4.3原子的核式结构模型 知识解读 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

本高中物理讲义聚焦原子的核式结构模型，系统梳理电子的发现（含阴极射线、汤姆孙探究、密立根实验及电荷量子化）、原子的核式结构模型（α粒子散射实验、卢瑟福模型与汤姆孙模型对比）、原子核的电荷与尺度（电荷数、组成及大小数量级），构建递进式学习支架。 该资料以典例（如汤姆孙阴极射线实验分析）和变式题引导学生通过科学推理理解模型建构，结合α粒子散射实验装置等内容培养科学探究能力。课中助力教师清晰呈现实验与理论的关联，课后随堂检测帮助学生巩固知识，有效查漏补缺。

4.3原子的核式结构模型（知识解读）（解析版） •知识点1 电子的发现 •知识点2 原子的核式结构模型 •知识点3 原子核的电荷与尺度 •作业 随堂检测 知识点1 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＝1.6×10－19C(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＝9.1×10－31kg(保留两位有效数字)，质子质量与电子质量的比值为＝1836。 6、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。 7、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)现在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。 注意：求解带电粒子比荷的思路 （1）带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系式。 （2）带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图来确定圆心位置，利用几何知识求其半径。 （3）带电粒子通过相互垂直的匀强电磁场时，可使其做匀速直线运动，根据qE=qvB可求其速度。 【典例1】如图所示是英国物理学家J.J.汤姆孙研究阴极射线使用的气体放电管示意图。由阴极K发出的带电粒子通过缝隙A、B形成一束细细的射线。它穿过两片平行的金属板D1、D2之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上。根据射线产生的荧光的位置（如P1、P2、P3...），可以研究射线的径迹。关于该实验，下列说法正确的是（    ） A．本实验可以确定阴极射线是带负电的粒子流，并根据实验数据测出这种粒子的比荷 B．阴极射线是从阴极材料的原子核中射出的 C．不同材料发出的阴极射线的比荷不同 D．阴极射线粒子的比荷与氢离子的比荷近似相等 【答案】A 【详解】A．本实验可通过在金属板D1、D2之间加上磁场或电场，根据阴极射线的偏转以及打在荧光屏上的荧光位置，确定阴极射线是带负电的粒子流，并根据实验数据测出这种粒子的比荷，故A正确； B．阴极射线是阴极受热后，原子的核外电子受激发而发射出的电子，故B错误； CD．不同材料所产生的阴极射线都是电子流，故不同材料发出的阴极射线的比荷相同，阴极射线粒子的比荷与氢离子的比荷相差很大，故CD错误。 故选A。 【变式1-1】电子是最早被发现的基本粒子，下列粒子不是电子的是（　　） A．阴极射线中的粒子 B．通电时金属导体中定向移动的粒子 C．探究原子结构中卢瑟福用来轰击金箔的粒子 D．发生光电效应时金属板上逸出的粒子 【答案】C 【详解】A．阴极射线中的粒子是电子。故A正确，与题意不符； B．通电时金属导体中定向移动的粒子是电子。故B正确，与题意不符； C．探究原子结构中卢瑟福用来轰击金箔的粒子是α粒子。故C错误，与题意相符； D．发生光电效应时金属板上逸出的粒子是电子。故D正确，与题意不符。 本题选不正确的故选C。 【变式1-2】（多选）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。 【变式1-3】（1）阴极射线：______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______（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。 【答案】 阴极 负电 知识点2 原子的核式结构模型 1、α粒子散射实验 （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，电子镶嵌在球中。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实验装置：α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。 ②实验现象： a.绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。 b.少数α粒子发生了大角度的偏转。 c.极少数α粒子的偏转角大于90°，甚至有极个别α粒子被反弹回来。 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。 2、卢瑟福的核式结构模型：1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核。它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。 3、原子的核式结构与原子的枣糕模型的比较 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 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 4、核式结构模型对粒子散射实验结果的解释 （1）当粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小，因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转。 （2）只有当粒子十分接近原子核时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少。 （3）如果粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到，这种机会极少，如图所示。 【典例2】在物理发展史上许多科学家都作出了不可磨灭的贡献，下列说法正确的是（　　） A．汤姆孙对阴极射线的研究发现电子，并提出了原子的核式结构模型 B．贝克勒尔发现天然放射现象，通过科学家们进一步研究说明原子核是有结构的 C．玻尔的原子理论具有局限性，它只能解释氢原子光谱中可见光部分的实验规律 D．爱因斯坦的光电效应理论认为“光子”不仅具有能量，而且还具有动量 【答案】B 【详解】A．物理学家汤姆孙通过对阴极射线大量研究最早发现了电子，并提出了原子的“枣糕模型”，卢瑟福和他的助手用粒子轰击金箔，发现极少数粒子大角度偏转，提出了原子的核式结构模型，故A错误； B．法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核是有结构的，故B正确； C．玻尔的原子理论只成功解释了氢原子光谱的实验规律，不能解释其他原子光谱，这说明了玻尔模型也是有局限性的，故C错误； D．爱因斯坦的光电效应理论认为“光子”具有能量，但没有认为“光子”具有动量，故D错误。 故选B。 【变式2-1】“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”获得2023年诺贝尔物理学奖，该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。已知1阿秒等于秒。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．夸克 B．电子 C．氢原子 D．质子 【答案】C 【详解】真空中光经过1阿秒前进的距离为 夸克的大小约为，电子的大小约为，氢原子的大小约为，质子的大小约为，故长度最接近的是氢原子。 故选C。 【变式2-2】（多选）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。 【变式2-3】卢瑟福的核式结构模型 核式结构模型：1911年由卢瑟福提出。在原子中心有一个很小的核，叫___________。它集中了全部的___________和几乎全部的___________，___________在核外空间运动。 【答案】 原子核 正电荷 质量 电子 知识点3 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。 4、原子的核式结构提出： （1）原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子序数。 （2）原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。 （3）原子核的大小：原子的半径数量级为10-10m，原子核半径的数量级为10-15m，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10-15。 【典例3】某同学简化了粒子散射实验：不考虑电荷间的相互作用，认为只有与原子核“接触”的粒子，才发生偏转。由此他提出一种估算原子核半径的二维简化方法：首先取一个面积为的薄材料（内有个原子），并将原子核模型简化为互不重叠、相互平行，面积为（为待求核半径）的小圆盘。当垂直圆盘面均匀入射个粒子，有个粒子通过薄材料后沿原方向出射，可估算为（    ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】发生偏转的粒子为击中原子核的粒子，数目为。均匀入射时，粒子击中原子核的概率等于所有原子核总横截面积与薄材料总面积的比值，也等于偏转粒子数与入射总粒子数的比值，因此有 整理得 故选A。 【变式3-1】在核物理研究的历史中，卢瑟福的α粒子散射实验具有奠基性意义，如图，关于该实验，下列说法正确的是（　　） A．确定了中子半径的数量级为10-10 m B．证明了原子内带正电的物质占据原子非常小的空间 C．观察到绝大多数α粒子发生了大角度偏转，甚至被反弹回来 D．卢瑟福根据该实验提出了原子的核式结构模型，且认为原子核由质子和中子组成 【答案】B 【详解】A．α粒子散射实验并未涉及中子（中子直到1932年才由查德威克发现），更无法确定其半径数量级，故A错误； BC．α粒子散射实验现象绝大多数α粒子穿过金箔后基本仍沿原方向前进，少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转角超过甚至被反弹回来，证明了原子内带正电的物质占据原子非常小的空间，故B正确，C错误； D．卢瑟福根据该实验提出了原子的核式结构模型，但未提出原子核由质子和中子组成，故D错误。 故选B。 【变式3-2】（多选）下列说法正确的是（　　） A．如图甲，是某黑体在不同温度下的辐射强度与波长的关系，则， B．如图乙，是封闭在容器中的一定质量的理想气体，若温度升高，其内能一定增大 C．如图丙，是同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线，则入射光的频率 D．如图丁，卢瑟福通过“粒子散射实验”确定了原子半径的数量级为 【答案】BC 【详解】A．随着温度的升高各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较小的方向偏移，则 ， A错误； B．理想气体的内能只和温度有关，若温度升高，其内能一定增大，B正确； C．由光电效应方程可得 故遏制电压越大，入射光的频率越高，则 C正确； D．卢瑟福通过“粒子散射实验”估算出原子核的半径，D错误。 故选BC。 【变式3-3】（多选）下列对原子结构的认识中正确的是（　　） A．原子中绝大部分是空的，原子核很小 B．电子在核外运动，核力提供向心力 C．原子的全部质量都集中在原子核里 D．原子的直径大约是 【答案】AD 【详解】A．原子中绝大部分是空的，原子核很小，A正确； B．电子在核外运动，库仑力提供向心力，B错误； C．原子的几乎全部质量都集中在原子核里，C错误； D．原子的直径大约是，D正确。 故选AD。 1．α粒子散射实验现象揭示了（　　） A．电子的存在 B．原子的核式结构 C．质子的存在 D．原子核可以再分 【答案】B 【详解】卢瑟福根据α粒子散射实验中极少数粒子发生大角度偏转的现象，提出了原子的核式结构模型，该实验揭示了原子的核式结构。 故选B。 2．关于原子核的组成，下列说法正确的是（　　） A．原子核由质子和中子组成 B．原子核由质子和电子组成 C．原子核由中子和电子组成 D．原子核由质子、中子和电子组成 【答案】A 【详解】原子核由质子和中子组成，电子位于原子核外。 故选A。 3．如图所示，为粒子散射实验装置的示意图。则单位时间内进入计数器的粒子个数随散射角变化的关系图可能符合事实的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据卢瑟福粒子散射实验的结果，绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，即散射角时，单位时间内进入计数器的粒子个数最多；少数粒子发生了较大的偏转，极少数粒子偏转角度超过，甚至被弹回，说明随着散射角的增大，粒子个数急剧减少。图A反映了时最大，且随增大迅速减小的特点。 故选A。 4．如图所示为α粒子散射实验的示意图：放射源发出α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1、2、3为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或者依据实验结果做出的推理，正确的是（　　） A．在位置1接收到的α粒子最多 B．在位置3接收到α粒子，说明正电荷不可能均匀分布在原子内 C．若正电荷均匀分布在原子内，则三个位置接收到α粒子的比例应相差不多 D．在位置1接收到的α粒子一定比在位置2接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大 【答案】D 【详解】A．原子的内部是很空旷的，原子核非常小，所以绝大多数α粒子的运动轨迹没有发生偏转，则在位置3接收到的α粒子最多，故A错误； B．在位置3接收到α粒子，说明原子内部空旷，在位置1接收到α粒子才说明正电荷不可能均匀分布，故B错误； C．若正电荷均匀分布在原子内，则α粒子与原子正面撞击，粒子最后反弹，则三个位置接收到α粒子的比例应相差很多，故C错误； D．位置2接收到的α粒子一定比位置1接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更小，因为在位置1，α粒子速度几乎反向，则动量的变化量更大，所以冲量更大，故D正确。 故选 D。 5．在物理学发展过程中，很多伟大的物理学家对物理的发展都做出了杰出的贡献。下列叙述与事实相符合的是（　　） A．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，发现了质子 B．汤姆孙发现了电子，并提出原子的核式结构模型 C．麦克斯韦认为，均匀变化的磁场可以产生均匀变化的电场 D．爱因斯坦提出的光电效应理论，可以很好地解释光电效应实验中的各种现象 【答案】D 【详解】A．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，而发现质子是他在1919年用α粒子轰击氮核的实验成果，并非源于α散射实验本身，故A错误； B．汤姆孙发现了电子，但提出核式结构模型的是卢瑟福，汤姆孙提出的是“葡萄干布丁”模型，故B错误； C．麦克斯韦理论指出，均匀变化的磁场会产生恒定的电场（如法拉第定律中，磁场均匀变化时，感生电场不随时间变化），而非均匀变化的电场，故C错误； D．爱因斯坦基于光子假设提出光电效应方程，成功解释了截止频率、光电子动能与频率关系等实验现象，故D正确。 故选D。 6．下列物理学的常识中，说法正确的是（　　） A．由场强公式可知，电场中某点的场强由试探电荷电荷量和所受电场力决定 B．美国物理学家密立根通过油滴实验比较准确地测定了电子的电荷量 C．电动势反映的是将其他形式的能转化为电能的本领，转化的能量越多，电源的电动势就越大 D．安培引入了电场的概念并用电场线表示电场 【答案】B 【详解】A．电场强度是电场本身的性质，与试探电荷的电荷量q以及所受电场力F无关。公式只是电场强度的定义式，用于计算电场强度大小，故A错误； B．美国物理学家密立根通过油滴实验比较准确地测定了电子的电荷量，故B正确； C．电动势反映的是电源将其他形式的能转化为电能的本领，它由电源本身的性质决定，与转化能量的多少无关，转化能量多，可能是因为通过的电荷量多，并不能说明电动势大，故C错误； D．引入电场的概念并用电场线表示电场的是法拉第，而不是安培，故D错误。 故选B。 7．学习自然科学，不仅需要方法论，还需要一些世界观；不仅仅需要数学，还需要一些哲学。正如王安石在《读史》中所写的那样：“糟粕所传非粹美，丹青难写是精神”。关于近代物理知识下列说法正确的是（　　） A．开普勒通过“月-地检验”，得出了万有引力定律 B．汤姆生发现了电子，并精确地测出电子的电荷量 C．奥斯特首先发现了电流周围存在磁场 D．牛顿通过逻辑推理，得出重物与轻物应该下落得同样快的结论，他在研究中所体现的批判精神是创新所必须的 【答案】C 【详解】A．伽利略最早指出“力不是维持物体运动的原因”，而牛顿得出了万有引力定律，故A错误； B．汤姆生发现了电子，密立根精确地测出电子的电荷量，故B错误； C．奥斯特发现电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系，故C正确； D．伽利略通过逻辑推理，得出重物与轻物应该下落得同样快的结论，他在研究中所体现的批判精神是创新所必须的，故D错误。 故选C。 8．（多选）在物理学理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献。关于科学家和他们的贡献，下列说法中不正确的是 （ ） A．安培提出了分子电流假说 B．卡文迪许首先通过实验测出万有引力常量 C．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子 D．汤姆逊通过对阴极射线的研究发现了质子，并提出了原子核式结构学说 【答案】CD 【详解】A．安培观察到通电螺旋管的磁场和条形磁铁的磁场很相似，提出了分子电流假说，他认为，在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极，故A正确； B．牛顿提出了万有引力定律，卡文迪许首先通过实验测出万有引力常量，故B正确； CD．汤姆逊在研究阴极射线过程中发现了电子，并提出了原子的枣糕模型，卢瑟福根据α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构，故CD错误。 故选CD。 9．（多选）关于下列四幅图像的说法正确的是（　　） A．图（a）中的阴极射线是光电子 B．图（b）中所加电压为正向电压 C．若图（c）中的光射入空腔后不能射出，则空腔可视为绝对黑体 D．图（d）中，散射光的频率可能大于入射光的频率 【答案】BC 【详解】A．打在荧光屏上的阴极射线是电子不是光电子，光电子是光电效应产生的，故A错误。 B．图（b）中所加电压为正向电压，故B正确。 C．光射入小孔后，不能从空腔射出，此空腔可视为绝对黑体，故C正确。 D．图（d）中，由于康普顿效应，部分入射光子与物质中电子发生作用，会把一部分动量转移给电子而导致光子动量减小，则光子能量减小，有一部分散射光频率小于入射光频率，散射光频率不可能大于入射光频率，故D错误。 故选BC。 10．（多选）有关近代的物理学知识，下列说法正确的是（　　） A．随着温度的升高，黑体热辐射的强度一方面各种波长的辐射强度都有所增加，另一方面其极大值向着波长较短的方向移动 B．光电效应实验中，用频率等于截止频率的某单色光照射某金属，可以使光电子逸出并飞离金属表面 C．电子的发现揭示了原子可以再分，康普顿效应证实了光具有粒子性 D．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核是由质子和中子组成的 【答案】AC 【详解】A．随着温度的升高，黑体热辐射的强度一方面各种波长的辐射强度都有所增加，另一方面其极大值向着波长较短的方向移动，选项A正确； B．在光电效应实验中，应该用大于截止频率的某单色光照射某金属，才能使得光电子溢出并飞离金属表面，故B错误； C．电子的发现揭示了原子可以再分，康普顿效应证实了光具有粒子性，选项C正确； D．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子的核式结构理论，并没有发现原子是由质子和中子组成的，选项D错误。 故选AC。 11．（多选）有关下列四幅图的描述，正确的是（　　） A．图甲为汤姆孙的原子模型，按照该模型粒子穿过金箔后，会发生大角度偏转 B．图乙为金属电阻和热敏电阻随温度的变化关系图像，图线2为热敏电阻 C．图丙为霍尔位移传感器，霍尔元件位于两侧相同处霍尔电压大小相同 D．图丁为电磁流量计，图中M的电势高于N点 【答案】BC 【详解】A．汤姆孙的原子模型是葡萄干面包模型，按照该模型α粒子穿过金箔后，不会发生大角度偏转，因为原子是均匀分布的正电荷和电子，α粒子受到的力不会使其发生大角度偏转，故A错误； B．金属电阻随温度升高而增大，热敏电阻随温度升高而减小。图乙中，图线1电阻随温度升高而增大为金属电阻；图线2电阻随温度升高而减小为热敏电阻，故B正确； C．图丙为霍尔位移传感器，霍尔元件位于两侧相同Δx 处时，磁感应强度的方向不同，根据霍尔效应公式（其中k为霍尔系数，I为电流，B为磁感应强度，d为霍尔元件厚度），霍尔电压大小相同方向相反，故C正确； D．图丁为电磁流量计，根据左手定则，正离子向N点偏转，负离子向M点偏转，所以N点的电势高于M点，故D错误。 故选BC 。 12．卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子______模型，α粒子以某一初速度接近金原子核，其运动轨迹如图所示，则从Q到M过程中α粒子的电势能的变化情况为______，加速度大小的变化情况为______。 【答案】 核式结构 先增大后减小 先增大后减小 【详解】[1]卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子的核式结构模型； [2][3]α粒子在接近金原子核的过程中，斥力越来越大，加速度越来越大，做负功；在远离金原子核的过程中，斥力越来越小，加速度越来越小，斥力做正功，所以从Q到M过程中α粒子的电势能先增大后减小，加速度先增大后减小。 13．在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从K出来的阴极射线经过电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑，若在D、G间加上方向向下，电场强度为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果在D、G间的电场区再加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场（图中未画出），荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为，试解决下列问题： (1)说明阴极射线的电性； (2)说明图中磁场沿什么方向； (3)根据L、E、B和，求出阴极射线的比荷。 【详解】（1）由于阴极射线向上偏转，因此所受电场力方向向上，又由于匀强电场方向向下，电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电。 （2）由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里。 （3）设此射线中的粒子带电荷量为，质量为，当射线在间做匀速直线运动时，有 当射线在D、G间的磁场中偏转时，有 如图所示 几何关系可知 联立解得 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.3原子的核式结构模型（知识解读）（原卷版） •知识点1 电子的发现 •知识点2 原子的核式结构模型 •知识点3 原子核的电荷与尺度 •作业 随堂检测 知识点1 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＝1.6×10－19C(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＝9.1×10－31kg(保留两位有效数字)，质子质量与电子质量的比值为＝1836。 6、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。 7、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)现在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。 注意：求解带电粒子比荷的思路 （1）带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，可利用运动的分解、运动学公式、牛顿运动定律列出相应的关系式。 （2）带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，要注意通过画轨迹示意图来确定圆心位置，利用几何知识求其半径。 （3）带电粒子通过相互垂直的匀强电磁场时，可使其做匀速直线运动，根据qE=qvB可求其速度。 【典例1】如图所示是英国物理学家J.J.汤姆孙研究阴极射线使用的气体放电管示意图。由阴极K发出的带电粒子通过缝隙A、B形成一束细细的射线。它穿过两片平行的金属板D1、D2之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上。根据射线产生的荧光的位置（如P1、P2、P3...），可以研究射线的径迹。关于该实验，下列说法正确的是（    ） A．本实验可以确定阴极射线是带负电的粒子流，并根据实验数据测出这种粒子的比荷 B．阴极射线是从阴极材料的原子核中射出的 C．不同材料发出的阴极射线的比荷不同 D．阴极射线粒子的比荷与氢离子的比荷近似相等 【变式1-1】电子是最早被发现的基本粒子，下列粒子不是电子的是（　　） A．阴极射线中的粒子 B．通电时金属导体中定向移动的粒子 C．探究原子结构中卢瑟福用来轰击金箔的粒子 D．发生光电效应时金属板上逸出的粒子 【变式1-2】（多选）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 【变式1-3】（1）阴极射线：______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______（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。 知识点2 原子的核式结构模型 1、α粒子散射实验 （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，电子镶嵌在球中。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实验装置：α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。 ②实验现象： a.绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。 b.少数α粒子发生了大角度的偏转。 c.极少数α粒子的偏转角大于90°，甚至有极个别α粒子被反弹回来。 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。 2、卢瑟福的核式结构模型：1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核。它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。 3、原子的核式结构与原子的枣糕模型的比较 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 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 4、核式结构模型对粒子散射实验结果的解释 （1）当粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小，因为原子核很小，所以绝大多数α粒子不发生偏转。 （2）只有当粒子十分接近原子核时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少。 （3）如果粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到，这种机会极少，如图所示。 【典例2】在物理发展史上许多科学家都作出了不可磨灭的贡献，下列说法正确的是（　　） A．汤姆孙对阴极射线的研究发现电子，并提出了原子的核式结构模型 B．贝克勒尔发现天然放射现象，通过科学家们进一步研究说明原子核是有结构的 C．玻尔的原子理论具有局限性，它只能解释氢原子光谱中可见光部分的实验规律 D．爱因斯坦的光电效应理论认为“光子”不仅具有能量，而且还具有动量 【变式2-1】“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”获得2023年诺贝尔物理学奖，该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。已知1阿秒等于秒。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．夸克 B．电子 C．氢原子 D．质子 【变式2-2】（多选）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 【变式2-3】卢瑟福的核式结构模型 核式结构模型：1911年由卢瑟福提出。在原子中心有一个很小的核，叫___________。它集中了全部的___________和几乎全部的___________，___________在核外空间运动。 知识点3 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。 4、原子的核式结构提出： （1）原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近原子序数。 （2）原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。 （3）原子核的大小：原子的半径数量级为10-10m，原子核半径的数量级为10-15m，原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，体积只相当于原子体积的10-15。 【典例3】某同学简化了粒子散射实验：不考虑电荷间的相互作用，认为只有与原子核“接触”的粒子，才发生偏转。由此他提出一种估算原子核半径的二维简化方法：首先取一个面积为的薄材料（内有个原子），并将原子核模型简化为互不重叠、相互平行，面积为（为待求核半径）的小圆盘。当垂直圆盘面均匀入射个粒子，有个粒子通过薄材料后沿原方向出射，可估算为（    ） A． B． C． D． 【变式3-1】在核物理研究的历史中，卢瑟福的α粒子散射实验具有奠基性意义，如图，关于该实验，下列说法正确的是（　　） A．确定了中子半径的数量级为10-10 m B．证明了原子内带正电的物质占据原子非常小的空间 C．观察到绝大多数α粒子发生了大角度偏转，甚至被反弹回来 D．卢瑟福根据该实验提出了原子的核式结构模型，且认为原子核由质子和中子组成 【变式3-2】（多选）下列说法正确的是（　　） A．如图甲，是某黑体在不同温度下的辐射强度与波长的关系，则， B．如图乙，是封闭在容器中的一定质量的理想气体，若温度升高，其内能一定增大 C．如图丙，是同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线，则入射光的频率 D．如图丁，卢瑟福通过“粒子散射实验”确定了原子半径的数量级为 【变式3-3】（多选）下列对原子结构的认识中正确的是（　　） A．原子中绝大部分是空的，原子核很小 B．电子在核外运动，核力提供向心力 C．原子的全部质量都集中在原子核里 D．原子的直径大约是 1．α粒子散射实验现象揭示了（　　） A．电子的存在 B．原子的核式结构 C．质子的存在 D．原子核可以再分 2．关于原子核的组成，下列说法正确的是（　　） A．原子核由质子和中子组成 B．原子核由质子和电子组成 C．原子核由中子和电子组成 D．原子核由质子、中子和电子组成 3．如图所示，为粒子散射实验装置的示意图。则单位时间内进入计数器的粒子个数随散射角变化的关系图可能符合事实的是（　　） A． B． C． D． 4．如图所示为α粒子散射实验的示意图：放射源发出α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1、2、3为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或者依据实验结果做出的推理，正确的是（　　） A．在位置1接收到的α粒子最多 B．在位置3接收到α粒子，说明正电荷不可能均匀分布在原子内 C．若正电荷均匀分布在原子内，则三个位置接收到α粒子的比例应相差不多 D．在位置1接收到的α粒子一定比在位置2接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大 5．在物理学发展过程中，很多伟大的物理学家对物理的发展都做出了杰出的贡献。下列叙述与事实相符合的是（　　） A．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，发现了质子 B．汤姆孙发现了电子，并提出原子的核式结构模型 C．麦克斯韦认为，均匀变化的磁场可以产生均匀变化的电场 D．爱因斯坦提出的光电效应理论，可以很好地解释光电效应实验中的各种现象 6．下列物理学的常识中，说法正确的是（　　） A．由场强公式可知，电场中某点的场强由试探电荷电荷量和所受电场力决定 B．美国物理学家密立根通过油滴实验比较准确地测定了电子的电荷量 C．电动势反映的是将其他形式的能转化为电能的本领，转化的能量越多，电源的电动势就越大 D．安培引入了电场的概念并用电场线表示电场 7．学习自然科学，不仅需要方法论，还需要一些世界观；不仅仅需要数学，还需要一些哲学。正如王安石在《读史》中所写的那样：“糟粕所传非粹美，丹青难写是精神”。关于近代物理知识下列说法正确的是 A．开普勒通过“月-地检验”，得出了万有引力定律 B．汤姆生发现了电子，并精确地测出电子的电荷量 C．奥斯特首先发现了电流周围存在磁场 D．牛顿通过逻辑推理，得出重物与轻物应该下落得同样快的结论，他在研究中所体现的批判精神是创新所必须的 8．（多选）在物理学理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献。关于科学家和他们的贡献，下列说法中不正确的是 （ ） A．安培提出了分子电流假说 B．卡文迪许首先通过实验测出万有引力常量 C．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子 D．汤姆逊通过对阴极射线的研究发现了质子，并提出了原子核式结构学说 9．（多选）关于下列四幅图像的说法正确的是（　　） A．图（a）中的阴极射线是光电子 B．图（b）中所加电压为正向电压 C．若图（c）中的光射入空腔后不能射出，则空腔可视为绝对黑体 D．图（d）中，散射光的频率可能大于入射光的频率 10．（多选）有关近代的物理学知识，下列说法正确的是（　　） A．随着温度的升高，黑体热辐射的强度一方面各种波长的辐射强度都有所增加，另一方面其极大值向着波长较短的方向移动 B．光电效应实验中，用频率等于截止频率的某单色光照射某金属，可以使光电子逸出并飞离金属表面 C．电子的发现揭示了原子可以再分，康普顿效应证实了光具有粒子性 D．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核是由质子和中子组成的 11．（多选）有关下列四幅图的描述，正确的是（　　） A．图甲为汤姆孙的原子模型，按照该模型粒子穿过金箔后，会发生大角度偏转 B．图乙为金属电阻和热敏电阻随温度的变化关系图像，图线2为热敏电阻 C．图丙为霍尔位移传感器，霍尔元件位于两侧相同处霍尔电压大小相同 D．图丁为电磁流量计，图中M的电势高于N点 12．卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子______模型，α粒子以某一初速度接近金原子核，其运动轨迹如图所示，则从Q到M过程中α粒子的电势能的变化情况为______，加速度大小的变化情况为______。 13．在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从K出来的阴极射线经过电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑，若在D、G间加上方向向下，电场强度为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果在D、G间的电场区再加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场（图中未画出），荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为，试解决下列问题： (1)说明阴极射线的电性； (2)说明图中磁场沿什么方向； (3)根据L、E、B和，求出阴极射线的比荷。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $