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3.原子的核式结构模型
题组一　对阴极射线的研究
1.下列关于阴极射线的说法正确的是（　　）
A.阴极射线是高速的质子流
B.阴极射线可以用人眼直接观察到
C.阴极射线是高速运动的电子流
D.阴极射线是电磁波
2.（多选）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的辉光放电现象
B.阴极射线是在真空管内由阴极发出的高速电子流
C.阴极射线是某一频率的电磁波
D.阴极射线可以直线传播，也可被电场、磁场偏转
3.（多选）如图所示是阴极射线管示意图。接通电源后，阴极射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下（z轴负方向）偏转，在下列措施中可采用的是（　　）
A.加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B.加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C.加一电场，电场方向沿z轴负方向
D.加一电场，电场方向沿z轴正方向
题组二　α粒子散射实验
4.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
5.卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验来研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是（　　）
6.（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
题组三　原子核式结构模型　原子核的电荷与尺度
7.目前，“冷冻电镜”已经能确定蛋白质分子结构中各原子的相对位置，则该电镜的测量精度至少约为（　　）
A.10－5 m B.10－10 m
C.10－15 m D.10－20 m
8.关于原子结构，下列说法正确的是（　　）
A.原子中原子核很小，核外很“空旷”
B.原子半径的数量级是10－15m
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
9.在密立根油滴实验中，调节两金属板间的电势差等于U0、两板距离为d时，某质量为m的油滴恰好做匀速直线运动，重力加速度为g，则该油滴所带电荷量为（　　）
A. B.
C. D.
10.（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
11.通过如图所示的实验装置，卢瑟福建立了原子核式结构模型。实验时，若将荧光屏和显微镜分别放在位置1、2、3，则能观察到粒子数量最多的是位置（　　）
A.1 B.2
C.3 D.一样多
12.（多选）如图所示是阴极射线显像管及其偏转圈的示意图，显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光。安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转，下列说法正确的是（　　）
A.如果偏转线圈没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点
B.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏转磁场的磁感应强度的方向应该垂直于纸面向里
C.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的磁感应强度的方向应该垂直于纸面向里
D.如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场的磁感应强度应该先由小到大，再由大到小
13.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、电场强度为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。
3.原子的核式结构模型
1.C　阴极射线是高速运动的电子流，人们只有借助于它与物质相互撞击时使一些物质发出荧光等现象才能观察到，故C正确。
2.BD　阴极射线是在真空管中由阴极发出的高速电子流，不是气体导电的辉光放电，故A错误，B正确；阴极射线是高速电子流，不是电磁波，故C错误；阴极射线是在真空管中由阴极发出的高速电子流，可被电场、磁场偏转，也可以直线传播，D正确。
3.BD　若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方向，选项B正确，A错误；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿z轴正方向，选项C错误，D正确。
4.C　绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度偏转，所以A处观察到的屏上的闪光次数多，B处观察到的屏上的闪光次数少，选项A、B错误；卢瑟福曾用金、铂等箔片做实验，结果基本相似，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，选项C正确，D错误。
5.D　卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验结果是越靠近原子核的α粒子，其偏转角度越大，故选D。
6.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。
7.B　因为原子大小的数量级为10－10 m，故该电镜的测量精度至少约为10－10 m，故选B。
8.A　原子核半径的数量级为10－15m，原子半径的数量级为10－10m，两者相差十万倍之多，因此原子内部是十分“空旷”的，A正确，B错误；原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，C、D错误。
9.A　油滴做匀速直线运动过程中受到的电场力和重力平衡，根据平衡条件，有mg＝qE，又E＝，联立可得q＝，故A正确，B、C、D错误。
10.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。
11.C　卢瑟福通过这个实验，得出了原子核式结构模型。放在3位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少。放在2位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数很少。放在1位置时，屏上可以观察到闪光，只不过极少。故C正确，A、B、D错误。
12.AC　如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线沿直线运动，打在O点，故A正确；由阴极射线的电性及左手定则可知，故B错误，C正确；由R＝可知，B越小，R越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，故D错误。
13.（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，阴极射线受静电力方向向下，可知静电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静电力平衡，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L＝rsin θ，如图所示，联立解得＝。
3 / 33.原子的核式结构模型
课标要求 素养目标
1.了解人类探索原子及其结构的历史。 2.知道原子的核式结构模型 1.知道阴极射线及本质，了解电子及其比荷，知道原子的核式结构模型及原子核的电荷与尺度。（物理观念） 2.掌握电子的电荷量、原子的核式结构模型，能够通过科学推理解决相关的问题。（科学思维）
知识点一　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，　　　　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：根据阴极射线在电场和磁场中的　　　　　　情况断定，它的本质是带　　　　　　的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。组成阴极射线的粒子被称为电子。
3.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e＝　　　　　　　 C。
4.电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是　　　的整数倍。
5.电子的质量me＝　　　　　　　　　 kg，质子质量与电子质量的比值为＝　　　　　　　。
知识点二　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，　　　　　　弥漫性地均匀分布在整个球体内，　　　　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”，如图所示。
2.α粒子散射实验
（1）α粒子散射实验装置由　　　　　　、　　　、显微镜等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于　　　　中。
（2）实验现象
①　　　　　　　　的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿　　　　的方向前进；
②　　　　α粒子发生了　　　　　偏转，极少数偏转的角度甚至　　　　　　，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　　　　模型。
3.核式结构模型：原子中带　　　电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。
知识点三　原子核的电荷与尺度
1.原子核的电荷数：各种元素的原子核的电荷数，即原子内的　　　　数，非常接近它们的　　　　序数，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的　　　　数来排列的。
2.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　　　　数。
3.原子核的大小：用核　　　　描述核的大小。一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为　　　　　　　 m，而整个原子半径的数量级是　　　　　　　　 m，两者相差十万倍之多。
【情景思辨】
1.图甲是汤姆孙的“枣糕模型”，图乙是α粒子散射实验装置。结合两模型思考下列问题：
（1）汤姆孙提出的原子结构模型成功之处在哪里？
（2）图乙中各部分的作用是什么？
2.判断正误。
（1）汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转证明了阴极射线带正电。（　　）
（2）电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。（　　）
（3）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。（　　）
（4）原子核的电荷数等于核中的中子数。（　　）
要点一　对阴极射线的研究
【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.实验结果
根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电。
3.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得＝。
【典例1】　如图所示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。求：
（1）打在荧光屏O点的电子速度的大小；
（2）电子的比荷。
尝试解答
1.关于电子的发现，下列叙述中正确的是（　　）
A.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是可以再分的
B.电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
C.电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷
D.电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的
2.（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
要点二　α粒子散射实验
【探究】
如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射示意图。
（1）为什么绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来运动方向前进？
（2）为什么少数的α粒子穿过金箔后，发生了大角度的偏转？
【归纳】
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.α粒子的受力及能量转化情况
（1）α粒子的受力情况
α粒子与原子核间的作用力是库仑斥力，则F＝。
α粒子离原子核越近，库仑斥力越大，加速度越大；反之，则越小。
（2）库仑斥力对α粒子的做功情况
当α粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加；当α粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减小。
（3）α粒子的能量转化情况
仅有库仑斥力做功，能量只在电势能和动能之间相互转化，而总能量保持不变。
3.实验的注意事项
（1）整个实验在真空中进行。
（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。
【典例2】　（2024·山东日照高二期末）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
尝试解答：
1.（多选）卢瑟福对α粒子散射实验的解释是（　　）
A.使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力
B.使α粒子产生偏转的力是库仑斥力
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
2.（多选）根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射情景，图中实线表示α粒子运动轨迹。其中一个α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，α粒子在b点时距原子核最近。下列说法正确的是（　　）
A.卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子
B.α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子运动到b时受到的库仑斥力较大
C.α粒子从a到c的运动过程中电势能先变小后变大
D.α粒子从a到c的运动过程中加速度先变大后变小
要点三　原子核式结构模型　原子核的电荷与尺度
1.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。
2.原子核的电荷与尺度
原子内的电荷关系 原子核的电荷数即核内质子数，与核外的电子数相等
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
原子核的大小 原子半径的数量级是10－10 m，原子核半径的数量级是10－15 m，两者相差十万倍之多，因而原子内部十分“空旷”
【典例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
尝试解答：
1.（2024·浙江杭州高二期中）原子核由质子和中子组成，原子核的直径大小可能落在下列尺标图的哪个区间（　　）
2.（多选）卢瑟福提出的原子核式结构学说包括下列哪些内容（　　）
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
1.（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
2.2023年诺贝尔物理学奖颁给了对“阿秒光脉冲”研究具有突出贡献的三位物理学家，他们的实验方法为人类探索原子内部的电子超快动力学行为提供了新的工具。1阿秒等于10－18秒。下列物体的尺度与真空中光经过1阿秒前进的距离最接近的是（　　）
A.质子　B.氢原子　C.细菌　D.头发丝直径
3.关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有（　　）
A.汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内
B.汤姆孙通过著名的“油滴实验”精确测定出电子电荷量
C.卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释原子中带正电部分的体积、质量占比都很小
D.α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据
4.如图是α粒子（氦原子核）被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是（　　）
A.M点 B.N点
C.P点 D.Q点
5.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，板间电压为U，形成竖直向下、电场强度为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.增大电场强度，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
3.原子的核式结构模型
【基础知识·准落实】
知识点一
1.阴极　2.偏转　负电　3.1.602 176 634×10－19　4.e
5.9.109 383 56×10－31　1 836
知识点二
1.正电荷　电子　2.（1）α粒子源　金箔　真空　（2）①绝大多数　原来　②少数　大角度　大于90°　（3）核式结构　3.正
知识点三
1.电子　原子　电子　2.质子　中子　质子　3.半径　10－15　10－10
情景思辨
1.提示：（1）汤姆孙的原子结构模型认为正电荷均匀分布在球体内，电子镶嵌其中，正、负电荷电荷量相等，可以解释原子呈电中性的问题，汤姆孙的原子结构模型为我们揭开了研究原子结构的序幕。
（2）放射源放出快速运动的α粒子，α粒子通过金箔时被散射，打在荧光屏上发出荧光，可通过带有荧光屏的显微镜进行观察，在水平面内转动显微镜，可观察不同方向和不同位置的通过金箔散射的α粒子数量。
2.（1）×　（2）×　（3）√　（4）×
【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）　（2）
解析：（1）当电子受到的静电力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O，设电子的速度为v，则evB＝eE，得
v＝，即v＝。
（2）当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，竖直方向做匀加速运动，加速度为a＝。
电子在水平方向做匀速运动，
在电场中的运动时间t1＝。
电子在电场中竖直向上偏转的距离为
d1＝a＝。
离开电场时竖直向上的分速度vy＝at1＝。
电子离开电场后做匀速直线运动，
经t2时间到达荧光屏，则t2＝。
t2时间内向上运动的距离为d2＝vyt2＝。
电子向上的总偏转距离为d＝d1＋d2＝，
解得＝。
素养训练
1.D　汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子是可以再分的，A错误；原子的核式结构是卢瑟福通过α粒子的散射实验才提出的，B错误；电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，C错误；电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的，D正确。
2.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。
要点二
知识精研
【探究】　提示：（1）因为原子核很小，所以绝大多数α粒子穿过原子时，离核较远，受到原子核的斥力很小，基本上仍沿原来运动方向前进。
（2）少数α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转。
【典例2】　D　α粒子发生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错误；大角度的偏转不可能是电子造成的，因为电子的质量只有α粒子的 ，它对α粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略，B错误；通过α粒子散射可以估算原子核半径。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。
素养训练
1.BCD　原子核带正电，与α粒子之间存在库仑斥力，当α粒子靠近原子核时受库仑斥力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错误，B正确；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远，因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑斥力较大，运动方向发生大角度偏转，故C、D正确。
2.BD　汤姆孙在对阴极射线的研究中发现了电子，A错误；α粒子出现大角度偏转的原因是α粒子靠近原子核时（运动到b时）受到较大的库仑斥力作用，B正确；α粒子从a到c受到的库仑力先增大后减小，加速度先变大后变小，库仑力先做负功后做正功，电势能先变大后变小，C错误，D正确。
要点三
知识精研
【典例3】　B　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，选项B正确。
素养训练
1.B　原子核极小，它的直径在10－15～10－14 m之间，体积只占原子体积的几千亿分之一，故选B。
2.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，故A、B、D正确，C错误。
【教学效果·勤检测】
1.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。
2.B　真空中光经过1阿秒前进的距离为x＝vt＝3×10－10 m＝0.3 nm，质子的尺寸为1.6×10－15 m，氢原子大小约为1×10－10 m，细菌的大小约为5 μm，头发丝直径大约为0.12 mm，长度最接近的是氢原子，故选B。
3.D　汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷是均匀分布的，故A错误；密立根通过著名的“油滴实验”精确测量出电子电荷量，故B错误；卢瑟福提出的原子核式结构模型解释了原子中带正电部分的体积很小，但几乎占全部质量，故C错误；α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大角度偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据，故D正确。
4.C　α粒子和重金属原子核均带正电荷，相互排斥，且作用力方向在两者连线上，再由牛顿第二定律知，被散射的α粒子的加速度由重金属原子核的斥力产生，所以图中加速度方向标示正确的仅有P点，故选项C正确。
5.C　油滴静止不动，则油滴受到向上的静电力，题图中平行板电容器上极板带正电，下极板带负电，故板间电场强度方向竖直向下，则油滴带负电，故A错误；根据平衡条件，有mg＝q，解得q＝，故B错误；根据平衡条件，有mg＝qE，当增大电场强度，静电力增大，则悬浮油滴将向上运动，故C正确；不同油滴所带的电荷量虽不相同，但都是电子电荷量的整数倍，故D错误。
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3.原子的核式结构模型
课标要求 素养目标
1.了解人类探索原子及其结构的历史。 2.知道原子的核式结构模型 1.知道阴极射线及本质，了解电子及其比荷，知道原子的核式结构模型及原子核的电荷与尺度。（物理观念）
2.掌握电子的电荷量、原子的核式结构模型，能够通过科学推理解决相关的问题。（科学思维）
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：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， 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：根据阴极射线在电场和磁场中的 情况断
定，它的本质是带 的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。
组成阴极射线的粒子被称为电子。
阴极　
偏转　
负电　
3. 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e＝ C。
4. 电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是 的整数倍。
5. 电子的质量me＝ kg，质子质量与电子质量
的比值为＝ 。
1.602 176 634×10－19　
e　
9.109 383 56×10－31　
1 836　
知识点二　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，
弥漫性地均匀分布在整个球体内， 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”，如图所示。
正电
荷　
电子　
（1）α粒子散射实验装置由 、 、显微镜等几
部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于
中。
（2）实验现象
① 的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿 的
方向前进；
② α粒子发生了 偏转，极少数偏转的角度
甚至 ，它们几乎被“撞了回来”。
α粒子源　
金箔　
真
空　
绝大多数　
原来　
少数　
大角度　
大于90°　
2. α粒子散射实验
（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：原子中带 电部分的体积很小，但几乎占有全
部质量，电子在正电体的外面运动。
核式结构　
正　
知识点三　原子核的电荷与尺度
1. 原子核的电荷数：各种元素的原子核的电荷数，即原子内的
数，非常接近它们的 序数，这说明元素周期表中的各
种元素是按原子中的 数来排列的。
2. 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 数。
3. 原子核的大小：用核 描述核的大小。一般的原子核，实验
确定的核半径的数量级为 m，而整个原子半径的数量级
是 m，两者相差十万倍之多。
电
子　
原子　
电子　
质子　
中子　
质子　
半径　
10－15　
10－10　
【情景思辨】
1. 图甲是汤姆孙的“枣糕模型”，图乙是α粒子散射实验装置。结合
两模型思考下列问题：
（1）汤姆孙提出的原子结构模型成功之处在哪里？
提示：汤姆孙的原子结构模型认为正电荷均匀分布在球体
内，电子镶嵌其中，正、负电荷电荷量相等，可以解释原子
呈电中性的问题，汤姆孙的原子结构模型为我们揭开了研究
原子结构的序幕。
（2）图乙中各部分的作用是什么？
提示：放射源放出快速运动的α粒子，α粒子通过金箔时被散
射，打在荧光屏上发出荧光，可通过带有荧光屏的显微镜进
行观察，在水平面内转动显微镜，可观察不同方向和不同位
置的通过金箔散射的α粒子数量。
2. 判断正误。
（1）汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转证明了阴极射线
带正电。 （　×　）
（2）电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。
（　×　）
（3）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。 （　√　）
（4）原子核的电荷数等于核中的中子数。 （　×　）
×
×
√
×
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一　对阴极射线的研究
【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. 实验结果
根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒
子流，并且带负电。
3. 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得＝。
【典例1】　如图所示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。求：
（1）打在荧光屏O点的电子速度的大小；
答案：　
解析：当电子受到的静电力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速
直线运动，亮点重新回到中心O，设电子的速度为v，则evB
＝eE，得
v＝，即v＝。
（2）电子的比荷。
答案：
解析：当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，竖直方
向做匀加速运动，加速度为a＝。
电子在水平方向做匀速运动，
在电场中的运动时间t1＝。
电子在电场中竖直向上偏转的距离为
d1＝a＝。
离开电场时竖直向上的分速度vy＝at1＝。
电子离开电场后做匀速直线运动，
经t2时间到达荧光屏，则t2＝。
t2时间内向上运动的距离为d2＝vyt2＝。
电子向上的总偏转距离为d＝d1＋d2＝，
解得＝。
1. 关于电子的发现，下列叙述中正确的是（　　）
A. 汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是
可以再分的
B. 电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
C. 电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷
D. 电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实
现的
解析：　汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了
原子是可以再分的，A错误；原子的核式结构是卢瑟福通过α粒子
的散射实验才提出的，B错误；电子的电荷量与质量的比值称为电
子的比荷，C错误；电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名
的“油滴实验”实现的，D正确。
2. （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
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。
要点二　α粒子散射实验
【探究】
如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射示意图。
（1）为什么绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来运动方向
前进？
提示：因为原子核很小，所以绝大多数α粒子穿过原子时，
离核较远，受到原子核的斥力很小，基本上仍沿原来运动方
向前进。
（2）为什么少数的α粒子穿过金箔后，发生了大角度的偏转？
提示：少数α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力
作用，发生大角度偏转。
【归纳】
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. α粒子的受力及能量转化情况
（1）α粒子的受力情况
α粒子与原子核间的作用力是库仑斥力，则F＝。
α粒子离原子核越近，库仑斥力越大，加速度越大；反之，则
越小。
（2）库仑斥力对α粒子的做功情况
当α粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加；当α
粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减小。
（3）α粒子的能量转化情况
仅有库仑斥力做功，能量只在电势能和动能之间相互转化，
而总能量保持不变。
3. 实验的注意事项
（1）整个实验在真空中进行。
（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。
【典例2】　（2024·山东日照高二期末）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粒子发生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错误；大角度的偏转不可能是电子造成的，因为
电子的质量只有α粒子的 ，它对α粒子速度的大小和方向的影响就
像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略，B错误；通过α粒子散射可以估
算原子核半径。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。
1. （多选）卢瑟福对α粒子散射实验的解释是（　　）
A. 使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力
B. 使α粒子产生偏转的力是库仑斥力
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：　原子核带正电，与α粒子之间存在库仑斥力，当α粒子靠近原子核时受库仑斥力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A
错误，B正确；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较
远，因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑斥
力较大，运动方向发生大角度偏转，故C、D正确。
2. （多选）根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模
型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射情景，图中实线表
示α粒子运动轨迹。其中一个α粒子从a运动到b、再运动到c的过程
中，α粒子在b点时距原子核最近。下列说法正确的是（　　）
A. 卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子
B. α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子运动到b时受到的库仑斥力较大
C. α粒子从a到c的运动过程中电势能先变小后变大
D. α粒子从a到c的运动过程中加速度先变大后变小
解析：　汤姆孙在对阴极射线的研究中发现了电子，A错误；α
粒子出现大角度偏转的原因是α粒子靠近原子核时（运动到b时）受
到较大的库仑斥力作用，B正确；α粒子从a到c受到的库仑力先增
大后减小，加速度先变大后变小，库仑力先做负功后做正功，电势
能先变大后变小，C错误，D正确。
要点三　原子核式结构模型　原子核的电荷与尺度
1. 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。
2. 原子核的电荷与尺度
原子内
的电荷
关系 原子核的电荷数即核内质子数，与核外的电子数相等
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
原子核
的大小 原子半径的数量级是10－10 m，原子核半径的数量级是10－15
m，两者相差十万倍之多，因而原子内部十分“空旷”
【典例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
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，选项B正确。
1. （2024·浙江杭州高二期中）原子核由质子和中子组成，原子核的
直径大小可能落在下列尺标图的哪个区间（　　）
解析：　原子核极小，它的直径在10－15～10－14 m之间，体积只
占原子体积的几千亿分之一，故选B。
2. （多选）卢瑟福提出的原子核式结构学说包括下列哪些内容（　　）
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，故A、B、D正确，C错误。
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
1. （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。
2. 2023年诺贝尔物理学奖颁给了对“阿秒光脉冲”研究具有突出贡献
的三位物理学家，他们的实验方法为人类探索原子内部的电子超快
动力学行为提供了新的工具。1阿秒等于10－18秒。下列物体的尺度
与真空中光经过1阿秒前进的距离最接近的是（　　）
A. 质子 B. 氢原子
C. 细菌 D. 头发丝直径
解析：　真空中光经过1阿秒前进的距离为x＝vt＝3×10－10 m＝
0.3 nm，质子的尺寸为1.6×10－15 m，氢原子大小约为1×10－10
m，细菌的大小约为5 μm，头发丝直径大约为0.12 mm，长度最接
近的是氢原子，故选B。
3. 关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有（　　）
A. 汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内
B. 汤姆孙通过著名的“油滴实验”精确测定出电子电荷量
C. 卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释原子中带正电部分的
体积、质量占比都很小
D. α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核
式结构模型的主要依据
解析：　汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷是均匀分布的，故A错误；密立根通过著名的“油滴实验”精确测量出电子电荷量，故B错误；卢瑟福提出的原子核式结构模型解释了原子中带正电部分的体积很小，但几乎占全部质量，故C错误；α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大角度偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据，故D正确。
4. 如图是α粒子（氦原子核）被重金属原子核散射的运动轨迹，M、
N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静
止不动。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是（　）
A. M点 B. N点
C. P点 D. Q点
解析：　α粒子和重金属原子核均带正电荷，相互排斥，且作用
力方向在两者连线上，再由牛顿第二定律知，被散射的α粒子的加
速度由重金属原子核的斥力产生，所以图中加速度方向标示正确的
仅有P点，故选项C正确。
5. 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，板间电压为U，形成竖直向下、电场强度为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
C. 增大电场强度，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：　油滴静止不动，则油滴受到向上的静电力，题图中平行
板电容器上极板带正电，下极板带负电，故板间电场强度方向竖直
向下，则油滴带负电，故A错误；根据平衡条件，有mg＝q，解得
q＝，故B错误；根据平衡条件，有mg＝qE，当增大电场强
度，静电力增大，则悬浮油滴将向上运动，故C正确；不同油滴所
带的电荷量虽不相同，但都是电子电荷量的整数倍，故D错误。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
题组一　对阴极射线的研究
1. 下列关于阴极射线的说法正确的是（　　）
A. 阴极射线是高速的质子流
B. 阴极射线可以用人眼直接观察到
C. 阴极射线是高速运动的电子流
D. 阴极射线是电磁波
解析：　阴极射线是高速运动的电子流，人们只有借助于它与物
质相互撞击时使一些物质发出荧光等现象才能观察到，故C正确。
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2. （多选）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的辉光放电现象
B. 阴极射线是在真空管内由阴极发出的高速电子流
C. 阴极射线是某一频率的电磁波
D. 阴极射线可以直线传播，也可被电场、磁场偏转
解析：　阴极射线是在真空管中由阴极发出的高速电子流，不是气体导电的辉光放电，故A错误，B正确；阴极射线是高速电子流，不是电磁波，故C错误；阴极射线是在真空管中由阴极发出的高速电子流，可被电场、磁场偏转，也可以直线传播，D正确。
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3. （多选）如图所示是阴极射线管示意图。接通电源后，阴极射线由
阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上
的亮线向下（z轴负方向）
偏转，在下列措施中可采
用的是（　　）
A. 加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B. 加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C. 加一电场，电场方向沿z轴负方向
D. 加一电场，电场方向沿z轴正方向
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解析：　若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方
向，选项B正确，A错误；若加电场，因电子向下偏转，则电场方
向沿z轴正方向，选项C错误，D正确。
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题组二　α粒子散射实验
4. 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（　　）
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13
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：　绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度偏
转，所以A处观察到的屏上的闪光次数多，B处观察到的屏上的闪
光次数少，选项A、B错误；卢瑟福曾用金、铂等箔片做实验，结
果基本相似，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，选项C正确，D错误。
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13
5. 卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验来研究原子结构，正确反映实验
结果的示意图是（　　）
解析：　卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验结果是越靠近原子核
的α粒子，其偏转角度越大，故选D。
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6. （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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题组三　原子核式结构模型　原子核的电荷与尺度
7. 目前，“冷冻电镜”已经能确定蛋白质分子结构中各原子的相对位
置，则该电镜的测量精度至少约为（　　）
A. 10－5 m B. 10－10 m
C. 10－15 m D. 10－20 m
解析：　因为原子大小的数量级为10－10 m，故该电镜的测量精度
至少约为10－10 m，故选B。
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8. 关于原子结构，下列说法正确的是（　　）
A. 原子中原子核很小，核外很“空旷”
B. 原子半径的数量级是10－15m
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：　原子核半径的数量级为10－15m，原子半径的数量级为10
－10m，两者相差十万倍之多，因此原子内部是十分“空旷”的，A
正确，B错误；原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，
C、D错误。
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9. 在密立根油滴实验中，调节两金属板间的电势差等于U0、两板距
离为d时，某质量为m的油滴恰好做匀速直线运动，重力加速度为
g，则该油滴所带电荷量为（　　）
解析：　油滴做匀速直线运动过程中受到的电场力和重力平衡，
根据平衡条件，有mg＝qE，又E＝，联立可得q＝，故A正
确，B、C、D错误。
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10. （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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11. 通过如图所示的实验装置，卢瑟福建立了原子核式结构模型。实
验时，若将荧光屏和显微镜分别放在位置1、2、3，则能观察到粒
子数量最多的是位置（　　）
A. 1 B. 2
C. 3 D. 一样多
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解析：　卢瑟福通过这个实验，得出了原子核式结构模型。放
在3位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少。放在2位置
时，屏上仍能观察一些闪光，但次数很少。放在1位置时，屏上可
以观察到闪光，只不过极少。故C正确，A、B、D错误。
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12. （多选）如图所示是阴极射线显像管及其偏转圈的示意图，显像
管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线
轰击就能发光。安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴
极射线发生偏转，下列说法正确的是（　　）
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A. 如果偏转线圈没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点
B. 如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏
转磁场的磁感应强度的方向应该垂直于纸面向里
C. 如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏
转磁场的磁感应强度的方向应该垂直于纸面向里
D. 如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁
场的磁感应强度应该先由小到大，再由大到小
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解析：　如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线沿直线运动，打在O点，故A正确；由阴极射线的电性及左手定则可知，故B错
误，C正确；由R＝可知，B越小，R越大，故磁感应强度应先
由大变小，再由小变大，故D错误。
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13. 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、电场强度为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：
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答案：负电　
解析：由于阴极射线在电场中向下偏转，阴极射线受静电力方向向下，可知静电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；
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（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
与静电力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外。
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（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L＝rsin θ，如图所示，联立解得
＝。
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