人教版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第4章 第3节　原子的核式结构模型学案

第3节　原子的核式结构模型
核心 素养 物理观念 科学思维
1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
2.知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍。
3.了解α粒子散射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。
5.知道原子和原子核大小的数量级，原子核的电荷数。 1.体会汤姆孙发现电子的研究方法。
2.体会卢瑟福通过α粒子散射实验否定已有原子模型和建立新模型的思想方法。
知识点一　阴极射线
[阅读助学]
这个丰富多彩的大千世界是由原子构成的。原子内部呈现的复杂的结构，不断地吸引着人们去探索。现在利用先进的手段已经能够“看到”或“拿起”一个原子，但在19世纪，实验手段和设备相当简陋，人类只能运用观测的现象推测原子内部的情景。汤姆孙在研究原子结构方面取得了开拓性的成果。汤姆孙在当时是通过什么样的实验发现电子的呢？
用扫描隧道显微镜
“看到”的溴原子
1.实验装置：如图所示真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极；把它们分别连在感应圈的负极和正极上。
2.实验现象：玻璃壁上出现淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影。
3.阴极射线：荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴极射线。
[思考判断]
(1)玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。(×)
(2)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。(×)
(3)阴极射线在真空中沿直线传播。(√)
知识点二　电子的发现
1.汤姆孙的探究
(1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转情况，证明它是B(A.带正电　B.带负电)的粒子流并求出了它的比荷。
(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同。证明这种粒子是构成各种物质的共有成分。
(3)进一步研究新现象，不论是由于正离子的轰击，紫外光的照射，金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的带电粒子——电子。由此可见，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。
2.密立根“油滴实验”
(1)精确测定电子电荷。
(2)电荷是量子化的。
3.电子的有关常量
[思考判断]
(1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。(×)
(2)组成阴极射线的粒子是电子。(√)
(3)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。(×)
知识点三　汤姆孙的原子模型
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。
汤姆孙的原子模型，小圆点代表正电荷，大圆点代表电子。
汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型，该模型能解释一些实验现象，但后来被α粒子散射实验否定了。
[思考判断]
汤姆孙的枣糕式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。(√)
知识点四　α粒子散射实验
1.α粒子
α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，含有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍。
2.实验方法
用α粒子源发射的α粒子束轰击金箔，用带有荧光屏的放大镜，在水平面内不同方向对散射的α粒子进行观察，根据散射到各方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中正、负电荷的分布情况。
3.实验装置
4.实验现象
(1)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。
(2)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”。
5.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。
[思考判断]
(1)α粒子带有一个单位的正电荷，质量为氢原子质量的2倍。(×)
(2)α粒子实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。(×)
知识点五　原子的核式结构模型
[观图助学]
在探究原子内部结构的过程中，卢瑟福说：“我知道了，原子到底是什么样的……可以将它想象成一个小的太阳系。”你是怎样理解这段话的？
1.核式结构模型：1911年由卢瑟福提出，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。
2.原子核的电荷与尺度
[思考判断]
(1)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动。(√)
(2)原子核的电荷数等于核中的中子数。(×)
(3)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷。(√)
在放电管的两极加强电压，使得两极间产生强电场，阴极中的电子受到足够大的电场力作用而脱离阴极，成为高速运动的电子流，即阴极射线。
玻璃管上的荧光是由于荧光物质受到阴极射线的撞击而引起的，而荧光本身不是阴极射线。
阴极射线是高速电子流，而高速电子流不一定是阴极射线。
判断阴极射线是否带电的方法
(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阴极射线带电的性质。
比荷——带电粒子的电荷量与其质量之比，叫作比荷。比荷是基本粒子的重要数据之一。测定比荷是研究带电粒子和物质结构的重要方法。
运用电磁场测定电子比荷的解题技巧
(1)当电子在复合场中做匀速直线运动时qE＝qvB，可以测出电子速度大小。
(2)当电子在磁场中偏转时，qvB＝，测出圆周运动半径，即可确定电子的比荷。
带电粒子在电场中处于平衡态——受力平衡，通过受力分析求解电荷量。
汤姆孙原子模型可以解释原子呈电中性，原子内正、负电荷数相等，也能解释阴极射线，当时容易被物理学家接受。
实验的注意事项
(1)整个实验过程在真空中进行；
(2)金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过；
(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄，另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显，而金原子核不会发生明显运动。
实验的巧妙之处
(1)高速α粒子，电荷量是氢离子的2倍，质量是其4倍，是电子的7 000倍，速度是光速的十分之一，能量巨大。
(2)装置巧妙，显微镜和荧光屏可在一个圆周上运动，统计各个不同位置相同时间内接收到的粒子数就可以确定α粒子穿过金箔后的偏转情况。
α粒子发生大角度散射的原因是什么？有没有可能是与电子碰撞后造成的？
α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射，碰撞前后，质量大的α粒子遇到电子，就像飞行的子弹遇到空气中的尘埃，因此不可能出现大角度散射。
原子半径的数量级是10－10 m，而原子核半径的数量级是10－15 m，二者相差十万倍之多，故原子核在原子中所占的体积是很小的。
Ze是原子核的电荷，单位是库仑；Z是原子序数，也是原子核的电荷数，它表示原子核的电荷是一个电子电荷(绝对值)的多少倍。Z是没有单位的，或者说Z的单位是1。
核心要点 　对阴极射线性质的研究和认识
[观察探究]
如图所示，接通真空管(又称阴极射线管)的电源，将条形磁铁的一个磁极靠近射线管，观察阴极射线是否偏转，向什么方向偏转；把另一个磁极靠近射线管，观察射线的偏转情况。你认为射线的偏转是什么原因造成的？你能通过射线偏转的情况来确定射线粒子流携带的是哪种电荷吗？
答案　运动电荷在磁场中受到洛伦兹力。根据左手定则，结合磁场方向、粒子运动方向，可以判断出射线粒子流携带的电荷是正电荷还是负电荷。
[探究归纳]
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.阴极射线的本质
阴极射线的本质是带负电的粒子流，汤姆孙把这种粒子命名为“电子”。
[试题案例]
[例1] (多选)一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹下偏，如图所示。则(　　)
A.导线中的电流由A流向B
B.导线中的电流由B流向A
C.若要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变AB中电流的方向来实现
D.电子束的径迹与AB中电流的方向无关
解析　在阴极射线管中射出的阴极射线是带负电的电子流，在导线AB形成的磁场中向下偏转，由左手定则可知磁场是垂直纸面向里的，根据安培定则可知导线AB中的电流是由B流向A的，选项A错误，B正确；通过改变AB中的电流方向可以改变磁场方向从而使阴极射线的受力方向向上，使电子束的径迹向上偏，选项C正确；由此可知电子束的径迹与AB中的电流方向即AB形成的磁场方向有关，选项D错误。
答案　BC
[针对训练1] 关于阴极射线，下列说法正确的是(　　)
A.阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象
B.阴极射线是在真空管内由正极发出的电子流
C.阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的
D.阴极射线的比荷比质子的比荷小
解析　阴极射线是在真空管中由负极发出的电子流，故选项A、B错误；最早由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名为阴极射线，故选项C正确；阴极射线本质是电子流，故其比荷比质子比荷大，故选项D错误。
答案　C
核心要点 　电子比荷的测定
[要点归纳]
1.带电粒子比荷的测定方法
(1)利用磁偏转测量
①让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场(如图甲)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(qvB＝qE)，得到粒子的运动速度v＝。
甲
②撤去匀强电场(如图乙)，保留匀强磁场，让带电粒子单纯地在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即qvB＝m，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r。
乙
③由以上两式确定带电粒子的比荷表达式：＝。
(2)利用电偏转测量
带电粒子在匀强电场中运动，沿电场方向的偏转距离y＝at2＝·，故＝，所以在偏转电场中，U、d、L已知时，只需测量v和y即可。
2.证明阴极射线不是氢离子的思路
(1)通过阴极射线在电场中的偏转证明它是带负电的粒子流。
(2)测定它的比荷是氢离子比荷的1 000多倍。
(3)测出阴极射线粒子的电荷量与氢离子的电荷量相同。
(4)计算出它的质量约为氢离子的千分之一，阴极射线是质量远小于氢离子的粒子——电子。
3.电子电荷量的精确测定是密立根通过“油滴实验”测定的，密立根实验的重要意义是发现电荷量是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍。
[试题案例]
[例2] 在再现汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现光斑。若在D、G间加上方向向上、场强为E的匀强电场，阴极射线将向下偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出)，光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向上偏转，偏转角为θ，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θ，求出阴极射线的比荷。
解析　(1)由于阴极射线在电场中向下偏转，因此阴极射线受电场力方向向下，又由于匀强电场方向向上，则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上的洛伦兹力，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外。
(3)设此射线带电荷量为q，质量为m，当射线在D、G间做匀速直线运动时，有qE＝qvB。当射线在D、G间的磁场中偏转时，如图所示，有qvB＝。同时又有L＝rsin θ，解得＝。
答案　(1)负电　(2)垂直纸面向外　(3)
[针对训练2] 如图所示为测量某种离子的比荷的装置。让中性气体分子进入电离室A，在那里被电离成离子。这些离子从电离室的小孔飘出，从缝S1进入加速电场被加速，然后让离子从缝S2垂直进入匀强磁场，最后打在底片上的P点。已知加速电压为U，磁场的磁感应强度大小为B，缝S2与P之间的距离为a，离子从缝S1进入电场时的速度不计，求该离子的比荷。
解析　离子在电场中
qU＝mv2①
离子在磁场中
qvB＝m②
2R＝a③
解①②③得＝。
答案　
核心要点 　对α粒子散射实验的理解与分析
[问题探究]
如图所示为1909年英籍新西兰物理学家卢瑟福及盖革进行α粒子散射实验的实验装置，阅读课本，回答以下问题：
(1)实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？
(2)少数α粒子发生大角度散射的原因是什么？
答案　(1)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带荧光屏的放大镜：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。带有放大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。
(2)α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射。
[探究归纳]
1.α粒子的散射实验否定了汤姆孙的原子模型
(1)α粒子在穿过原子之间时，所受周围的正、负电荷作用的库仑力是平衡的，α粒子不会发生偏转。
(2)α粒子正对着电子射来，质量远小于α粒子的电子不可能使α粒子发生明显偏转，更不可能使它反弹。
2.原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释
(1)当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，α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α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，偏转角才很大，而这种机会很少。
(3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180°，这种机会极少。
[试题案例]
[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片作为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粒子撞击到金箔原子后产生的反弹
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处观察到的粒子数多，B处观察到的粒子数少，所以选项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，所以选项D错误，C正确。
答案　C
[针对训练3] (多选)如图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图，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，下述说法中正确的是(　　)
A.相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多
B.相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时少些
C.放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
D.放在C、D位置时屏上观察不到闪光
解析　在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，选项A正确；少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，选项D错误，B、C正确。
答案　ABC
核心要点 　原子的核式结构模型
[要点归纳]
1.原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的对比
核式结构模型 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，非常接近原子序数。
3.原子核的大小：原子的半径数量级为10－10 m，原子核半径的数量级为10－15 m，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。
[试题案例]
[例4] (多选)根据卢瑟福的原子的核式结构理论，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，库仑力提供向心力
C.原子的全部正电荷都集中在原子核里
D.原子核的直径大约为10－10 m
解析　卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了汤姆孙的原子模型，提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核半径的数量级为10－15 m，原子半径的数量级为10－10 m，原子半径是原子核半径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷”的，核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引而绕核旋转，所以A、B、C正确，D错误。
答案　ABC
[针对训练4] 在卢瑟福α粒子散射实验中，只有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是(　　)
A.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里
B.正电荷在原子内是均匀分布的
C.原子中存在着带负电的电子
D.原子的质量在原子核内是均匀分布的
解析　原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里，当α粒子十分接近核时，受到较大的斥力，发生了较大角度的偏转，故A正确，B错误；在卢瑟福α粒子散射实验中，只有少数α粒子发生了大角度偏转，这种现象与原子中存在着带负电的电子无关，与原子的质量在原子核内的分布情况无关，故C、D错误。
答案　A
1.(对阴极射线的认识)关于阴极射线的实质，下列说法正确的是(　　)
A.阴极射线实质是氢原子 B.阴极射线实质是电磁波
C.阴极射线实质是电子 D.阴极射线实质是X射线
解析　阴极射线是原子受激发射出的电子。关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的。
答案　C
2.(电子比荷的测定)密立根油滴实验原理如图所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正、负极相接，板间距离为d，板间电压为U，形成竖直向下、场强为E的匀强电场。用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴。通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为m，重力加速度为g，则下列说法正确的是(　　)
A.悬浮油滴带正电
B.悬浮油滴的电荷量为
C.增大场强，悬浮油滴将向上运动
D.油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍
解析　带电油滴在两板间静止时，电场力向上，应带负电，A项错误；qE＝mg，即q＝mg，所以q＝，B项错误；当E变大时，qE变大，合力向上，油滴将向上运动，C项正确；任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍，D项错误。
答案　C
3.(α粒子散射实验装置及现象的认识)对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有(　　)
A.实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜
B.金箔的厚度对实验无影响
C.如果不用金箔，改用铝箔，就不会发生散射现象
D.实验装置放在空气中和真空中都可以
解析　实验所用的金箔的厚度极小，如果金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受到较大的阻碍作用而影响实验效果，B项错误；如果改用铝箔，由于铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍然发生，C项错误；空气的流动及空气中有许多漂浮的分子，会对α粒子的运动产生影响，实验装置是放在真空中进行的，D项错误，A项正确。
答案　A
4.(对α粒子散射实验的理解)X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它们入射时的动能相同，其偏转轨道可能是下图中的(　　)
解析　α粒子离金原子核越远，其所受斥力越小，轨道弯曲程度就越小，故选项D正确。
答案　D
5.(两种原子模型的认识)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.科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型
解析　α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型。
答案　B
基础过关
1.下列实验现象中，支持阴极射线是带电微粒观点的是(　　)
A.阴极射线可以透过薄铝片
B.阴极射线通过电场或磁场时，要产生相应偏转
C.阴极射线透过镍单晶时，产生衍射现象
D.阴极射线轰击荧光物质，发出荧光
解析　阴极射线通过电场或磁场时发生偏转，说明它是带电的粒子，不是不带电的电磁波，只有选项B正确。
答案　B
2.关于汤姆孙发现电子的下列说法中正确的是(　　)
A.戈德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　由物理学史可知D正确。
答案　D
3.(多选)如图所示，关于高压的真空管，下列说法中正确的是(　　)
A.加了高压的真空管中可以看到辉光现象
B.a为负极，b为正极
C.U1为高压电源，U2为低压电源
D.甲为环状物，乙为荧光中出现的阴影
解析　真空中不能发生辉光放电。U1为低压电源，U2为高压电源。
答案　BD
4.(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(　　)
A.若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的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，则阴极射线不偏转
解析　实验证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可知选项C正确，B错误；加上磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要发生偏转，因而选项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。
答案　AC
5.在α粒子散射实验中，电子对α粒子运动的影响可以忽略，这是因为与α粒子相比，电子的(　　)
A.电荷量太小 B.速度太小
C.体积太小 D.质量太小
解析　电子的质量远小于α粒子的质量，电子质量仅为α粒子质量的，两者相撞时，电子对α粒子的作用力可以忽略不计，选项D正确。
答案　D
6.关于原子结构理论与α粒子散射实验的关系，下列说法正确的是(　　)
A.卢瑟福做α粒子散射实验是为了验证汤姆孙的枣糕模型是错误的
B.卢瑟福认识到汤姆孙枣糕模型的错误后提出了核式结构理论
C.卢瑟福的α粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正确性
D.卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构理论
解析　卢瑟福的α粒子散射实验是为了探究原子内电荷的分布，并非为了验证汤姆孙模型是错误的，A错误；卢瑟福并不是认识到枣糕模型的错误后提出的核式结构理论，B错误；卢瑟福做了α粒子散射实验后，由实验现象提出了核式结构理论，C错误，D正确。
答案　D
7.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，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　)
A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转
解析　卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，选项D错误。
答案　A
8.在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是(　　)
A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B.正电荷在原子中是均匀分布的
C.原子中存在着带负电的电子
D.原子的质量均匀分布在整个原子内
解析　原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，才使得在散射实验中，只有少数的α粒子离核很近，受到较大的库仑斥力，发生大角度的偏转，所以选项A正确。
答案　A
能力提升
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复合场，则下列说法正确的是(　　)
A.增大电场强度E，减小磁感应强度B
B.减小加速电压U，增大电场强度E
C.适当地加大加速电压U
D.适当地减小电场强度E
解析　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，即qE＝qvB，则可以使洛伦兹力增大或使电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U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。选项C、D正确。
答案　CD
10.美国物理学家密立根于20世纪初进行了多次实验，比较准确地测定了电子的电荷量，其实验原理可以简化为如图所示模型：两个相距为d的平行金属板A、B水平放置，两板接有可调电源。从A板上的小孔进入两板间的油滴因摩擦而带有一定的电荷量，将两板间的电势差调节到U时，带电油滴恰好悬浮在两板间；然后撤去电场，油滴开始下落，由于空气阻力，下落的油滴很快达到匀速下落状态，通过显微镜观测这个速度的大小为v，已知这个速度与油滴的质量成正比，比例系数为k，重力加速度为g。则计算油滴带电荷量的表达式为(　　)
A.q＝ B.q＝
C.q＝ D.q＝
解析　油滴悬浮在两板间，由平衡条件得：q＝mg，题给已知信息v＝km，联立得：q＝，选项B正确。
答案　B
11.α粒子散射实验中，α粒子经过某一原子核附近时的两种径迹如图所示。虚线为原子核的等势面，α粒子以相同的速率经过电场中的A处后，沿不同的径迹1和2运动，由径迹不能断定的是(　　)
A.原子核带正电
B.整个原子空间都弥漫着带正电的物质
C.粒子在径迹1中的动能先减小后增大
D.经过B、C两点，两粒子的速率相等
解析　两个径迹都显示α粒子受到的是斥力，所以原子核带正电。粒子在径迹1、2中原子核对它们先做负功，后做正功，动能先减小，后增大。同一等势面，势能相同，动能变化量也相同。
答案　B
12.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所示。图中P、Q为轨迹上的点，虚线是经过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线将平面分为四个区域。不考虑其他原子核对α粒子的作用，则关于该原子核的位置，正确的是(　　)
A.一定在①区域 B.可能在②区域
C.可能在③区域 D.一定在④区域
解析　原子核和α粒子均带正电，两者之间为斥力，据曲线运动的条件知，α粒子在P点时，原子核可以位于①②区域，α粒子在Q点时，原子核可以位于①③区域，取交集知原子核应位于①区域，A正确。
答案　A
13.物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，取得了惊人的发现。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φP＝，k＝9.0×
109 N·m2/C2，金原子序数为79，α粒子的质量mα＝6.64×10－27 kg，质子质量mP＝1.67×10－27 kg，α粒子的速度vα＝1.60×107 m/s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C。
解析　由动能转化为电势能得mαv＝qαφp①
又因为φP＝②
由①②得r＝)，其中Q为金原子核电荷量Q＝79e，α粒子电荷量qα＝2e，将题中数据代入可得r≈4×10－14 m。
答案　4×10－14 m
14.如图所示为美国物理学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图，两块水平放置的金属板间距为d。油滴从喷雾器的喷嘴喷出时，由于与喷嘴摩擦而带负电。油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间。当平行金属板间不加电压时，由于受到气体阻力的作用，油滴最终以速度v1竖直向下匀速运动；当上板带正电，下板带负电，两极间的电压为U时，带电油滴恰好能以速度v2竖直向上匀速运动。已知油滴在极板间运动时所受气体阻力的大小与其速率成正比，油滴密度为ρ，已测量出油滴的直径为D，重力加速度为g。
(1)设油滴受到气体的阻力Ff＝kv，其中k为阻力系数，求k的大小；
(2)求油滴所带电荷量。
解析　(1)油滴速度为v1时所受阻力Ff1＝kv1，油滴向下匀速运动时，重力与阻力平衡，有Ff1＝mg，m＝ρV＝πρD3，则k＝πρD3g。
(2)设油滴所带电荷量为q，油滴受到的电场力为F电＝qE＝q，油滴向上匀速运动时，阻力向下，油滴受力平衡，则kv2＋mg＝q，油滴所带电荷量为q＝。
答案　见解析