒子的 ，它对α粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。B错误； C．α粒子散射可以用来估算核半径。对于一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为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。C错误； D．占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围。这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转。D正确； 故选D。 10．（2023·陕西咸阳·模拟预测）如图甲所示为α粒子散射实验装置的剖面图，图中铅盒内的放射性元素钋（Po）所放出的α粒子由铅盒上的小孔射出，形成一束很细的粒子束打到金箔上。α粒子束能穿过很薄的金箔打到荧光屏上，并产生闪光，这些闪光可以通过显微镜观察；α粒子穿越金箔前后运动方向之间的夹角θ称为散射角，如图乙所示，荧光屏和显微镜可一起绕金箔沿圆周转动，以便观察α粒子穿过金箔后散射角的变化情况。下列说法正确的是（　　） A．整个装置可以不放在抽成真空的容器中 B．α粒子散射实验的结果表明，少数α粒子穿过金箔后，散射角很小（平均为2°~3°），几乎沿原方向前进 C．α粒子散射实验中观察到的个别α粒子被反弹回来，就像“一颗炮弹射向一张薄纸会反弹回来”，这种现象可用“枣糕模型”来解释 D．原子的核式结构模型有些类似太阳系，原子核犹如太阳，电子犹如行星，可称为原子的“行星模型” 【答案】D 【详解】A．整个装置一定要放在抽成真空的容器中，若不放在真空中进行，α粒子会使空气发生电离，选项A错误； B．α粒子散射实验的结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后，散射角很小（平均为2°∼3°），几乎沿原方向前进，少数α粒子的散射角较大，极少数α粒子的散射角超过90°，个别α粒子甚至被反弹回来，选项B错误； C．α粒子散射实验中观察到的个别α粒子被反弹回来，就像“一颗炮弹射向一张薄纸会反弹回来”，这种现象可用“原子的核式结构模型”来解释，选项C错误； D．原子的核式结构模型有些类似太阳系，原子核犹如太阳，电子犹如行星，所以也被称为原子的“行星模型”，选项D正确。 故选D。 二、多选题 11．（24-25高二下·全国·课后作业）关于阴极射线的性质，下列判断正确的是（　　） A．阴极射线带负电 B．阴极射线带正电 C．阴极射线的比荷比氢原子比荷大 D．阴极射线的比荷比氢原子比荷小 【答案】AC 【详解】AB．阴极射线是电子流，电子带负电，因此阴极射线带负电，故A正确，B错误； CD．电子的电量与质子的电量相等，电子的质量比质子小，阴极射线的比荷比氢原子比荷大，故C正确，D错误。 故选AC。 12．（24-25高二下·全国·课后作业）1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子。下列关于电子的说法正确的是（    ） A．汤姆孙通过对阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷 B．汤姆孙通过对光电效应的研究，发现了电子 C．电子质量约是质子质量的1800倍 D．汤姆孙通过对不同材料做成的阴极发出的射线的研究，推断出电子是原子的组成部分 【答案】AD 【详解】AB．汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定阴极射线本质上是带负电的粒子流，并求出了比荷，从而发现了电子，故A正确，B错误； C．电子质量约是质子质量的，故C错误； D．汤姆孙发现用不同材料的阴极做实验研究阴极射线时均发出同一种粒子——电子，这就说明电子广泛地存在于各种不同的原子之中，是原子的组成部分，故D正确。 故选AD。 13．（24-25高二下·全国·课后作业）卢瑟福对α粒子散射实验的解释是（　　） A．使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力 B．使α粒子产生偏转的力是库仑力 C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进 D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子 【答案】BCD 【详解】AB．原子核带正电，与α粒子之间存在库仑力，α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错误，B正确； CD．原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远，因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D正确。 故选BCD。 14．（23-24高二下·全国·课后作业）下列说法正确的是（　　） A．汤姆孙研究阴极射线，用测定粒子比荷的方法发现了电子 B．电子的发现证明了原子是可分的 C．汤姆孙认为原子里面带正电的物质应充斥整个原子，而带负电的电子镶嵌在球体的某些固定位置 D．汤姆孙认为原子里面带正电的物质都集中在原子中心一个很小的范围内 【答案】ABC 【详解】AB．1897年汤姆生通过对阴极射线的研究，用测定粒子比荷的方法发现了电子，从而使人们认识到原子是可分的，故AB正确； C．汤姆孙认为原子里面带正电荷的物质应充斥整个原子，而带负电的电子，则镶嵌在球体的某些固定位置，即为西瓜模型，故C正确； D．卢瑟福认为原子里面带正电荷的物质都集中在原子中心一个很小的范围内，即为原子的核式结构，故D错误。 故选ABC。 15．（23-24高二下·全国·课后作业）α粒子散射实验的装置如图所示。下列说法正确的是（　　） A．荧光屏在B位置的亮斑比A位置多 B．该实验说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 C．荧光屏在C位置的亮斑比A、B位置少 D．该实验说明原子质量分布均匀 【答案】BC 【详解】AC．根据粒子散射实验现象，大多数粒子通过金箔后方向不变，少数粒子方向发生改变，极少数偏转超过，甚至有的被反向弹回，可知荧光屏在B位置的亮斑比A位置少，荧光屏在C位置的亮斑比A、B位置少，故A错误，C正确； BD．该实验说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，而不是质量均匀分布，故B正确，D错误。 故选BC。 16．（22-23高二下·上海·随堂练习）如图是密立根油滴实验的示意图。油滴从喷雾器嘴喷出，落到图中的匀强电场中，调节两板间的电压，通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中，下列说法正确的是（　　） A．油滴带负电 B．油滴质量可通过天平来测量 C．只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量 D．该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍 【答案】AD 【详解】A．由图可知，电容器板间电场方向向下，油滴所受的电场力向上，则知油滴带负电，故A正确； B．油滴的质量很小，不能通过天平测量，故B错误； C．根据油滴受力平衡可得 解得 可知要测出两板间的距离、电压和油滴的质量才能求出油滴所带的电荷量，故C错误； D．根据密立根油滴实验研究可知，该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍，故D正确。 故选AD。 17．（21-22高二下·河北石家庄·阶段练习）如图所示为卢瑟福和他的同事们做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四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是（　　） A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些 C．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光 D．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型 【答案】AD 【详解】在α粒子散射实验中，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粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，所以荧光屏和显微镜放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比A位置时少很多，放在C、D位置时，屏上仍可以观察到闪光，只是次数较放在A和B位置时少， A．由上述分析可知，A正确； B．由上述分析可知放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比A位置时少很多，B错误； C．由上述分析可知，放在C、D位置时，屏上仍可以观察到闪光，C错误； D．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，D正确． 故选AD。 三、实验题 18．（23-24高二下·吉林白城·阶段练习）人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想。 (1)1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是 （填“电磁波”或“电子”），进而认为原子是一个球体，提出原子“ 模型”； (2)1909年，卢瑟福与他的学生进行了粒子散射实验（图乙），提出了原子核式结构模型。如图是粒子散射实验的图景。图中实线表示粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的粒子在b点时距原子核最近。下列说法不正确的是（　　） A．绝大多数粒子运动的轨迹类似轨迹1 B．发生超过大角度偏转的粒子是极少数的 C．沿轨迹2运动的粒子的加速度先减小后增大 【答案】(1) 电子 枣糕 (2)C 【详解】（1）[1]汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，断定其本质是带负电的粒子流，并断定阴极射线是电子。 [2]汤姆孙认为正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，提出原子“枣糕模型”。 （2）A．原子中绝大部分是空的，故绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，运动轨迹类似轨迹1，故A正确； B．原子核所占体积很小，发生超过大角度偏转的α粒子是极少数的，故B正确； C．根据点电荷电场分布可知，离原子核近的地方电场强度大，根据牛顿第二定律 故沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小，故C错误。 本题选错误的，故选C。 19．（23-24高二下·山东东营·阶段练习）人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想。 (1)1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是 （填“电磁波”或“电子”），进而认为原子是一个球体，提出原子 “西瓜模型”或“ 模型”； (2)1909年，卢瑟福与他的学生进行了粒子散射实验（图乙），提出了原子核式结构模型。如图是粒子散射实验的图景。图中实线表示粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的粒子在b点时距原子核最近。下列说法正确的是（　　） A．绝大多数粒子运动的轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的 B．发生超过90°大角度偏转的粒子是极少数的 C．沿轨迹2运动的粒子的加速度先增大后减小 D．沿轨迹2运动的粒子的电势能先减小后增大 【答案】(1) 电子 枣糕模型 (2)ABC 【详解】（1）[1]汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，断定其本质是带负电的粒子流，并断定阴极射线是电子。 [2]汤姆孙认为正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，提出原子“西瓜模型”或“枣糕模型”。 （2）[3]A．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，运动轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的，故A正确； B．发生超过90∘大角度偏转的α粒子是极少数的，故B正确； C．根据点电荷电场分布可知，离原子核近的地方电场强度大，故沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小，故C正确； D．α粒子受到斥力作用，沿轨迹2运动的α粒子电场力先做负功，后做正功，的电势能先增大后减小，故D错误。 故选ABC。 20．（23-24高三上·上海静安·期中）十九世纪末，汤姆孙发现了电子，揭开了人类认识原子结构的序幕，从而认识到：原子是可以分割的，从而开始了对原子结构的研究和探索。直至今日，人类对微观领域的粒子的研究和探索从未停止。 （1） （填一科学家人名）利用油滴实验测定了元电荷的数值。 （2）反应堆中的“燃料”铀是一种天然放射性元素。将铀燃料放入铅做成的容器中，射线从容器小孔射出。当不同射线经过磁场时会形成图2的轨迹。请你由图判断射线带什么电？ （3）电子的质量约为，北京正负电子对撞机是我国第一台高能加速器，可以将电子动能加速到。按照牛顿力学，这个电子的速度是 m/s（保留两位有效数字）； （4）你认为第（3）问中算出的速度值是否合理？ （请填涂与答案对应的字母选项：A．合理；B．不合理）请说明你的理由 ； （5）用如图所示的装置可以测定分子速率。在小炉O中，金属银熔化并蒸发。银原子束通过小炉的圆孔逸出，经过狭缝S1和S2进入真空的圆筒C。圆筒C可绕过A点且垂直于纸面的轴以一定的角速度转动。从图中可判断，落点越靠近 处（请填涂与答案对应的字母选项：A．b处；B．e处）的银原子速率越大； （6）在第（5）问的条件中，现测出圆筒C的直径为1m，转动的角速度为150πrad/s，银原子落在玻璃板G上的位置到b点的弧长为s，s 约为圆筒周长的，可估算银原子速率约为 m/s。 【答案】 密立根 正 2.8×1010 B 按照牛顿力学得到的电子速度大于真空中的光速，接近光速时，牛顿力学不再适用 A 450 【详解】（1）[1]密立根利用油滴实验测定了元电荷的数值。 （2）[2]根据左手定则可知射线带正电。 （3）[3]根据动能定理得 按照牛顿力学，这个电子的速度是 （4）[4][5]速度值不合理，按照牛顿力学得到的电子速度大于真空中的光速，接近光速时，牛顿力学已不适用。 故选B。 （5）[6]圆筒C绕A点顺时针转动，银原子落在玻璃板G上时，银原子的位移相同，落点越靠近b点处所用时间越短，银原子速率越大。 故选A。 （6）[7]圆筒C转动的周期为 银原子落在玻璃板G上的位置到b点的弧长为s，则运动时间为 银原子速率约为 四、解答题 21．（24-25高二下·全国）如图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图。 (1)该实验中为什么用金箔做靶子？ (2)当把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，哪个位置相同时间内观察到屏上的闪光次数最多？ 【答案】(1)金的延展性好，可以做得很薄而且金的原子序数大，产生的库仑斥力大，偏转明显 (2)在A处相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 【详解】（1）金的延展性好，可以做得很薄而且金的原子序数大，产生的库仑斥力大，偏转明显； （2）在α粒子散射实验中，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粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至超过90°，所以荧光屏和显微镜放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，放在C、D位置时，屏上仍可以观察到闪光，只是次数较放在A和B位置时少。 22、（23-24高二下·上海闵行·期中）美国科学家密立根首次测定了元电荷的电荷量，为此获得了1923年的诺贝尔物理学奖。他设计的实验装置如图所示。实验中用一个喷雾器向一个透明的圆柱形容器里喷入密度为的带电油滴。容器中间距为d的金属A、B板分别连接电源的两极。通过目镜可观察带电油滴的运动状态。 1．当A、B板不加电压时，某油滴由静止开始下落，若空气阻力f与油滴的半径r、油滴的速度v成正比，即（比例系数k已知）。 （1）比例系数k的单位是 （用国际单位制的基本单位表示） （2）油滴接下来运动的加速度( ) A．减小    B．不变    C．增大 （3）从目镜中观察到某油滴最终匀速运动，该油滴的半径为 。 2．给A、B板加电压U，发现某个原来以匀速下落的油滴，先减速后悬停于两板中。 （1）该油滴的电性为 ； （2）加电压后该油滴的加速度( ) A．不变    B．增大    C．先增大再减小    D．减小 （3）（计算）该油滴的电荷量 。 3．（简答）根据前两小题的计算，试分析密立根是如何得到元电荷的电量的。 【答案】40． A 41． 负电 D 42．见解析 【解析】40．[1]由题意可知 可得 则单位为 [2]油滴由静止下落时，受重力和空气阻力作用，根据牛顿第二定律 解得 随着速度的增大加速度减小。 故选A。 [3]油滴匀速运动时，油滴受力平衡，则 又 解得 41．[1]由题意可知，电场方向为竖直向下，油滴最后悬停，则油滴受到竖直向上的电场力，故油滴带负电； [2]根据牛顿第二定律，取竖直向上为正方向 又因为最后悬停，则 解得 油滴做减速运动，则加速度减小。 故选D。 [3]油滴匀速运动时，油滴受力平衡，则 解得 又 最后悬停，则 解得 42．重复对许多油滴进行实验之后，发现油滴电荷量皆为某最小固定值的整数倍，此最小固定值即为元电荷的电量。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第15讲：原子的核式结构模型 【考点归纳】 · 考点一：电子的发现 · 考点二：密里根探究实验 · 考点三：α粒子散射实验及其解释 · 考点四：卢瑟福原子的核式结构模型 · 考点五：原子核的电荷与尺度 · 考点六：原子的核式结构模型综合问题 【考点归纳】 知识点01、电子的发现 1．阴极射线：阴极发出的一种射线．它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光． 2．汤姆孙的探究 根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电(填“正电”或“负电”)的粒子流，并求出了这种粒子的比荷．组成阴极射线的粒子被称为电子． 3．密立根实验：电子电荷的精确测定是由密立根通过著名的“油滴实验”做出的．目前公认的电子电荷的值为e＝1.6×10－19_C(保留两位有效数字)． 4．电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是e的整数倍． 5．电子的质量me＝9.1×10－31 kg(保留两位有效数字)，质子质量与电子质量的比值为＝1_836. 知识点02：阴极射线带电性质的判断方法 ①方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定阴极射线的带电性质． ②方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据荧光屏上亮点位置的变化和左手定则确定阴极射线的带电性质． (3)实验结果 根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电． 知识点03、带电粒子比荷的测定 (1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，如图所示，使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)，得到粒子的运动速度v＝. (2)撤去电场，如图所示，保留磁场，让粒子在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝m，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r. (3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：＝. 知识点04、原子的核式结构模型 1．汤姆孙原子模型：汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”，如图 知识点05、α粒子散射实验： (1)α粒子散射实验装置由α粒子源、金箔、显微镜等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中． (2)实验现象 ①绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进； ②少数α粒子发生了大角度偏转；偏转的角度甚至大于90°，它们几乎被“撞了回来”． (3)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型． 3．核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动． 知识点06、原子核的电荷与尺度 1．原子核的电荷数：各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数，非常接近它们的原子序数，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数来排列的． 2．原子核的组成：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． 3．原子核的大小：用核半径描述核的大小．一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10－15 m，而整个原子半径的数量级是10－10 m，两者相差十万倍之多． 【题型归纳】 题型一：电子的发现 1．（22-23高三上·全国）英国物理学家J.J.汤姆孙通过对阴极射线的实验研究，发现（　　） A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧 B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同 C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同 D．J.J.汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量 2．（2021高三·全国·专题练习）关于汤姆孙发现电子的下列说法中正确的是（　　） A．戈德斯坦是第一个测出阴极射线比荷的人 B．汤姆孙直接测出了阴极射线的质量 C．汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的比荷是不同的 D．汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍 3．（20-21高二下·吉林长春·阶段练习）关于电子的发现，下列叙述中正确的是（　　） A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是可以再分的 B．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 C．电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷 D．电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的 题型二：密里根探究实验 4．（22-23高二上·广东江门·阶段练习）密立根通过如图所示的实验装置（密立根油滴实验），最先测出电子的电荷量，两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止。 （1）要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有 ； A．油滴质量m     B．两板间的电压U     C．两板间的距离d     D．两板的长度L （2）用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量 （已知重力地加速度为g）； （3）在某次测量中，发现某油滴静止在两极板中央，若将极板电压减小为原来的一半，油滴加速度 ，这个油滴运动到极板的时间 。（用测量量的符号表示） 5．（22-23高二上·河南·阶段练习）美国物理学家密立根通过研究带电油滴在平行金属板间的运动，比较准确地测定了元电荷，获得了1923年的诺贝尔物理学奖。其实验原理可简化为如图所示的模型，置于真空中的油滴室内有两块水平放置的平行金属板A、B与电压为U的恒定电源两极相连，平行金属板A、B间距为d，两板间存在竖直方向的匀强电场，喷雾器喷出带同种电荷的油滴，少数油滴通过金属板A的小孔进入平行金属板间，油滴进入金属板间后，有的油滴刚好悬浮不动。 （1）已知金属板A带正电，金属板B带负电，则平行金属板A、B间的电场方向 （填“竖直向上”或“竖直向下”），油滴带 （填“正电”或“负电”）。 （2）若已知两板间的电场强度大小为，悬浮油滴的质量为m，重力加速度大小为g，忽略空气对油滴的影响，则悬浮油滴带的电荷量为 。 （3）现在公认的元电荷的值 C。 6．（21-22高二上·湖北省直辖县级单位·阶段练习）(1)下图中螺旋测微器的示数为 ，游标卡尺示数为 。 (2)电子所带的电荷量（元电荷）最先是由密立根通过油滴实验测量出的，图示为该实验装置的示意图，将两块水平放置的金属板、连接到电路中，用一个喷雾器把许多油滴从上板中间的小孔喷入电场，油滴从喷口出来时由于摩擦而带电。在实验中通过调节金属板间的电压，利用显微镜观察，找到悬浮不动的油滴。 实验时观察到某个悬浮不动的油滴直径为，此时金属板、间电压为，两板间距离为，已知油滴密度为，重力加速度为，不计空气浮力，则该油滴带 电（填“正”、“负”），所带的电荷量大小 。（用题目中所给的物理量表示） 题型三：α粒子散射实验及其解释 7．（23-24高二下·全国·课后作业）卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，开有小孔的铅盒里面包裹着少量的放射性元素钋。铅能够很好地吸收α粒子使得α粒子只能从小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是（　　） A．α粒子碰撞到了电子会反向弹回 B．绝大多数α粒子发生了大角度偏转 C．该实验为汤姆孙的“枣糕模型”奠定了基础 D．该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子核上 8．（23-24高二下·河北·期末）如图所示，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等（    ） A．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了核式结构模型 B．大多数α粒子几乎沿原方向返回 C．从a经过b运动到c的过程中，α粒子的电势能一直增大 D．α粒子经过a、b两点时动能相等 9．（23-24高二下·河南许昌·期末）1909年卢瑟福指导他的学生做了著名的α粒子散射实验。α粒子轰击金箔的轨迹如图所示。下列说法不正确的是（　　） A．少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于其与电子发生了碰撞 B．绝大多数α粒子沿直线穿过，偏转角很小，说明原子内部大部分是中空的 C．极少数α粒子被弹回，说明原子中心是一个体积小，带正电且占有原子几乎全部质量的核 D．α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时，电势能最大 题型四：卢瑟福原子的核式结构模型 10．（24-25高二下·全国·课后作业）卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型。图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个粒子的运动径迹。在粒子从运动到，再运动到的过程中，下列说法正确的是（　　） A．动能先增大后减小 B．电势能先减小后增大 C．静电力先做负功后做正功，总功等于0 D．加速度先变小后变大 11．（2022高三·全国·专题练习）关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有（　　） A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内 B．汤姆孙通过著名的“油滴实验”精确测定电子电荷 C．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好的解释原子中带正电部分的体积、质量占比都很小 D．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据 12．（21-22高二下·河南濮阳·期末）根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为α粒子散射图，图中实线表示α粒子的运动轨迹。则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（　　） A．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大 B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与原子核发生了碰撞 C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小 D．根据α粒子散射实验，还可以知道原子核由质子和中子组成 题型五：原子核的电荷与尺度 13．（2022·上海杨浦·二模）目前，“冷冻电镜”已经能确定蛋白质分子结构中各原子的相对位置。据此推测，该电镜的测量精度至少约为（　　） A． B． C． D． 14．（23-24高二下·上海黄浦·期中）关于原子和原子核，甲同学说：“科学家真伟大，比原子还要小几十万倍的原子核他们也能揭示其内部结构”.乙同学说：“是啊!要用放大几百万倍的离子显微镜才能看见的原子，他们还能进行操作呢。”根据上述对话，如果我们将原子大小看成一个直径为l00m的操场，那么原子核的大小就相当于操场中心的（　　） A．一头大象 B．一个西瓜 C．一只苹果 D．一粒芝麻 15．（2024·全国·三模）2023年诺贝尔物理学奖颁给了对“阿秒光脉冲”研究具有突出贡献的三位物理学家，他们的实验方法为人类探索原子内部的电子超快动力学行为提供了新的工具。1阿秒等于10-18秒。下列物体的尺度与真空中光经过1阿秒前进的距离最接近的是（    ） A．质子 B．氢原子 C．细菌 D．头发丝直径 题型六：原子的核式结构模型综合问题 16．（24-25高二下·全国）如图所示为汤姆孙的气体放电管。 (1)在金属板之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？ (2)在金属板之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？ (3)能不能测定这种射线的比荷？ 17．（22-23高二·全国）1911年前后，物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔，获得惊人的发现。试由此实验根据下列所给公式或数据估算金原子核的大小。已知点电荷的电势，。金原子序数为79，粒子的质量，质子质量，粒子的速度，电子电荷量。 18．（21-22高二下·北京海淀·期中）二十世纪初，卢瑟福进行粒子散射实验的研究，改变了人们对原子结构的认识。 （1）如图1所示，有两个粒子均以速度v射向金原子，它们速度方向所在的直线都不过金原子核中心。请在图1中分别画出两个粒子此后的运动轨迹示意图； （2）实验发现，绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有极少数粒子发生了大角度偏转（超过）。卢瑟福根据该实验现象提出了原子的核式结构模型。为了研究问题的方便，可作如下假设：①将粒子视为质点，金原子视为球，金原子核视为球体；②金箔中的金原子紧密排列，金箔厚度可以看成很多单原子层并排而成；③各层原子核前后不互相遮蔽；④大角度偏转是粒子只与某一层中的一个原子核作用的结果。如果金箔厚度为L，金原子直径为D，大角度偏转的粒子数占总粒子的比例为p，且。 a．请估算金原子核的直径d； b．上面的假设做了很多简化处理，这些处理会对金原子核直径d的估算产生影响。已知金箔的厚度约，金原子直径约，金原子核直径约。请对“可认为各层原子核前后不互相遮蔽”这一假设的合理性做出评价。 【双基达标】 一、单选题 1．（23-24高二下·上海·期末）卢瑟福与汤姆孙的原子模型的主要区别是（　　） ①原子的组成成分不同 ②原子的质量分布不同 ③原子的电荷成分不同 ④原子内电子的运动状况不同 A．①② B．①③ C．②③ D．②④ 2．（24-25高二下·全国）下列对原子结构的认识，错误的是（　　） A．原子核的电荷数就是核中的质子数 B．电子在核外绕核旋转，向心力由库仑力提供 C．原子的全部正电荷都集中在原子核里 D．原子的直径大约为 3．（24-25高二下·全国）J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”。关于电子的说法正确的是（　　） A．电子是构成物质的基本单元 B．不同的物质中具有不同的电子 C．不同物质中的电子是相同的 D．电子质量是质子质量的1836倍 4．（24-25高二下·全国·单元测试）如图所示是粒子散射实验装置的示意图。从粒子源发射的粒子射向金箔，利用观测装置观测发现，绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，有少数粒子发生了大角度偏转，极少数粒子偏转的角度大于90°。下列说法正确的是（    ） A．粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流 B．实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内 C．粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对粒子的作用引起的 D．粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对粒子的库仑力引起的 5．（23-24高二下·广西钦州·期末）如图所示，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等（　　） A．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了能量量子化理论 B．大多数α粒子几乎沿原方向返回 C．从a经过b运动到c的过程中，α粒子的电势能先增大后减小 D．α粒子经过a、b两点时动能相等 6．（23-24高二下·湖南衡阳·期末）物理学的发展离不开物理学家的研究发现，在物理学的发展中出现了多位里程碑式的科学家，下列关于物理学史描述符合事实的是（    ） A．爱因斯坦提出光子的概念，成功解释光电效应现象 B．牛顿总结得到了万有引力定律，并通过扭秤实验测出了引力常量 C．伽利略被称为“运动学之父”，他认为重的物体比轻的物体下落得快 D．卢瑟福通过粒子散射实验研究，提出了原子具有“枣糕模型” 7．（23-24高二下·湖北武汉·期末）1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手盖革、马斯登一起进行了著名的“α粒子散射实验”。如图所示，某同学描绘了几个α粒子穿过金箔前后的可能轨迹，下列叙述正确的是（　　） A．卢瑟福早于贝克勒尔发现了α射线 B．通过卢瑟福的“α粒子散射实验”可以估算出原子核半径的数量级 C．轨迹d的大角度偏转不可能出现 D．轨迹b、c的大角度偏转可能出现 8．（23-24高二下·江苏泰州·期末）如图所示的实验装置为用粒子轰击金箔，研究粒子散射情况的实验装置。关于粒子散射实验，下列说法正确的是（　　） A．该实验可在空气中进行 B．粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C．卢瑟福根据该实验现象提出了原子的核式结构模型 D．粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是正确的 9．（23-24高三上·山东日照·阶段练习）卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，打到金箔上，最后在环形荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是（　　） A．α粒子发生偏转是由于它跟金箔中的电子发生了碰撞 B．当α粒子接近金箔中的电子时， 电子对α粒子的吸引力使之发生明显偏转 C．通过α粒子散射实验可以估算原子核半径的数量级约为 10⁻¹⁰m D．α粒子散射实验说明了原子中有一个带正电的核，几乎集中了原子全部的质量 10．（2023·陕西咸阳·模拟预测）如图甲所示为α粒子散射实验装置的剖面图，图中铅盒内的放射性元素钋（Po）所放出的α粒子由铅盒上的小孔射出，形成一束很细的粒子束打到金箔上。α粒子束能穿过很薄的金箔打到荧光屏上，并产生闪光，这些闪光可以通过显微镜观察；α粒子穿越金箔前后运动方向之间的夹角θ称为散射角，如图乙所示，荧光屏和显微镜可一起绕金箔沿圆周转动，以便观察α粒子穿过金箔后散射角的变化情况。下列说法正确的是（　　） A．整个装置可以不放在抽成真空的容器中 B．α粒子散射实验的结果表明，少数α粒子穿过金箔后，散射角很小（平均为2°~3°），几乎沿原方向前进 C．α粒子散射实验中观察到的个别α粒子被反弹回来，就像“一颗炮弹射向一张薄纸会反弹回来”，这种现象可用“枣糕模型”来解释 D．原子的核式结构模型有些类似太阳系，原子核犹如太阳，电子犹如行星，可称为原子的“行星模型” 二、多选题 11．（24-25高二下·全国·课后作业）关于阴极射线的性质，下列判断正确的是（　　） A．阴极射线带负电 B．阴极射线带正电 C．阴极射线的比荷比氢原子比荷大 D．阴极射线的比荷比氢原子比荷小 12．（24-25高二下·全国·课后作业）1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子。下列关于电子的说法正确的是（    ） A．汤姆孙通过对阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷 B．汤姆孙通过对光电效应的研究，发现了电子 C．电子质量约是质子质量的1800倍 D．汤姆孙通过对不同材料做成的阴极发出的射线的研究，推断出电子是原子的组成部分 13．（24-25高二下·全国·课后作业）卢瑟福对α粒子散射实验的解释是（　　） A．使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力 B．使α粒子产生偏转的力是库仑力 C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进 D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子 14．（23-24高二下·全国·课后作业）下列说法正确的是（　　） A．汤姆孙研究阴极射线，用测定粒子比荷的方法发现了电子 B．电子的发现证明了原子是可分的 C．汤姆孙认为原子里面带正电的物质应充斥整个原子，而带负电的电子镶嵌在球体的某些固定位置 D．汤姆孙认为原子里面带正电的物质都集中在原子中心一个很小的范围内 15．（23-24高二下·全国·课后作业）α粒子散射实验的装置如图所示。下列说法正确的是（　　） A．荧光屏在B位置的亮斑比A位置多 B．该实验说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 C．荧光屏在C位置的亮斑比A、B位置少 D．该实验说明原子质量分布均匀 16．（22-23高二下·上海·随堂练习）如图是密立根油滴实验的示意图。油滴从喷雾器嘴喷出，落到图中的匀强电场中，调节两板间的电压，通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中，下列说法正确的是（　　） A．油滴带负电 B．油滴质量可通过天平来测量 C．只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量 D．该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍 17．（21-22高二下·河北石家庄·阶段练习）如图所示为卢瑟福和他的同事们做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四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是（　　） A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些 C．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光 D．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型 三、实验题 18．（23-24高二下·吉林白城·阶段练习）人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想。 (1)1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是 （填“电磁波”或“电子”），进而认为原子是一个球体，提出原子“ 模型”； (2)1909年，卢瑟福与他的学生进行了粒子散射实验（图乙），提出了原子核式结构模型。如图是粒子散射实验的图景。图中实线表示粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的粒子在b点时距原子核最近。下列说法不正确的是（　　） A．绝大多数粒子运动的轨迹类似轨迹1 B．发生超过大角度偏转的粒子是极少数的 C．沿轨迹2运动的粒子的加速度先减小后增大 19．（23-24高二下·山东东营·阶段练习）人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想。 (1)1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是 （填“电磁波”或“电子”），进而认为原子是一个球体，提出原子 “西瓜模型”或“ 模型”； (2)1909年，卢瑟福与他的学生进行了粒子散射实验（图乙），提出了原子核式结构模型。如图是粒子散射实验的图景。图中实线表示粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的粒子在b点时距原子核最近。下列说法正确的是（　　） A．绝大多数粒子运动的轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的 B．发生超过90°大角度偏转的粒子是极少数的 C．沿轨迹2运动的粒子的加速度先增大后减小 D．沿轨迹2运动的粒子的电势能先减小后增大 20．（23-24高三上·上海静安·期中）十九世纪末，汤姆孙发现了电子，揭开了人类认识原子结构的序幕，从而认识到：原子是可以分割的，从而开始了对原子结构的研究和探索。直至今日，人类对微观领域的粒子的研究和探索从未停止。 （1） （填一科学家人名）利用油滴实验测定了元电荷的数值。 （2）反应堆中的“燃料”铀是一种天然放射性元素。将铀燃料放入铅做成的容器中，射线从容器小孔射出。当不同射线经过磁场时会形成图2的轨迹。请你由图判断射线带什么电？ （3）电子的质量约为，北京正负电子对撞机是我国第一台高能加速器，可以将电子动能加速到。按照牛顿力学，这个电子的速度是 m/s（保留两位有效数字）； （4）你认为第（3）问中算出的速度值是否合理？ （请填涂与答案对应的字母选项：A．合理；B．不合理）请说明你的理由 ； （5）用如图所示的装置可以测定分子速率。在小炉O中，金属银熔化并蒸发。银原子束通过小炉的圆孔逸出，经过狭缝S1和S2进入真空的圆筒C。圆筒C可绕过A点且垂直于纸面的轴以一定的角速度转动。从图中可判断，落点越靠近 处（请填涂与答案对应的字母选项：A．b处；B．e处）的银原子速率越大； （6）在第（5）问的条件中，现测出圆筒C的直径为1m，转动的角速度为150πrad/s，银原子落在玻璃板G上的位置到b点的弧长为s，s 约为圆筒周长的，可估算银原子速率约为 m/s。 四、解答题 21．（24-25高二下·全国）如图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图。 (1)该实验中为什么用金箔做靶子？ (2)当把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，哪个位置相同时间内观察到屏上的闪光次数最多？ 22、（23-24高二下·上海闵行·期中）美国科学家密立根首次测定了元电荷的电荷量，为此获得了1923年的诺贝尔物理学奖。他设计的实验装置如图所示。实验中用一个喷雾器向一个透明的圆柱形容器里喷入密度为的带电油滴。容器中间距为d的金属A、B板分别连接电源的两极。通过目镜可观察带电油滴的运动状态。 1．当A、B板不加电压时，某油滴由静止开始下落，若空气阻力f与油滴的半径r、油滴的速度v成正比，即（比例系数k已知）。 （1）比例系数k的单位是 （用国际单位制的基本单位表示） （2）油滴接下来运动的加速度( ) A．减小    B．不变    C．增大 （3）从目镜中观察到某油滴最终匀速运动，该油滴的半径为 。 2．给A、B板加电压U，发现某个原来以匀速下落的油滴，先减速后悬停于两板中。 （1）该油滴的电性为 ； （2）加电压后该油滴的加速度( ) A．不变    B．增大    C．先增大再减小    D．减小 （3）（计算）该油滴的电荷量 。 3．（简答）根据前两小题的计算，试分析密立根是如何得到元电荷的电量的。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$