4.3 原子的核式结构模型（举一反三讲义）物理人教版选择性必修第三册

本讲义聚焦原子的核式结构模型核心知识点，系统梳理电子的发现（汤姆孙实验测定比荷、密立根油滴实验测电子电荷）、汤姆孙“枣糕模型”、α粒子散射实验及卢瑟福核式结构模型的建立脉络，通过思维导图、分点知识梳理及典例变式题搭建学习支架。 资料以科学思维中的模型建构和科学探究为特色，通过对比“枣糕模型”与核式结构培养科学推理能力，结合α粒子散射实验现象分析及比荷测量方法实例，助力学生理解原子结构发现历程。课中辅助教师清晰授课，课后通过巩固训练帮助学生查漏补缺，提升物理观念与科学态度。

4.3 原子的核式结构模型 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 3 知识点1：电子的发现 3 知识点2：原子的核式结构与原子核的电荷与尺度 6 【方法技巧】 10 方法技巧1带电粒子的比荷常见的三种测量方法 10 方法技巧2 原子的核式结构与 “枣糕模型”的区别 11 【巩固训练】 11 【学习目标】 学习目标： 1. 知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。 2. 知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象以及原子核式结构模型的主要内容。 3. 知道原子和原子核大小的数量级，原子核的电荷数。 学习重点： 1. α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容。 2. 知道原子和原子核大小的数量级，知道原子核的电荷数。 学习难点： 1. α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：电子的发现 1．阴极射线 阴极发出的一种射线，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，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。 3．密立根实验 (1)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e的值为e＝1.6×10－19 C。 (2)电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是e的整数倍。 (3)电子的质量me＝9.1×10－31 kg，质子质量与电子质量的比值为＝1836。 【归纳总结】 电子发现的意义： (1)电子发现以前，人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒。 (2)当时人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分。 (3)电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的。 【典例1】（单选）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. 汤姆孙发现了电子，并精确测量了电子的电荷量 【答案】A  【解析】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. 由于电子带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，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. 在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时，并未得出电子的电荷量，最早精确测出电子电荷量的是密立根，D错误。 故选A。 【典例2】世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点．一种观点认为阴极射线是电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电粒子．年，汤姆孙判断出该射线的电性，并求出了这种粒子的比荷，为确定阴极射线的本质做出了重要贡献．假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者，请回答下列问题： 如图所示的真空玻璃管内，阴极发出的粒子经加速后形成一束很细的射线，以平行于金属板、的速度沿板间轴线进入、间的区域，若两极板、间无电压、粒子将打在荧光屏上点．如何判断射线粒子的电性？ 已知、间的距离为，在、间施加电压，使极板的电势高于极板，同时在极板间施加一个磁感应强度大小为的匀强磁场，可以保持射线依然打到点．求该匀强磁场的方向和此时射线粒子的速度的大小． 撤去中的磁场，、间的电压仍为，射线打在屏上点．已知极板的长度为，极板区的中点到荧光屏中点的距离为，到的距离为试求射线粒子的比荷． 【答案】解：装置中形成的电场方向由正极指向负极，根据射线粒子从负极向正极加速的特点，即可判断射线粒子带负电． 极板的电势高于极板，形成的电场方向竖直向上，当粒子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，粒子做匀速直线运动，射线依然射到点，由左手定则可知，磁场方向应垂直纸面向外，设粒子的速度为，则，，解得． 射线粒子通过长度为的极板区域所需的时间，  当、两极板之间电压仍为时，作用于粒子的静电力的大小为，有，  因粒子在垂直于极板方向的初速度为，因而在时间内垂直于极板方向的位移大小为  ，  粒子离开极板区域时，沿垂直于极板方向的末速度大小为  ，  粒子离开极板区域后，到达荧光屏上点所需时间，  在时间内，粒子做匀速直线运动，在垂直于极板方向的位移，  到的距离等于粒子在垂直于极板方向的总位移，即，  由以上各式得该粒子的比荷为  代入，  解得． 【变式1】（单选）下列关于阴极射线的说法正确的是(    ) A. 阴极射线是高速的质子流 B. 阴极射线可以用人眼直接观察到 C. 阴极射线是高速运动的电子流 D. 阴极射线是电磁波 【答案】C  【解析】阴极射线是高速运动的电子流，人们只有借助于它与物质相互撞击时，使一些物质发出荧光等现象才能观察到．故正确选项为． 【变式2】（单选）汤姆孙对阴极射线本质的研究，采用的科学方法是(    ) A. 用阴极射线轰击金箔，观察其散射情况 B. 用“油滴实验”精确测定电子所带电荷量 C. 用阴极射线轰击荧光物质，对荧光物质发出的光进行光谱分析 D. 让阴极射线通过电场和磁场，通过阴极射线的偏转情况判断其电性和计算其比荷 【答案】D  【解析】汤姆孙对阴极射线本质的研究采用的主要方法是让阴极射线通过电磁场，通过阴极射线的偏转情况判断其电性，结合类平抛运动与圆周运动的公式计算其比荷，选项D正确． 【变式3】年汤姆孙发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索。年密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带电荷量是某一数值的整数倍，于是称这一数值为基本电荷。如图所示，两块完全相同的金属极正对着水平放置，板间的距离为。当质量为的微小带电油滴在两板间运动时，所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时，可以观察到油滴竖直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为；当两板间加电压上极板的电势高时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间内运动的距离与在时间内运动的距离相等。忽略空气浮力。重力加速度为。 判断上述油滴的电性，要求说明理由； 求上述油滴所带的电荷量； 多次改变油滴带电量的大小，并记录下多组的测量值如下图所示单位：请同学们对数据进行分析并总结出结论。 【答案】解：当极板上加了电压后，该油滴竖直向上做匀速运动，说明油滴受到的电场力竖直向上，与板间电场的方向相反，所以该油滴带负电； 设油滴运动时所受空气阻力与速度大小满足关系为， 当不加电场时，设油滴以速率匀速下降，受重力和阻力而平衡，即 当极板加电压时，设油滴以速率匀速上升，受电场力、重力和阻力，即，其中， 根据题意有，解得： ； 如果存在基本电荷，那么油滴所带的电荷量应为某一最小单位的整数倍，即油滴电荷量的最大公约数或油滴带电量之差的最大公约数为基本电荷。 由于：，，，，， 可以看出，油滴带电量之差都近似为某个数的整数倍， 即：，，，，， 所以 ，即基本电荷的电荷量约为。 知识点2：原子的核式结构与原子核的电荷与尺度 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，如图所示。有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。 2．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粒子放射源到荧光屏这段路程处于真空中。 (2)实验的注意事项： ①整个实验过程在真空中进行。 ②金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过。 ③使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄。另外金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显。 (3)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，极少数偏转的角度甚至大于90°。它们几乎被“撞了回来”。 (4)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 (1)实验现象的分析： ①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。 ②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比它本身大得多的物质的作用。J.J. 汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射。 ③绝大多数α粒子在穿过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，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内。 (2)结论：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。 4.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。 【典例1】（单选）如图所示为粒子散射实验的示意图：放射源发出射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中、、为其中的三个位置。下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理正确的是(    ) A. 在位置接收到的粒子最多 B. 在位置接收到粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内 C. 位置接收到的粒子一定比位置接收到的粒子所受金原子核斥力的冲量更大 D. 若正电荷均匀分布在原子内，则、、三个位置接收到粒子的比例应相差不多 【答案】B  【解析】、由于原子中大部分是空的，原子的质量和电荷量都集中在体积很小的原子核上，故大部分粒子穿过原子时受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不改变，所以在位置接收到的粒子最多，错误； 、在位置接收粒子，说明粒子发生了大角度偏转，可以推出正电荷不可能均匀分布在原子内，正确； 、由图看出，位置接收到的粒子偏转程度没有位置的大，所以粒子所受金原子核斥力的冲量在位置更大些，错误； 、若正电荷均匀分布在原子内，粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本会相互平衡，则、位置几乎接收不到粒子，位置接收得最多，错误。 故选：。 【典例2】（单选）通过粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型：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。下列说法正确的是(    ) A. 实验时，应将粒子放射源、金箔及荧光屏置于真空中 B. 电子对粒子速度大小和方向的影响不可忽略 C. 绝大多数粒子运动方向几乎不变，是由于原子是电中性的 D. 当粒子距离正电体很近时，发生大角度偏转是由于受到很强的核力 【答案】A  【解析】A.粒子穿透能力弱，若在空气中会被吸收，无法到达荧光屏，因此实验需在真空中进行，故A正确。 B.粒子质量约为电子质量的倍，碰撞时电子对其速度影响可忽略，故B错误。 C.绝大多数粒子未偏转是因原子核体积小，大部分空间空旷，而非原子电中性，故C错误。 D.大角度偏转由原子核对粒子的库仑斥力引起，而非核力核力为短程力，故D错误。 故选A。 【变式1】（单选）如图为粒子散射的实验装置示意图，实验观测发现，有少数粒子发生了大角度偏转，说明(    ) A. 粒子跟电子发生了碰撞 B. 金原子核内部有复杂结构 C. 金原子中有带正电的原子核 D. 粒子受到金原子核库仑引力 【答案】C  【解析】A.粒子散射实验中，少数粒子发生了大角度偏转不可能是由电子造成的，电子的质量只有粒子的，它与粒子碰撞时对粒子的影响就像灰尘对子弹的影响，完全可以忽略，故A错误； ．粒子散射实验说明金原子内部有复杂的结构，占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的范围内，即原子核，原子核使粒子在经过时受到很强的库仑斥力，使其发生大角度的偏转，故C正确，BD错误。 【变式2】（单选）年，物理学家卢瑟福和他的学生用粒子轰击金箔，研究粒子被散射的情况，实验中用高速的粒子轰击薄金箔，发现绝大多数的粒子穿过薄金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子约占发生角度较大的偏转，极少数的粒子偏转角度大于，甚至观察到偏转角度接近的，其散射示意图如图所示。关于粒子散射实验，下列说法正确的是(    ) A. 实验验证了汤姆孙的“枣糕模型” B. 实验中粒子发生偏转的原因是受到电子对它的库仑力作用 C. 大多数粒子发生大角度偏转 D. 由实验数据可以估算出金原子核的直径数量级 【答案】D  【解析】A、实验的目的是想验证汤姆生的“枣糕”模型，但是成了否定它的证据，并提出原子核式结构模型，故 A错误； B、实验中粒子穿过金原子核发生偏转的原因是受到原子核带正电对它的库仑力作用，离原子核越近，受到的库仑斥力越大，故 B错误； C、极少数粒子发生大角度偏转现象，主要是由于粒子和原子核发生碰撞的结果，是因为金原子核很小且质量和电荷量远大于粒子的质量和电荷量，粒子接近原子核的机会很小，故C错误 D、根据粒子散射实验可以估算金原子核的直径数量级，故D正确． 【变式3】（单选）年，物理学家卢瑟福和他的学生用粒子轰击金箔，研究粒子被散射的情况，其实验装置如图所示．关于粒子散射实验，下列说法正确的是(    ) A. 粒子发生偏转是由于它跟电子发生了碰撞 B. 粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C. 粒子散射实验说明原子中有一个带正电的核几乎占有原子的全部质量 D. 通过粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是 【答案】C  【解析】粒子发生偏转是由于它受到原子核的斥力，并不是跟电子发生了碰撞，A错误； 造成粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大，B错误； 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，实验表明原子中心的核带有原子的全部正电，和几乎全部质量，C正确； 粒子散射实验可以估算出原子核半径的数量级是 ，D错误． 【方法技巧】 方法技巧1 带电粒子的比荷常见的三种测量方法 (1)利用磁偏转测比荷：由qvB＝m得＝，只需知道磁感应强度B、带电粒子的速度v和偏转半径R即可。 (2)利用电偏转测比荷：偏移量y＝at2＝·()2，故＝，所以在偏转电场电压U、d、L已知时，只需测量v和y即可。 (3)利用加速电场测比荷：由动能定理qU＝mv2得＝，在加速电场电压U已知时，只需测出v即可。　　　　 方法技巧2 原子的核式结构与 “枣糕模型”的区别 核式结构 “枣糕模型” 原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里 原子是充满了正电荷的球体 电子绕核高速旋转 电子均匀嵌在原子球体内 【巩固训练】 一、单选题。 1.关于原子结构的认识历程，下列说法正确的是(    ) 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”精确测定了电子电荷 C. 卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释原子中带正电部分的体积、质量占比都很小 D. 粒子散射实验中少数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  【解析】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，故A错误； 密立根通过著名的“油滴实验”精确测定电子电荷，故B错误； 卢瑟福提出的原子核式结构模型解释了原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，故C错误； 粒子散射实验中少数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，故D正确。 2.关于粒子散射实验正确的是(    ) A. 实验要在真空中进行 B. 荧光屏是为了阻挡粒子 C. 实验中显微镜必须正对放射源 D. 证明了原子核中有质子存在 【答案】A  【解析】A.  粒子散射实验要求在真空中进行，A正确； B.荧光屏是为了使  粒子打在荧光屏上，通过观察荧光屏上的亮点来记录  粒子散射后的位置，B错误； C.荧光屏和观察闪光的显微镜能够围绕金箔在一个圆周上运动，故实验中显微镜不是必须正对放射源，C错误； D.该实验证明了原子核中原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上，并未证明原子核中有质子存在，D错误。 故选A。 3.如图所示是卢瑟福粒子散射实验的实验装置图，以下说法正确的是(    ) A. 粒子是质子 B. 图中、两位置观察到的闪光次数接近 C. 实验表明原子核集中了原子几乎全部质量 D. 该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性 【答案】C  【解析】A.粒子是氦核，故A错误； B.在粒子散射实验中，大多数粒子沿直线穿过金箔，在位置观察到的闪光次数多，极少数粒子被反弹回来，在位置观察到的闪光次数极少，、两位置观察到的闪光次数不接近，故B错误； C.少数粒子发生大角度的偏转，极少数粒子甚至被反弹回来，说明原子核集中了原子几乎全部质量，故C正确； D.卢瑟福粒子散射实验否定了汤姆孙原子模型，建立了原子核式结构模型，故D错误。 故选C。 4.物理学家卢瑟福和他的学生用粒子轰击金箔，研究粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于粒子散射实验，下列说法正确的是(    ) A. 大多数粒子发生大角度偏转 B. 粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C. 粒子散射实验说明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 D. 通过粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是 【答案】C  【解析】A.当粒子穿过原子时，电子对粒子影响很小，影响粒子运动的主要是原子核，离核远则粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，故A错误； B.造成粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大，不是由于它跟电子发生了碰撞，故B错误； C.粒子散射实验说明原子内部很空旷，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，故C正确； D.通过粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是，故D错误。 故选C。 5.关于原子模型及其建立过程叙述正确的是(    ) A. 阴极射线是是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电量 B. 汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷也是呈点状均匀镶嵌在球体内，而并非弥漫性分布于球内；该理论无法解释粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代。 C. 粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为 D. 卢瑟福根据粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域原子核，电子绕核做圆周运动，库仑力提供向心力。 【答案】C  【解析】A、汤姆孙被称作“电子之父”，他通过对阴极射线的研究发现了电子，并测定了电子的比荷，而电子的电量是密立根通过油滴实验测定的，故A错误； B、汤姆逊通过对阴极射线的研究，提出原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，故B错误； C、通过粒子散射实验的结果可以估测原子核直径的数量级为，故C正确； D、卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，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里。而电子绕核做圆周运动，库仑力提供向心力，故D错误。 故选C。 6.如图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的，，，四个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确的是(    ) A. 放在位置时屏上观察不到闪光 B. 放在位置时屏上能观察到一些闪光，但次数极少 C. 相同时间内放在位置时观察到屏上的闪光次数最少 D. 相同时间内放在位置时观察到屏上的闪光次数比放在位置时多 【答案】B  【解析】A. 根据实验现象可知，放在位置时屏上能观察到闪光，故A错误； B. 放在位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少，说明极少数粒子有较大程度的偏折，B正确； C. 放在位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，故C错误； D. 放在位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，比放在位置时少，故D错误。 故选B。 二、多选题。 7.J.汤姆孙于年提出一种原子模型，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。如图所示，已知原子球体半径为，球内一电子到球心的距离为，静止的均匀带电球壳在其内部空腔中产生的电场强度处处为零。按照汤姆孙的原子模型，(    ) A. 可解释原子成电中性 B. 可解释粒子轰击金箔发现有少数粒子发生较大偏转 C. 电子受到球体内正电荷库仑力的方向沿着指向方向 D. 电子受到球体内正电荷库仑力的大小与的距离成正比 【答案】AD  【解析】A、原子由带正电的部分和带负电的电子组成，若正、负电荷的总量相等，原子整体就呈电中性。汤姆孙模型中正电荷弥漫性均匀分布，电子镶嵌其中，能满足正、负电荷总量平衡，可解释原子成电中性， A正确； 、粒子轰击金箔实验中，“少数粒子发生较大偏转”说明原子内存在一个质量大、体积小、带正电的“核心”即原子核。但汤姆孙模型认为正电荷是均匀分布的，没有核结构，无法解释这一现象， B错误； 、正电荷均匀分布，可将球体分为两部分：以为球心、为半径的“小球”，以及“小球”外的“球壳”。根据题意，均匀带电球壳内部电场强度处处为零，因此只有“小球”内的正电荷会对电子产生库仑力。正电荷对电子负电荷的库仑力是吸引力，方向应是沿着指向方向电子受正电荷吸引，向球心靠拢，而非“指向， C错误； 、设原子内正电荷的体密度为，则“小球”半径为内的正电荷量为。根据库仑定律与电场的关系，电子受到的库仑力为电子电荷量，为”小球”在处产生的电场强度。对于均匀带电球体内部，电场强度与成正比，因此库仑力，即电子受到的库仑力大小与的距离成正比， D正确。  8.如图所示为粒子散射实验的示意图：放射源发出射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理错误的是(    ) A. 在位置接收到的粒子最多 B. 在位置接收到粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内 C. 位置接收到的粒子一定比位置接收到的粒子所受金原子核斥力的冲量更大 D. 若正电荷均匀分布在原子内，则三个位置接收到粒子的比例应相差不多 【答案】AC  【解析】A.原子的内部是很空阔的，原子核非常小，所以绝大多数粒子的运动轨迹没有发生偏转，则在位置接收到的粒子最多，所以A错误，符合题意； B.在位置接收到粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内，所以B正确，不符合题意； C.位置接收到的粒子一定比位置接收到的粒子所受金原子核斥力的冲量更小，因为在位置粒子速度反向运动，则动量的变化量更大，所以冲量更大，则C错误，符合题意； D.若正电荷均匀分布在原子内，则粒子与原子正面撞击，粒子最后反弹，则三个位置接收到粒子的比例应相差较多，所以D正确，不符合题意。 故选AC。 9.粒子散射实验是近代物理学中经典的实验之一，卢瑟福通过该实验证实了原子的核式结构模型，其实验装置如图所示。下列说法正确的是(    ) A. 荧光屏在位置的亮斑比位置多 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. 荧光屏在位置的亮斑比、位置少 D. 该实验说明原子质量均匀地分布在原子内 【答案】BC  【解析】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，可知荧光屏在位置的亮斑比位置少，荧光屏在位置的亮斑比、位置少，选项A错误，C正确； 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，而不是原子质量均匀地分布在原子内，选项B正确，D错误。 故选BC。 10.年卢瑟福指导他的学生做了著名的粒子散射实验。粒子轰击金箔的轨迹如图所示。下列说法正确的是(    ) A. 少数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. 在粒子散射实验中，当粒子最接近原子核时，电势能最小 【答案】BC  【解析】A.少数粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于粒子受到金属原子核的斥力作用较大，而非与电子发生了碰撞，A错误； 绝大多数粒子沿直线穿过，偏转角很小，说明原子内部大部分是中空的，极少数粒子被弹回，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，BC正确； D.在粒子散射实验中，当粒子接近原子核时，电场力对粒子做负功，电势能增加，因此粒子最接近原子核时，电势能最大，D错误。 故选BC。 11.在粒子散射实验中，如果一个粒子跟金箔中的电子相碰，下列说法正确的是(    ) A. 粒子发生大角度的偏转 B. 粒子不会发生明显偏转 C. 粒子可能被弹回 D. 粒子能量几乎不变 【答案】BD  【解析】粒子间的碰撞满足动量守恒定律，因为粒子的质量远远大于电子的质量，粒子动量几乎不变，所以粒子不会发生明显偏转，不可能被弹回，能量也几乎不会发生改变。故AC错误，BD正确。 故选BD。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.3 原子的核式结构模型 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：电子的发现 2 知识点2：原子的核式结构与原子核的电荷与尺度 4 【方法技巧】 7 方法技巧1带电粒子的比荷常见的三种测量方法 7 方法技巧2 原子的核式结构与 “枣糕模型”的区别 8 【巩固训练】 8 【学习目标】 学习目标： 1. 知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。 2. 知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象以及原子核式结构模型的主要内容。 3. 知道原子和原子核大小的数量级，原子核的电荷数。 学习重点： 1. α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容。 2. 知道原子和原子核大小的数量级，知道原子核的电荷数。 学习难点： 1. α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：电子的发现 1．阴极射线 阴极发出的一种射线，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，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。 3．密立根实验 (1)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e的值为e＝1.6×10－19 C。 (2)电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是e的整数倍。 (3)电子的质量me＝9.1×10－31 kg，质子质量与电子质量的比值为＝1836。 【归纳总结】 电子发现的意义： (1)电子发现以前，人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒。 (2)当时人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分。 (3)电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的。 【典例1】（单选）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. 汤姆孙发现了电子，并精确测量了电子的电荷量 【典例2】世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点．一种观点认为阴极射线是电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电粒子．年，汤姆孙判断出该射线的电性，并求出了这种粒子的比荷，为确定阴极射线的本质做出了重要贡献．假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者，请回答下列问题： 如图所示的真空玻璃管内，阴极发出的粒子经加速后形成一束很细的射线，以平行于金属板、的速度沿板间轴线进入、间的区域，若两极板、间无电压、粒子将打在荧光屏上点．如何判断射线粒子的电性？ 已知、间的距离为，在、间施加电压，使极板的电势高于极板，同时在极板间施加一个磁感应强度大小为的匀强磁场，可以保持射线依然打到点．求该匀强磁场的方向和此时射线粒子的速度的大小． 撤去中的磁场，、间的电压仍为，射线打在屏上点．已知极板的长度为，极板区的中点到荧光屏中点的距离为，到的距离为试求射线粒子的比荷． 【变式1】（单选）下列关于阴极射线的说法正确的是(    ) A. 阴极射线是高速的质子流 B. 阴极射线可以用人眼直接观察到 C. 阴极射线是高速运动的电子流 D. 阴极射线是电磁波 【变式2】（单选）汤姆孙对阴极射线本质的研究，采用的科学方法是(    ) A. 用阴极射线轰击金箔，观察其散射情况 B. 用“油滴实验”精确测定电子所带电荷量 C. 用阴极射线轰击荧光物质，对荧光物质发出的光进行光谱分析 D. 让阴极射线通过电场和磁场，通过阴极射线的偏转情况判断其电性和计算其比荷 【变式3】年汤姆孙发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索。年密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带电荷量是某一数值的整数倍，于是称这一数值为基本电荷。如图所示，两块完全相同的金属极正对着水平放置，板间的距离为。当质量为的微小带电油滴在两板间运动时，所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时，可以观察到油滴竖直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为；当两板间加电压上极板的电势高时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间内运动的距离与在时间内运动的距离相等。忽略空气浮力。重力加速度为。 判断上述油滴的电性，要求说明理由； 求上述油滴所带的电荷量； 多次改变油滴带电量的大小，并记录下多组的测量值如下图所示单位：请同学们对数据进行分析并总结出结论。 知识点2：原子的核式结构与原子核的电荷与尺度 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，如图所示。有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。 2．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粒子放射源到荧光屏这段路程处于真空中。 (2)实验的注意事项： ①整个实验过程在真空中进行。 ②金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过。 ③使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄。另外金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显。 (3)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，极少数偏转的角度甚至大于90°。它们几乎被“撞了回来”。 (4)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 (1)实验现象的分析： ①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。 ②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比它本身大得多的物质的作用。J.J. 汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射。 ③绝大多数α粒子在穿过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，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内。 (2)结论：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。 4.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。 【典例1】（单选）如图所示为粒子散射实验的示意图：放射源发出射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中、、为其中的三个位置。下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理正确的是(    ) A. 在位置接收到的粒子最多 B. 在位置接收到粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内 C. 位置接收到的粒子一定比位置接收到的粒子所受金原子核斥力的冲量更大 D. 若正电荷均匀分布在原子内，则、、三个位置接收到粒子的比例应相差不多 【典例2】（单选）通过粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型：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。下列说法正确的是(    ) A. 实验时，应将粒子放射源、金箔及荧光屏置于真空中 B. 电子对粒子速度大小和方向的影响不可忽略 C. 绝大多数粒子运动方向几乎不变，是由于原子是电中性的 D. 当粒子距离正电体很近时，发生大角度偏转是由于受到很强的核力 【变式1】（单选）如图为粒子散射的实验装置示意图，实验观测发现，有少数粒子发生了大角度偏转，说明(    ) A. 粒子跟电子发生了碰撞 B. 金原子核内部有复杂结构 C. 金原子中有带正电的原子核 D. 粒子受到金原子核库仑引力 【变式2】（单选）年，物理学家卢瑟福和他的学生用粒子轰击金箔，研究粒子被散射的情况，实验中用高速的粒子轰击薄金箔，发现绝大多数的粒子穿过薄金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子约占发生角度较大的偏转，极少数的粒子偏转角度大于，甚至观察到偏转角度接近的，其散射示意图如图所示。关于粒子散射实验，下列说法正确的是(    ) A. 实验验证了汤姆孙的“枣糕模型” B. 实验中粒子发生偏转的原因是受到电子对它的库仑力作用 C. 大多数粒子发生大角度偏转 D. 由实验数据可以估算出金原子核的直径数量级 【变式3】（单选）年，物理学家卢瑟福和他的学生用粒子轰击金箔，研究粒子被散射的情况，其实验装置如图所示．关于粒子散射实验，下列说法正确的是(    ) A. 粒子发生偏转是由于它跟电子发生了碰撞 B. 粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C. 粒子散射实验说明原子中有一个带正电的核几乎占有原子的全部质量 D. 通过粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是 【方法技巧】 方法技巧1 带电粒子的比荷常见的三种测量方法 (1)利用磁偏转测比荷：由qvB＝m得＝，只需知道磁感应强度B、带电粒子的速度v和偏转半径R即可。 (2)利用电偏转测比荷：偏移量y＝at2＝·()2，故＝，所以在偏转电场电压U、d、L已知时，只需测量v和y即可。 (3)利用加速电场测比荷：由动能定理qU＝mv2得＝，在加速电场电压U已知时，只需测出v即可。　　　　 方法技巧2 原子的核式结构与 “枣糕模型”的区别 核式结构 “枣糕模型” 原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里 原子是充满了正电荷的球体 电子绕核高速旋转 电子均匀嵌在原子球体内 【巩固训练】 一、单选题。 1.关于原子结构的认识历程，下列说法正确的是(    ) 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”精确测定了电子电荷 C. 卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释原子中带正电部分的体积、质量占比都很小 D. 粒子散射实验中少数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 2.关于粒子散射实验正确的是(    ) A. 实验要在真空中进行 B. 荧光屏是为了阻挡粒子 C. 实验中显微镜必须正对放射源 D. 证明了原子核中有质子存在 3.如图所示是卢瑟福粒子散射实验的实验装置图，以下说法正确的是(    ) A. 粒子是质子 B. 图中、两位置观察到的闪光次数接近 C. 实验表明原子核集中了原子几乎全部质量 D. 该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性 4.物理学家卢瑟福和他的学生用粒子轰击金箔，研究粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于粒子散射实验，下列说法正确的是(    ) A. 大多数粒子发生大角度偏转 B. 粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C. 粒子散射实验说明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 D. 通过粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是 5.关于原子模型及其建立过程叙述正确的是(    ) A. 阴极射线是是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电量 B. 汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷也是呈点状均匀镶嵌在球体内，而并非弥漫性分布于球内；该理论无法解释粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代。 C. 粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为 D. 卢瑟福根据粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域原子核，电子绕核做圆周运动，库仑力提供向心力。 6.如图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的，，，四个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确的是(    ) A. 放在位置时屏上观察不到闪光 B. 放在位置时屏上能观察到一些闪光，但次数极少 C. 相同时间内放在位置时观察到屏上的闪光次数最少 D. 相同时间内放在位置时观察到屏上的闪光次数比放在位置时多 二、多选题。 7.J.汤姆孙于年提出一种原子模型，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。如图所示，已知原子球体半径为，球内一电子到球心的距离为，静止的均匀带电球壳在其内部空腔中产生的电场强度处处为零。按照汤姆孙的原子模型，(    ) A. 可解释原子成电中性 B. 可解释粒子轰击金箔发现有少数粒子发生较大偏转 C. 电子受到球体内正电荷库仑力的方向沿着指向方向 D. 电子受到球体内正电荷库仑力的大小与的距离成正比 8.如图所示为粒子散射实验的示意图：放射源发出射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理错误的是(    ) A. 在位置接收到的粒子最多 B. 在位置接收到粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内 C. 位置接收到的粒子一定比位置接收到的粒子所受金原子核斥力的冲量更大 D. 若正电荷均匀分布在原子内，则三个位置接收到粒子的比例应相差不多 9.粒子散射实验是近代物理学中经典的实验之一，卢瑟福通过该实验证实了原子的核式结构模型，其实验装置如图所示。下列说法正确的是(    ) A. 荧光屏在位置的亮斑比位置多 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. 荧光屏在位置的亮斑比、位置少 D. 该实验说明原子质量均匀地分布在原子内 10.年卢瑟福指导他的学生做了著名的粒子散射实验。粒子轰击金箔的轨迹如图所示。下列说法正确的是(    ) A. 少数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. 在粒子散射实验中，当粒子最接近原子核时，电势能最小 11.在粒子散射实验中，如果一个粒子跟金箔中的电子相碰，下列说法正确的是(    ) A. 粒子发生大角度的偏转 B. 粒子不会发生明显偏转 C. 粒子可能被弹回 D. 粒子能量几乎不变 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $