第四章 3 原子的核式结构模型（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第三册教师用书（人教版 浙江）

3　原子的核式结构模型 ［学习目标］　1.知道阴极射线的组成，体会电子发现过程中所蕴含的科学方法，知道电荷是量子化的。 2.了解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(重难点)。3.知道原子和原子核大小的数量级，知道原子核的电荷数(重点)。 一、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.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)。 3.电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是e的整数倍。 4.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。 如图所示为汤姆孙的气体放电管。 (1)K、A部分起什么作用？ (2)在金属板D1、D2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？ (3)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？ 答案　(1)K、A部分产生阴极射线。 (2)阴极射线向下偏转，与电场线方向相反，说明阴极射线带负电。 (3)由左手定则可得，在金属板D1、D2之间单独加垂直纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转。 (1)阴极射线实际上是高速运动的电子流。(　√　) (2)带电体的电荷量可以是任意数值。(　×　) (3)电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的。(　×　) (4)电子的质量与电荷量的比值称为电子的比荷。(　×　) 例1　汤姆孙测定电子比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示。真空玻璃管内，阴极K发出的电子经加速后，穿过小孔A、C，沿中心轴线OP1以速度v进入两块水平正对放置的极板D1、D2间，射出后到达右端的荧光屏上形成光点。若极板D1、D2间无电压，电子将打在荧光屏上的中心P1点。现在极板间加上竖直方向、电场强度大小为E的匀强电场后，电子向上偏转；再在极板间施加一个方向垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出)，电子在荧光屏上产生的光点又回到了P1点；接着去掉电场，电子向下偏转，射出极板时偏转角为θ。已知极板的长度为L，忽略电子的重力及电子间的相互作用。求： (1)匀强磁场的磁感应强度大小； (2)电子的比荷。 答案　(1)　(2)sin θ 解析　(1)电子以速度v进入叠加场，当电子在静电力和洛伦兹力共同作用下做匀速直线运动时，电子将打在P1点， 则电子受力平衡eE=evB， 解得匀强磁场的磁感应强度大小为B= (2)撤去电场后，电子仅在磁场中偏转，如图所示 由洛伦兹力提供向心力得 evB= 由几何关系知L=rsin θ， 可得=sin θ。 二、原子的核式结构模型 如图所示为1909年英国物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的实验装置，阅读课本，回答以下问题： (1)什么是α粒子？ (2)实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？ 答案　(1)α粒子He)是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核，质量是电子质量的7 300倍。 (2)①α粒子源：把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能的α粒子。 ②带荧光屏的显微镜：观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光。 实验过程：α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子会改变原来的运动方向。带有显微镜的荧光屏可以沿题图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目。 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。 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”。 (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。 1.按照J.J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。α粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进？ 答案　α粒子受到的各方向正电荷的斥力基本会相互平衡，因此α粒子沿直线运动的可能性最大，最不可能发生大角度偏转。 2.少数α粒子发生大角度偏转的原因是什么？ 答案　α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的占原子质量绝大部分的原子核的排斥力发生了大角度偏转。 例2　(2023·湖州市高二期中)如图为卢瑟福和他的助手做α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A、B、C、D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C位置时屏上观察不到闪光 B.放在D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A位置时观察到屏上的闪光次数最少 D.相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时多 答案　B 解析　放在C、D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少，故A错误，B正确； 放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，故C错误； 放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少，故D错误。 例3　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.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 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了电子电荷，故B错误；卢瑟福提出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很小，质量占比很大，故C错误；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的核式结构模型的主要依据，故D正确。 三、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。 例4　下列对原子及原子核的认识，正确的是(　　) A.原子由原子核和核外电子组成 B.原子核带有原子的全部正电荷和全部原子的质量 C.原子核半径的数量级为10-10 m D.中性原子核外电子带的负电荷之和小于原子核所带的正电荷 答案　A 解析　原子由原子核和核外电子组成，故A正确；原子核的质量与电子的质量之和就是原子的质量，故B错误；原子半径的数量级是10-10 m，原子核是原子内很小的核，半径数量级为10-15 m，C错误；中性原子核外电子带的负电荷之和与原子核所带的正电荷相等，D错误。 课时对点练　［分值：80分］ 1~7题每题5分，共35分 考点一　电子的发现 1.英国物理学家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　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；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；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；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。 2.(多选)1897年英国物理学家J.J.汤姆孙发现了电子，下列关于电子的说法正确的是(　　) A.J.J.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转情况得出了阴极射线是带负电的粒子流的结论，并求出阴极射线的比荷 B.J.J.汤姆孙通过对光电效应的研究，发现了电子 C.电子的质量是质子质量的1836倍 D.J.J.汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线和光电效应等现象的研究，发现电子是原子组成部分，是比原子更基本的物质单元 答案　AD 解析　英国物理学家J.J.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，得出阴极射线是由速度很高的带负电的粒子组成的这一结论，这种粒子就是电子，电子的质量比质子质量小得多，他的发现表明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元，选项A、D正确，B、C错误。 3.(多选)如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是(粒子重力忽略不计)(　　) A.若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到荧光屏的中点P1点 B.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转 C.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转 D.若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线向上偏转 答案　AC 解析　实验证明，阴极射线是电子束，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，选项C正确，选项B错误； 加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，由左手定则知要向下偏转，选项D错误； 当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A正确。 考点二　原子的核式结构模型 4.卢瑟福提出了原子核式结构模型。当时他提出这种模型的实验依据是(　　) A.α粒子散射实验 B.光电效应实验 C.天然放射现象 D.阴极射线的发现 答案　A 解析　卢瑟福根据α粒子散射实验的结果，提出了原子核式结构模型，A正确，B、C、D错误。 5.物理学家卢瑟福和他的助手用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　) A.大多数α粒子发生大角度偏转 B.α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C.α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α粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10-10 m 答案　C 解析　当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当α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α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数α粒子发生大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，故A、B错误；α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；通过α粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10-15 m，故D错误。 考点三　原子核的电荷与尺度 6.关于原子结构，下列说法正确的是(　　) A.原子中的原子核很小，核外很“空旷” B.原子核半径的数量级是10-10 m C.原子的全部电荷都集中在原子核里 D.原子的全部质量都集中在原子核里 答案　A 解析　原子中的原子核很小，核外很“空旷”，A正确；原子核半径的数量级是10-15 m，原子半径的数量级是10-10 m，B错误；原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，核外电子带负电且具有一定质量，C、D错误。 7.(多选)对原子的认识，正确的是(　　) A.原子由原子核和核外电子组成 B.原子核的质量就是原子的质量 C.原子核的电荷数就是核中的质子数 D.原子序数等于核电荷与电子电荷大小的比值 答案　ACD 8~10题每题7分，11题10分，共31分 8.如图为卢瑟福的α粒子散射实验，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为(　　) A.轨迹a B.轨迹b C.轨迹c D.轨迹d 答案　A 解析　卢瑟福通过α粒子散射提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，因离原子核越近，受到的库仑斥力越强，则偏转程度越强，所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为a，故选A。 9.(2023·嘉兴高级中学高二期中)如图是电子射线管的示意图。接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是(　　) A.加一磁场，磁场方向沿z轴负方向 B.加一磁场，磁场方向沿y轴正方向 C.加一电场，电场方向沿z轴负方向 D.加一电场，电场方向沿y轴正方向 答案　B 解析　加一磁场，磁场方向沿z轴负方向，由左手定则知电子受洛伦兹力的方向沿y轴负方向，电子不会沿z轴向下偏转，故A错误；加一磁场，磁场方向沿y轴正方向，由左手定则知电子受洛伦兹力的方向沿z轴负方向，电子沿z轴向下偏转，故B正确；加一电场，电场方向沿z轴负方向，电子受静电力沿z轴正方向，电子不会沿z轴向下偏转，故C错误；加一电场，电场方向沿y轴正方向，电子受静电力沿y轴负方向，电子不会沿z轴向下偏转，故D错误。 10.根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图为原子核式结构模型的α粒子散射图。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中一个α粒子在从a运动到b再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列判断中正确的是(　　) A.α粒子的动能先增大后减小 B.α粒子的电势能先增大后减小 C.α粒子的加速度先减小后增大 D.库仑力对α粒子先做正功后做负功 答案　B 解析　α粒子先靠近原子核，然后又远离原子核，则在运动过程中，库仑力对α粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，由动能定理知，动能先减小后增大，B正确，A、D错。 α粒子受到的库仑力先增大后减小，由牛顿第二定律知，加速度先增大后减小，C错。 11.(10分)美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验。如图所示，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，图中油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止(已知重力加速度为g)。 (1)(4分)若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)(3分)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q=　　　　　； (3)(3分)若电子的带电荷量为e，则该油滴的电荷量与电子电荷量的比值为　　　　　。 答案　(1)ABC　(2)　(3) 解析　(1)由题意油滴静止时有mg=qE=q，所以需要测油滴质量、两板间的电压和两板间的距离。故选A、B、C。 (2)由上述分析可得q= (3)设该油滴的电荷量与电子电荷量的比值为n， 则有ne=q，n==。 12.(14分)如图为汤姆孙用来测定电子比荷的装置。当极板P和P'间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O'点，O'点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与P'之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到O点。已知极板水平方向长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2； (1)(4分)求打在荧光屏O点的电子速度的大小； (2)(10分)推导出电子比荷的表达式。 答案　(1)　(2) 解析　(1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有：Bev=Ee=e 得v=， 即打到荧光屏O点的电子速度的大小为。 (2)P与P'之间只有偏转电场时，电子的加速度为a，运动时间为t，电子离开偏转电场的偏移量为y，速度偏转角为θ，根据运动学公式：y=at2 根据牛顿第二定律有：a= 运动时间：t= 解得：y= 由于= 可得：=。 学科网（北京）股份有限公司 $ 3　原子的核式结构模型 DISIZHANG 第四章 1 1.知道阴极射线的组成，体会电子发现过程中所蕴含的科学方法，知道电荷是量子化的。 2.了解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(重难点)。 3.知道原子和原子核大小的数量级，知道原子核的电荷数(重点)。 学习目标 2 一、电子的发现 二、原子的核式结构模型 课时对点练 三、原子核的电荷与尺度 内容索引 3 电子的发现 一 4 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.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= (保留两位有效数字)。 3.电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是 的整数倍。 4.电子的质量me= (保留两位有效数字)，质子质量与电子质量的比值为= 。 1.6×10-19 C 9.1×10-31 kg 1 836 e 如图所示为汤姆孙的气体放电管。 (1)K、A部分起什么作用？ 答案　K、A部分产生阴极射线。 (2)在金属板D1、D2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？ 答案　阴极射线向下偏转，与电场线方向相反，说明阴极射线带负电。 思考与讨论 (3)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？ 答案　由左手定则可得，在金属板D1、D2之间单独加垂直纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转。 (1)阴极射线实际上是高速运动的电子流。(　　) (2)带电体的电荷量可以是任意数值。(　　) (3)电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的。(　　) (4)电子的质量与电荷量的比值称为电子的比荷。(　　) × √ × × 易错辨析 汤姆孙测定电子比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示。真空玻璃管内，阴极K发出的电子经加速后，穿过小孔A、C，沿中心轴线OP1以速度v进入两块水平正对放置的极板D1、D2间，射出后到达右端的荧光屏上形成光点。若极板D1、D2间无电压，电子将打在荧光屏上的中心P1点。现在极板间加上竖直方向、电场强度大小为E的匀强电场后，电子向上偏转；再在极板间施加一个方向垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出)，电子在荧光屏上产生的光点 又回到了P1点；接着去掉电场，电 子向下偏转，射出极板时偏转角为θ。 已知极板的长度为L，忽略电子的重力及电子间的相互作用。求： 例1 (1)匀强磁场的磁感应强度大小； 答案　 电子以速度v进入叠加场，当电子在静电力和洛伦兹力共同作用下做匀速直线运动时，电子将打在P1点， 则电子受力平衡eE=evB， 解得匀强磁场的磁感应强度大小为B= (2)电子的比荷。 答案　sin θ 撤去电场后，电子仅在磁场中偏转，如图所示 由洛伦兹力提供向心力得 evB= 由几何关系知L=rsin θ， 可得=sin θ。 返回 原子的核式结构模型 二 12 如图所示为1909年英国物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的实验装置，阅读课本， 回答以下问题： (1)什么是α粒子？ 答案　α粒子He)是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核，质量是电子质量的7 300倍。 (2)实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？ 答案　①α粒子源：把放射性元素钋放在 带小孔的铅盒中，放射出高能的α粒子。 ②带荧光屏的显微镜：观察α粒子打在荧 光屏上发出的微弱闪光。 实验过程：α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子会改变原来的运动方向。带有显微镜的荧光屏可以沿题图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目。 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 “ 模型”，如图。 2.α粒子散射实验： (1)α粒子散射实验装置由α粒子源、 、 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 中。 梳理与总结 枣糕 金箔 真空 (2)实验现象 ① α粒子穿过金箔后，基本上仍沿 的方向前进； ② α粒子发生了 偏转；极少数偏转的角度甚至 ，它们几乎被“ ”。 (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 模型。 3.核式结构模型：原子中带 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。 绝大多数 原来 少数 大角度 大于90° 撞了回来 核式结构 正 1.按照J.J.汤姆孙的原子模型，正电荷均匀分布在整个原子球体内。α粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能沿哪些方向前进？ 思考与讨论 答案　α粒子受到的各方向正电荷的斥力基本会相互平衡，因此α粒子沿直线运动的可能性最大，最不可能发生大角度偏转。 2.少数α粒子发生大角度偏转的原因是什么？ 答案　α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的占原子质量绝大部分的原子核的排斥力发生了大角度偏转。 　(2023·湖州市高二期中)如图为卢瑟福和他的助手做α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A、B、C、D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C位置时屏上观察不到闪光 B.放在D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A位置时观察到屏上的闪光次数最少 D.相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时多 例2 √ 放在C、D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少，故A错误，B正确； 放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光 次数最多，故C错误； 放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光 次数比放在A位置时少，故D错误。 　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.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 例3 √ 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了电子电荷，故B错误； 卢瑟福提出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很小，质量占比很大，故C错误； 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的核式结构模型的主要依据，故D正确。 返回 原子核的电荷与尺度 三 22 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 和 组成的，原子核的电荷数就是核中的 。 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 m，而整个原子半径的数量级是 m，两者相差十万倍之多。 质子 中子 质子数 10-15 10-10 　下列对原子及原子核的认识，正确的是 A.原子由原子核和核外电子组成 B.原子核带有原子的全部正电荷和全部原子的质量 C.原子核半径的数量级为10-10 m D.中性原子核外电子带的负电荷之和小于原子核所带的正电荷 例4 √ 原子由原子核和核外电子组成，故A正确； 原子核的质量与电子的质量之和就是原子的质量，故B错误； 原子半径的数量级是10-10 m，原子核是原子内很小的核，半径数量级为10-15 m，C错误； 中性原子核外电子带的负电荷之和与原子核所带的正电荷相等，D错误。 返回 课时对点练 四 26 考点一　电子的发现 1.英国物理学家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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 基础对点练 √ 12 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； 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； 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； 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2.(多选)1897年英国物理学家J.J.汤姆孙发现了电子，下列关于电子的说法正确的是 A.J.J.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转情况得出了阴极射线是 带负电的粒子流的结论，并求出阴极射线的比荷 B.J.J.汤姆孙通过对光电效应的研究，发现了电子 C.电子的质量是质子质量的1836倍 D.J.J.汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线和光电效应等现象的研究， 发现电子是原子组成部分，是比原子更基本的物质单元 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 英国物理学家J.J.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，得出阴极射线是由速度很高的带负电的粒子组成的这一结论，这种粒子就是电子，电子的质量比质子质量小得多，他的发现表明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元，选项A、D正确，B、C错误。 12 3.(多选)如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是(粒子重力忽略不计) A.若在D1、D2之间不加电场 和磁场，则阴极射线应打 到荧光屏的中点P1点 B.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转 C.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转 D.若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线向上偏转 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 √ 实验证明，阴极射线是电子束，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，选项C正确，选项B错误； 加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，由左手定则知要向下偏转，选项D错误； 当不加电场和磁场时，电子 所受的重力可以忽略不计， 因而不发生偏转，选项A正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 卢瑟福根据α粒子散射实验的结果，提出了原子核式结构模型，A正确，B、C、D错误。 考点二　原子的核式结构模型 4.卢瑟福提出了原子核式结构模型。当时他提出这种模型的实验依据是 A.α粒子散射实验 B.光电效应实验 C.天然放射现象 D.阴极射线的发现 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5.物理学家卢瑟福和他的助手用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是 A.大多数α粒子发生大角度偏转 B.α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C.α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α粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10-10 m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当α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α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数α粒子发生大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，故A、B错误； α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； 通过α粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10-15 m，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 考点三　原子核的电荷与尺度 6.关于原子结构，下列说法正确的是 A.原子中的原子核很小，核外很“空旷” B.原子核半径的数量级是10-10 m C.原子的全部电荷都集中在原子核里 D.原子的全部质量都集中在原子核里 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 原子中的原子核很小，核外很“空旷”，A正确； 原子核半径的数量级是10-15 m，原子半径的数量级是10-10 m，B错误； 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，核外电子带负电且具有一定质量，C、D错误。 12 7.(多选)对原子的认识，正确的是 A.原子由原子核和核外电子组成 B.原子核的质量就是原子的质量 C.原子核的电荷数就是核中的质子数 D.原子序数等于核电荷与电子电荷大小的比值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 √ √ 8.如图为卢瑟福的α粒子散射实验，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子 可能的运动轨迹为 A.轨迹a B.轨迹b C.轨迹c D.轨迹d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 卢瑟福通过α粒子散射提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，因离原子核越近，受到的库仑斥力越强，则偏转程度越强， 所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可 能的运动轨迹为a，故选A。 12 9.(2023·嘉兴高级中学高二期中)如图是电子射线管的示意图。接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是 A.加一磁场，磁场方向沿z轴负方向 B.加一磁场，磁场方向沿y轴正方向 C.加一电场，电场方向沿z轴负方向 D.加一电场，电场方向沿y轴正方向 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 加一磁场，磁场方向沿z轴负方向，由左手定则知电子受洛伦兹力的方向沿y轴负方向，电子不会沿z轴向下偏转，故A错误； 加一磁场，磁场方向沿y轴正方向，由左手定则知电子受洛伦兹力的方向沿z轴负方向，电子沿z轴向下偏转，故B正确； 加一电场，电场方向沿z轴负方向，电子受静电力沿z轴正方向，电子不会沿z轴向下偏转，故C错误； 加一电场，电场方向沿y轴正方向， 电子受静电力沿y轴负方向，电子 不会沿z轴向下偏转，故D错误。 12 10.根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图为原子核式结构模型的α粒子散射图。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中一个α粒子在从a运动到b再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列判断中正确的是 A.α粒子的动能先增大后减小 B.α粒子的电势能先增大后减小 C.α粒子的加速度先减小后增大 D.库仑力对α粒子先做正功后做负功 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 α粒子先靠近原子核，然后又远离原子核，则在运动过程中，库仑力对α粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，由动能定理知，动能先减小后增大，B正确， A、D错。 α粒子受到的库仑力先增大后减小， 由牛顿第二定律知，加速度先增大 后减小，C错。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11.美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验。如图所示，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，图中油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止(已知重力加速度为g)。 (1)若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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ABC 由题意油滴静止时有mg=qE=q， 所以需要测油滴质量、两板间的 电压和两板间的距离。故选A、B、C。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由上述分析可得q= (2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q=　　　； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 设该油滴的电荷量与电子电荷量的比值为n， 则有ne=q，n==。 (3)若电子的带电荷量为e，则该油滴的电荷量与电子电荷量的比值为　　　　　。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12.如图为汤姆孙用来测定电子比荷的装置。当极板P和P'间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O'点，O'点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与P'之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为 B时，亮点重新回到O点。已知 极板水平方向长度为L1，极板 间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 尖子生选练 12 电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有：Bev=Ee=e 得v=， 即打到荧光屏O点的电子速度的大小为。 (1)求打在荧光屏O点的电子 速度的大小； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案　 (2)推导出电子比荷的表达式。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案　 P与P'之间只有偏转电场时，电子的加速度为a，运动时间为t，电子离开偏转电场的偏移量为y，速度偏转角为θ，根据运动学公式： y=at2 根据牛顿第二定律有：a= 运动时间：t= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解得：y= 由于= 可得：=。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 返回 12 $