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第3节　原子的核式结构模型
[学习目标要求]　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α粒子散射实验的实验方法和实验现象以及原子核式结构模型的主要内容。3.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容。4.知道原子和原子核大小的数量级，原子核的电荷数。
　电子的发现
1．阴极射线：阴极发出的一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光。
2．J.J.汤姆孙的探究：根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，阴极射线的本质是带负电的粒子流，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e的值为e＝1.6×10－19_C(保留两位有效数字)。
4．电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
5．电子的质量me＝9.1×10－31 kg(保留两位有效数字)，质子质量与电子质量的比值为＝1836。
[判一判]
(1)英国物理学家J.J.汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。(×)
(2)阴极射线实际上是高速运动的电子流。(√)
(3)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。(×)
　原子的核式结构模型
1．J.J.汤姆孙原子模型：J.J.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J.J.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α粒子源、金箔、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真空中。
(2)实验现象
①绝大多数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；极少数偏转的角度甚至大于90°，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J.J.汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型。
3．核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。
　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，即原子内的电子数，非常接近它们的原子序数，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数来排列的。
2．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。
原子核的电荷数＝中性原子的电子数＝质子数。
3．原子核的大小：用核半径描述核的大小。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。
[练一练]
(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：ACD　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。
学习任务一　电子的发现及比荷的测定
[导学探究]
如图所示，由K射出的阴极射线在平行金属板PP′间所加的电场作用下发生了偏转，说明了什么？在平行金属板PP′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：说明阴极射线是由带电粒子组成的，且带负电。由左手定则可得，在金属板PP′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。
[思维深化]
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．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，如图甲所示，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＝。
甲　
乙
(2)撤去电场，如图乙所示，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：＝。
3．电子发现的意义
(1)电子发现以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒。
(2)现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分。
(3)电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的。
　J．J.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、C，沿中心轴线OP1以速度v进入两块水平正对放置的极板D1、D2间，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。现在极板间加上竖直方向、电场强度大小为E的匀强电场后，电子向上偏转；再在极板间施加一个方向垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出)，电子在荧光屏上产生的光点又回到了P1点；接着去掉电场，电子向下偏转，射出极板时偏转角为θ。已知极板的长度为L，忽略电子的重力及电子间的相互作用。求：
(1)匀强磁场的磁感应强度大小；
(2)电子的比荷。
解析：(1)电子以速度v进入复合场，当电子在静电力和洛伦兹力共同作用下做匀速直线运动时，电子将打在P1点
则电子受力平衡eE＝evB
解得匀强磁场的磁感应强度B＝。
(2)撤去电场后，电子仅在磁场中偏转
则有洛伦兹力提供向心力
evB＝
由几何关系知L＝rsin θ
可得＝sin θ。
答案：(1)　(2)sin θ
[针对训练]
1．密立根油滴实验首先精确地测出了元电荷的数值，其实验装置如图所示，油滴从喷雾器喷出，以某一速度进入水平放置的平行板之间。今有一带负电的油滴，不加电场时，油滴由于受到重力作用加速下落，速率变大，受到的空气阻力也变大，因此油滴很快会以一恒定速率v1匀速下落。若在两板间加一电压，使板间形成向下的电场E，油滴下落的最终速率为v2。已知运动过程中油滴受到的阻力可由斯托克斯公式f＝6πηrv计算(其中r为油滴半径，η为空气粘滞系数)。实验时已测出r、v1、v2、E、η。
(1)油滴的电荷量q＝________________。
(2)经多次测量得到许多油滴的总电荷量Q的测量值如下表(单位10－19 C)：
6.41 8.01 9.65 11.23 12.83 14.48
分析这些数据可知__________________________________________。
解析：(1)没有加电压时，有mg＝f1＝6πrηv1，加上电压后，油滴受到向上的阻力和电场力，有mg＝f2＋qE＝6πrηv2＋qE，联立解得油滴的电荷量q＝。
(2)在误差范围内，可以认为油滴的带电荷量总是1.6×10－19 C的整数倍，故电荷的最小电荷量即元电荷为1.6×10－19 C。
答案：(1)　(2)电荷的最小电荷量即元电荷为1.6×10－19 C
学习任务二　α粒子散射实验和原子核式结构模型
[导学探究]
如图所示为α粒子散射的实验装置。实验过程中，α粒子为什么会发生大角度偏转？
提示：α粒子受到原子核的库仑力作用。
[思维深化]
1．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质量比它本身大得多的物质的作用。J.J. 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．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。另外金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显。
3．原子的核式结构与原子的“枣糕模型”的根本区别
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
4.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。
5．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10万倍之多。
　(多选)如图所示为卢瑟福和他的学生们做α粒子散射实验的装置示意图。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，关于观察到的现象，下列说法中正确的是(　　)
A．相同的时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B．相同的时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数只比放在A位置时稍少些
C．放在C、D位置时屏上观察不到闪光
D．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
解析：AD　α粒子散射实验的结论：绝大多数α粒子仍沿原方向运动，少数α粒子运动方向发生改变，极少数α粒子运动方向发生大角度的偏转，甚至是180°。由A、B、C、D的位置可知绝大多数α粒子打到A位置的荧光屏上，少数α粒子打到B位置的荧光屏上，而极少数α粒子能打到C、D位置的荧光屏上，故选项A、D正确。
　关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有(　　)
A．J.J.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．J.J.汤姆孙通过著名的“油滴实验”精确测定了电子电荷
C．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好的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：D　J．J.汤姆孙发现电子后猜想出原子核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”精确测定电子电荷，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，但几乎占有全部质量，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。
[针对训练]
2．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10－10 m
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：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。
1．关于阴极射线，下列说法正确的是(　　)
A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁产生的
B．只要阴、阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C．阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波
D．阴、阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
解析：D　阴极射线是由阴极直接发出的，选项A错误；只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，选项B错误，D正确；阴极射线可以穿透薄铝片，可能是电磁波，也可能是极小的粒子，选项C错误。
2．如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将(　　)
A．向纸内偏转　　　　 B．向纸外偏转
C．向下偏转 D．向上偏转
解析：D　由题目条件不难判断阴极射线所在处磁场垂直纸面向外，电子从负极射出，由左手定则可判定阴极射线(电子)向上偏转，故选D。
3．(多选)在α粒子散射实验中，只有少数的α粒子发生大角度的偏转，下列解释正确的是(　　)
A．相对于原子的体积，集中几乎所有质量的原子核体积很小
B．多数α粒子通过金箔时，离原子核较远，受到周围原子核的库仑斥力作用可忽略
C．少数的α粒子通过金箔时与电子发生碰撞，运动方向发生了较大的改变
D．少数的α粒子通过金箔时，离原子核较近，受到原子核较大的冲量作用
解析：ABD　由于原子的体积远远大于原子核的体积，原子内多为“空旷地带”，当α粒子穿越金箔时，多数α粒子离原子核较远，α粒子受到的库仑力可忽略，A、B正确；电子的质量较小，对α粒子的运动方向几乎不产生影响，C错误；当少数α粒子距原子核较近时，库仑斥力较大，α粒子受到原子核较大的冲量作用，就会发生大角度的偏转，D正确。
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
解析：A　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，故C错误；中性原子电子电荷量之和与原子核所带正电荷之和相等，故D错误。
[基础对点练]
对点练1　电子的发现及比荷的测定
1．英国物理学家J.J.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．J.J.汤姆孙发现了电子，并精确测量了电子的电荷量
解析：A　阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确；由于电子带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，B错误；不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误；在J.J.汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时，并未得出电子的电荷量，最早精确测出电子电荷量的是密立根，D错误。
2．(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
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：BCD　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，选项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，选项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，选项D正确。
3.(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．电子的径迹与AB中电流的方向无关
解析：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，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中的电流方向即通电直导线AB形成的磁场方向有关，选项D错误。
4．(多选)下列关于电子的说法正确的是(　　)
A．发现电子是从研究阴极射线开始的
B．J.J.汤姆孙发现物质中发出的电子比荷是不同的
C．电子发现的意义是让人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构
D．电子是带负电的，可以在电场和磁场中偏转
解析：ACD　J．J.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，选项A正确；J.J.汤姆孙发现不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同，这种粒子即电子，选项B错误；J.J.汤姆孙发现电子，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构，选项C正确；电子是带负电的，可以在电场和磁场中偏转，选项D正确。
对点练2　α粒子散射实验和原子核式结构模型
5．(多选)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)
A．在实验中，观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，极少数发生了较大角度的偏转
B．使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核和核外电子，当α粒子接近核时，是核的斥力使α粒子发生明显偏转；当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转
C．使少数α粒子产生偏转的原因是原子核对α粒子的万有引力
D．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
解析：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，选项A正确；当α粒子接近核时，是核的斥力使α粒子发生明显偏转，选项B错误；原子核对α粒子的万有引力非常小，可以忽略不计，C错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，推测使粒子受到排斥力的核体积极小，选项D正确。
6．在α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子碰撞的影响，这是因为(　　)
A．α粒子和电子根本无相互作用
B．电子是均匀分布的，α粒子受电子作用的合力为零
C．α粒子在和电子碰撞过程中动量的改变量极小，可忽略不计
D．电子体积很小，α粒子碰撞不到电子
解析：C　α粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，碰撞时对α粒子的运动影响极小，α粒子几乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一粒尘埃一样，故C正确，A、B、D错误。
7．对卢瑟福的α粒子散射实验的结果，下列认识正确的是(　　)
A．实验证明了质子的存在
B．实验证明了原子核是由质子和中子组成的
C．实验证明了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
D．实验证明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
解析：C　根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型：原子内部有一个很小的核，叫原子核，原子核内集中了原子全部正电荷和几乎全部质量；电子在核外绕原子核运动，C正确。
[能力提升练]
8．(多选)α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是(　　)
A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是α粒子受力平衡的结果
B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子中绝大部分是空的
C．少数α粒子发生大角度偏转，是因为金原子核很小且质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，α粒子接近原子核的机会很小
D．使α粒子发生大角度偏转的原因是原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等
解析：BC　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原子核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，并不是正电荷均匀分布在原子内，故A错误，B正确；少数α粒子发生大角度偏转，主要是α粒子和原子核发生碰撞的结果，因为金原子核很小且质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，α粒子接近原子核的机会很小，故C正确，D错误。
9．如图所示为α粒子散射实验的图景，图中实线表示α粒子运动轨迹。关于α粒子散射实验，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．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大
C．根据α 粒子散射实验可以估算原子的大小
D．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小
解析：D　卢瑟福在α 粒子散射实验中没有发现电子，A错误；题图中大角度偏转的α粒子受到的静电力先做负功，后做正功，则其电势能先增大后减小，B错误；根据α 粒子散射实验可以估算原子核的大小，C错误；绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小，D正确。
10．(多选)J.J.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：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。
[尖子生选练]
11．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(油滴可看作球体，球体体积公式V＝πD3)，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：(1)πρD3g　(2)(共73张PPT)
第3节　原子的核式结构模型
[学习目标要求]　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α粒子散射实验的实验方法和实验现象以及原子核式结构模型的主要内容。3.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容。4.知道原子和原子核大小的数量级，原子核的电荷数。
课前预习·夯基固本
电子的发现
1．阴极射线：_________发出的一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光。
2．J.J.汤姆孙的探究：根据阴极射线在电场和磁场中的_________情况断定，阴极射线的本质是带_________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。
知识点一
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e的值为e＝_______________(保留两位有效数字)。
4．电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是______的整数倍。
[判一判]
(1)英国物理学家J.J.汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。( )
(2)阴极射线实际上是高速运动的电子流。( )
(3)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。( )
×
√
×
原子的核式结构模型
1．J.J.汤姆孙原子模型：J.J.汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个_________，____________弥漫性地_______________在整个球体内，电子_________其中，有人形象地把J.J.汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“_________模型”，如图所示。
知识点二
2．α粒子散射实验
(1)α粒子散射实验装置由α粒子源、_________、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_______________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“_______________”。
(3)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了J.J.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。
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_______________，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的____________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____________。
原子核的电荷数＝中性原子的电子数＝质子数。
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。
知识点三
[练一练]
(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
ACD
ACD　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。
课堂探究·拓展思维
学习任务一　电子的发现及比荷的测定
[导学探究]
如图所示，由K射出的阴极射线在平行金属板PP′间所加的电场作用下发生了偏转，说明了什么？在平行金属板PP′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：说明阴极射线是由带电粒子组成的，且带负电。由左手定则可得，在金属板PP′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。
[思维深化]
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．带电粒子比荷的测定
3．电子发现的意义
(1)电子发现以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒。
(2)现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分。
(3)电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的。
J．J.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、C，沿中心轴线OP1以速度v进入两块水平正对放置的极板D1、D2间，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。现在极板间加上竖直方向、电场强度大小为E的匀强电场后，电子向上偏转；再在极板间施加一个方向垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出)，电子在荧光屏上产生的光点又回到了P1点；接着去掉电场，电子向下偏转，射出极板时偏转角为θ。已知极板的长度为L，忽略电子的重力及电子间的相互作用。求：
例 1
(1)匀强磁场的磁感应强度大小；
(2)电子的比荷。
[针对训练]
1．密立根油滴实验首先精确地测出了元电荷的数值，其实验装置如图所示，油滴从喷雾器喷出，以某一速度进入水平放置的平行板之间。今有一带负电的油滴，不加电场时，油滴由于受到重力作用加速下落，速率变大，受到的空气阻力也变大，因此油滴很快会以一恒定速率v1匀速下落。若在两板间加一电压，使板间形成向下的电场E，油滴下落的最终速率为v2。已知运动过程中油滴受到的阻力可由斯托克斯公式f＝6πηrv计算(其中r为油滴半径，η为空气粘滞系数)。实验时已测出r、v1、v2、E、η。
(1)油滴的电荷量q＝________________。
(2)经多次测量得到许多油滴的总电荷量Q的测量值如下表(单位10－19 C)：
分析这些数据可知______________________________。
6.41 8.01 9.65 11.23 12.83 14.48
学习任务二　α粒子散射实验和原子核式结构模型
[导学探究]
如图所示为α粒子散射的实验装置。实验过程中，α粒子为什么会发生大角度偏转？
提示：α粒子受到原子核的库仑力作用。
[思维深化]
1．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质量比它本身大得多的物质的作用。J.J. 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．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。另外金的原子序数大，α粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显。
3．原子的核式结构与原子的“枣糕模型”的根本区别
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
4.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。
5．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10万倍之多。
(多选)如图所示为卢瑟福和他的学生们做α粒子散射实验的装置示意图。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，关于观察到的现象，下列说法中正确的是(　　)
A．相同的时间内放在A位置时观察到屏上的闪
光次数最多
B．相同的时间内放在B位置时观察到屏上的闪
光次数只比放在A位置时稍少些
C．放在C、D位置时屏上观察不到闪光
D．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
例 2
AD
AD　α粒子散射实验的结论：绝大多数α粒子仍沿原方向运动，少数α粒子运动方向发生改变，极少数α粒子运动方向发生大角度的偏转，甚至是180°。由A、B、C、D的位置可知绝大多数α粒子打到A位置的荧光屏上，少数α粒子打到B位置的荧光屏上，而极少数α粒子能打到C、D位置的荧光屏上，故选项A、D正确。
关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有(　　)
A．J.J.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．J.J.汤姆孙通过著名的“油滴实验”精确测定了电子电荷
C．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好的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
例 3
D
D　J．J.汤姆孙发现电子后猜想出原子核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”精确测定电子电荷，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，但几乎占有全部质量，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。
[针对训练]
2．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10－10 m
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
A
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。
随堂练习·培养能力
1．关于阴极射线，下列说法正确的是(　　)
A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁产生的
B．只要阴、阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C．阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波
D．阴、阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
D
D　阴极射线是由阴极直接发出的，选项A错误；只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，选项B错误，D正确；阴极射线可以穿透薄铝片，可能是电磁波，也可能是极小的粒子，选项C错误。
2．如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将(　　)
A．向纸内偏转　　　　 B．向纸外偏转
C．向下偏转 D．向上偏转
D
D　由题目条件不难判断阴极射线所在处磁场垂直纸面向外，电子从负极射出，由左手定则可判定阴极射线(电子)向上偏转，故选D。
3．(多选)在α粒子散射实验中，只有少数的α粒子发生大角度的偏转，下列解释正确的是(　　)
A．相对于原子的体积，集中几乎所有质量的原子核体积很小
B．多数α粒子通过金箔时，离原子核较远，受到周围原子核的库仑斥力作用可忽略
C．少数的α粒子通过金箔时与电子发生碰撞，运动方向发生了较大的改变
D．少数的α粒子通过金箔时，离原子核较近，受到原子核较大的冲量作用
ABD
ABD　由于原子的体积远远大于原子核的体积，原子内多为“空旷地带”，当α粒子穿越金箔时，多数α粒子离原子核较远，α粒子受到的库仑力可忽略，A、B正确；电子的质量较小，对α粒子的运动方向几乎不产生影响，C错误；当少数α粒子距原子核较近时，库仑斥力较大，α粒子受到原子核较大的冲量作用，就会发生大角度的偏转，D正确。
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
A
A　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，故C错误；中性原子电子电荷量之和与原子核所带正电荷之和相等，故D错误。
课后训练·凝练素养
[基础对点练]
对点练1　电子的发现及比荷的测定
1．英国物理学家J.J.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．J.J.汤姆孙发现了电子，并精确测量了电子的电荷量
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A
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A　阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确；由于电子带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，B错误；不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误；在J.J.汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时，并未得出电子的电荷量，最早精确测出电子电荷量的是密立根，D错误。
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1
2．(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
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
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BCD
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BCD　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，选项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，选项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，选项D正确。
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3.(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．电子的径迹与AB中电流的方向无关
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BC
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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，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中的电流方向即通电直导线AB形成的磁场方向有关，选项D错误。
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4．(多选)下列关于电子的说法正确的是(　　)
A．发现电子是从研究阴极射线开始的
B．J.J.汤姆孙发现物质中发出的电子比荷是不同的
C．电子发现的意义是让人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构
D．电子是带负电的，可以在电场和磁场中偏转ACD
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ACD
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ACD　J．J.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，选项A正确；J.J.汤姆孙发现不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同，这种粒子即电子，选项B错误；J.J.汤姆孙发现电子，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构，选项C正确；电子是带负电的，可以在电场和磁场中偏转，选项D正确。
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对点练2　α粒子散射实验和原子核式结构模型
5．(多选)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)
A．在实验中，观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，极少数发生了较大角度的偏转
B．使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核和核外电子，当α粒子接近核时，是核的斥力使α粒子发生明显偏转；当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转
C．使少数α粒子产生偏转的原因是原子核对α粒子的万有引力
D．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
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AD
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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，选项A正确；当α粒子接近核时，是核的斥力使α粒子发生明显偏转，选项B错误；原子核对α粒子的万有引力非常小，可以忽略不计，C错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，推测使粒子受到排斥力的核体积极小，选项D正确。
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6．在α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子碰撞的影响，这是因为
(　　)
A．α粒子和电子根本无相互作用
B．电子是均匀分布的，α粒子受电子作用的合力为零
C．α粒子在和电子碰撞过程中动量的改变量极小，可忽略不计
D．电子体积很小，α粒子碰撞不到电子
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C
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C　α粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，碰撞时对α粒子的运动影响极小，α粒子几乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一粒尘埃一样，故C正确，A、B、D错误。
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7．对卢瑟福的α粒子散射实验的结果，下列认识正确的是(　　)
A．实验证明了质子的存在
B．实验证明了原子核是由质子和中子组成的
C．实验证明了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
D．实验证明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
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C　根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型：原子内部有一个很小的核，叫原子核，原子核内集中了原子全部正电荷和几乎全部质量；电子在核外绕原子核运动，C正确。
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[能力提升练]
8．(多选)α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是(　　)
A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是α粒子受力平衡的结果
B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子中绝大部分是空的
C．少数α粒子发生大角度偏转，是因为金原子核很小且质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，α粒子接近原子核的机会很小
D．使α粒子发生大角度偏转的原因是原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等
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BC　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原子核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，并不是正电荷均匀分布在原子内，故A错误，B正确；少数α粒子发生大角度偏转，主要是α粒子和原子核发生碰撞的结果，因为金原子核很小且质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，α粒子接近原子核的机会很小，故C正确，D错误。
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9．如图所示为α粒子散射实验的图景，图中实线表示α粒子运动轨迹。关于α粒子散射实验，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．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小
后增大
C．根据α 粒子散射实验可以估算原子的大小
D．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小
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D　卢瑟福在α 粒子散射实验中没有发现电子，A错误；题图中大角度偏转的α粒子受到的静电力先做负功，后做正功，则其电势能先增大后减小，B错误；根据α 粒子散射实验可以估算原子核的大小，C错误；绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小，D正确。
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10．(多选)J.J.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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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。
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(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。
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课时规范训练(十九)
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