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

**基本信息** 以原子结构发现史为主线，融合实验探究与模型建构，系统覆盖电子发现、核式结构及原子核性质，突出科学思维与探究能力培养。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础概念梳理|8填空|概念辨析与定量记忆|从阴极射线发现电子，到汤姆孙模型，再到卢瑟福核式结构模型的演进| |实验探究应用|16题|α粒子散射实验现象分析、密立根油滴实验原理及计算|通过实验现象推导原子结构模型，结合电场力与平衡条件深化对电荷量子化的理解|

———————理解为王——物理快乐学 2 / 5 ———————理解为王——物理快乐学 2 / 5 4.3 原子的核式结构模型 电子的发现 1．阴极射线：在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。这种射线称为_________。 2．电子的发现 （1）J.J.汤姆孙发现，阴极射线的本质是______。他进一步发现，不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的______。 （2）J.J.汤姆孙证明阴极射线粒子的电荷量大小与______大致相同，后来，组成阴极射线的粒子被称为______。 3．电子的认识 （1）密立根通过“______实验”精确测定电子电荷，e＝______，电荷是______的，即任何带电体的电荷只能是e的______。 （2）电子的质量为me＝______。 （3）质子质量与电子质量的比值为＝______。 原子的核式结构模型 原子的核式结构模型 4．J.J.汤姆孙的原子模型：J.J.汤姆孙于1898年提出了一种模型，他认为，原子是一个___，___弥漫性地均匀分布在整个球体内，___镶嵌其中，该模型被称为“西瓜模型”或“枣糕模型”，能够解释一些实验现象，但后来被______实验否定了。 5．α粒子散射实验 （1）α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，质量为______质量的4倍，电子质量的7300倍。 （2）实验结果 ①______α粒子穿过金箔后，基本沿原方向前进。 ②______α粒子发生大角度偏转，极少数偏转角度甚至大于90°。 （3）核式结构模型：1911年由______提出，原子中带正电部分的体积______，但几乎占有全部______，称为______，电子在其外面运动。 原子核的电荷与尺度 原子核的电荷与尺度 6．原子内的电荷关系：原子是由带电荷______的核与核外______个电子组成的。原子序数Z等于核电荷与电子电荷大小的______，它表示原子核的电荷是一个电子电荷（绝对值）的多少倍。 7．原子核的组成：原子核是由______组成的，原子核的电荷数就是核中的______。 8．原子核的大小：实验确定的原子核半径的数量级为______，而整个原子半径的数量级是______，可见原子内部十分“空旷”。 备考训练一：原子核式结构模型、密立根油滴实验与α散射实验 1．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 2．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 3．下列说法正确的是（　　） A．牛顿发现万有引力定律并测出了引力常量 B．安培发现了电流周围有磁场存在并提出安培定则 C．汤姆孙发现了电子并测出电子电量 D．普朗克提出能量量子化并解释了黑体辐射规律 4．如图为α粒子散射的实验装置示意图，实验发现有少数α粒子发生了大角度偏转，说明（　　） A．α粒子跟电子发生了碰撞 B．原子的质量均匀分布 C．原子内的正电荷均匀分布 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内 5．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 6．二十世纪初，为了研究物质内部的结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子，右图是（ ） A．卢瑟福的α粒子散射实验装置 B．卢瑟福发现质子的实验装置 C．汤姆逊发现电子的实验装置 D．查德威克发现中子的实验装置 7．如图甲所示为粒子散射实验装置的示意图，、、、为用目镜观察时的四个不同位置；如图乙所示为粒子散射实验的场景图，实线为粒子的运动轨迹，、、为同一轨迹上的三点，点距离原子核最近。则下列说法正确的是（     ） A．图甲中，目镜在位置时，荧屏上的亮斑与点的亮斑相差不多 B．图甲中，目镜在位置时，荧屏上没有亮斑 C．图乙中，粒子从经到的过程，粒子的电势能一直增加 D．该实验说明原子内的绝大部分是空的 8．（多选）JJ．汤姆孙于1898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R，球内一电子A到球心O的距离为r，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JJ．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A受到球体内正电荷库仑力的方向沿着O指向A方向 D．电子A受到球体内正电荷库仑力的大小与OA的距离r成正比 9．α粒子散射实验中，两个相同能量的α粒子以不同的角度散射出来，则散射角度大的α粒子（　　） A．与电子发生碰撞 B．与原子核发生碰撞 C．受到较大库仑力作用 D．受到较大的核力作用 10．美国物理学家密立根利用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，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，板间油滴P由于带负电悬浮在两板间保持静止。 (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 (2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q________（已知重力加速度为g） (3)若要使原本静止的油滴落到下极板，下列做法可以达到目的有（　　） A．保持两极板电压不变，把下极板向下移 B．断开电源，把下极板向右移 C．断开电源，把下极板向下移 D．断开电源，把下极板向上移 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。 11．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______。 12．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______。 13．（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。 14．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。 15．油滴实验 密立根油滴实验装置如图所示，用喷雾器向一个圆柱形容器里喷入带电的油滴。容器中有两块平行金属板组成的电容器。可以通过改变极板间的电压来控制油滴的运动，假设两极板间电场为匀强电场，忽略油滴受到的空气阻力，g取10m/s2。 请完成下列问题： (1)油滴进入电场后向下做匀速直线运动。已知两极板间的电压为U，距离为d，进入电场中某油滴的质量为m，重力加速度为g。则两极板间的电场强度大小为_________，喷入容器里油滴的带电量大小q =__________。 (2)重复对更多油滴进行实验，发现油滴的带电量都是某最小固定值的整数倍，下列测得的油滴电荷量符合实验事实的是（　　） A．1.6×10−20C B．1.12×10−18C C．5.92×10−17C D．5.58×10−16C (3)根据油滴实验原理，某同学设计了如图所示的电路，通过移动滑动变阻器R2的滑片改变极板间电压。已知两极板相距d=0.05m，电源电动势E=10V，内阻r=2Ω，保护电阻R1=18Ω，R2的最大阻值为20Ω。将滑动变阻器的滑片置于中间位置，闭合电键S1和S2。稳定后，一油滴从小孔处由静止开始进入电场，已知油滴质量m=8.0×10−12kg，电量为q=−4.0×10−13C，则该油滴 Ⅰ.计算： ①下降时加速度大小_______； ②到达下极板时的速度大小_______。（保留三位有效数字） Ⅱ.上述油滴在运动过程中， ①若突然断开电键S2，则两极板间电压将_______（填“增加”、“不变”或“减小”）； ②如果保持S2闭合，突然断开电键S1，则油滴的加速度a变化情况可能正确的是( )（该变化过程中油滴没有碰到下极板） A． B． C． D． 16．（多选）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，正确的有（　　） A．在位置2接收到的α粒子最多 B．在位置1接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内 C．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 D．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 ———————理解为王——物理快乐学 2 / 5 ———————理解为王——物理快乐学 2 / 5 试卷第1页，共3页 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．A 【详解】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。 2．C 【详解】金箔原子核带正电，与α粒子带同种电荷，彼此间相互排斥，又由曲线运动特征可知，α粒子所受金箔的排斥力应指向曲线的凹侧。α粒子离原子核越近，受到的斥力越大，散射角度越大。 故选C。 3．D 【详解】A．牛顿发现了万有引力定律，但引力常量是卡文迪许通过扭秤实验测出的，故A错误； B．奥斯特发现了电流的磁效应（电流周围存在磁场），安培提出了安培定则，故B错误； C．汤姆孙发现了电子，但电子电量是密立根通过油滴实验测出的，故C错误； D．普朗克为解释黑体辐射规律提出了能量量子化假说，成功解释了黑体辐射的实验规律，故D正确。 故选D。 4．D 【详解】A．α粒子质量远大于电子，电子对α粒子运动几乎没有影响，大角度偏转不是碰撞电子导致的，A错误； BC．如果原子的质量、正电荷均匀分布，α粒子受到的库仑斥力很小，不可能发生大角度偏转，BC错误； D．只有原子的全部正电荷、几乎全部质量都集中在很小的原子核（极小空间）中时，少数靠近原子核的α粒子才会受到很大的库仑斥力，发生大角度偏转，D正确。 故选D 。 5．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。 6．A 【详解】由图可知，放射源放出α粒子，高速运动的α粒子轰击金箔，产生散射现象，这是卢瑟福的α粒子散射实验装置，所以A正确；B、C、D错误． 7．D 【详解】A．α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿直线运动，少数粒子发生偏转，极少数粒子发生大角度偏转，个别粒子被反弹，所以图甲中，目镜在a位置时，荧屏上的亮斑比b点的亮斑多，故A错误； B．图甲中，目镜在d位置时，荧屏上有亮斑，但亮斑的数目极少，故B错误； C．图乙中，由于b点离原子核最近，则α粒子从a到b的过程，电场力做负功，α粒子的电势能增加，α粒子从b到c的过程，电场力做正功，α粒子的电势能减少，则该过程中α粒子的电势能先增加后减少，故C错误； D．α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，说明原子中绝大部分是空的，故D正确。 故选D。 8．AD 【详解】A．按照JJ．汤姆孙的原子模型，原子内部正负电荷一样多，原子成电中性，故A正确； B．按照JJ．汤姆孙的原子模型，则粒子轰击金箔将会有大多数粒子发生较大的偏转，故B错误； C．按照JJ．汤姆孙的原子模型，电子A受到球体内正电荷库仑力的合力沿着A指向O的方向，故C错误； D．由于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，且按照JJ．汤姆孙的原子模型，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，则原子为均匀的带电球体，则 其中 电子A受到球体内正电荷库仑力的大小为 联立，可得 即电子A受到球体内正电荷库仑力的大小与OA的距离r成正比，故D正确。 故选AD。 9．C 【详解】AB．α粒子散射是由于受到原子核的库仑斥力，不是与电子碰撞，也不是与原子核发生碰撞，A错误，B错误； C．根据库仑定律 散射角度大的α粒子，靠近原子核更近，r更小，受到的库仑力更大，C正确； D．核力是短程力，只有在核子间距离很小时才会发生作用，α粒子散射过程中不会受核力的影响，D错误。 故选C。 10．(1)ABC (2) (3)A 【详解】（1）平行金属板间存在匀强电场，油滴恰好处于静止状态，电场力与重力平衡，则有 所以要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有油滴质量，两板间的电压，两板间的距离。 故选ABC。 （2）[1]对油滴由平衡条件得 则油滴的电荷量为 （3）若要使原本静止的油滴落到下极板，必有 A．保持两极板电压不变，把下极板向下移，增大，减小，可以实现，故A正确； B．断开电源，根据 及 而 联立解得 故把下极板向右移，减小，增大，增大，油滴会向上极板运动，故B错误； C．断开电源，把下极板向下移,根据 知不变，不变，油滴保持静止，故C错误； D．断开电源，把下极板向上移，同理 不变，不变，油滴保持静止，故D错误。 故选A。 11． A 12． 负电 D 13．见解析 【详解】11．[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 12．[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 13．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。 14． 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。 15．(1) (2)BC (3) 0.866m/s 增加 C 【详解】（1）[1]极板间的电场强度大小为 [2]油滴进入电场后向下做匀速直线运动，受力平衡，则 解得喷入容器里油滴的带电量大小 （2）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。此最小带电量数值为，我们称之为元电荷。物体所带电量是元电荷电量的整数倍，由此可知，BC项符合题意，AD项不符合题意。 故选BC。 （3）[1]在闭合回路中，电流为 两极板上分得的电压 两极板间电场强度 电荷受到向上的电场力和向下的重力作用，根据牛顿第二定律 解得 [2]根据运动学规律 解得到达下极板时的速度大小 [3]若突然断开电键S2，此时两极板间电压等于电源电动势，两极板间电压将增加。 [4]如果保持S2闭合，突然断开电键S1，电容器将放电，两极板间电压逐渐减小，电场强度逐渐减小，根据牛顿第二定律 可知液滴的加速度逐渐增大。 故选C。 16．BC 【详解】A．原子的内部是很空阔的，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，所以A错误； B．在位置1接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内，所以B正确； C．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粒子速度反向运动，则动量的变化量更大，所以冲量更大，则C正确； D．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，所以D错误。 故选BC。 参考答案： 1．阴极射线 2． 带负电的粒子流 共有成分 氢离子 电子 3． 油滴 量子化 整数倍 【详解】1．阴极射线：在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线。这种射线称为阴极射线。 2．电子的发现 （1）J.J.汤姆孙发现，阴极射线的本质是带负电的粒子流。他进一步发现，不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分 （2）J.J.汤姆孙证明阴极射线粒子的电荷量大小与氢离子大致相同，后来，组成阴极射线的粒子被称为电子 3．电子的认识 （1）密立根通过“油滴实验”精确测定电子电荷，e＝，电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。 （2）电子的质量为me＝。 （3）质子质量与电子质量的比值为＝1836 【点睛】 4． 球体 正电荷 电子 卢瑟福的粒子散射 5． 氢原子 绝大多数的 少数 卢瑟福 很小 质量 原子核 【解析】4．[1][2][3][4]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”。卢瑟福的粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的模型。 5．[5] α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，质量为氢原子质量的四倍； [6]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； [7] 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”。 [8][9][10][11]核式结构模型是1911年由卢瑟福提出的；原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，称为原子核，电子在其外面运动。 6． 比值 7． 质子和中子 质子数 8． 【分析】6．原子内的电荷关系：原子是由带电荷的核与核外个电子组成的。原子序数Z等于核电荷与电子电荷大小的比值，它表示原子核的电荷是一个电子电荷（绝对值）的多少倍。 7．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。 8．原子核的大小：实验确定的原子核半径的数量级为，而整个原子半径的数量级是，可见原子内部十分“空旷”。 【点睛】 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 学科网（北京）股份有限公司 $