资源简介

3.原子的核式结构模型
【素养目标】　1.了解电子发现的过程及其蕴含的科学方法。2.了解α粒子散射实验的原理和实验现象，知道卢瑟福的原子核式结构模型。3.知道原子和原子核大小的数量级。
知识点一　电子的发现
【情境导入】　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，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，让这种射线垂直射入匀强电场或匀强磁场时都发生了偏转。
(1)阴极射线是否带电？
(2)如何确定阴极射线粒子的带电性质？
提示：(1)带电。(2)根据射线在电场或磁场中的偏转方向来确定。
【教材梳理】 (阅读教材P78—P80完成下列填空)
1.阴极射线：当玻璃管内的气体足够稀薄时，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
(1)根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。
(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都是相同的，是氢离子(也就是质子)比荷的近两千倍。
(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子大致相同。后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。
3.电子的电荷量：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＝1.602 176 634×10－19 C。
4.电荷的量子化
(1)电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
(2)电子的质量为me＝9.109 383 56×10－31 kg，质子质量与电子质量的比值为＝1 836。
【师生互动】　如图为J.J.汤姆孙的气体放电管示意图。
任务1.K、A部分起什么作用？
任务2.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？
任务3.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：任务1.K、A部分产生阴极射线。
任务2.阴极射线向下偏转，与电场方向相反，说明阴极射线带负电。
任务3.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。
【探究归纳】
测量带电粒子比荷的两种方法
1.利用电场测量
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，当U、d、L已知时，只需测量v和y即可。
2.利用磁场测量
(1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场(如图甲所示)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，有F洛＝F电，即qvB＝qE，得到粒子的运动速度v＝。
(2)撤去匀强电场(如图乙所示)，保留匀强磁场，让带电粒子在匀强磁场中运动，根据洛伦兹力提供向心力，有qvB＝m，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r。
(3)由以上两式确定带电粒子的比荷表达式为
＝。
利用电场测定电子的比荷
如图为J.J.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)试推导出电子比荷的表达式。
答案：(1)　(2)
解析：(1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有evB＝eE＝e，可得v＝
即打到荧光屏O点的电子速度的大小为。
(2)由题意得d＝··＋··
代入v＝＝。
利用磁场测定电子的比荷
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。
答案：(1)　(2)sin θ
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，电子打在P1点，则由电子受力平衡有eE＝evB
解得匀强磁场的磁感应强度大小B＝。
(2)撤去电场后，电子仅在磁场中偏转，轨迹如图所示，则由洛伦兹力提供向心力有evB＝m
由几何关系知L＝rsin θ
可得＝sin θ。
知识点二　原子的核式结构模型
【情境导入】　如图为1909年英国物理学家卢瑟福指导他的助手进行α粒子散射实验的实验装置示意图。
(1)实验现象如何？
(2)少数α粒子发生大角度散射的原因是什么？
提示：(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，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°。
(2)α粒子带正电，α粒子受原子中占原子质量绝大部分的、集中在一起的、带正电的物质的斥力发生了大角度散射。
【教材梳理】 (阅读教材P80—P83完成下列填空)
1.J.J.汤姆孙的原子模型
J.J.汤姆孙于1898年提出了一种模型。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，如图所示。有人形象地把他的这个模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。
2.α粒子散射实验
(1)α粒子：从放射性物质(如铀和镭)中发射出来的快速运动的粒子，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍。
(2)实验装置如图所示，整个装置处于真空中。
(3)实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子(约占)发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。
(4)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，提出了原子的核式结构模型。
3.原子的核式结构模型：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。
4.原子核的组成
(1)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。
(2)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。
(3)一般原子核半径的数量级为10－15 m，而整个原子半径的数量级是10－10 m，可见原子内部是十分“空旷”的。
【师生互动】　如图为卢瑟福指导他的助手做α粒子散射实验的装置示意图。将荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时观察实验现象。
任务1.哪个位置相同时间内观察到屏上的闪光次数最多？为什么？
任务2.哪个位置屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少？为什么？
任务3.卢瑟福根据α粒子散射实验的结果提出了什么样的原子结构模型？
提示：任务1.A位置；在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，故A位置相同时间内观察到屏上的闪光次数最多。
任务2.D位置；少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转角度甚至大于90°，故D位置屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少。
任务3.原子的核式结构模型。
【探究归纳】
对α粒子散射实验现象的解释
1.当α粒子穿过金原子时，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，才受到原子核很大的斥力作用，偏转角才很大，而这种机会很少。
3.如果α粒子正对着射向原子核，偏转角几乎达到180°，这种机会极少。
对α粒子散射实验的理解
1909年，英国物理学家卢瑟福指导他的助手一起进行了著名的“α粒子散射实验”，实验中部分α粒子发生散射的情况如图所示。卢瑟福通过对实验结果的分析和研究，于1911年提出了原子的核式结构模型。下列描述中正确的是(　　)
A.绝大多数α粒子穿过金箔后，都发生了大角度的偏转
B.少数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进
C.该实验证实了J.J.汤姆孙原子模型的正确性
D.通过α粒子散射实验，估计出原子核半径的数量级为10－15 m
答案：D
解析：“α粒子散射实验”结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过了90°，有的几乎达到180°而被反弹回来，故A、B错误；通过α粒子散射实验，卢瑟福否定了J.J.汤姆孙的原子模型，提出了原子的核式结构模型，故C错误；通过“α粒子散射实验”，估计出原子核半径的数量级为10－15 m，故D正确。故选D。
原子的核式结构模型的理解
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的质量
C.原子核半径的数量级为10－10 m
D.中性原子核外电子带的负电荷电荷量的绝对值之和小于原子核所带的正电荷电荷量之和
答案：A
解析：原子由原子核和核外电子组成，A正确；原子核带有原子的全部正电荷和几乎全部的质量，B错误；原子半径的数量级是10－10 m，原子核半径的数量级为10－15 m，C错误；中性原子的电子所带负电荷电荷量的绝对值之和与原子核所带正电荷电荷量之和相等，D错误。
针对练.关于α粒子散射实验的实验结果，下列说法正确的是(　　)
A.原子中除了质子外还存在中子
B.原子中的质量和正电荷是均匀分布的
C.带负电的电子在核外空间绕着核旋转
D.原子中几乎全部的质量和全部正电荷都集中在很小的区域内
答案：D
解析：α粒子散射实验说明原子内存在一个集中了几乎全部的质量和全部正电荷的核，数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以α粒子散射实验不能证明原子中除了质子外还存在中子，故A、B错误，D正确；该实验不能说明带负电的电子在核外空间绕着核旋转，故C错误。故选D。
课时测评19　原子的核式结构模型
(选择题1－12题，每题5分，共60分)
1.J.J.汤姆孙对阴极射线本质的研究，采用的科学方法是(　　)
A.用阴极射线轰击金箔，观察其散射情况
B.用“油滴实验”精确测定电子的电荷量
C.用阴极射线轰击荧光物质，对荧光物质发出的光进行光分析
D.让阴极射线通过电场和磁场，通过阴极射线的偏转情况判断其电性，计算其比荷
答案：D
解析：J.J.汤姆孙对阴极射线本质的研究采用的主要方法是：让阴极射线通过电场和磁场，通过偏转情况判断其电性，结合类平抛运动与圆周运动的公式计算其比荷，故D正确。
2.(多选)(鲁科版选择性必修第三册·P92·T2)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)
A.多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，极少数发生较大偏转，甚至被弹回
B.当α粒子接近电子时，是电子引力使其发生明显偏转
C.实验表明原子中心有一个极小的核，它占原子体积的极小部分
D.实验表明原子中心的核集中了原子的全部正电荷及全部质量
答案：AC
解析：多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，极少数发生较大偏转，甚至被弹回，故A正确；造成α粒子发生明显偏转的原因是α粒子受到原子核的斥力比较大，故B错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转可以推测使α粒子受到斥力的核体积很小，故C正确；实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷和几乎全部质量，故D错误。故选AC。
3.(2025·北京丰台高二期末)关于卢瑟福α粒子散射实验现象及分析，下列说法正确的是(　　)
A.绝大多数α粒子在实验中几乎不发生偏转，主要原因是原子内部十分“空旷”
B.绝大多数α粒子在实验中几乎不发生偏转，是因为原子核质量很大
C.使α粒子产生大角度偏转的作用力，是电子对α粒子的库仑力
D.使α粒子产生大角度偏转的作用力，是原子核对α粒子的万有引力
答案：A
解析：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很小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间；α粒子带正电，使α粒子产生大角度偏转的作用力，是原子核对α粒子的库仑斥力。故选A。
4.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提出无关
B.科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，提出了核式结构模型
C.科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，提出了枣糕模型
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
答案：B
解析：科学家通过α粒子散射实验，否定了枣糕模型，提出了核式结构模型，B正确。
5.(多选)人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想。1909年，卢瑟福指导他的助手进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。如图是α粒子散射实验的图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法正确的是(　　)
A.绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的
B.发生超过90°大角度偏转的α粒子是极少数的
C.沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小
D.沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大
答案：ABC
解析：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来方向前进，运动轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的，故A正确；发生超过90°大角度偏转的α粒子是极少数的，故B正确；根据点电荷电场分布可知，离原子核越近的地方电场强度越大，所受库仑斥力越大，故沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小，故C正确；α粒子受到斥力作用，沿轨迹2运动的α粒子，静电力对其先做负功，后做正功，α粒子的电势能先增大后减小，故D错误。故选ABC。
6.如图为卢瑟福的α粒子散射实验，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为(　　)
A.轨迹a B.轨迹b
C.轨迹c D.轨迹d
答案：A
解析：卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，因离原子核越近，受到的库仑斥力越强，所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为a。故选A。
7.如图是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线，要使荧光屏的亮线向下(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y轴正方向
答案：B
解析：加磁场时，由左手定则可判断磁场方向应沿y轴正方向；加电场时，电场方向应沿z轴正方向，故B正确。
8.(2025·北京海淀高二期末)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作为放射源，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，图中虚线表示被散射的α粒子的径迹。关于该实验，下列说法正确的是(　　)
A.实验现象可用J.J.汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释
B.根据实验结果可以推测原子核是可以再分的
C.α粒子发生偏转是由于它跟金箔中的电子发生了“碰撞”
D.统计散射到各个方向的α粒子所占比例，可以推知原子中正电荷的大致分布情况
答案：D
解析：实验现象可用卢瑟福的原子的核式结构模型来解释，不能通过J.J.汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释，故A错误；根据该实验结果不可以推测原子核是可以再分的，故B错误；α粒子发生偏转是由于它受到了金箔中的金原子核的斥力作用，故C错误；统计散射到各个方向的α粒子所占比例，可以推知原子中正电荷的大致分布情况，即原子的内部存在一个原子核，原子的正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，故D正确。
9.(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，则阴极射线不偏转
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
答案：AC
解析：实验证明，阴极射线是高速电子流，当在D1、D2两极板间加上竖直向下的电场时，电子在电场中受到向上的静电力作用，向上偏转，B错误，C正确；在D1、D2两极板间加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受到向下的洛伦兹力作用，向下偏转，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，A正确。
10.(2025·广西钦州高二期末)如图所示，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等，下列说法正确的是(　　)
A.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了能量量子化理论
B.大多数α粒子几乎沿原方向返回
C.从a经过b运动到c的过程中，α粒子的电势能先增大后减小
D.α粒子经过a、b两点时动能相等
答案：C
解析：卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，普朗克根据黑体辐射的规律提出了能量量子化理论，故A错误；根据α粒子散射现象可知，大多数α粒子击中金箔后几乎沿原方向前进，故B错误；粒子受到静电力作用，根据静电力做功特点可知，α粒子从a经过b运动到c的过程中静电力先做负功后做正功，所以α粒子的电势能先增大后减小，故C正确；由于α粒子从a运动到b的过程中静电力做负功，则动能减小，故D错误。
11.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
答案：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，金属原子核变小，则发生大角度偏转的α粒子将会减少，D错误。
12.在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中实线所示，图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为五个区域，不考虑其他原子核对该α粒子的作用，下列说法正确的是(　　)
A.α粒子受到引力
B.该原子核的位置可能在①区域
C.根据α粒子散射实验可以估算原子核大小
D.α粒子在P、Q间的运动为匀速圆周运动
答案：C
解析：在α粒子散射实验中，α粒子经过某一原子核附近时受到库仑斥力的作用，A错误；若该原子核处于①区域，在α粒子受到库仑斥力后应该向区域②弯曲，所以该原子核的位置不可能在①区域，B错误；根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小，C正确；α粒子受到库仑斥力，在P、Q间的运动不可能为匀速圆周运动，D错误。故选C。(共55张PPT)
3.原子的核式结构模型
　　　　
第四章 原子结构和波粒二象性
1.了解电子发现的过程及其蕴含的科学方法。
2.了解α粒子散射实验的原理和实验现象，知道卢瑟福的原子核式结构模型。
3.知道原子和原子核大小的数量级。
素养目标
知识点一　电子的发现
1
知识点二　原子的核式结构模型
2
课时测评
3
内容索引
知识点一　电子的发现
情境导入　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，阴极就发出一种射线。它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光，让这种射线垂直射入匀强电场或匀强磁场时都发生了偏转。
(1)阴极射线是否带电？
提示：带电。
自主学习
(2)如何确定阴极射线粒子的带电性质？
提示：根据射线在电场或磁场中的偏转方向来确定。
教材梳理 (阅读教材P78—P80完成下列填空)
1.阴极射线：当玻璃管内的气体足够稀薄时，______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
(1)根据阴极射线在______和______中的偏转情况断定，它的本质是带____电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。
(2)换用__________的阴极做实验，所得比荷的数值都是______的，是氢离子(也就是质子)比荷的近两千倍。
(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子__________。后来，组成阴极射线的粒子被称为______。
阴极
电场
磁场
负
不同材料
相同
大致相同
电子
3.电子的电荷量：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＝______________________。
4.电荷的量子化
(1)电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的________。
(2)电子的质量为me＝9.109 383 56×10－31 kg，质子质量与电子质量的比值为＝_______。
1.602 176 634×10－19 C
整数倍
1 836
师生互动　如图为J.J.汤姆孙的气体放电管示意图。
任务1.K、A部分起什么作用？
提示：K、A部分产生阴极射线。
课堂探究
任务2.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，与电场方向相反，说明阴极射线带负电。
任务3.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。
测量带电粒子比荷的两种方法
1.利用电场测量
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，当U、d、L已知时，只需测量v和y即可。
探究归纳
2.利用磁场测量
(1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场(如图甲所示)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，有F洛＝F电，即qvB＝qE，得到粒子的运动速度v＝。
探究归纳
(2)撤去匀强电场(如图乙所示)，保留匀强磁场，让带电粒子在匀强磁场中运动，根据洛伦兹力提供向心力，有qvB＝m，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r。
(3)由以上两式确定带电粒子的比荷表达式为＝。
探究归纳
角度1 利用电场测定电子的比荷
如图为J.J.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；
答案：　
例1
电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有evB＝eE＝e，可得v＝
即打到荧光屏O点的电子速度的大小为。
(2)试推导出电子比荷的表达式。
答案：
由题意得d＝··＋··
代入v＝＝。
角度2 利用磁场测定电子的比荷
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；
答案：　
例2
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，电子打在P1点，则由电子受力平衡有eE＝evB
解得匀强磁场的磁感应强度大小B＝。
(2)电子的比荷。
答案：sin θ
撤去电场后，电子仅在磁场中偏转，轨迹如图所示，
则由洛伦兹力提供向心力有evB＝m
由几何关系知L＝rsin θ
可得＝sin θ。
返回
知识点二　原子的核式结构模型
情境导入　如图为1909年英国物理学家卢瑟福指导他的助手进行α粒子散射实验的实验装置示意图。
(1)实验现象如何？
提示：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°。
自主学习
(2)少数α粒子发生大角度散射的原因是什么？
提示：α粒子带正电，α粒子受原子中占原子质量绝大部分的、集中在一起的、带正电的物质的斥力发生了大角度散射。
教材梳理 (阅读教材P80—P83完成下列填空)
1.J.J.汤姆孙的原子模型
J.J.汤姆孙于1898年提出了一种模型。他认为，原子是一个____体，________弥漫性地均匀分布在整个球体内，______镶嵌其中，如图所示。有人形象地把他的这个模型称为“______模型”或“______模型”。
球
正电荷
电子
西瓜
枣糕
2.α粒子散射实验
(1)α粒子：从放射性物质(如铀和镭)中发射出来的快速运动的粒子，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍。
(2)实验装置如图所示，整个装置处于真空中。
(3)实验结果：__________α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有______α粒子(约占)发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至______90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”。
(4)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，提出了原子的__________模型。
绝大多数
少数
大于
核式结构
3.原子的核式结构模型：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______运动。
4.原子核的组成
(1)原子核的电荷数，即原子内的电子数，非常接近它们的__________。
(2)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______数。
(3)一般原子核半径的数量级为10－15 m，而整个原子半径的数量级是
10－10 m，可见______内部是十分“空旷”的。
正
外面
原子序数
质子
原子
师生互动　如图为卢瑟福指导他的助手做α粒子散射
实验的装置示意图。将荧光屏和显微镜一起分别放在
图中A、B、C、D四个位置时观察实验现象。
任务1.哪个位置相同时间内观察到屏上的闪光次数最
多？为什么？
提示：A位置；在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，故A位置相同时间内观察到屏上的闪光次数最多。
课堂探究
任务2.哪个位置屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少？为什么？
提示：D位置；少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转角度甚至大于90°，故D位置屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少。
任务3.卢瑟福根据α粒子散射实验的结果提出了什么样的原子结构模型？
提示：原子的核式结构模型。
对α粒子散射实验现象的解释
1.当α粒子穿过金原子时，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，才受到原子核很大的斥力作用，偏转角才很大，而这种机会很少。
3.如果α粒子正对着射向原子核，偏转角几乎达到180°，这种机会极少。
探究归纳
角度1 对α粒子散射实验的理解
1909年，英国物理学家卢瑟福指导他的助手一起
进行了著名的“α粒子散射实验”，实验中部分α粒子发
生散射的情况如图所示。卢瑟福通过对实验结果的分析
和研究，于1911年提出了原子的核式结构模型。下列描
述中正确的是
A.绝大多数α粒子穿过金箔后，都发生了大角度的偏转
B.少数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进
C.该实验证实了J.J.汤姆孙原子模型的正确性
D.通过α粒子散射实验，估计出原子核半径的数量级为10－15 m
例3
√
“α粒子散射实验”结果表明，绝大多数α粒子穿过金
箔后仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了较大的偏
转，并有极少数α粒子的偏转超过了90°，有的几乎达
到180°而被反弹回来，故A、B错误；通过α粒子散射
实验，卢瑟福否定了J.J.汤姆孙的原子模型，提出了原
子的核式结构模型，故C错误；通过“α粒子散射实验”，估计出原子核半径的数量级为10－15 m，故D正确。故选D。
角度2 原子的核式结构模型的理解
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的质量
C.原子核半径的数量级为10－10 m
D.中性原子核外电子带的负电荷电荷量的绝对值之和小于原子核所带的正电荷电荷量之和
√
例4
原子由原子核和核外电子组成，A正确；原子核带有原子的全部正电荷和几乎全部的质量，B错误；原子半径的数量级是10－10 m，原子核半径的数量级为10－15 m，C错误；中性原子的电子所带负电荷电荷量的绝对值之和与原子核所带正电荷电荷量之和相等，D错误。
针对练.关于α粒子散射实验的实验结果，下列说法正确的是
A.原子中除了质子外还存在中子
B.原子中的质量和正电荷是均匀分布的
C.带负电的电子在核外空间绕着核旋转
D.原子中几乎全部的质量和全部正电荷都集中在很小的区域内
√
α粒子散射实验说明原子内存在一个集中了几乎全部的质量和全部正电荷的核，数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以α粒子散射实验不能证明原子中除了质子外还存在中子，故A、B错误，D正确；该实验不能说明带负电的电子在核外空间绕着核旋转，故C错误。故选D。
返回
课堂回眸
课时测评
1.J.J.汤姆孙对阴极射线本质的研究，采用的科学方法是
A.用阴极射线轰击金箔，观察其散射情况
B.用“油滴实验”精确测定电子的电荷量
C.用阴极射线轰击荧光物质，对荧光物质发出的光进行光分析
D.让阴极射线通过电场和磁场，通过阴极射线的偏转情况判断其电性，计算其比荷
√
J.J.汤姆孙对阴极射线本质的研究采用的主要方法是：让阴极射线通过电场和磁场，通过偏转情况判断其电性，结合类平抛运动与圆周运动的公式计算其比荷，故D正确。
2.(多选)(鲁科版选择性必修第三册·P92·T2)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是
A.多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，极少数发生较大偏转，甚至被弹回
B.当α粒子接近电子时，是电子引力使其发生明显偏转
C.实验表明原子中心有一个极小的核，它占原子体积的极小部分
D.实验表明原子中心的核集中了原子的全部正电荷及全部质量
√
√
多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，极少数发生较大偏转，甚至被弹回，故A正确；造成α粒子发生明显偏转的原因是α粒子受到原子核的斥力比较大，故B错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转可以推测使α粒子受到斥力的核体积很小，故C正确；实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷和几乎全部质量，故D错误。故选AC。
3.(2025·北京丰台高二期末)关于卢瑟福α粒子散射实验现象及分析，下列说法正确的是
A.绝大多数α粒子在实验中几乎不发生偏转，主要原因是原子内部十分“空旷”
B.绝大多数α粒子在实验中几乎不发生偏转，是因为原子核质量很大
C.使α粒子产生大角度偏转的作用力，是电子对α粒子的库仑力
D.使α粒子产生大角度偏转的作用力，是原子核对α粒子的万有引力
√
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很小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间；α粒子带正电，使α粒子产生大角度偏转的作用力，是原子核对α粒子的库仑斥力。故选A。
4.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提出无关
B.科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，提出了核式结构模型
C.科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，提出了枣糕模型
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
√
科学家通过α粒子散射实验，否定了枣糕模型，提出了核式结构模型，B正确。
5.(多选)人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想。1909年，卢瑟福指导他的助手进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。如图是α粒子散射实验的图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法正确的是
A.绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹1，说明原
子中绝大部分是空的
B.发生超过90°大角度偏转的α粒子是极少数的
C.沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小
D.沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大
√
√
√
绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来方向
前进，运动轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分
是空的，故A正确；发生超过90°大角度偏转的α
粒子是极少数的，故B正确；根据点电荷电场分布
可知，离原子核越近的地方电场强度越大，所受库
仑斥力越大，故沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小，故C正确；α粒子受到斥力作用，沿轨迹2运动的α粒子，静电力对其先做负功，后做正功，α粒子的电势能先增大后减小，故D错误。故选ABC。
6.如图为卢瑟福的α粒子散射实验，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为
A.轨迹a
B.轨迹b
C.轨迹c
D.轨迹d
√
卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，因离原子核越近，受到的库仑斥力越强，所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为a。故选A。
7.如图是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线，要使荧光屏的亮线向下(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y轴正方向
√
加磁场时，由左手定则可判断磁场方向应沿y轴正方向；加电场时，电场方向应沿z轴正方向，故B正确。
8.(2025·北京海淀高二期末)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作为放射源，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，图中虚线表示被散射的α粒子的径迹。关于该实验，下列说法正确的是
A.实验现象可用J.J.汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释
B.根据实验结果可以推测原子核是可以再分的
C.α粒子发生偏转是由于它跟金箔中的电子发生了“碰撞”
D.统计散射到各个方向的α粒子所占比例，可以推知原子中正电荷的大致分布情况
√
实验现象可用卢瑟福的原子的核式结构模型来解释，不能通过J.J.汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释，故A错误；根据该实验结果不可以推测原子核是可以再分的，故B错误；α粒子发生偏转是由于它受到了金箔中的金原子核的斥力作用，故C错误；统计散射到各个方向的α粒子所占比例，可以推知原子中正电荷的大致分布情况，即原子的内部存在一个原子核，原子的正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，故D正确。
9.(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，则阴极射线不偏转
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
√
√
实验证明，阴极射线是高速电子流，当在D1、D2两极板间加上竖直向下的电场时，电子在电场中受到向上的静电力作用，向上偏转，B错误，C正确；在D1、D2两极板间加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受到向下的洛伦兹力作用，向下偏转，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，A正确。
10.(2025·广西钦州高二期末)如图所示，在α粒子散射实
验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位
置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点
距金原子核的距离相等，下列说法正确的是
A.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了能量量子化理论
B.大多数α粒子几乎沿原方向返回
C.从a经过b运动到c的过程中，α粒子的电势能先增大后减小
D.α粒子经过a、b两点时动能相等
√
卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的
核式结构模型，普朗克根据黑体辐射的规律提出了能
量量子化理论，故A错误；根据α粒子散射现象可知，
大多数α粒子击中金箔后几乎沿原方向前进，故B错
误；粒子受到静电力作用，根据静电力做功特点可知，α粒子从a经过b运动到c的过程中静电力先做负功后做正功，所以α粒子的电势能先增大后减小，故C正确；由于α粒子从a运动到b的过程中静电力做负功，则动能减小，故D错误。
11.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
√
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，金属原子核变小，则发生大角度偏转的α粒子将会减少，D错误。
12.在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中实线所示，图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为五个区域，不考虑其他原子核对该α粒子的作用，下列说法正确的是
A.α粒子受到引力
B.该原子核的位置可能在①区域
C.根据α粒子散射实验可以估算原子核大小
D.α粒子在P、Q间的运动为匀速圆周运动
√
在α粒子散射实验中，α粒子经过某一原子核附近时
受到库仑斥力的作用，A错误；若该原子核处于①
区域，在α粒子受到库仑斥力后应该向区域②弯曲，
所以该原子核的位置不可能在①区域，B错误；根
据α粒子散射实验可以估算原子核的大小，C正确；
α粒子受到库仑斥力，在P、Q间的运动不可能为匀速圆周运动，D错误。故选C。
返回
谢 谢 观 看
3.原子的核式结构模型

展开更多......

收起↑