3 原子的核式结构模型
[教材链接] (1)电场 磁场 带负电 比荷 电子 (2)1.6×10-19 C (3)e (4)1836
例1 A [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;汤姆孙并没有直接精确测得阴极射线粒子的电荷量,D错误.
例2 (1) (2)
[解析] (1)电子在极板D1、D2间电场力与洛伦兹力的作用下沿中心轴线运动,即受力平衡,设电子进入极板间时的速度为v,根据受力平衡可得evB=eE
又E=
联立解得v=
(2)去掉D1、D2间的电压,只保留磁场,电子在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力可得evB=m
又v=
联立解得电子的比荷为=
[教材链接] (1)均匀 枣糕 α粒子散射 (2)原子核 质量 核外
例3 C [解析] α粒子散射实验现象:绝大多数α粒子沿原方向前进,少数α粒子有大角度散射.所以A处观察到的闪光次数多,B处观察到的闪光次数少,选项A、B错误.α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用,选用不同重金属箔作为α粒子散射的靶,观察到的实验结果基本相似,选项D错误,C正确.
变式1 BC [解析] 根据α粒子散射实验现象,大多数粒子通过金箔后运动方向不变,少数粒子运动方向发生改变,极少数偏转超过90°,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,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.
变式2 B [解析] 越接近原子核的α粒子受到的库仑斥力越大,发生散射时的偏转角越大,A错误;电子质量约为α粒子质量的,因此电子对α粒子速度的影响可以忽略,B正确;由该实验可以得出α粒子与金原子核一定带同种电荷,C错误;若实验中换用轻金属箔片,发生大角度偏转的α粒子将会减少,D错误.
[教材链接] (1)半径 10-10 m 10-15 m (2)电荷数 电子数 原子序数 电子数 (3)质子 中子 质子数
例4 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和就是原子的质量,故B错误;原子直径的数量级是10-10 m,原子核是原子内很小的核,直径数量级为10-15 m,C错误;中性原子的电子电荷量之和与原子核所带正电荷相等,D错误.
随堂巩固
1.BCD [解析] 发现电子时,人们对原子的结构仍然不清楚,但它使人们意识到电子应该是原子的组成部分,故A错误,B正确;在电子被人类发现前,人们认为原子是组成物质的最小微粒,C正确;原子对外显电中性,而电子带负电,使人们意识到原子中应该还有其他带正电的部分,D正确.
2.C [解析] 卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型,故A错误;使α粒子发生偏转的力是来自带正电的核的库仑斥力,故B错误;从绝大多数α粒子几乎不发生偏转,可以推测使粒子受到库仑斥力的核体积极小,所以带正电的物质只占整个原子的很小空间,故C正确;原子中心的核带有原子的全部正电荷和几乎原子的全部质量,故D错误.
3.ACD [解析] 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是: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内,带负电的电子在核外运动,由此可见,选项B错误,A、C、D正确.
4.AC [解析] 绝大多数α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α粒子被弹回,说明原子中心是一个体积小、带正电且几乎占有原子全部质量的核,A、C正确;少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于α粒子受到金原子核的斥力作用较大,而非与电子发生了碰撞,B错误;在α粒子散射实验中,当α粒子接近原子核时,电场力对α粒子做负功,电势能增加,因此α粒子最接近原子核时,电势能最大,D错误.3 原子的核式结构模型
学习任务一 电子的发现
[教材链接] 阅读教材“电子的发现”相关内容,完成下列填空:
(1)1897年,汤姆孙根据阴极射线在 和 中的偏转情况断定,它的本质是 的粒子流,并求出了这种粒子的 .组成阴极射线的粒子被称为 .
(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e的值为 (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)从实验测到的比荷及e的数值,可以确定电子的质量为9.1×10-31 kg;质子质量与电子质量的比值为= .
例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.汤姆孙直接精确测得了阴极射线粒子的电荷量
[反思感悟]
例2 [2024·北京四中月考] 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、B沿中心轴线进入到两块水平正对放置的极板D1、D2间的区域,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;若在极板间施加偏转电压U,则电子将打P2点.若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出),则电子在荧光屏上产生的光点又回到P1点.若极板D1、D2间的距离为d.
(1)求电子进入极板D1、D2区域时速度的大小;
(2)去掉D1、D2间的电压,只保留磁场.由于磁场方向与射线运动方向垂直,阴极射线在D1、D2之间有磁场的区域会形成一个半径为r的圆弧,使得阴极射线落在屏的P3点.请你推导出电子的比荷的表达式.
【要点总结】
1.对阴极射线本质的认识
观点 代表人物 对阴极射线本质的认识
电磁波说 赫兹 认为阴极射线是一种电磁辐射
粒子说 汤姆孙 认为阴极射线是一种带电微粒
2.阴极射线带电性质的判断
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
在阴极射线所经区域加上磁场 通过打在荧光屏上亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质
实验结果:根据阴极射线在电场或磁场中的偏转,可以判断出阴极射线是一种带负电的粒子流
3.利用磁偏转测定带电粒子比荷
(1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场,如图所示,使带电粒子所受到的库仑力和洛伦兹力平衡,不发生偏转,则有qE=qvB,所以v=.
(2)去掉电场,只保留磁场,磁场方向与速度方向垂直,带电粒子在磁场中做半径为r的圆周运动, 由洛伦兹力提供向心力,有qvB=m,两式联立可得=.
4.电子发现的意义:电子带负电,而原子是电中性的,说明原子是可再分的.
学习任务二 原子的核式结构模型
[教材链接] 阅读教材“原子的核式结构模型”相关内容,完成下列填空:
(1)如图所示为汤姆孙1898年提出的原子模型:他认为原子是一个球体,正电荷弥漫性地 分布在整个球体内,电子镶嵌其中.汤姆孙模型被称为“西瓜模型”或“ 模型”.该模型能够解释一些实验现象,后来被 实验否定了.
(2)卢瑟福的原子核式结构模型:在原子的中心有一个很小的核,叫作 ,原子的全部正电荷和几乎全部的 都集中在原子核里,带负电的电子在 空间运动.
例3 如图所示为卢瑟福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.下列说法中正确的是 ( )
A.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
B.在图中的B位置进行观察,屏上观察不到任何闪光
C.卢瑟福选用不同重金属箔作为α粒子散射的靶,观察到的实验结果基本相似
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的反弹
[反思感悟]
变式1 (多选)[2024·天津一中月考] α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均匀地分布在原子内
[反思感悟]
变式2 如图所示是卢瑟福为解释α粒子散射实验而提出的情境.占金原子质量绝大部分的原子核集中在很小的空间范围,曲线表示α粒子的运动轨迹.下列说法正确的是 ( )
A.越接近原子核的α粒子发生散射时的偏转角越小
B.电子质量约为α粒子质量的,因此电子对α粒子速度的影响可以忽略
C.由该实验可以得出α粒子与金原子核一定带异种电荷
D.若实验中换用轻金属箔片,发生大角度偏转的α粒子将会增多
【要点总结】
1.实验过程:α粒子从铅盒射出,形成细射线打在金箔上,被散射的α粒子打在荧光屏上产生闪光,用可转动的显微镜从不同角度进行观察.
2.现象及解释
(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进.大多数α粒子离金原子核较远.
(2)少数α粒子发生较大的偏转.发生较大偏转的α粒子是由于离金原子核较近,库仑斥力较大.
(3)极少数α粒子偏转角度超过90°,有的几乎达到180°.正对或基本正对着金原子核入射的α粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后加速远离金原子核.
3.实验意义:否定了汤姆孙的原子结构模型,提出了原子的核式结构模型.
学习任务三 原子核的电荷与尺度
[教材链接] 阅读教材“原子核的电荷与尺度”相关内容,完成下列填空:
(1)原子核的大小:原子核的质量几乎集中了原子的全部质量,但它的 却非常小,原子半径的数量级是 ,而原子核半径的数量级是 ,两者相差十万倍之多.
(2)原子核的电荷:各种元素的原子核的 ,即原子内的 ,非常接近它们的 ,这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的 来排列的.
(3)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 .
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.原子核直径的数量级为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
[反思感悟]
【要点总结】
1.原子核中的质子数、原子核的电荷数、元素的原子序数都相等.
2.核外电子数等于核内质子数,仅限于呈电中性的原子,对于带电离子,核外电子数和核内质子数不相等.
1.(电子的发现)(多选)关于电子的发现,下列说法正确的是 ( )
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.在电子被人类发现前,人们认为原子是组成物质的最小微粒
D.电子带负电,使人们意识到原子内应该还有带正电的部分
2.(原子的核式结构模型)[2024·浙江杭州二中月考] 关于α粒子散射实验,下列说法正确的是 ( )
A.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的“西瓜模型”
B.使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子,当α粒子接近核时是核的斥力使α粒子偏转,当α粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转
C.实验表明:原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分
D.实验表明:原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量
3.(原子的核式结构模型)(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有 ( )
A.原子的中心有个核,叫原子核
B.原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内
D.带负电的电子在核外运动
4.(α粒子散射实验)(多选)研究α粒子散射的实验装置如图所示,关于α粒子散射实验,下列说法正确的是( )
A.绝大多数α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
B.少数α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
C.极少数α粒子被弹回,说明原子中心是一个体积小、带正电且占有几乎原子全部质量的核
D.在α粒子散射实验中,当α粒子最接近原子核时,电势能最小3 原子的核式结构模型
1.D [解析] 汤姆孙是第一个测出阴极射线比荷的人,但是没有测出阴极射线的质量,故A、B错误;汤姆孙发现,用不同材料的阴极和不同的气体做实验,阴极射线的比荷是相同的,故C错误;汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍,故D正确.
2.BD [解析] 电子的电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的,A、C错误,B正确.测出电子比荷的值和电荷量e的值,可以确定电子的质量,D正确.
3.AB [解析] 根据α粒子散射实验结果可知,绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上沿原方向前进,少数α粒子发生大角度偏转,极少数偏角超过90°,个别的被弹回.因为绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上沿原方向前进,所以在A位置观察到的闪光次数最多, A正确;因为少数α粒子发生大角度偏转,所以相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多,B正确;因为极少数偏角超过90°,个别的被弹回,所以放在C、D位置时屏上都能观察到闪光,但次数极少,C、D错误.
4.B [解析] 电子体积非常小,α粒子碰到它像子弹碰到灰尘,损失的能量极少,不改变运动的轨迹,故A错误;电子质量远比α粒子的小,所以它对α粒子运动的影响极其微小,故B正确;α粒子跟各个电子碰撞的效果像子弹碰到很多灰尘小颗粒,损失的能量极少,不改变运动的轨迹,但不能说相互抵消,故C错误;α粒子受到不同电子的作用不全是同一时刻受到的,所以说所受合外力不为零,故D错误.
5.D [解析] 离金原子核远的α粒子偏转角度小,离金原子核近的α粒子偏转角度大,正对金原子核的α粒子沿原路返回,D正确.
6.ACD [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;原子核的电荷数就是核中的质子数,故C正确;原子序数等于核电荷量与电子电荷量大小的比值,故D正确.
7.BC [解析] 一般原子核半径的数量级为10-15 m,故A错误;从绝大多数α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,说明原子的中心有一个体积很小的核,极少数α粒子发生了大角度的偏转,说明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量,故B、C正确;造成α粒子偏转的主要原因是它受到了原子中心正电荷的作用,故D错误.
8.C [解析] 重原子核带正电,根据正点电荷的等势面的分布可知,α粒子在离原子核越远的点,其电势越低,所以在重核周围产生的电场中,Q点的电势比M点的低,故B错误;重原子核与α粒子之间电场力为斥力,所以α粒子从Q运动到M过程中,电场力先做负功后做正功,所以α粒子的动能先减小后增大,电势能先增大后减小,所以N点电势能最大,故C正确;α粒子从M点运动到Q点,有WMQ=qUMQ=q(φM-φQ),由于Q点的电势比M点的低,即UMQ>0,则电场力对它做的总功为正功,所以α粒子动能增大,则α粒子在M点的速率比在Q点的小,所以A、D错误.
9.(1)ABC (2) (3)B
[解析] (1)平行金属板间存在匀强电场,油滴恰好处于静止状态,静电力与重力平衡,则有mg=qE=q,所以需要测出的物理量有油滴质量m,两板间的电压U,两板间的距离d,故选A、B、C.
(2)该油滴的电荷量q=.
(3)在进行了几百次的测量以后,密立根发现油滴所带的电荷量虽不同,但都是某个最小电荷量的整数倍,这个最小电荷量被认为是元电荷,其值为e=1.6×10-19 C,但元电荷不是电子,只是在数值上等于电子或质子的电荷量,故B正确,A、C、D错误.
10.(1) (2)
[解析] (1)设电子的速度为v,则有evB=eE
所以v==.
(2)当极板间仅有偏转电场时,电子在电场中沿竖直方向的偏转距离为y1=a=·=
电子离开偏转电场时竖直方向上的分速度为
v1=at1=·
电子离开偏转电场后做匀速直线运动,到荧光屏的时间为t2=,这段时间内沿竖直方向运动的距离为
y2=v1t2=
这样,电子在竖直方向上偏转的总距离为
d=y1+y2=L1
解得=.
11.4×10-14m
[解析] α粒子接近金原子核,克服库仑力做功,动能减少,电势能增加.当α粒子的动能完全转化为电势能时,离金原子核最近,距离为R,R可被认为是金原子核半径.由能量守恒定律有mα=qαφ,又因φ=,Q为金原子核电荷量,则R=,代入数据,其中qα=2e,Q=79e,可得R≈4×10-14m3 原子的核式结构模型建议用时:40分钟
◆ 知识点一 电子的发现
1.关于汤姆孙发现电子,下列说法中正确的是 ( )
A.爱因斯坦是第一个测出阴极射线比荷的人
B.汤姆孙直接测出了阴极射线的质量
C.汤姆孙发现,用不同材料的阴极和不同的气体做实验,阴极射线的比荷是不同的
D.汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍
2.(多选)下列说法中正确的是 ( )
A.汤姆孙精确地测出了电子电荷量e=1.602 176 634×10-19 C
B.电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的
C.汤姆孙油滴实验更重要的发现是:电荷是量子化的,即任何电荷量只能是e的整数倍
D.通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e的值,就可以确定电子的质量
◆ 知识点二 原子的核式结构模型
3.(多选)[2024·福建上杭一中月考] 如图所示为α粒子散射实验装置的示意图,荧光屏和显微镜在图中的A、B、C、D四个位置时,关于观察到的现象,下列说法正确的是 ( )
A.相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B.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位置时少得多
C.放在C、D位置时屏上观察不到闪光
D.放在D位置时屏上观察不到闪光
4.[2024·北京四中月考] 在α粒子散射实验中,我们并没有考虑电子对α粒子偏转角度的影响,这是因为( )
A.电子的体积非常小,以致α粒子碰不到它
B.电子的质量远比α粒子的小,所以它对α粒子运动的影响极其微小
C.α粒子使各个电子碰撞的效果相互抵消
D.电子在核外均匀分布,所以α粒子受电子作用的合外力为零
5.[2024·天津一中月考] 卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构,正确反映实验结果的示意图是图中的 ( )
◆ 知识点三 原子核的电荷与尺度
6.(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量与电子电荷量大小的比值
7.(多选)卢瑟福指导他的助手进行的α粒子散射实验所用仪器的示意图如图所示.放射源发射的α粒子打在金箔上,通过显微镜观察散射的α粒子.实验发现,绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来方向前进,但少数α粒子发生了大角度偏转,极少数的偏转角度甚至大于90°,于是,卢瑟福大胆猜想( )
A.原子核半径的数量级是10-10 m
B.正电荷分布在原子核内
C.原子内部有体积很小、质量很大的核
D.造成α粒子偏转的主要原因是它受到了原子中电子的作用
8.[2024·广东广州一中月考] 核散射是2019年经全国科学技术名词审定委员会审定公布的物理学名词.如图所示,高速运动的α粒子被位于O点的重原子核散射,实线表示α粒子运动的轨迹,M、N和Q为轨迹上的三点,N点离核最近,Q点比M点离核更远,则 ( )
A.α粒子在M点的速率比在Q点的大
B.在重核产生的电场中,M点的电势比Q点的低
C.三点中,α粒子在N点的电势能最大
D.α粒子从M点运动到Q点,电场力对它做的总功为负功
9.[2024·云南昆明一中月考] 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,该实验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,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)在进行了几百次的测量以后,密立根发现油滴所带的电荷量虽不同,但都是某个最小电荷量的整数倍,这个最小电荷量被认为是元电荷.下列说法正确的是 .
A.油滴的电荷量可能是1.6×10-20 C
B.油滴的电荷量可能是3.2×10-19 C
C.元电荷就是电子
D.带电体所带电荷量可取任意值
10.[2024·辽宁大连八中月考] 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)求打在荧光屏O点的电子速度的大小;
(2)推导出电子比荷的表达式.
11.1911年前后,物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔,获得惊人的发现.试由此实验根据下列所给公式或数据估算金原子核的大小.已知点电荷的电势φ=,k=9.0×109 N·m2/C2.金原子序数为79,α粒子的质量mα=6.64×10-27kg,质子质量mp=1.67×10-27kg,α粒子的速度vα=1.60×107 m/s,电子电荷量e=1.6×10-19C.(共66张PPT)
3 原子的核式结构模型
学习任务一 电子的发现
学习任务二 原子的核式结构模型
学习任务三 原子核的电荷与尺度
随堂巩固
◆
练习册
备用习题
学习任务一 电子的发现
［教材链接］ 阅读教材“电子的发现”相关内容，完成下列填空：
(1) 1897年，汤姆孙根据阴极射线在______和______中的偏转情况断定,它的本质是________的粒子流,并求出了这种粒子的______.组成阴极射线的粒子被称为______.
电场
磁场
带负电
比荷
电子
(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_____________(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) 从实验测到的比荷及的数值,可以确定电子的质量为；质子质量与电子质量的比值为______.
1836
例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.汤姆孙直接精确测得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；
汤姆孙并没有直接精确测得阴极射线粒子的电荷量，D错误.
√
例2 [2024·北京四中月考] 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，阴极发出的电子经加速后，穿过小孔、沿中心轴线进入到两块水平正对放置的极板、间的区域，射出后到达右端的荧光屏上形成光点.若极板、间无电压，电子将打在荧光屏上的中心点；若在极板间施加偏转电压，则电子将打点.若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向里、磁感应强度为的匀强磁场(图中未画出)，则电子在荧光屏上产生的光点又回到点.若极板、间的距离为.
(1) 求电子进入极板、区域时速度的大小；
[答案]
[解析] 电子在极板、间电场力与洛伦兹力的作用下沿中心轴线运动，即受力平衡，设电子进入极板间时的速度为，根据受力平衡可得
又
联立解得
(2) 去掉、间的电压，只保留磁场.由于磁场方向与射线运动方向垂直，阴极射线在、之间有磁场的区域会形成一个半径为的圆弧，使得阴极射线落在屏的点.请你推导出电子的比荷的表达式.
[答案]
[解析] 去掉、间的电压，只保留磁场，电子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可得
又
联立解得电子的比荷为
【要点总结】
1.对阴极射线本质的认识
观点 代表人物 对阴极射线本质的认识
电磁波说 赫兹 认为阴极射线是一种电磁辐射
粒子说 汤姆孙 认为阴极射线是一种带电微粒
2.阴极射线带电性质的判断
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
在阴极射线所经区域加上磁场 通过打在荧光屏上亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质
实验结果：根据阴极射线在电场或磁场中的偏转，可以判断出阴极射线是一种带负电的粒子流
3.利用磁偏转测定带电粒子比荷
(1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，如图所示，使带电粒子所受到的库仑力和洛伦兹力平衡,不发生偏转,则有,所以.
(2)去掉电场,只保留磁场,磁场方向与速度方向垂直,带电粒子在磁场中做半径为的圆周运动, 由洛伦兹力提供向心力，有，两式联立可得.
4.电子发现的意义：电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的.
学习任务二 原子的核式结构模型
［教材链接］ 阅读教材“原子的核式结构模型”相关内容，完成下列填空：
(1) 如图所示为汤姆孙1898年提出的原子模型：他认为原子是一个球体,正电荷弥漫性地______分布在整个球体内,电子镶嵌其中.汤姆孙模型被称为“西瓜模型”或“______模型”.该模型能够解释一些实验现象,后来被___________实验否定了.
均匀
枣糕
粒子散射
(2) 卢瑟福的原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核,叫作________,原子的全部正电荷和几乎全部的______都集中在原子核里,带负电的电子在______空间运动.
原子核
质量
核外
例3 如图所示为卢瑟福 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 粒子在各个角度的散射情况.下列说法中正确的是( )
A.在图中的、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
B.在图中的位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
C.卢瑟福选用不同重金属箔作为 粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
D. 粒子发生散射的主要原因是 粒子撞击到金原子后产生的反弹
√
[解析] 粒子散射实验现象：绝大多数 粒子沿原方向前进，少数 粒子有大角度散射.所以A处观察到的闪光次数多，B处观察到的闪光次数少，选项A、B错误
粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，选用不同重金属箔作为 粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，选项D错误，C正确.
变式1 (多选)[2024·天津一中月考] 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
√
√
[解析] 根据 粒子散射实验现象，大多数粒子通过金箔后运动方向不变，少数粒子运动方向发生改变，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，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.
变式2 如图所示是卢瑟福为解释 粒子散射实验而提出的情境.占金原子质量绝大部分的原子核集中在很小的空间范围，曲线表示 粒子的运动轨迹.下列说法正确的是( )
A.越接近原子核的 粒子发生散射时的偏转角越小
B.电子质量约为 粒子质量的，因此电子对 粒子速度的影响可以忽略
C.由该实验可以得出 粒子与金原子核一定带异种电荷
D.若实验中换用轻金属箔片，发生大角度偏转的 粒子将会增多
√
[解析] 越接近原子核的 粒子受到的库仑斥力越大，发生散射时的偏转角越大，A错误；
电子质量约为 粒子质量的，因此电子对 粒子速度的影响可以忽略，B正确；
由该实验可以得出 粒子与金原子核一定带同种电荷，C错误；
若实验中换用轻金属箔片，发生大角度偏转的 粒子将会减少，D错误.
【要点总结】
1.实验过程： 粒子从铅盒射出，形成细射线打在金箔上，被散射的 粒子打在荧光屏上产生闪光，用可转动的显微镜从不同角度进行观察.
2.现象及解释
(1)绝大多数的 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进.大多数 粒子离金原子核较远.
(2)少数 粒子发生较大的偏转.发生较大偏转的 粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大.
(3)极少数 粒子偏转角度超过 ，有的几乎达到 .正对或基本正对着金原子核入射的 粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后加速远离金原子核.
3.实验意义：否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了原子的核式结构模型.
学习任务三 原子核的电荷与尺度
［教材链接］ 阅读教材“原子核的电荷与尺度”相关内容，完成下列填空：
(1) 原子核的大小：原子核的质量几乎集中了原子的全部质量,但它的______却非常小,原子半径的数量级是_________,而原子核半径的数量级是_________,两者相差十万倍之多.
半径
(2) 原子核的电荷：各种元素的原子核的________,即原子内的_________,非常接近它们的__________,这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的________来排列的.
电荷数
电子数
原子序数
电子数
(3) 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________.
质子
中子
质子数
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.原子核直径的数量级为
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
[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和就是原子的质量，故B错误;
原子直径的数量级是,原子核是原子内很小的核，直径数量级为,C错误;
中性原子的电子电荷量之和与原子核所带正电荷相等,D错误.
√
【要点总结】
1.原子核中的质子数、原子核的电荷数、元素的原子序数都相等.
2.核外电子数等于核内质子数，仅限于呈电中性的原子，对于带电离子，核外电子数和核内质子数不相等.
1. (多选)关于α粒子散射实验,下列说法正确的是 ( )
A.实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来方向前进,少数发生了较大偏转,极少数偏转超过90°,有的甚至被弹回,偏转接近180°
B.原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分
C.原子中心的核带有原子的绝大部分正电荷
D.原子中心的核集中了原子的绝大部分质量
√
√
√
[解析] α粒子散射实验的现象是:绝大多数α粒子几乎不发生偏转,少数α粒子发生了较大角度的偏转,极少数α粒子偏转角度超过90°,有的甚至几乎达到180°,被反弹回来,故A正确;
造成α粒子散射角度大的原因是受到原子核的斥力,从绝大多数α粒子几乎不发生偏转,可以推测使α粒子受到排斥力的核体积极小,故B正确;
实验表明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量,故C错误,D正确.
2. (多选)在α粒子散射实验中,关于选用金箔的原因,下列说法正确的是( )
A.金具有很好的延展性,可以做成很薄的箔
B.金核不带电
C.金原子核质量大,被α粒子轰击后不易移动
D.金核半径大,易形成大角度散射
[解析] α粒子散射实验中,选用金箔是因为金具有很好的延展性,可以做成很薄的箔,α粒子很容易穿过,故A正确;
金核带正电,半径大,易形成大角度散射,故B错误,D正确;
金原子核质量大,被α粒子轰击后不易移动,故C正确.
√
√
√
3.电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过“油滴实验”测得的.他测定了数千个带电油滴的电荷量,发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍.这个最小电荷量就是电子所带的电荷量.密立根“油滴实验”的原理图如图所示,A、B是两块平行放置的水平金属板,A板带正电,B板带负电.从喷雾器嘴喷出的小油滴落到A、B两板之间的电场中,小油滴由于摩擦而带负电,调节A、B两板间的电压,可使小油滴受到的电场力和重力平衡.已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/C,小油滴半径是1.64×10-4 cm,油的密度是0.851 g/cm3,求小油滴所带的电荷量.这个电荷量是电子电荷量的
多少倍 (g取9.8 m/s2,e=1.6×10-19 C)
[答案] 8.0×10-19 C 5倍
[解析]小油滴质量为m=ρV=ρ·πr3
由题意得mg=Eq
联立解得q==8.0×10-19 C
设小油滴所带电荷量q是电子电荷量e的n倍,则n==5.
1.(电子的发现)(多选)关于电子的发现，下列说法正确的是( )
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.在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒
D.电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分
[解析] 发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但它使人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A错误，B正确；
在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；
原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到原子中应该还有其他带正电的部分，D正确.
√
√
√
2.(原子的核式结构模型)[2024·浙江杭州二中月考] 关于 粒子散射实验，下列说法正确的是( )
A.卢瑟福根据 粒子散射实验提出了原子的“西瓜模型”
B.使 粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当 粒子接近核时是核的斥力使 粒子偏转，当 粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转
C.实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分
D.实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量
√
[解析] 卢瑟福根据 粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故A错误；
使 粒子发生偏转的力是来自带正电的核的库仑斥力，故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库仑斥力的核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，故C正确；
原子中心的核带有原子的全部正电荷和几乎原子的全部质量，故D错误.
3.(原子的核式结构模型)(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有( )
A.原子的中心有个核，叫原子核
B.原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内
D.带负电的电子在核外运动
[解析] 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：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内，带负电的电子在核外运动，由此可见，选项B错误，A、C、D正确.
√
√
√
4.( 粒子散射实验)(多选)研究 粒子散射的实验装置如图所示，关于 粒子散射实验，下列说法正确的是( )
A.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
B.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
C.极少数 粒子被弹回，说明原子中心是一个体积小、带正电且占有几乎原子全部质量的核
D.在 粒子散射实验中，当 粒子最接近原子核时，电势能最小
√
√
[解析] 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、带正电且几
乎占有原子全部质量的核，A、C正确；
少数 粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于 粒子受到金原子核的斥力作用较大，而非与电子发生了碰撞，B错误；
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.
练 习 册
知识点一 电子的发现
1.关于汤姆孙发现电子，下列说法中正确的是( )
A.爱因斯坦是第一个测出阴极射线比荷的人
B.汤姆孙直接测出了阴极射线的质量
C.汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的比荷是不同的
D.汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍
√
[解析] 汤姆孙是第一个测出阴极射线比荷的人，但是没有测出阴极射线的质量，故A、B错误；
汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的比荷是相同的，故C错误；
汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍，故D正确.
2.(多选)下列说法中正确的是( )
A.汤姆孙精确地测出了电子电荷量
B.电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的
C.汤姆孙油滴实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何电荷量只能是的整数倍
D.通过实验测得电子的比荷及电子电荷量的值，就可以确定电子的质量
[解析] 电子的电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的，A、C错误，B正确.
测出电子比荷的值和电荷量的值，可以确定电子的质量，D正确.
√
√
知识点二 原子的核式结构模型
3.(多选)[2024·福建上杭一中月考] 如图所示为 粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜在图中的、、、四个位置时，关于观察到的现象，下列说法正确的是( )
A.相同时间内放在位置时观察到屏上的闪光次数最多
B.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少得多
C.放在、位置时屏上观察不到闪光
D.放在位置时屏上观察不到闪光
√
√
[解析] 根据 粒子散射实验结果可知，绝大多数
粒子穿过金箔后，基本上沿原方向前进，少数 粒
子发生大角度偏转，极少数偏角超过 ，个别的
被弹回.因为绝大多数 粒子穿过金箔后，基本上沿
原方向前进，所以在A位置观察到的闪光次数最多，正确；
因为少数 粒子发生大角度偏转，所以相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多，B正确；
因为极少数偏角超过， 个别的被弹回，所以放在C、D位置时屏上都能观察到闪光，但次数极少，C、D错误.
4.[2024·北京四中月考] 在 粒子散射实验中，我们并没有考虑电子对 粒子偏转角度的影响，这是因为( )
A.电子的体积非常小，以致 粒子碰不到它
B.电子的质量远比 粒子的小，所以它对 粒子运动的影响极其微小
C. 粒子使各个电子碰撞的效果相互抵消
D.电子在核外均匀分布，所以 粒子受电子作用的合外力为零
√
[解析] 电子体积非常小， 粒子碰到它像子弹碰到灰尘，损失的能量极少，不改变运动的轨迹，故A错误；
电子质量远比 粒子的小，所以它对 粒子运动的影响极其微小，故B正确；
粒子跟各个电子碰撞的效果像子弹碰到很多灰尘小颗粒，损失的能量极少，不改变运动的轨迹，但不能说相互抵消，故C错误；
粒子受到不同电子的作用不全是同一时刻受到的，所以说所受合外力不为零，故D错误.
5.[2024·天津一中月考] 卢瑟福利用 粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是图中的( )
A.&1& B.&2&
C.&3& D.&4&
√
[解析] 离金原子核远的 粒子偏转角度小，离金原子核近的 粒子偏转角度大，正对金原子核的 粒子沿原路返回，D正确.
A.&1& B.&2&
C.&3& D.&4&
知识点三 原子核的电荷与尺度
6.(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量与电子电荷量大小的比值
√
√
√
[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；
原子核的电荷数就是核中的质子数，故C正确；
原子序数等于核电荷量与电子电荷量大小的比值，故D正确.
7.(多选)卢瑟福指导他的助手进行的 粒子散射实验所用仪器的示意图如图所示.放射源发射的 粒子打在金箔上，通过显微镜观察散射的 粒子.实验发现，绝大多数 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来方向前进，但少数 粒子发生了大角度偏转，极少数的偏转角度甚至大于 ，于是，卢瑟福大胆猜想( )
A.原子核半径的数量级是
B.正电荷分布在原子核内
C.原子内部有体积很小、质量很大的核
D.造成 粒子偏转的主要原因是它受到了原子中电子的作用
√
√
[解析] 一般原子核半径的数量级为，
故A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，说明原子的中心有一个体积很小的核，极少数 粒子发生了大角度的偏转，说明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量，故B、C正确；
造成 粒子偏转的主要原因是它受到了原子中心正电荷的作用，故D错误.
8.[2024·广东广州一中月考] 核散射是2019年经全国科学技术名词审定委员会审定公布的物理学名词.如图所示，高速运动的 粒子被位于点的重原子核散射，实线表示 粒子运动的轨迹，、和为轨迹上的三点，点离核最近，点比点离核更远，则( )
A. 粒子在点的速率比在点的大
B.在重核产生的电场中，点的电势比点的低
C.三点中， 粒子在点的电势能最大
D. 粒子从点运动到点，电场力对它做的总功为负功
√
[解析] 重原子核带正电，根据正点电荷的等势面的分
布可知， 粒子在离原子核越远的点，其电势越低，
所以在重核周围产生的电场中，点的电势比点的低，
故B错误；
重原子核与 粒子之间电场力为斥力，所以 粒子从运动到过程中，电场力先做负功后做正功，所以 粒子的动能先减小后增大，电势能先增大后减小，所以点电势能最大，故C正确；
粒子从点运动到点，有，由于点的电势比点的低，即，则电场力对它做的总功为正功，所以 粒子动能增大，则 粒子在点的速率比在点的小，所以A、D错误.
9.[2024·云南昆明一中月考] 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，该实验被称为密立根
油滴实验.如图所示，两块水平放置的金属板、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 B.两板间的电压
C.两板间的距离 D.两板的长度
√
√
√
[解析] 平行金属板间存在匀强电场，油滴恰好处于静止状态，静电力与重力平衡，则有，所以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A、B、C.
(2) 用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量_____.(已知重力加速度为)
[解析] 该油滴的电荷量.
(3) 在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷.下列说法正确的是___.
A.油滴的电荷量可能是
B.油滴的电荷量可能是
C.元电荷就是电子
D.带电体所带电荷量可取任意值
√
[解析] 在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷，其值为，但元电荷不是电子，只是在数值上等于电子或质子的电荷量，故B正确，A、C、D错误.
10.[2024·辽宁大连八中月考] 图为汤姆孙用来测定电子比荷的装置.当极板和间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心点处，形成一个亮点；加上偏转电压后，亮点偏离到点，点到点的竖直距离为，水平距离可忽略不计.此时在与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，当其大小为时，亮点重新回到点.已知极板水平方向长度为，极板间距为，极板右端到荧光屏的距离为.
(1) 求打在荧光屏点的电子速度的大小;
[答案]
[解析] 设电子的速度为，则有
所以.
10.[2024·辽宁大连八中月考] 图为汤姆孙用来测定电子比荷的装置.当极板和间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心点处，形成一个亮点；加上偏转电压后，亮点偏离到点，点到点的竖直距离为，水平距离可忽略不计.此时在与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，当其大小为时，亮点重新回到点.已知极板水平方向长度为，极板间距为，极板右端到荧光屏的距离为.
(2) 推导出电子比荷的表达式;
[答案]
[解析] 当极板间仅有偏转电场时，电子在电场中沿竖直方向的偏转距离为
电子离开偏转电场时竖直方向上的分速度为
电子离开偏转电场后做匀速直线运动，到荧光屏的时间为，这段时间内沿竖直方向运动的距离为
这样，电子在竖直方向上偏转的总距离为
解得.
11.1911年前后，物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔，获得惊人的发现.试由此实验根据下列所给公式或数据估算金原子核的大小已知点电荷
的电势，.金原子序数为79，粒子的质量，质子质量， 粒子的速度，电子电荷量.
[答案]
[解析] 粒子接近金原子核，克服库仑力做功，动能减少，电势能增加.当 粒子的动能完全转化为电势能时，离金原子核最近，距离为，可被认为是金原子核半径.由能量守恒定律有 ，又因，为金原子核电荷量，则，代入数据，其中，，可得
