[A级——基础达标练]
1．(多选)关于电子的发现，下列叙述中正确的是( )
A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
B．电子的发现，说明原子具有一定的结构
C．电子是第一种被人类发现的微观粒子
D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
解析：选BCD。发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确。
2．(多选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是( )
A．原子是一个质量分布均匀的球体
B．原子的质量几乎全部集中在原子核内
C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内
D．原子核半径的数量级是10－15 m
答案：BD
3．物理学家通过对α粒子散射实验结果的分析( )
A．提出了原子的葡萄干蛋糕模型
B．确认在原子内部存在α粒子
C．认定α粒子发生大角度散射是受到电子的作用
D．认识到原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核内
解析：选D。α粒子散射实验现象为：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来。卢瑟福根据该实验现象提出了原子核式结构模型：原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，汤姆孙提出原子的葡萄干蛋糕模型，故A错误；由上分析可知，故B、C错误，D正确。
4．卢瑟福在解释α粒子散射实验的现象时，不考虑α粒子与电子的碰撞影响，这是因为( )
A．α粒子与电子之间有相互斥力，但斥力很小，可忽略
B．α粒子虽受电子作用，但电子对α粒子的合力为零
C．电子体积极小，α粒子不可能碰撞到电子
D．电子质量极小，α粒子与电子碰撞时能量损失可忽略
解析：选D。α粒子与电子间有库仑引力，电子的质量很小，α粒子与电子相碰，运动方向不会发生明显的改变，所以α粒子和电子的碰撞可以忽略，A、B、C错误，D正确。
5．当α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是( )
A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用
B．α粒子一直受到原子核的斥力作用
C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用
D．α粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小
解析：选B。α粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，故A、C错误，B正确；α粒子在靠近金原子核时斥力做负功，速度减小，同理当α粒子远离金原子时斥力做正功，速度增大，故D错误。
6．(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是( )
A．使α粒子产生偏转的力主要是原子中电子对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
解析：选BCD。原子核带正电，与α粒子之间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力作用而偏转。
7．如图所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的平行板电容器中，出电场时打在屏上P点，经测量O′P为Y0，求电子的比荷。
解析：由于电子进入电场中做类平抛运动，沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动，满足
Y0＝at2＝＝eq \f(eUl2,2dmv)
则＝eq \f(2dY0v,Ul2)。
答案：eq \f(2dY0v,Ul2)
[B级——能力增分练]
8．如图所示的是卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。下列说法正确的是( )
A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多
C．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生反弹
解析：选A。卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，A正确；因大多数粒子不改变运动方向，则在题图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内在A处观察到屏上的闪光次数多，B错误；因只有少数的粒子发生大角度反射，则在题图中的B位置进行观察，屏上可观察到闪光，C错误；α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子核的斥力作用，D错误。
9．(多选)如图所示，从正离子源发射的正离子经加速电压U加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，发现离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过电场，则下列说法正确的是( )
A．增大电场强度E
B．增大磁感应强度B
C．减小加速电压U，增大电场强度E
D．适当地加大加速电压U
解析：选BD。正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，受到的电场力F＝qE，方向向上，受到的洛伦兹力F洛＝qvB，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，竖直方向受力平衡，即qE＝qvB，则可使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U来增大速度或增大磁感应强度B，减小电场力的途径是减小电场强度E，B、D正确。
10．在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示。图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域。不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是( )
A．可能在①区域 B．可能在②区域
C．可能在③区域 D．可能在④区域
解析：选A。α粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的α粒子产生斥力，故原子核不会在④区域；如原子核在②、③区域，α粒子会向①区域偏；如原子核在①区域，可能会出现题图所示的轨迹，故应选A。
11．在研究性学习中，某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如图所示。abcd是个长方形盒子，在ad边和cd边上各开有小孔f和e，e是cd边上的中点，荧光屏M贴着cd放置，能显示从e孔射出的粒子落点位置。盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B。粒子源不断地发射相同的带电粒子，粒子的初速度可以忽略。粒子经过电压为U的电场加速后，从f孔垂直于ad边射入盒内。粒子经磁场偏转后恰好从e孔射出。若已知fd＝cd＝L，不计粒子的重力和粒子之间的相互作用。请你根据上述条件求出带电粒子的比荷。
解析：带电粒子进入电场，经电场加速。根据动能定理得qU＝mv2，得v＝ 。
粒子进入磁场后做匀速圆周运动，轨迹如图所示。设圆周半径为R，在三角形Ode中，有
(L－R)2＋＝R2，
整理得：R＝L，
洛伦兹力提供向心力：qvB＝m，
联立上述方程，解得＝。
答案：
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第四章 原子结构和波粒二象性
第3节 原子的核式结构模型
[学习目标]
1．知道阴极射线的概念，了解电子的发现过程，知道电子是原子的组成部分。
2．知道电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。
3．了解α粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象。
4．知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容。
知识点1 电子的发现
1．阴极射线
科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够______时，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出______，这种射线称为____________。
稀薄
荧光
阴极射线
2．汤姆孙的探究方法及结论
(1)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______的粒子流，并求出了这种粒子的______。
(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都______，这说明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。阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。
(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子大致相同，而质量比氢离子小得多，后来组成阴极射线的粒子被称为______。
负电
比荷
相同
电子
电子
密立根
1.602×10－19 C
e的整数倍
[判一判]
1．(1)阴极射线实际上是高速运动的电子流。( )
(2)电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的。( )
√
×
知识点2 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。有人形象地把他的这个模型称为“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、______、显微镜和_________。
(2)实验现象：
①绝大多数的α粒子穿过金箔后____________的方向前进。
②少数α粒子发生了_________的偏转。
③极少数α粒子的偏转角甚至___________，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。
金箔
荧光屏
仍沿原来
大角度
大于90°
(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
1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫_________。它集中了原子全部的_______和几乎全部的______，______在核外空间运动。
核式结构
原子核
正电荷
质量
电子
[判一判]
2．(1)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹。( )
(2)卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型。 ( )
×
√
知识点3 原子核的电荷与尺度
1．原子核由_______________组成，原子核的电荷数等于核中的______数。
2．原子半径数量级__________，原子核半径数量级__________。
质子和中子
质子
10－10 m
10－15 m
[判一判]
3．(1)原子的质量几乎全部集中在原子核上。( )
(2)原子中所有正电荷都集中在原子核内。( )
√
√
1．(阴极射线)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．汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量
√
解析：阴极射线在电场中偏向正极板一侧,因此阴极射线应该带负电荷，A正确；
阴极射线在磁场中受力情况跟负电荷受力情况相同，B错误；
不同材料所产生的阴极射线的比荷相同，C错误；
汤姆孙并没有直接测到阴极射线粒子的电荷量，D错误。
2．(α粒子的散射)(2021·吉林江城中学高二期中)卢瑟福在进行α粒子散射实验时，用α粒子轰击金箔后，发现α粒子( )
A．全部穿过或发生很小偏转
B．绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回
C．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过
D．全部发生很大偏转
解析：α粒子散射实验时的现象主要有，绝大多数穿过原子，运动方向没有改变，只有少数发生较大角度的偏转,极个别甚至被弹回，B正确。
√
3．(对原子核结构的理解)(多选)卢瑟福提出的原子核式结构学说包含的内容有( )
A．原子中心有一个很小的核
B．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
C．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上
D．带负电的电子在核外空间绕原子核旋转
√
√
√
解析：卢瑟福提出的原子核式结构模型是：原子中心有一个很小的原子核，它集中了原子的几乎全部质量和所有的正电荷，电子在核外绕原子核旋转。
4．(原子的核式结构)(2021·长春市榆树中学高二期中)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10－10m
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
√
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，核外电子带负电且具有一定质量，C、D错误。
探究一 电子的发现及比荷的测定
【问题导引】
汤姆孙的气体放电管如图所示。
(1)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？
(2)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？
提示：(1)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。
(2)由左手定则可得,在金属板D1、D2之间单独加垂直于纸面向外的磁场,可以让阴极射线向上偏转。
1．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带电的性质。
(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。
3．密立根油滴实验
(1)装置
密立根实验的装置如图所示。
①两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上板带正电，下板带负电。油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中。
②大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降。观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察。
(2)方法
①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E。但是由于油滴太小，其质量很难直接测出。密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量。没加电场时，由于空气的黏性，空气给油滴的摩擦力很快就等于油滴所受的重力大小而使油滴匀速下落，可测得速度v1。
②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡。根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量。
(3)结论
带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e。
【例1】 1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点。因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一。在实验中汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏中心F点出现荧光斑。若在D、E间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区加上一垂直于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，电子向下偏转,偏转角为θ，试解决下列问题。
(1)说明图中磁场沿什么方向。
(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷。
[解析] (1)由题意及左手定则可知磁场方向垂直于纸面向里。
[针对训练1] 如图所示的是汤姆孙做阴极射线实验时用到的气体放电管,在K、A之间加高电压，便有阴极射线射出；C、D 间不加电圧时，光屏上O点出现亮点，当C、D之间加如图所示的电压时，光屏上P 点出现亮点。
(1)要使K 、A 之间有阴极射线射出，则 K 应接高压电源____________(选填“正极”或“负极”)；要使光屏上P 处的亮点再回到O点，可以在C、D 间加垂直于纸面____________(选填“向里”或“向外”)的匀强磁场。
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是____________(选填“相同”或“不同”)的。
解析： (1)要使K 、A 之间有阴极射线射出，则 K 应接高压电源负极；要使光屏上P 处的亮点再回到O点，则阴极射线受到的洛伦兹力向上，根据左手定则可知，可以在C、D 间加垂直于纸面向外的匀强磁场。
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是相同的。
答案：(1)负极 向外 (2)相同
探究二 α粒子散射实验
1．实验背景：α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。
2．实验装置
(1)放射源：放出α粒子( He)。
(2)金箔：靶子。
(3)显微镜、荧光屏(可转动)：观察工具。
3．实验现象
(1)受力情况
①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；
②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。
(2)偏转情况
①绝大多数α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小)；
②少数α粒子发生大角度偏转，甚至被弹回；
③如果α粒子几乎正对着原子核射出，偏转角就几乎达到180°，这种机会极少。
4．实验结论
原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的。
【例2】 (2024·山东日照阶段练)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 10－10 m
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
√
[解析] 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、B错误；
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10－15 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，可见原子内部是十分“空旷”的，C错误；
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。
[针对训练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( )
√
探究三 原子的核式结构模型
1．原子的两种模型
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
2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近它们的原子序数。
3．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。
4．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m，两者相差10万倍之多。
【例3】 (多选)(2021·陕西咸阳市高二期中)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是( )
A．原子是一个质量分布均匀的球体
B．原子的质量几乎全部集中在原子核内
C.原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内
D．原子核半径的数量级是10－15 m
√
√
[解析] 原子的质量几乎全部集中在原子核内，所以A错误，B正确；
原子的正电荷全部集中在一个很小的核内,负电荷绕原子核做圆周运动，所以C错误；原子核半径的数量级是10－15 m，所以D正确。
[针对训练3] 人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。下列说法中正确的是( )
A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关
B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型
C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型
D．以上说法均错误
√
解析：卢瑟福通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了原子的核式结构模型，故B正确，A、C、D错误。第3节 原子的核式结构模型
[学习目标]
1．知道阴极射线的概念，了解电子的发现过程，知道电子是原子的组成部分。
2．知道电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。
3．了解α粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象。
4．知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容。
INCLUDEPICTURE "知识梳理.TIF"
知识点1 电子的发现
1．阴极射线
科学家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。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，这种射线称为阴极射线。
2．汤姆孙的探究方法及结论
(1)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。
(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，这说明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。阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍。
(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子大致相同，而质量比氢离子小得多，后来组成阴极射线的粒子被称为电子。
3．汤姆孙的进一步研究
汤姆孙又进一步研究了许多新现象，进一步证实了电子的存在。
4．电子的电荷量及电荷量子化
(1)电子电荷量：1910年前后由密立根通过著名的油滴实验得出，电子电荷的值约为e＝1.602×10－19__C。
(2)电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
(3)电子的质量：me＝9.109 383 56×10－31 kg，质子质量与电子质量的比＝1 836。
[判一判]
1．(1)阴极射线实际上是高速运动的电子流。( )
(2)电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的。( )
提示：(1)√ (2)×
知识点2 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。有人形象地把他的这个模型称为“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、显微镜和荧光屏。
(2)实验现象：
①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。
②少数α粒子发生了大角度的偏转。
③极少数α粒子的偏转角甚至大于90°，也就是说，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
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。
[判一判]
2．(1)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹。( )
(2)卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型。 ( )
提示：(1)× (2)√
知识点3 原子核的电荷与尺度
1．原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于核中的质子数。
2．原子半径数量级10－10__m，原子核半径数量级10－15__m。
[判一判]
3．(1)原子的质量几乎全部集中在原子核上。( )
(2)原子中所有正电荷都集中在原子核内。( )
提示：(1)√ (2)√
INCLUDEPICTURE "基础自测.TIF"
1．(阴极射线)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．汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量
解析：选A。阴极射线在电场中偏向正极板一侧，因此阴极射线应该带负电荷，A正确；阴极射线在磁场中受力情况跟负电荷受力情况相同，B错误；不同材料所产生的阴极射线的比荷相同，C错误；汤姆孙并没有直接测到阴极射线粒子的电荷量，D错误。
2．(α粒子的散射)(2021·吉林江城中学高二期中)卢瑟福在进行α粒子散射实验时，用α粒子轰击金箔后，发现α粒子( )
A．全部穿过或发生很小偏转
B．绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回
C．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过
D．全部发生很大偏转
解析：选B。α粒子散射实验时的现象主要有，绝大多数穿过原子，运动方向没有改变，只有少数发生较大角度的偏转，极个别甚至被弹回，B正确。
3．(对原子核结构的理解)(多选)卢瑟福提出的原子核式结构学说包含的内容有( )
A．原子中心有一个很小的核
B．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
C．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上
D．带负电的电子在核外空间绕原子核旋转
解析：选ABD。卢瑟福提出的原子核式结构模型是：原子中心有一个很小的原子核，它集中了原子的几乎全部质量和所有的正电荷，电子在核外绕原子核旋转。
4．(原子的核式结构)(2021·长春市榆树中学高二期中)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10－10m
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
解析：选A。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，核外电子带负电且具有一定质量，C、D错误。
探究一 电子的发现及比荷的测定
【问题导引】
汤姆孙的气体放电管如图所示。
(1)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？
(2)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？
提示：(1)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。
(2)由左手定则可得，在金属板D1、D2之间单独加垂直于纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转。
INCLUDEPICTURE "重难整合.TIF"
1．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带电的性质。
(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。
2．电子比荷(或电荷量)的测定方法
根据电场、磁场对电子的偏转测量比荷(或电荷量)，可按以下方法：
(1)让电子通过正交的电磁场，如图甲所示，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)得到电子的运动速度v＝。
(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，如图乙所示，保留磁场让电子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvB＝m得＝＝。
3．密立根油滴实验
(1)装置
密立根实验的装置如图所示。
①两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上板带正电，下板带负电。油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中。
②大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降。观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察。
(2)方法
①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E。但是由于油滴太小，其质量很难直接测出。密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量。没加电场时，由于空气的黏性，空气给油滴的摩擦力很快就等于油滴所受的重力大小而使油滴匀速下落，可测得速度v1。
②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡。根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量。
(3)结论
带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e。
INCLUDEPICTURE "典例引领.TIF"
【例1】 1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点。因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一。在实验中汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏中心F点出现荧光斑。若在D、E间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区加上一垂直于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，电子向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题。
(1)说明图中磁场沿什么方向。
(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷。
[解析] (1)由题意及左手定则可知磁场方向垂直于纸面向里。
(2)当电子在D、E间做匀速直线运动时有
eE＝Bev
当电子在D、E间的磁场中偏转时有
Bev＝m
同时又有L＝r sin θ，可得＝。
[答案] (1)垂直于纸面向里 (2)
[针对训练1] 如图所示的是汤姆孙做阴极射线实验时用到的气体放电管，在K、A之间加高电压，便有阴极射线射出；C、D 间不加电圧时，光屏上O点出现亮点，当C、D之间加如图所示的电压时，光屏上P 点出现亮点。
(1)要使K 、A 之间有阴极射线射出，则 K 应接高压电源____________(选填“正极”或“负极”)；要使光屏上P 处的亮点再回到O点，可以在C、D 间加垂直于纸面____________(选填“向里”或“向外”)的匀强磁场。
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是____________(选填“相同”或“不同”)的。
解析：(1)要使K 、A 之间有阴极射线射出，则 K 应接高压电源负极；要使光屏上P 处的亮点再回到O点，则阴极射线受到的洛伦兹力向上，根据左手定则可知，可以在C、D 间加垂直于纸面向外的匀强磁场。
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是相同的。
答案：(1)负极 向外 (2)相同
探究二 α粒子散射实验
INCLUDEPICTURE "重难整合.TIF"
1．实验背景：α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。
2．实验装置
(1)放射源：放出α粒子(He)。
(2)金箔：靶子。
(3)显微镜、荧光屏(可转动)：观察工具。
3．实验现象
(1)受力情况
①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；
②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。
(2)偏转情况
①绝大多数α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小)；
②少数α粒子发生大角度偏转，甚至被弹回；
③如果α粒子几乎正对着原子核射出，偏转角就几乎达到180°，这种机会极少。
4．实验结论
原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的。
INCLUDEPICTURE "典例引领.TIF"
【例2】 (2024·山东日照阶段练)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 10－10 m
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
[解析] 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、B错误；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10－15 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，可见原子内部是十分“空旷”的，C错误；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。
[答案] D
[针对训练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( )
答案：C
探究三 原子的核式结构模型
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1．原子的两种模型
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
2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，非常接近它们的原子序数。
3．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。
4．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m，两者相差10万倍之多。
INCLUDEPICTURE "典例引领.TIF"
【例3】 (多选)(2021·陕西咸阳市高二期中)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是( )
A．原子是一个质量分布均匀的球体
B．原子的质量几乎全部集中在原子核内
C.原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内
D．原子核半径的数量级是10－15 m
[解析] 原子的质量几乎全部集中在原子核内，所以A错误，B正确；原子的正电荷全部集中在一个很小的核内，负电荷绕原子核做圆周运动，所以C错误；原子核半径的数量级是10－15 m，所以D正确。
[答案] BD
[针对训练3] 人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。下列说法中正确的是( )
A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关
B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型
C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型
D．以上说法均错误
解析：选B。卢瑟福通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了原子的核式结构模型，故B正确，A、C、D错误。
INCLUDEPICTURE"分层演练素养达标LLL.TIF" [A级——基础达标练]
1．(多选)关于电子的发现，下列叙述中正确的是( )
A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
B．电子的发现，说明原子具有一定的结构
C．电子是第一种被人类发现的微观粒子
D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
解析：选BCD。发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确。
2．(多选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是( )
A．原子是一个质量分布均匀的球体
B．原子的质量几乎全部集中在原子核内
C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内
D．原子核半径的数量级是10－15 m
答案：BD
3．物理学家通过对α粒子散射实验结果的分析( )
A．提出了原子的葡萄干蛋糕模型
B．确认在原子内部存在α粒子
C．认定α粒子发生大角度散射是受到电子的作用
D．认识到原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核内
解析：选D。α粒子散射实验现象为：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来。卢瑟福根据该实验现象提出了原子核式结构模型：原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，汤姆孙提出原子的葡萄干蛋糕模型，故A错误；由上分析可知，故B、C错误，D正确。
4．卢瑟福在解释α粒子散射实验的现象时，不考虑α粒子与电子的碰撞影响，这是因为( )
A．α粒子与电子之间有相互斥力，但斥力很小，可忽略
B．α粒子虽受电子作用，但电子对α粒子的合力为零
C．电子体积极小，α粒子不可能碰撞到电子
D．电子质量极小，α粒子与电子碰撞时能量损失可忽略
解析：选D。α粒子与电子间有库仑引力，电子的质量很小，α粒子与电子相碰，运动方向不会发生明显的改变，所以α粒子和电子的碰撞可以忽略，A、B、C错误，D正确。
5．当α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是( )
A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用
B．α粒子一直受到原子核的斥力作用
C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用
D．α粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小
解析：选B。α粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，故A、C错误，B正确；α粒子在靠近金原子核时斥力做负功，速度减小，同理当α粒子远离金原子时斥力做正功，速度增大，故D错误。
6．(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是( )
A．使α粒子产生偏转的力主要是原子中电子对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
解析：选BCD。原子核带正电，与α粒子之间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力作用而偏转。
7．如图所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的平行板电容器中，出电场时打在屏上P点，经测量O′P为Y0，求电子的比荷。
解析：由于电子进入电场中做类平抛运动，沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动，满足
Y0＝at2＝＝eq \f(eUl2,2dmv)
则＝eq \f(2dY0v,Ul2)。
答案：eq \f(2dY0v,Ul2)
[B级——能力增分练]
8．如图所示的是卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。下列说法正确的是( )
A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多
C．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生反弹
解析：选A。卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，A正确；因大多数粒子不改变运动方向，则在题图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内在A处观察到屏上的闪光次数多，B错误；因只有少数的粒子发生大角度反射，则在题图中的B位置进行观察，屏上可观察到闪光，C错误；α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子核的斥力作用，D错误。
9．(多选)如图所示，从正离子源发射的正离子经加速电压U加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，发现离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过电场，则下列说法正确的是( )
A．增大电场强度E
B．增大磁感应强度B
C．减小加速电压U，增大电场强度E
D．适当地加大加速电压U
解析：选BD。正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，受到的电场力F＝qE，方向向上，受到的洛伦兹力F洛＝qvB，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，竖直方向受力平衡，即qE＝qvB，则可使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U来增大速度或增大磁感应强度B，减小电场力的途径是减小电场强度E，B、D正确。
10．在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示。图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域。不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是( )
A．可能在①区域 B．可能在②区域
C．可能在③区域 D．可能在④区域
解析：选A。α粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的α粒子产生斥力，故原子核不会在④区域；如原子核在②、③区域，α粒子会向①区域偏；如原子核在①区域，可能会出现题图所示的轨迹，故应选A。
11．在研究性学习中，某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如图所示。abcd是个长方形盒子，在ad边和cd边上各开有小孔f和e，e是cd边上的中点，荧光屏M贴着cd放置，能显示从e孔射出的粒子落点位置。盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B。粒子源不断地发射相同的带电粒子，粒子的初速度可以忽略。粒子经过电压为U的电场加速后，从f孔垂直于ad边射入盒内。粒子经磁场偏转后恰好从e孔射出。若已知fd＝cd＝L，不计粒子的重力和粒子之间的相互作用。请你根据上述条件求出带电粒子的比荷。
解析：带电粒子进入电场，经电场加速。根据动能定理得qU＝mv2，得v＝ 。
粒子进入磁场后做匀速圆周运动，轨迹如图所示。设圆周半径为R，在三角形Ode中，有
(L－R)2＋＝R2，
整理得：R＝L，
洛伦兹力提供向心力：qvB＝m，
联立上述方程，解得＝。
答案：
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
