（人教2019選擇性必修第三冊(cè) ）高二物理備課必備講義 4.3原子的核式結(jié)構(gòu)模型（原卷版+解析）

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第3節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型【核心素養(yǎng)目標(biāo)】物理觀念知道陰極射線的組成，體會(huì)電子發(fā)現(xiàn)過程中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法，知道電荷是量子化的.科學(xué)思維了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容.科學(xué)探究知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí)，知道原子核的電荷數(shù)．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過原子的核式結(jié)構(gòu)模型知識(shí)應(yīng)用的實(shí)例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的緊密聯(lián)系，體會(huì)科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和科學(xué)意識(shí)。知識(shí)點(diǎn)一電子的發(fā)現(xiàn)【情境導(dǎo)入】如圖所示為湯姆孫的氣體放電管．(1)在金屬板D1、D2之間加上如圖所示的電場(chǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)陰極射線向下偏轉(zhuǎn)，說明它帶什么性質(zhì)的電荷？(2)在金屬板D1、D2之間單獨(dú)加哪個(gè)方向的磁場(chǎng)，可以讓陰極射線向上偏轉(zhuǎn)？【知識(shí)梳理】1．陰極射線：發(fā)出的一種射線．它能使對(duì)著陰極的玻璃管壁發(fā)出熒光．2．湯姆孫的探究根據(jù)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的情況斷定，陰極射線的本質(zhì)是帶(填“正電”或“負(fù)電”)的粒子流，并求出了這種粒子的比荷．組成陰極射線的粒子被稱為電子．3．密立根實(shí)驗(yàn)：電子電荷的精確測(cè)定是由密立根通過著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”做出的．目前公認(rèn)的電子電荷e的值為e＝(保留兩位有效數(shù)字)．4．電荷的量子化：任何帶電體的電荷只能是的整數(shù)倍．【重難詮釋】1．對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)(1)對(duì)陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)——兩種觀點(diǎn)①電磁波說，代表人物——赫茲，他認(rèn)為這種射線是一種電磁輻射．②粒子說，代表人物——湯姆孫，他認(rèn)為這種射線是一種帶電粒子流．(2)陰極射線帶電性質(zhì)的判斷方法①方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場(chǎng)，通過打在熒光屏上的亮點(diǎn)位置的變化和電場(chǎng)的情況確定陰極射線的帶電性質(zhì)．②方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場(chǎng)，根據(jù)熒光屏上亮點(diǎn)位置的變化和左手定則確定陰極射線的帶電性質(zhì)．(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)陰極射線在電場(chǎng)中和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況，判斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж?fù)電．2．帶電粒子比荷的測(cè)定(1)讓帶電粒子通過相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，使其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)二力平衡，即F洛＝F電(Bqv＝qE)，得到粒子的運(yùn)動(dòng)速度v＝eq\f(E,B).(2)撤去電場(chǎng)，如圖所示，保留磁場(chǎng)，讓粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力，即Bqv＝meq\f(v2,r)，根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況，由幾何知識(shí)求出其半徑r.(3)由以上兩式確定粒子的比荷表達(dá)式：eq\f(q,m)＝eq\f(E,B2r).3．電子發(fā)現(xiàn)的意義(1)電子發(fā)現(xiàn)以前人們認(rèn)為物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成，原子是不可再分的最小微粒．(2)現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)了各種物質(zhì)里都有電子，而且電子是原子的組成部分．(3)電子帶負(fù)電，而原子是電中性的，說明原子是可再分的．【典例精析】例1．在再現(xiàn)湯姆孫測(cè)陰極射線比荷的實(shí)驗(yàn)中，采用了如圖所示的陰極射線管，從C出來的陰極射線經(jīng)過A、B間的電場(chǎng)加速后，水平射入長(zhǎng)度為L(zhǎng)的D、G平行板間，接著在熒光屏F中心出現(xiàn)光斑．若在D、G間加上方向向上、場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，陰極射線將向下偏轉(zhuǎn)；如果再利用通電線圈在D、G電場(chǎng)區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出)，熒光斑恰好回到熒光屏中心，接著再去掉電場(chǎng)，陰極射線向上偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為θ，試解決下列問題：(1)說明陰極射線的電性；(2)說明磁場(chǎng)沿什么方向；(3)根據(jù)L、E、B和θ，求出陰極射線的比荷．【規(guī)律方法】帶電粒子的比荷常見的三種測(cè)量方法1．利用磁偏轉(zhuǎn)測(cè)比荷：由qvB＝meq\f(v2,R)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,BR)，只需知道磁感應(yīng)強(qiáng)度B、帶電粒子的初速度v和偏轉(zhuǎn)半徑R即可．2．利用電偏轉(zhuǎn)測(cè)比荷：偏移量y＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)·eq\f(qU,md)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,v)))2，故eq\f(q,m)＝eq\f(2ydv2,UL2)，所以在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)電壓U、d、L已知時(shí)，只需測(cè)量v和y即可．3．利用加速電場(chǎng)測(cè)比荷：由動(dòng)能定理qU＝eq\f(1,2)mv2得eq\f(q,m)＝eq\f(v2,2U)，在加速電場(chǎng)電壓U已知時(shí)，只需測(cè)出v即可．知識(shí)點(diǎn)二原子的核式結(jié)構(gòu)模型【情境導(dǎo)入】如圖所示為1909年英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福指導(dǎo)他的助手蓋革和馬斯頓進(jìn)行α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置，閱讀課本，回答以下問題：(1)什么是α粒子？(2)實(shí)驗(yàn)裝置中各部件的作用是什么？實(shí)驗(yàn)過程是怎樣的？(3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如何？(4)少數(shù)α粒子發(fā)生大角度散射的原因是什么？【知識(shí)梳理】1.湯姆孫原子模型：湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認(rèn)為原子是一個(gè)，彌漫性地在整個(gè)球體內(nèi)，電子其中，有人形象地把湯姆孫模型稱為“西瓜模型”或“模型”，如圖．2．α粒子散射實(shí)驗(yàn)：(1)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置由α粒子源、、顯微鏡等幾部分組成，實(shí)驗(yàn)時(shí)從α粒子源到熒光屏這段路程應(yīng)處于中．(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①α粒子穿過金箔后，基本上仍沿的方向前進(jìn)；②α粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至，它們幾乎被“”．(3)實(shí)驗(yàn)意義：盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，否定了湯姆孫的原子模型，建立了模型．3．核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運(yùn)動(dòng)．【重難詮釋】1．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析(1)核外電子不會(huì)使α粒子的速度發(fā)生明顯改變．(2)少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些α粒子在原子中的某個(gè)地方受到了質(zhì)量比它本身大得多的物質(zhì)的作用．湯姆孫的原子模型不能解釋?duì)亮Ｗ拥拇蠼嵌壬⑸洌?3)絕大多數(shù)α粒子在穿過金原子層時(shí)運(yùn)動(dòng)方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的，原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在體積很小的核內(nèi)．2．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間內(nèi)繞著核旋轉(zhuǎn)．【典例精析】例2．1909年，物理學(xué)家盧瑟福和他的學(xué)生用α粒子轟擊金箔，研究α粒子被散射的情況．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是()A．在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)B．α粒子大角度散射是由于它跟電子發(fā)生了碰撞C．α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有原子的全部質(zhì)量D．通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)還可以估計(jì)原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－10m知識(shí)點(diǎn)三原子核的電荷與尺度【知識(shí)梳理】1．原子核的電荷數(shù)：各種元素的原子核的電荷數(shù)，即原子內(nèi)的數(shù)，非常接近它們的，這說明元素周期表中的各種元素是按原子中的來排列的．2．原子核的組成：原子核是由和組成的，原子核的電荷數(shù)就是核中的．3．原子核的大小：用核描述核的大?。话愕脑雍?，實(shí)驗(yàn)確定的核半徑的數(shù)量級(jí)為m，而整個(gè)原子半徑的數(shù)量級(jí)是m，兩者相差十萬倍之多．【典例精析】例3．(多選)對(duì)原子的認(rèn)識(shí)，正確的是()A．原子由原子核和核外電子組成B．原子核的質(zhì)量就是原子的質(zhì)量C．原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)D．原子序數(shù)等于核電荷與電子電荷量大小的比值針對(duì)訓(xùn)練一、單選題1．在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，使少數(shù)粒子產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的作用力是（

）A．原子核對(duì)粒子的萬有引力 B．原子核對(duì)粒子的庫(kù)侖斥力C．原子核對(duì)粒子的磁場(chǎng)力 D．核外電子對(duì)粒子的引力2．盧瑟福指導(dǎo)他的助手進(jìn)行的α粒子散射實(shí)驗(yàn)所用儀器的示意圖如圖所示。放射源發(fā)射的α粒子打在金箔上，通過顯微鏡觀察散射的α粒子。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)的角度甚至大于90°，于是，盧瑟福大膽猜想（）A．原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10mB．原子核內(nèi)存在質(zhì)子和中子C．原子內(nèi)部有體積很小、質(zhì)量很大的核D．造成α粒子偏轉(zhuǎn)的主要原因是它受到了原子中電子的作用3．關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)歷程，下列說法正確的有（）A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)B．湯姆孫通過著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測(cè)定電子電荷C．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好的解釋原子中帶正電部分的體積、質(zhì)量占比都很小D．α粒子散射實(shí)驗(yàn)中少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)4．在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是（）A．原子中的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上B．正電荷在原子中是均勻分布的C．原子中存在著帶負(fù)電的電子D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中5．下列關(guān)于原子模型及其建立過程敘述正確的是（）A．陰極射線是電子流，J.J.湯姆孫測(cè)出了電子的比荷，并精確測(cè)定了電子電荷量B．J.J.湯姆孫認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布于球內(nèi)，電子鑲嵌其中;該理論無法解釋?duì)亮Ｗ由⑸洮F(xiàn)象，后被盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型所取代C．通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算出原子核尺度數(shù)量級(jí)為10-10mD．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)指出原子的全部正電荷和全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的區(qū)域——原子核6．1909年，英籍物理學(xué)家盧瑟福和他的學(xué)生蓋革·馬斯頓一起進(jìn)行了著名的“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”，實(shí)驗(yàn)中大量的粒子穿過金屬箔前后的運(yùn)動(dòng)情形如圖所示，下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的描述正確的是（）A．“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”現(xiàn)象中觀察到絕大多數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)B．“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”現(xiàn)象能夠說明原子中帶正電的物質(zhì)占據(jù)的空間很小C．根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)不可以估算原子核的大小D．該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了湯姆孫原子模型的正確性7．在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，沒有考慮粒子跟電子的碰撞，其原因是（）A．粒子不跟電子發(fā)生相互作用B．粒子跟電子相碰時(shí)，損失的能量極少，可忽略C．電子的體積很小，粒子不會(huì)跟電子相碰D．由于電子是均勻分布的，粒子所受電子作用的合力為零8．關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)及核式結(jié)構(gòu)模型，下列說法正確的是（）A．實(shí)驗(yàn)裝置從粒子源到熒光屏的空間處于真空環(huán)境中B．絕大多數(shù)粒子穿過金箔后發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)C．粒子接近金原子核時(shí)，受到很強(qiáng)的吸引力才可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D．粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了原子的核式結(jié)構(gòu)模型9．下列說法正確的是（）A．陰極射線是高速的質(zhì)子流B．陰極射線可以用人眼直接觀察到C．陰極射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流D．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在核內(nèi)10．如圖所示為α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說法不正確的是（）A．相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時(shí)少得多C．放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光D．放在D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少11．α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和α粒子的碰撞影響，是因?yàn)椋ǎ〢．α粒子與電子根本無相互作用B．因?yàn)殡娮邮蔷鶆蚍植嫉?，粒子受電子作用的合力為零C．α粒子和電子碰撞損失能量極少，可忽略不計(jì)D．電子很小，粒子碰撞不到電子12．關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，下列說法正確的是（）A．原子中的原子核很小，核外很“空曠” B．原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10-10mC．原子的全部電荷都集中在原子核里 D．原子的全部質(zhì)量都集中在原子核里13．粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有部分大角度偏轉(zhuǎn)的粒子，說明了（）A．由于原子中的電子碰撞造成的 B．受到金原子核庫(kù)侖引力C．原子核由質(zhì)子和中子組成 D．原子中有帶正電的原子核14．在盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)中，某一粒子經(jīng)過某一原子核附近時(shí)的軌跡如圖中實(shí)線所示，圖中P、Q為軌跡上的點(diǎn)，虛線是過P、Q兩點(diǎn)并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為五個(gè)區(qū)域，不考慮其他原子核對(duì)該粒子的作用，下列說法正確的是（）A．粒子受到引力B．該原子核的位置可能在①區(qū)域C．根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算原子核大小D．粒子在P、Q間的運(yùn)動(dòng)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)15．1909年，物理學(xué)家盧瑟福和他的學(xué)生用α粒子轟擊金箔，研究α粒子被散射的情況，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是（）A．α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)是由于它跟電子發(fā)生了碰撞B．α粒子大角度散射是由于它跟電子發(fā)生了碰撞C．α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子中有一個(gè)帶正電的核幾乎占有原子的全部質(zhì)量D．通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)還可以估計(jì)原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10-10m第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第3節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型【核心素養(yǎng)目標(biāo)】物理觀念知道陰極射線的組成，體會(huì)電子發(fā)現(xiàn)過程中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法，知道電荷是量子化的.科學(xué)思維了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容.科學(xué)探究知道原子和原子核大小的數(shù)量級(jí)，知道原子核的電荷數(shù)．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過原子的核式結(jié)構(gòu)模型知識(shí)應(yīng)用的實(shí)例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的緊密聯(lián)系，體會(huì)科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和科學(xué)意識(shí)。知識(shí)點(diǎn)一電子的發(fā)現(xiàn)【情境導(dǎo)入】如圖所示為湯姆孫的氣體放電管．(1)在金屬板D1、D2之間加上如圖所示的電場(chǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)陰極射線向下偏轉(zhuǎn)，說明它帶什么性質(zhì)的電荷？(2)在金屬板D1、D2之間單獨(dú)加哪個(gè)方向的磁場(chǎng)，可以讓陰極射線向上偏轉(zhuǎn)？答案(1)陰極射線向下偏轉(zhuǎn)，與電場(chǎng)線方向相反，說明陰極射線帶負(fù)電．(2)由左手定則可得，在金屬板D1、D2之間單獨(dú)加垂直紙面向外的磁場(chǎng)，可以讓陰極射線向上偏轉(zhuǎn)．【知識(shí)梳理】1．陰極射線：陰極發(fā)出的一種射線．它能使對(duì)著陰極的玻璃管壁發(fā)出熒光．2．湯姆孫的探究根據(jù)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況斷定，陰極射線的本質(zhì)是帶負(fù)電(填“正電”或“負(fù)電”)的粒子流，并求出了這種粒子的比荷．組成陰極射線的粒子被稱為電子．3．密立根實(shí)驗(yàn)：電子電荷的精確測(cè)定是由密立根通過著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”做出的．目前公認(rèn)的電子電荷e的值為e＝1.6×10－19C(保留兩位有效數(shù)字)．4．電荷的量子化：任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍．【重難詮釋】1．對(duì)陰極射線的認(rèn)識(shí)(1)對(duì)陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識(shí)——兩種觀點(diǎn)①電磁波說，代表人物——赫茲，他認(rèn)為這種射線是一種電磁輻射．②粒子說，代表人物——湯姆孫，他認(rèn)為這種射線是一種帶電粒子流．(2)陰極射線帶電性質(zhì)的判斷方法①方法一：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加上電場(chǎng)，通過打在熒光屏上的亮點(diǎn)位置的變化和電場(chǎng)的情況確定陰極射線的帶電性質(zhì)．②方法二：在陰極射線所經(jīng)區(qū)域加一磁場(chǎng)，根據(jù)熒光屏上亮點(diǎn)位置的變化和左手定則確定陰極射線的帶電性質(zhì)．(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)陰極射線在電場(chǎng)中和磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況，判斷出陰極射線是粒子流，并且?guī)ж?fù)電．2．帶電粒子比荷的測(cè)定(1)讓帶電粒子通過相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，使其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)二力平衡，即F洛＝F電(Bqv＝qE)，得到粒子的運(yùn)動(dòng)速度v＝eq\f(E,B).(2)撤去電場(chǎng)，如圖所示，保留磁場(chǎng)，讓粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力，即Bqv＝meq\f(v2,r)，根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)情況，由幾何知識(shí)求出其半徑r.(3)由以上兩式確定粒子的比荷表達(dá)式：eq\f(q,m)＝eq\f(E,B2r).3．電子發(fā)現(xiàn)的意義(1)電子發(fā)現(xiàn)以前人們認(rèn)為物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成，原子是不可再分的最小微粒．(2)現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)了各種物質(zhì)里都有電子，而且電子是原子的組成部分．(3)電子帶負(fù)電，而原子是電中性的，說明原子是可再分的．【典例精析】例1．在再現(xiàn)湯姆孫測(cè)陰極射線比荷的實(shí)驗(yàn)中，采用了如圖所示的陰極射線管，從C出來的陰極射線經(jīng)過A、B間的電場(chǎng)加速后，水平射入長(zhǎng)度為L(zhǎng)的D、G平行板間，接著在熒光屏F中心出現(xiàn)光斑．若在D、G間加上方向向上、場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，陰極射線將向下偏轉(zhuǎn)；如果再利用通電線圈在D、G電場(chǎng)區(qū)加上一垂直紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出)，熒光斑恰好回到熒光屏中心，接著再去掉電場(chǎng)，陰極射線向上偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為θ，試解決下列問題：(1)說明陰極射線的電性；(2)說明磁場(chǎng)沿什么方向；(3)根據(jù)L、E、B和θ，求出陰極射線的比荷．【答案】(1)負(fù)電(2)垂直紙面向外(3)eq\f(Esinθ,B2L)【解析】(1)由于陰極射線在電場(chǎng)中向下偏轉(zhuǎn)，因此陰極射線受到的靜電力方向向下，又由于勻強(qiáng)電場(chǎng)方向向上，靜電力的方向與電場(chǎng)方向相反，所以陰極射線帶負(fù)電．(2)由于所加磁場(chǎng)使陰極射線受到向上的洛倫茲力，而與靜電力平衡，由左手定則得磁場(chǎng)的方向垂直紙面向外．(3)設(shè)此射線帶電荷量為q，質(zhì)量為m，當(dāng)射線在D、G間做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，有qE＝Bqv.當(dāng)射線在D、G間的磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，如圖所示，有Bqv＝eq\f(mv2,r).同時(shí)又有L＝r·sinθ，解得eq\f(q,m)＝eq\f(Esinθ,B2L).【規(guī)律方法】帶電粒子的比荷常見的三種測(cè)量方法1．利用磁偏轉(zhuǎn)測(cè)比荷：由qvB＝meq\f(v2,R)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,BR)，只需知道磁感應(yīng)強(qiáng)度B、帶電粒子的初速度v和偏轉(zhuǎn)半徑R即可．2．利用電偏轉(zhuǎn)測(cè)比荷：偏移量y＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)·eq\f(qU,md)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,v)))2，故eq\f(q,m)＝eq\f(2ydv2,UL2)，所以在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)電壓U、d、L已知時(shí)，只需測(cè)量v和y即可．3．利用加速電場(chǎng)測(cè)比荷：由動(dòng)能定理qU＝eq\f(1,2)mv2得eq\f(q,m)＝eq\f(v2,2U)，在加速電場(chǎng)電壓U已知時(shí)，只需測(cè)出v即可．知識(shí)點(diǎn)二原子的核式結(jié)構(gòu)模型【情境導(dǎo)入】如圖所示為1909年英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福指導(dǎo)他的助手蓋革和馬斯頓進(jìn)行α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置，閱讀課本，回答以下問題：(1)什么是α粒子？(2)實(shí)驗(yàn)裝置中各部件的作用是什么？實(shí)驗(yàn)過程是怎樣的？(3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如何？(4)少數(shù)α粒子發(fā)生大角度散射的原因是什么？答案(1)α粒子(eq\o\al(4,2)He)是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來的快速運(yùn)動(dòng)的粒子，實(shí)質(zhì)是失去兩個(gè)電子的氦原子核．質(zhì)量是電子質(zhì)量的7300倍．(2)①α粒子源：把放射性元素釙放在帶小孔的鉛盒中，放射出高能的α粒子．②帶熒光屏的顯微鏡：觀察α粒子打在熒光屏上發(fā)出的微弱閃光．實(shí)驗(yàn)過程：α粒子經(jīng)過一條細(xì)通道，形成一束射線，打在很薄的金箔上，由于金原子中的帶電粒子對(duì)α粒子有庫(kù)侖力的作用，一些α粒子會(huì)改變?cè)瓉淼倪\(yùn)動(dòng)方向．帶有熒光屏的顯微鏡可以沿題圖中虛線轉(zhuǎn)動(dòng)，以統(tǒng)計(jì)向不同方向散射的α粒子的數(shù)目．(3)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°.(4)α粒子帶正電，α粒子受原子中帶正電的部分的排斥力發(fā)生了大角度散射．【知識(shí)梳理】1.湯姆孫原子模型：湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌其中，有人形象地把湯姆孫模型稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”，如圖．2．α粒子散射實(shí)驗(yàn)：(1)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置由α粒子源、金箔、顯微鏡等幾部分組成，實(shí)驗(yàn)時(shí)從α粒子源到熒光屏這段路程應(yīng)處于真空中．(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)；②少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，它們幾乎被“撞了回來”．(3)實(shí)驗(yàn)意義：盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型．3．核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運(yùn)動(dòng)．【重難詮釋】1．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析(1)核外電子不會(huì)使α粒子的速度發(fā)生明顯改變．(2)少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些α粒子在原子中的某個(gè)地方受到了質(zhì)量比它本身大得多的物質(zhì)的作用．湯姆孫的原子模型不能解釋?duì)亮Ｗ拥拇蠼嵌壬⑸洌?3)絕大多數(shù)α粒子在穿過金原子層時(shí)運(yùn)動(dòng)方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的，原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在體積很小的核內(nèi)．2．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間內(nèi)繞著核旋轉(zhuǎn)．【典例精析】例2．1909年，物理學(xué)家盧瑟福和他的學(xué)生用α粒子轟擊金箔，研究α粒子被散射的情況．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是()A．在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)B．α粒子大角度散射是由于它跟電子發(fā)生了碰撞C．α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有原子的全部質(zhì)量D．通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)還可以估計(jì)原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－10m【答案】C【解析】當(dāng)α粒子穿過金箔時(shí)，電子對(duì)α粒子影響很小，影響α粒子運(yùn)動(dòng)的主要是原子核，離核遠(yuǎn)則α粒子受到的庫(kù)侖斥力很小，運(yùn)動(dòng)方向改變?。挥挟?dāng)α粒子與核十分接近時(shí)，才會(huì)受到很大的庫(kù)侖斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的機(jī)會(huì)就很少，所以只有極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，而絕大多數(shù)基本沿原來的方向前進(jìn)，故A錯(cuò)誤；造成α粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比較大，不是由于它跟電子發(fā)生了碰撞，故B錯(cuò)誤；從絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可以推測(cè)使α粒子受到排斥力的原子核體積極小，實(shí)驗(yàn)表明原子中心的核占有原子的全部正電和幾乎全部質(zhì)量，故C正確；α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算出原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－15m，故D錯(cuò)誤．知識(shí)點(diǎn)三原子核的電荷與尺度【知識(shí)梳理】1．原子核的電荷數(shù)：各種元素的原子核的電荷數(shù)，即原子內(nèi)的電子數(shù)，非常接近它們的原子序數(shù)，這說明元素周期表中的各種元素是按原子中的電子數(shù)來排列的．2．原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)．3．原子核的大?。河煤税霃矫枋龊说拇笮。话愕脑雍?，實(shí)驗(yàn)確定的核半徑的數(shù)量級(jí)為10－15m，而整個(gè)原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10m，兩者相差十萬倍之多．【典例精析】例3．(多選)對(duì)原子的認(rèn)識(shí)，正確的是()A．原子由原子核和核外電子組成B．原子核的質(zhì)量就是原子的質(zhì)量C．原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)D．原子序數(shù)等于核電荷與電子電荷量大小的比值【答案】ACD【解析】原子由原子核和核外電子組成，故A正確；原子核的質(zhì)量與電子的質(zhì)量和就是原子的質(zhì)量，故B錯(cuò)誤；原子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)，故C正確；原子序數(shù)等于核電荷與電子電荷量大小的比值，故D正確．針對(duì)訓(xùn)練一、單選題1．在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，使少數(shù)粒子產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的作用力是（

）A．原子核對(duì)粒子的萬有引力 B．原子核對(duì)粒子的庫(kù)侖斥力C．原子核對(duì)粒子的磁場(chǎng)力 D．核外電子對(duì)粒子的引力【答案】B【解析】α粒子和電子接近時(shí)，它們之間就有庫(kù)侖引力作用，但由于電子的質(zhì)量只有α粒子質(zhì)量的七千三百分之一，α粒子與電子碰撞就像一顆子彈與一個(gè)灰塵碰撞一樣，α粒子的運(yùn)動(dòng)方向幾乎不改變，只能是原子核對(duì)α粒子的庫(kù)侖斥力，其力較大，且原子核質(zhì)量較大，是導(dǎo)致極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因。故選B。2．盧瑟福指導(dǎo)他的助手進(jìn)行的α粒子散射實(shí)驗(yàn)所用儀器的示意圖如圖所示。放射源發(fā)射的α粒子打在金箔上，通過顯微鏡觀察散射的α粒子。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)的角度甚至大于90°，于是，盧瑟福大膽猜想（）A．原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10mB．原子核內(nèi)存在質(zhì)子和中子C．原子內(nèi)部有體積很小、質(zhì)量很大的核D．造成α粒子偏轉(zhuǎn)的主要原因是它受到了原子中電子的作用【答案】C【解析】A．原子半徑的數(shù)量級(jí)是通過油膜法測(cè)出來的，該實(shí)驗(yàn)不能確定原子半徑的數(shù)量級(jí)，故A錯(cuò)誤；B．盧瑟福用α粒子轟擊氮核，證實(shí)了在原子核內(nèi)存在質(zhì)子，查德威克發(fā)現(xiàn)的中子，故B錯(cuò)誤；C．從絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可以推測(cè)使粒子受到排斥力的核體積極小，說明原子的中心有一個(gè)體積很小的核；從極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，說明原子中心的核帶有原子的全部正電和絕大部分質(zhì)量，故C正確；D．造成α粒子偏轉(zhuǎn)的主要原因是它受到了原子中心正電荷的作用，故D錯(cuò)誤。故選C。3．關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)歷程，下列說法正確的有（）A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)B．湯姆孫通過著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測(cè)定電子電荷C．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好的解釋原子中帶正電部分的體積、質(zhì)量占比都很小D．α粒子散射實(shí)驗(yàn)中少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)【答案】D【解析】A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子核內(nèi)的正電荷是均勻分布的，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．密立根通過著名的“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測(cè)定電子電荷，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)模型解釋原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．α粒子散射實(shí)驗(yàn)中少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)，選項(xiàng)D正確。故選D。4．在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是（）A．原子中的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上B．正電荷在原子中是均勻分布的C．原子中存在著帶負(fù)電的電子D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中【答案】A【解析】在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是原子中的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上，從而使α粒子在經(jīng)過時(shí)受到很強(qiáng)的斥力，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn).故選A。5．下列關(guān)于原子模型及其建立過程敘述正確的是（）A．陰極射線是電子流，J.J.湯姆孫測(cè)出了電子的比荷，并精確測(cè)定了電子電荷量B．J.J.湯姆孫認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布于球內(nèi)，電子鑲嵌其中;該理論無法解釋?duì)亮Ｗ由⑸洮F(xiàn)象，后被盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型所取代C．通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算出原子核尺度數(shù)量級(jí)為10-10mD．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)指出原子的全部正電荷和全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的區(qū)域——原子核【答案】B【解析】A．陰極射線是電子流，J.J.湯姆孫測(cè)出了電子的比荷，密立根精確測(cè)定了電子電荷量，故A錯(cuò)誤。B．J.J.湯姆孫認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布于整個(gè)球內(nèi);該理論無法解釋?duì)亮Ｗ由⑸洮F(xiàn)象，后被盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型所取代，故B正確。C．通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算出原子核尺度數(shù)量級(jí)為10-15m，故C錯(cuò)誤。D．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)指出原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的區(qū)域——原子核，故D錯(cuò)誤。故選B。6．1909年，英籍物理學(xué)家盧瑟福和他的學(xué)生蓋革·馬斯頓一起進(jìn)行了著名的“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”，實(shí)驗(yàn)中大量的粒子穿過金屬箔前后的運(yùn)動(dòng)情形如圖所示，下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的描述正確的是（）A．“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”現(xiàn)象中觀察到絕大多數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)B．“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”現(xiàn)象能夠說明原子中帶正電的物質(zhì)占據(jù)的空間很小C．根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)不可以估算原子核的大小D．該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了湯姆孫原子模型的正確性【答案】B【解析】A．“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”現(xiàn)象中觀察到絕大多數(shù)粒子基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，有少數(shù)α粒子（約占八千分之一）發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，故A錯(cuò)誤；B．“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”現(xiàn)象能夠說明原子中帶正電的物質(zhì)占據(jù)的空間很小，這樣才會(huì)使α粒子在經(jīng)過時(shí)受到很強(qiáng)的斥力，才可能使α粒子發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，故B正確；C．原子核的半徑是無法直接測(cè)量的，一般通過其他粒子與核的相互作用來確定，α粒子散射是估計(jì)核半徑的最簡(jiǎn)單的方法，故C錯(cuò)誤；D．該實(shí)驗(yàn)否定了湯姆孫原子模型的正確性，故D錯(cuò)誤。故選B。7．在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，沒有考慮粒子跟電子的碰撞，其原因是（）A．粒子不跟電子發(fā)生相互作用B．粒子跟電子相碰時(shí)，損失的能量極少，可忽略C．電子的體積很小，粒子不會(huì)跟電子相碰D．由于電子是均勻分布的，粒子所受電子作用的合力為零【答案】B【解析】盧瑟福在分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，認(rèn)為電子不會(huì)對(duì)α粒子偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響，其主要原因是電子的質(zhì)量很小，電子分布不均勻，只是α粒子與電子發(fā)生的相互作用可以忽略，就算α粒子碰到電子時(shí)，損失的能量極少，可以忽略，不會(huì)引起明顯的偏轉(zhuǎn)。故選B。8．關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)及核式結(jié)構(gòu)模型，下列說法正確的是（）A．實(shí)驗(yàn)裝置從粒子源到熒光屏的空間處于真空環(huán)境中B．絕大多數(shù)粒子穿過金箔后發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)C．粒子接近金原子核時(shí)，受到很強(qiáng)的吸引力才可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D．粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了原子的核式結(jié)構(gòu)模型【答案】A【解析】A．實(shí)驗(yàn)裝置從粒子源到熒光屏的空間處于真空環(huán)境中，A正確；B．絕大多數(shù)粒子穿過金箔后不改變方向，只有極少數(shù)的粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90°，B錯(cuò)誤；C．粒子接近金原子核時(shí)，受到很強(qiáng)的排斥力才可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；D．粒子散射實(shí)驗(yàn)建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，D錯(cuò)誤。故選A。9．下列說法正確的是（）A．陰極射線是高速的質(zhì)子流B．陰極射線可以用人眼直接觀察到C．陰極射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流D．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在核內(nèi)【答案】C【解析】ABC．陰極射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流，人們只有借助于它與物質(zhì)相互撞擊時(shí)，使一些物質(zhì)發(fā)出熒光等現(xiàn)象才能觀察到，故A、B錯(cuò)誤，C正確。D．湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，知道電子是原子的組成部分，提出了棗糕模型，故D錯(cuò)誤。故選C。10．如圖所示為α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說法不正確的是（）A．相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時(shí)少得多C．放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光D．放在D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少【答案】C【解析】A．根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上沿原方向前進(jìn)，因此在A位置觀察到的閃光次數(shù)最多，故A正確；BCD．少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，因此從A到D觀察到的閃光次數(shù)會(huì)逐漸減少，故BD正確，C錯(cuò)誤。本題選說法不正確的，故選C。11．α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和α粒子的碰撞影響，是因?yàn)椋ǎ〢．α粒子與電子根本無相互作用B