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　 第四章　原子结构
1.电子的发现 2.原子的核式结构模型
题组一　带电粒子比荷的测定方法
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
2.许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进步。如图是科学史上一个著名的实验，以下说法正确的是（　　）
A.此实验是库仑测量油滴电荷量的实验
B.此实验是法拉第测量电子电荷量的实验
C.通过此油滴实验直接测定了元电荷的数值
D.通过多次实验测量，发现油滴所带的电荷量虽不相同，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
3.（多选）汤姆孙的阴极射线管的示意图如图所示，下列说法正确的是（　　）
A.若在D1、D2两极板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、D2两极板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、D2两极板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、D2两极板之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不偏转
题组二　α粒子散射实验和原子的核式结构模型
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①②③为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理正确的是（　　）
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.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大
D.若正电荷均匀分布在原子内，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差不多
5.如图是卢瑟福为解释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
6.卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子核式结构模型，实验装置如图所示，有带电粒子打到光屏上就会产生光斑。为验证α粒子散射实验结论，现在1、2、3、4四处放置带有荧光屏的显微镜。则这四处位置一段时间内统计的闪烁次数符合实验事实的是（　　）
A.2、10、625、1 205　　B.1 202、1 305、723、203
C.1 305、25、7、1 D.1 202、1 010、723、203
7.（多选）α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近的示意图如图所示，A、B、C分别位于两个等势面上，则以下说法正确的是（　　）
A.α粒子在A处的速度比B处的速度小
B.α粒子在B处的动能最大，电势能最小
C.α粒子在A、C两处的速度大小相等
D.α粒子在B处的速度比在C处的速度要小
8.关于原子模型及其建立过程叙述正确的是（　　）
A.阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电荷量
B.汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷是弥漫性分布于球内，该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代
C.α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10－10 m
D.卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域——原子核，电子绕核做圆周运动，库仑力提供向心力
9.（多选）α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，少数发生了大角度偏转，只有极少数被反弹回来，如图所示。若反弹回来的α粒子速度大小几乎不变，则下列说法正确的是（　　）
A.碰撞反弹过程中，α粒子的动量变化量Δp＝0
B.碰撞反弹过程中，α粒子的动能变化量 ΔEk＝0
C.极少数α粒子被反弹回来，是因为α粒子与电子发生了碰撞
D.少数α粒子大角度偏转，是因为受到了金原子核的库仑力作用
10.在α粒子散射实验中，根据α粒子与原子核发生对心碰撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小。现有一个α粒子以2.0×107 m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79。求α粒子与金原子核间的最近距离（结果保留两位有效数字，已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Ep＝k，α粒子质量为6.64×10－27 kg）。
1.电子的发现
2.原子的核式结构模型
1.B　X射线不带电且有较强的穿透能力，可以透过薄铝片，因此阴极射线可以透过薄铝片不能说明阴极射线是带电微粒，故A错误； 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，故B正确；只要具有波的特性，就能产生衍射现象，故C错误；紫外线照射荧光物质时也会发出荧光，不能证明阴极射线是带电微粒，故D错误。
2.D　题图为密立根油滴实验的示意图，密立根通过油滴实验直接测定了油滴的电荷量。通过多次实验测量，发现油滴所带的电荷量虽不相同，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。故选D。
3.AC　实验证明，阴极射线是高速电子流，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，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，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。
4.B　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；α粒子发生大角度偏转是由于原子正电荷以及绝大部分质量集中在一个很小的核上，而在位置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；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①α粒子动量的变化量更大，所以冲量更大，所以C错误；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①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差较多，所以D错误。
5.B　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。
6.C　α粒子散射实验现象是绝大多数粒子穿过金箔后沿原来的方向前进，少数发生大角度偏转，极少数甚至原路返回，所以C正确，A、B、D错误。
7.CD　α粒子由A经B运动到C，由于受到库仑斥力的作用，α粒子先减速后加速，A错误，D正确；库仑斥力对α粒子先做负功后做正功，使动能先减小后增大，电势能先增大后减小，B错误；A、C处于同一个等势面上，从A到C库仑力不做功，α粒子在A、C两处的速度大小相等，C正确。
8.B　阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，密立根精确测定了电子的电荷量，A错误；汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷是弥漫性分布于球内，该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代，B正确；α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10－15 m，C错误；卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的区域——原子核，电子绕核做圆周运动，D错误。
9.BD　设α粒子的质量为m，速度为v，反弹回来的α粒子速度大小不变，方向反向，以反弹速度方向为正方向，则动量变化量为Δp＝mv－（－mv）＝2mv，故A错误；动能为标量，大小与速度方向无关，所以动能变化量ΔEk＝0，故B正确；极少数α粒子被反弹回来，是因为受到金属原子核的库仑力作用，故D正确，C错误。
10.2.7×10－14 m
解析：当α粒子向原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能。设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，则 mv2＝k，解得d＝≈2.7×10－14 m。
2 / 3第四章　原子结构
1.电子的发现 2.原子的核式结构模型
核心素养目标 物理观念 1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分。 2.知道电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是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，知道原子核的电荷数
科学思维 1.体会电子发现过程中所蕴含的科学方法。 2.理解卢瑟福根据散射实验结果建立原子核式结构模型的过程
知识点一　电子的发现
1.阴极射线
真空度很高的玻璃管　　　　发射出的一种射线，这种射线沿直线传播，撞击到玻璃壁上会产生黄绿色的荧光。
2.微粒比荷的测定　元电荷
（1）汤姆孙的探究
根据阴极射线在电场或磁场中的　　　　情况确定，它的本质是带　　　　（选填“正电”或“负电”）的粒子流，并求出了这种粒子的比荷（带电粒子的电荷量与质量之比）。组成阴极射线的粒子被称为电子。
（2）密立根实验：电子电荷量的精确测量是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的。目前公认的电子电荷量的值为e＝　　　　　 C（保留2位有效数字）。
（3）电荷的电荷量：电子所带的电荷量就是元电荷，e＝　　　　　 C；任何带电体的电荷量是不连续的，都是元电荷的整数倍。
知识点二　原子的核式结构模型
1.汤姆孙原子模型
1904年汤姆孙根据已知的实验现象和认识提出了影响较大的“枣糕模型”，如图所示，假想正电荷构成一个密度均匀的球体，电子“镶嵌”其中，并分布在一些特定的同心圆环或球壳上。
2.α粒子散射实验
（1）α粒子散射实验装置由　　　　　　、　　　　、探测器等几部分组成，实验时从α粒子源到探测器之间是　　　　的。
（2）实验现象
①　　　　　α粒子穿过金箔后仍沿　　　的方向前进或只发生很小的偏转；
②　　　　α粒子发生了较大的偏转，大约1/8 000的α粒子偏转角度超过了　　　　，极少数α粒子甚至被“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“枣糕模型”，提出了原子的“　　　　　　模型”。
3.原子核式结构模型
原子中间有一个体积很小、带　　　　的核（原子核），而电子在核外绕核运动。
【情景思辨】
　图甲是接通电源的阴极射线管；图乙是α粒子散射实验装置。请对以下说法作出判断：
（1）阴极射线管的阴极发出的射线是由电子组成的。（　　）
（2）磁铁靠近射线管时可观察到射线发生偏转。（　　）
（3）发现电子后，卢瑟福提出原子“枣糕”模型。（　　）
（4）α粒子通过金箔后均发生了大角度偏转。（　　）
（5）α粒子通过金箔后打在荧光屏上可发出荧光。（　　）
要点一　带电粒子比荷的测定方法
【探究】
　如图所示为汤姆孙的气体放电管。
（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？
【归纳】
1.阴极射线带电性质的判断方法
（1）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）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。
2.带电粒子比荷的测定
（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，使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电（Bqv＝qE），得到粒子的运动速度 v＝。
（2）撤去电场，如图所示，保留磁场，让粒子在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝m，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r。
（3）由以上两式确定粒子的比荷表达式为＝。
【典例1】　在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中心出现荧光斑。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为B的匀强磁场（图中未画），荧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。
尝试解答
规律方法
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＝m，测出圆周运动半径，即可确定比荷。
（3）当电子在匀强电场中偏转时，y＝at2＝，测出电场中的偏转量也可以确定比荷。
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
2.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的电场，出电场时打在屏上P点，经测量O'点和P点的距离为h，求电子的比荷。
要点二　α粒子散射实验和原子的核式结构模型
1.α粒子散射实验现象的分析
（1）核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。
（2）少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了很大的作用力。汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射。
（3）绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内。
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里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。
【典例2】　关于卢瑟福的α粒子散射实验，下列说法正确的是（　　）
A.大多数α粒子发生大角度偏转
B.α粒子发生偏转的原因是与电子发生碰撞
C.穿过金箔的过程中，远离金原子核的α粒子电势能减小
D.α粒子散射实验证明了汤姆孙关于原子的结构模型是正确的
尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
规律方法
α粒子散射实验中常用的规律
（1）库仑定律F＝k：用来分析α粒子和原子核间的相互作用力。
（2）牛顿第二定律：该实验中α粒子只受库仑力，可根据库仑力的变化分析加速度的变化。
（3）功能关系：根据库仑力做功可分析电势能的变化，也可分析动能的变化。
1.（多选）如图所示是卢瑟福的α粒子散射实验装置示意图，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.只有少数的α粒子发生大角度偏转
2.（多选）根据卢瑟福的原子的核式结构模型，下列对原子结构的认识，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
1.（多选）下列关于α粒子散射实验的说法中正确的是（　　）
A.在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
B.使α粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子
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及全部质量
2.（多选）关于阴极射线的性质，下列判断正确的是（　　）
A.阴极射线带负电
B.阴极射线带正电
C.阴极射线的比荷比氢离子的比荷大
D.阴极射线的比荷比氢离子的比荷小
3.卢瑟福的原子核式结构学说可以解释的问题是（　　）
A.结合经典电磁理论，解释原子的稳定性
B.用α粒子散射的实验数据估算原子核的大小
C.卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
D.卢瑟福通过α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的
4.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处，已知加速电压为U，磁场的磁感应强度为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。
1.电子的发现
2.原子的核式结构模型
【基础知识·准落实】
知识点一
1.阴极　2.（1）偏转　负电　（2）1.6×10－19
（3）1.6×10－19
知识点二
2.（1）α粒子源　金箔　真空　（2）①绝大多数　原来
②少数　90°　（3）核式结构　3.正电荷
情景思辨
（1）√　（2）√　（3）×　（4）×　（5）√
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【探究】　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之间单独加垂直纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转。
【典例1】　（1）负电　（2）垂直纸面向外　（3）
解析：（1）由于阴极射线在电场中向下偏转，阴极射线受电场力方向向下，可知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＝Bqv。当射线在D、G间的磁场中偏转时，有Bqv＝，同时又有L＝r·sin θ，如图所示，联立解得＝。
素养训练
1.BC　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，则根据安培定则可知，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，电子束的径迹向上偏，选项C正确；由以上分析可知电子束的径迹与AB中的电流方向有关，选项D错误。
2.
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，有
h＝at2＝×＝，
解得＝。
要点二
【典例2】　C　因为原子核所占空间较小，所以只有极少数α粒子发生大角度偏转，故A错误；α粒子发生偏转的原因是原子核对它有库仑斥力的作用，故B错误；远离金原子核的α粒子受到库仑斥力作用，库仑斥力做正功，它的电势能减小，故C正确；α粒子散射实验证明了汤姆孙的原子模型（枣糕模型）是错误的，如果按照“枣糕模型”，不可能出现α粒子散射实验的结果，故D错误。
素养训练
1.AD　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粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来），该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据，A、D正确；通过α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，B错误；α粒子发生偏转，主要是α粒子和原子核发生碰撞的结果，C错误。
2.ABC　卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了汤姆孙的原子模型，提出了原子的核式结构模型，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，则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，A正确，D错误；核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引（库仑力）而绕核旋转，B正确；原子核带有原子的全部正电荷，C正确。
【教学效果·勤检测】
1.AC　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粒子发生了较大的偏转，极少数α粒子发生了大角度（超过90°）的偏转，甚至有些接近180°，故A正确；α粒子发生明显偏转的原因是受到原子核的斥力比较大，故B错误；α粒子散射实验表明原子的正中心有一个极小的核（原子核），它占有原子体积的极小部分，故C正确；α粒子散射实验表明原子中心的原子核带有原子的全部正电荷及几乎全部的质量，故D错误。
2.AC　阴极射线在电场、磁场中的偏转情况说明阴极射线带负电，而且比荷比氢离子的比荷大得多，故A、C正确。
3.B　卢瑟福的原子结构模型在经典电磁理论下是不稳定的，电子绕核运转会辐射电磁波损失能量，A错误；影响α粒子运动的主要因素是带正电的原子核，而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数α粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转，根据α粒子散射实验，可以估算出原子核的半径的数量级为10－15 m，B正确；α粒子散射实验不能证实在原子核内部存在质子，也不能证实原子核由质子与中子组成，C、D错误。
4.
解析：离子在打到P处之前，经电场加速、磁场偏转两个过程，由离子的轨迹可知，离子带正电，设它进入磁场时速度为v，在电场中加速，有qU＝mv2
在磁场中发生偏转，有Bqv＝，而r＝
联立解得＝。
4 / 5(共64张PPT)
1.电子的发现 2.原子的核式结构模型
核
心
素
养
目
标 物理
观念 1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部
分。
2.知道电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是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，知道原子核的电荷数
科学思维 1.体会电子发现过程中所蕴含的科学方法。
2.理解卢瑟福根据散射实验结果建立原子核式结构模型的过程
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
核心要点·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
知识点一　电子的发现
1. 阴极射线
真空度很高的玻璃管 发射出的一种射线，这种射线沿直线
传播，撞击到玻璃壁上会产生黄绿色的荧光。
阴极　
2. 微粒比荷的测定　元电荷
（1）汤姆孙的探究
根据阴极射线在电场或磁场中的 情况确定，它的本
质是带 （选填“正电”或“负电”）的粒子流，并
求出了这种粒子的比荷（带电粒子的电荷量与质量之比）。
组成阴极射线的粒子被称为电子。
（2）密立根实验：电子电荷量的精确测量是由密立根通过著名的
“油滴实验”实现的。目前公认的电子电荷量的值为e
＝ C（保留2位有效数字）。
（3）电荷的电荷量：电子所带的电荷量就是元电荷，e
＝ C；任何带电体的电荷量是不连续的，都
是元电荷的整数倍。
偏转　
负电　
1.6×10－19　
1.6×10－19　
知识点二　原子的核式结构模型
1. 汤姆孙原子模型
1904年汤姆孙根据已知的实验现象和认识提出了影响较大的“枣糕
模型”，如图所示，假想正电荷构成一个密度均匀的球体，电子
“镶嵌”其中，并分布在一些特定的同心圆环或球壳上。
2. α粒子散射实验
（1）α粒子散射实验装置由 、 、探测器等几
部分组成，实验时从α粒子源到探测器之间是 的。
（2）实验现象
① α粒子穿过金箔后仍沿 的方向前进或
只发生很小的偏转；
② α粒子发生了较大的偏转，大约1/8 000的α粒子偏
转角度超过了 ，极少数α粒子甚至被“弹”回来。
α粒子源　
金箔　
真空　
绝大多数　
原来　
少数　
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“枣
糕模型”，提出了原子的“ 模型”。
核式结构　
3. 原子核式结构模型
原子中间有一个体积很小、带 的核（原子核），而电子
在核外绕核运动。
正电荷　
【情景思辨】
　图甲是接通电源的阴极射线管；图乙是α粒子散射实验装置。请对
以下说法作出判断：
（1）阴极射线管的阴极发出的射线是由电子组成的。 （　√　）
（2）磁铁靠近射线管时可观察到射线发生偏转。 （　√　）
（3）发现电子后，卢瑟福提出原子“枣糕”模型。 （　×　）
（4）α粒子通过金箔后均发生了大角度偏转。 （　×　）
（5）α粒子通过金箔后打在荧光屏上可发出荧光。 （　√　）
√
√
×
×
√
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一　带电粒子比荷的测定方法
【探究】
　如图所示为汤姆孙的气体放电管。
（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？
提示：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）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：由左手定则可得，在金属板D1、D2之间单独加垂直
纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转。
【归纳】
1. 阴极射线带电性质的判断方法
（1）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）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。
2. 带电粒子比荷的测定
（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，使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电（Bqv
＝qE），得到粒子的运动速度 v＝。
（2）撤去电场，如图所示，保留磁场，让粒子在匀强磁场中运
动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝m，根据轨迹偏转情
况，由几何知识求出其半径r。
（3）由以上两式确定粒子的比荷表达式为＝。
【典例1】　在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中心出现荧光斑。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为B
的匀强磁场（图中未画），荧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：
答案：负电　
解析：由于阴极射线在电场中向下偏转，阴极射线受电场力方向向下，可知电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电。
（1）说明阴极射线的电性；
（2）说明图中磁场沿什么方向；
答案：垂直纸面向外　
解析： 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）根据L、E、B和θ，求出阴
极射线的比荷。
答案：
解析：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＝Bqv。当射
线在D、G间的磁场中偏转时，有Bqv＝，同时又
有L＝r·sin θ，如图所示，联立解得＝。
规律方法
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＝m，测出圆周运动半径，即可
确定比荷。
（3）当电子在匀强电场中偏转时，y＝at2＝，测出电场中的偏
转量也可以确定比荷。
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，则根据安培定则可知，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，电子束的径迹向上偏，选项C正确；由以上分析可知电子束的径迹与AB中的电流方向有关，选
项D错误。
2. 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的电场，出电场时打在屏上P点，经测量O'点和P点的距离为h，求电子的比荷。
答案：
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，有
h＝at2＝×＝，
解得＝。
要点二　α粒子散射实验和原子的核式结构模型
1. α粒子散射实验现象的分析
（1）核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。
（2）少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒
子在原子中的某个地方受到了很大的作用力。汤姆孙的原子
模型不能解释α粒子的大角度散射。
（3）绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变
化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部
质量都集中在体积很小的核内。
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里，带负电的电子在核外空间里绕着核
旋转。
【典例2】　关于卢瑟福的α粒子散射实验，下列说法正确的是（　　）
A. 大多数α粒子发生大角度偏转
B. α粒子发生偏转的原因是与电子发生碰撞
C. 穿过金箔的过程中，远离金原子核的α粒子电势能减小
D. α粒子散射实验证明了汤姆孙关于原子的结构模型是正确的
解析：因为原子核所占空间较小，所以只有极少数α粒子发生大角度
偏转，故A错误；α粒子发生偏转的原因是原子核对它有库仑斥力的作
用，故B错误；远离金原子核的α粒子受到库仑斥力作用，库仑斥力做
正功，它的电势能减小，故C正确；α粒子散射实验证明了汤姆孙的原
子模型（枣糕模型）是错误的，如果按照“枣糕模型”，不可能出现
α粒子散射实验的结果，故D错误。
规律方法
α粒子散射实验中常用的规律
（1）库仑定律F＝k：用来分析α粒子和原子核间的相互作用力。
（2）牛顿第二定律：该实验中α粒子只受库仑力，可根据库仑力的变
化分析加速度的变化。
（3）功能关系：根据库仑力做功可分析电势能的变化，也可分析动
能的变化。
1. （多选）如图所示是卢瑟福的α粒子散射实验装置示意图，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. 只有少数的α粒子发生大角度偏转
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粒子发生了大
角度偏转（偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹
回来），该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据，A、
D正确；通过α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型的
假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，B错误；α粒子发生
偏转，主要是α粒子和原子核发生碰撞的结果，C错误。
2. （多选）根据卢瑟福的原子的核式结构模型，下列对原子结构的认
识，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，提出了原子的核式结构模型，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，则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，A正确，D错误；核
外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引（库仑力）而绕核
旋转，B正确；原子核带有原子的全部正电荷，C正确。
03
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
1. （多选）下列关于α粒子散射实验的说法中正确的是（　　）
A. 在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
B. 使α粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子
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及全部质量
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粒子发生了较大的偏转，极少数α粒子发生了大角度
（超过90°）的偏转，甚至有些接近180°，故A正确；α粒子发生
明显偏转的原因是受到原子核的斥力比较大，故B错误；α粒子散
射实验表明原子的正中心有一个极小的核（原子核），它占有原子
体积的极小部分，故C正确；α粒子散射实验表明原子中心的原子
核带有原子的全部正电荷及几乎全部的质量，故D错误。
2. （多选）关于阴极射线的性质，下列判断正确的是（　　）
A. 阴极射线带负电
B. 阴极射线带正电
C. 阴极射线的比荷比氢离子的比荷大
D. 阴极射线的比荷比氢离子的比荷小
解析：　阴极射线在电场、磁场中的偏转情况说明阴极射线带
负电，而且比荷比氢离子的比荷大得多，故A、C正确。
3. 卢瑟福的原子核式结构学说可以解释的问题是（　　）
A. 结合经典电磁理论，解释原子的稳定性
B. 用α粒子散射的实验数据估算原子核的大小
C. 卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
D. 卢瑟福通过α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的
解析：　卢瑟福的原子结构模型在经典电磁理论下是不稳定的，
电子绕核运转会辐射电磁波损失能量，A错误；影响α粒子运动的
主要因素是带正电的原子核，而绝大多数的α粒子穿过原子时离核
较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数
α粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度
的偏转，根据α粒子散射实验，可以估算出原子核的半径的数量级
为10－15 m，B正确；α粒子散射实验不能证实在原子核内部存在质
子，也不能证实原子核由质子与中子组成，C、D错误。
4. 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处，已知加速电压为U，磁场的磁感应强度为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。
答案：
解析：离子在打到P处之前，经电场加速、磁场偏转两个过程，由
离子的轨迹可知，离子带正电，设它进入磁场时速度为v，在电场
中加速，有qU＝mv2
在磁场中发生偏转，有Bqv＝，而r＝
联立解得＝。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
题组一　带电粒子比荷的测定方法
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
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解析：　X射线不带电且有较强的穿透能力，可以透过薄铝片，
因此阴极射线可以透过薄铝片不能说明阴极射线是带电微粒，故A
错误； 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，故B正确；只要具有波的特性，就能产
生衍射现象，故C错误；紫外线照射荧光物质时也会发出荧光，不
能证明阴极射线是带电微粒，故D错误。
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2. 许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进步。如图是科学史上一个著名的实验，以下说法正确的是（　　）
A. 此实验是库仑测量油滴电荷量的实验
B. 此实验是法拉第测量电子电荷量的实验
C. 通过此油滴实验直接测定了元电荷的数值
D. 通过多次实验测量，发现油滴所带的电荷量虽不相同，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
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解析：　题图为密立根油滴实验的示意图，密立根通过油滴实验
直接测定了油滴的电荷量。通过多次实验测量，发现油滴所带的电
荷量虽不相同，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。故选D。
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3. （多选）汤姆孙的阴极射线管的示意图如图所示，下列说法正确的是（　　）
A. 若在D1、D2两极板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、D2两极板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、D2两极板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、D2两极板之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线不
偏转
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解析：　实验证明，阴极射线是高速电子流，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，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，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。
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题组二　α粒子散射实验和原子的核式结构模型
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①②③为其
中的三个位置，下列对实验结果的叙述或依
据实验结果做出的推理正确的是（　　）
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. 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大
D. 若正电荷均匀分布在原子内，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差不多
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解析：　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；α粒子发生大角度偏转是由于原子正电荷以及绝
大部分质量集中在一个很小的核上，而在位置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；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①α粒子动量的变化量更大，所以冲量更大，所以C错
误；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①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差较多，所
以D错误。
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5. 如图是卢瑟福为解释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
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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。
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6. 卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子核式结构模型，实验装置如
图所示，有带电粒子打到光屏上就会产生光斑。为验证 α粒子散射
实验结论，现在1、2、3、4四处放置带有荧光屏的显微镜。则这四
处位置一段时间内统计的闪烁次数符合实验事实的是（　　）
A. 2、10、625、1 205
B. 1 202、1 305、723、203
C. 1 305、25、7、1
D. 1 202、1 010、723、203
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解析：　α粒子散射实验现象是绝大多数粒子穿过金箔后沿原来
的方向前进，少数发生大角度偏转，极少数甚至原路返回，所以C
正确，A、B、D错误。
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7. （多选）α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近的示意图
如图所示，A、B、C分别位于两个等势面上，则以下说法正确的是
（　　）
A. α粒子在A处的速度比B处的速度小
B. α粒子在B处的动能最大，电势能最小
C. α粒子在A、C两处的速度大小相等
D. α粒子在B处的速度比在C处的速度要小
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解析：　α粒子由A经B运动到C，由于受到库仑斥力的作用，α粒子先减速后加速，A错误，D正确；库仑斥力对α粒子先做负功后
做正功，使动能先减小后增大，电势能先增大后减小，B错误；
A、C处于同一个等势面上，从A到C库仑力不做功，α粒子在A、C
两处的速度大小相等，C正确。
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8. 关于原子模型及其建立过程叙述正确的是（　　）
A. 阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子
电荷量
B. 汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷
是弥漫性分布于球内，该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟
福核式结构模型所取代
C. α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10－10 m
D. 卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集
中在一个很小的区域——原子核，电子绕核做圆周运动，库仑力
提供向心力
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解析：　阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，密立
根精确测定了电子的电荷量，A错误；汤姆孙认为原子是实心
球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷是弥漫性分布于球
内，该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型
所取代，B正确；α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级
为10－15 m，C错误；卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全
部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的区域——原子
核，电子绕核做圆周运动，D错误。
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9. （多选）α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，少数发生了大角度偏转，只有极少数被反弹回来，如图所示。若反弹回来的α粒子速度大小几乎不变，则下列说法正确的是（　　）
A. 碰撞反弹过程中，α粒子的动量变化量Δp＝0
B. 碰撞反弹过程中，α粒子的动能变化量ΔEk＝0
C. 极少数α粒子被反弹回来，是因为α粒子与电子发生了碰撞
D. 少数α粒子大角度偏转，是因为受到了金原子核的库仑力作用
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解析：　设α粒子的质量为m，速度为v，反弹回来的α粒子速度
大小不变，方向反向，以反弹速度方向为正方向，则动量变化量为
Δp＝mv－（－mv）＝2mv，故A错误；动能为标量，大小与速度方
向无关，所以动能变化量ΔEk＝0，故B正确；极少数α粒子被反弹
回来，是因为受到金属原子核的库仑力作用，故D正确，C错误。
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10. 在α粒子散射实验中，根据α粒子与原子核发生对心碰撞时能达到
的最小距离可以估算原子核的大小。现有一个α粒子以2.0×107
m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79。求α粒子与金
原子核间的最近距离（结果保留两位有效数字，已知带电粒子在
点电荷电场中的电势能表达式为Ep＝k，α粒子质量为
6.64×10－27 kg）。
答案：2.7×10－14 m
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解析：当α粒子向原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达
到最近距离时，动能全部转化为电势能。设α粒子与原子核发生对
心碰撞时所能达到的最小距离为d，则mv2＝k，解得d＝
≈2.7×10－14 m。
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