資源簡(jiǎn)介

第四章　3.
基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練
1．(多選)(2024·遼寧阜新期末)如圖所示，一只陰極射線(xiàn)管左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方平行放置一通電直導(dǎo)線(xiàn)AB，發(fā)現(xiàn)射線(xiàn)徑跡向下偏，則( 　　)
A．導(dǎo)線(xiàn)中的電流由A 流向B
B．導(dǎo)線(xiàn)中的電流由B 流向A
C．若要使射線(xiàn)的徑跡往上偏，可以通過(guò)改變AB中的電流方向來(lái)實(shí)現(xiàn)
D．射線(xiàn)的徑跡與AB中的電流方向無(wú)關(guān)
答案：BC
解析：AB中通有的電流在陰極射線(xiàn)管中產(chǎn)生磁場(chǎng)，電子受到洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由左手定則可知，陰極射線(xiàn)管中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，所以根據(jù)安培定則可知，AB中的電流方向應(yīng)為從B流向A。當(dāng)AB中的電流方向變?yōu)閺腁 流向 B時(shí)，AB上方的磁場(chǎng)方向變?yōu)榇怪奔埫嫦蛲?，電子所受的洛倫茲力方向變?yōu)橄蛏?，射線(xiàn)的徑跡變?yōu)橄蛏掀D(zhuǎn)。故選BC。
2．在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和α粒子碰撞的影響，這是因?yàn)? 　　)
A．α粒子和電子根本無(wú)相互作用
B．電子是均勻分布的，α粒子受電子作用的合力為零
C．α粒子在和電子碰撞過(guò)程中動(dòng)量的改變量極小，可忽略不計(jì)
D．電子體積很小，α粒子碰撞不到電子
答案：C
解析：α粒子與電子之間存在著相互作用力，這個(gè)作用力是庫(kù)侖引力，但由于電子質(zhì)量很小，只有α粒子質(zhì)量的，碰撞時(shí)電子對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)影響極小，可以忽略不計(jì)，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。
3．用α粒子轟擊金箔，α粒子在接近金原子核時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況如圖所示，則α粒子的路徑可能是( 　　)
A．a(chǎn)、b B．b、c
C．a(chǎn)、c D．a(chǎn)、b、c
答案：C
解析：α粒子散射的原因是原子核對(duì)其有庫(kù)侖斥力的作用，離核越近，斥力越大，偏轉(zhuǎn)越明顯，當(dāng)正好擊中原子核時(shí)，由于α粒子質(zhì)量較小而反彈，故C正確。
4．盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明( 　　)
A．原子是由原子核和核外電子組成的
B．原子核外電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)
C．原子中的正電荷均勻分布在原子內(nèi)
D．原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里
答案：D
解析：盧瑟福由α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在體積很小的核上，整個(gè)原子很空曠，盧瑟福由此提出原子是由原子核和核外電子組成的，原子核外電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)。故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。
5．(2024·山東日照高三階段練習(xí))盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，在一個(gè)小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的一束射線(xiàn)，打到金箔上，最后在環(huán)形熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的是( 　　)
A．α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)是由于它跟金箔中的電子發(fā)生了碰撞
B．當(dāng)α粒子接近金箔中的電子時(shí)，電子對(duì)α粒子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)
C．通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算原子核半徑的數(shù)量級(jí)約為10－10 m
D．α粒子散射實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了原子中有一個(gè)帶正電的核，幾乎集中了原子全部的質(zhì)量
答案：D
解析：α粒子偏轉(zhuǎn)主要是占原子質(zhì)量絕大部分的帶正電的原子核的斥力造成的，電子的質(zhì)量很小，α粒子與電子碰撞后對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的影響可忽略不計(jì)，故A錯(cuò)誤；大角度的偏轉(zhuǎn)不可能是電子造成的，因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量只有α粒子的，它對(duì)α粒子速度的大小和方向的影響就像灰塵對(duì)槍彈的影響，完全可以忽略，故B錯(cuò)誤；α粒子散射可以用來(lái)估算核半徑，對(duì)于一般的原子核，實(shí)驗(yàn)確定的核半徑的數(shù)量級(jí)為10－15 m，而整個(gè)原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10 m，兩者相差十萬(wàn)倍之多。可見(jiàn)原子內(nèi)部是十分“空曠”的，故C錯(cuò)誤；占原子質(zhì)量絕大部分的帶正電的物質(zhì)集中在很小的空間范圍。這樣才會(huì)使α粒子在經(jīng)過(guò)時(shí)受到很強(qiáng)的斥力，使其發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，故D正確。
6．(多選)如圖所示是J.J.湯姆孫的陰極射線(xiàn)管的示意圖，下列說(shuō)法中正確的是( 　　)
A．若在D1、D2兩極板之間不加電場(chǎng)和磁場(chǎng)，則陰極射線(xiàn)應(yīng)打到最右端的中心P1點(diǎn)
B．若在D1、D2兩極板之間加上豎直向下的電場(chǎng)，則陰極射線(xiàn)應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)
C．若在D1、D2兩極板之間加上豎直向下的電場(chǎng)，則陰極射線(xiàn)應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)
D．若在D1、D2兩極板之間加上垂直紙面向里的磁場(chǎng)，則陰極射線(xiàn)不偏轉(zhuǎn)
答案：AC
解析：當(dāng)D1、D2之間不加電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，陰極射線(xiàn)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，將打到最右端的中心P1點(diǎn)，選項(xiàng)A正確；若在D1、D2兩極板間加上豎直向下的電場(chǎng)，陰極射線(xiàn)是電子流，它在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)C正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)D1、D2之間加上垂直于紙面向里的磁場(chǎng)時(shí)，電子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用，由左手定則可知，陰極射線(xiàn)應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
7．(2024·上海徐匯高三期中)如圖，①、②兩條線(xiàn)表示α粒子散射實(shí)驗(yàn)中某兩個(gè)α粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡，則沿軌跡③射向原子核的α粒子經(jīng)過(guò)原子核附近后可能的運(yùn)動(dòng)軌跡為( 　　)
A．a(chǎn) B．b
C．c D．d
答案：A
解析：α粒子與原子核均帶正電，經(jīng)過(guò)原子核時(shí)由于受庫(kù)侖力斥力，且③比①更靠近原子核，庫(kù)倫斥力更大，故偏轉(zhuǎn)角度也就更大，所以軌跡為a，故A正確。
8．已知電子質(zhì)量為9.1×10－31 kg，帶電荷量為－1.6×10－19 C，若氫原子核外電子繞核旋轉(zhuǎn)時(shí)的軌道半徑為0.53×10－10 m，求電子繞核運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度、動(dòng)能、周期和形成的等效電流。
答案：2.19×106 m/s　2.18×10－18 J　1.52×10－16 s　1.05×10－3 A
解析：由盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型可知，電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)，所需的向心力由原子核對(duì)電子的庫(kù)侖引力來(lái)提供，則＝k，得線(xiàn)速度v＝eeq \r()＝1.6×10－19×eq \r() m/s≈2.19×106 m/s。
其動(dòng)能Ek＝mv2＝×9.1×10－31×(2.19×106)2 J≈2.18×10－18 J
運(yùn)動(dòng)周期T＝＝ s≈1.52×10－16 s
電子繞核運(yùn)動(dòng)形成的等效電流
I＝＝＝ A≈1.05×10－3 A。
能力提升練
9．(多選)物理學(xué)史的學(xué)習(xí)是物理學(xué)習(xí)中很重要的一部分，下列關(guān)于物理學(xué)史敘述中正確的是( 　　)
A．J.J.湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線(xiàn)的研究發(fā)現(xiàn)了電子，從而證明了原子核可再分
B．盧瑟福通過(guò)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型
C．愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，利用光量子理論成功解釋了光電效應(yīng)
D．普朗克首先把能量子引入物理學(xué)，破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念
答案：BD
解析：J.J.湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線(xiàn)的研究發(fā)現(xiàn)了電子，證明了原子可再分，不是原子核可再分，故A錯(cuò)誤；盧瑟福據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，愛(ài)因斯坦用光量子理論解釋了光電效應(yīng)，但不是發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，故B正確，C錯(cuò)誤；普朗克最早提出了量子化理論，故D正確。
10．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是( 　　)
A．實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生了較大的改變
B．使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力來(lái)自帶負(fù)電的核外電子對(duì)它的庫(kù)侖引力
C．實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)很小的核，其帶有原子的全部負(fù)電荷
D．通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型
答案：D
解析：α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90°，有的幾乎達(dá)到180°，被反彈回來(lái)，故A錯(cuò)誤；當(dāng)α粒子接近核時(shí)，是核的庫(kù)侖斥力使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，故B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)很小的核，其帶有原子的全部正電荷和絕大部分質(zhì)量，故C錯(cuò)誤；通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故D正確。
11．通過(guò)如圖的實(shí)驗(yàn)裝置，盧瑟福建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型。實(shí)驗(yàn)時(shí)，若將熒光屏和顯微鏡分別放在位置1、2、3，則能觀察到粒子數(shù)量最多的是位置( 　　)
A．1 B．2
C．3　　　 D．一樣多
答案：C
解析：根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，大多數(shù)粒子能按原來(lái)方向前進(jìn)，少數(shù)粒子方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)超過(guò)90°，甚至有的被反向彈回。所以在相等時(shí)間內(nèi)3處閃爍次數(shù)最多，其次是2、1兩處，并且數(shù)據(jù)相差比較大，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。故選C。
12.在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，某一α粒子經(jīng)過(guò)某一原子核附近時(shí)的軌跡如圖中實(shí)線(xiàn)所示，圖中P、Q為軌跡上的點(diǎn)，虛線(xiàn)是過(guò)P、Q兩點(diǎn)并與軌跡相切的直線(xiàn)，兩虛線(xiàn)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α粒子的作用，下面說(shuō)法正確的是( 　　)
A．α粒子受到斥力
B．該原子核的位置可能在①區(qū)域
C．根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算原子大小
D．α粒子在P、Q間的運(yùn)動(dòng)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)
答案：A
解析：盧瑟福通過(guò)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的探究，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，正電荷全部集中在原子核內(nèi)，α粒子帶正電，同種電荷相互排斥，故A正確；結(jié)合受力的特點(diǎn)與軌跡的特點(diǎn)可知原子核應(yīng)在③區(qū)域，故B錯(cuò)誤；根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算原子核大小，故C錯(cuò)誤；α粒子受到金原子核的庫(kù)侖斥力作用，所以α粒子不可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。
13．電子所帶電荷量的精確數(shù)值最早是由美國(guó)物理學(xué)家密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。他測(cè)定了數(shù)千個(gè)帶電油滴的電荷量，發(fā)現(xiàn)這些電荷量都等于某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍。這個(gè)最小電荷量就是電子所帶的電荷量。密立根實(shí)驗(yàn)的原理圖如圖所示，A、B是兩塊平行放置的水平金屬板，A板帶正電，B板帶負(fù)電。從噴霧器嘴噴出的小油滴，落到A、B兩板之間的電場(chǎng)中，小油滴由于摩擦而帶負(fù)電，調(diào)節(jié)A、B兩板間的電壓，可使小油滴受到的電場(chǎng)力和重力平衡，已知小油滴靜止時(shí)所處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小是1.92×105 N/C，小油滴半徑是1.64×10－4 cm，油的密度是0.851 g/cm3，g取9.8 N/kg，求小油滴所帶的電荷量及這個(gè)電荷量是電子電荷量的多少倍？
答案：8.02×10－19 C　5倍
解析：小油滴的質(zhì)量m＝ρV＝ρ·πR3
由題意知mg＝Eq，由以上兩式可得小油滴所帶的電荷量
q＝＝ C
≈8.02×10－19 C
≈5(倍)，小油滴所帶的電荷量q是電子電荷量e的5倍。
14．湯姆孫用來(lái)測(cè)定電子的比荷(電子的電荷量與質(zhì)量之比)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計(jì)初速度、重力和電子間的相互作用)經(jīng)K、A間加速電壓加速后，穿過(guò)小孔C沿中心軸O1O的方向進(jìn)入到兩塊水平正對(duì)放置的平行極板P和P′間的區(qū)域內(nèi)。當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到O′點(diǎn)(O′點(diǎn)與O點(diǎn)的豎直間距為d，水平間距可忽略不計(jì))。此時(shí)，在P和P′間的區(qū)域內(nèi)，再加上一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)。已知極板水平方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為 L2。
(1)求打在熒光屏 O點(diǎn)的電子速度的大小。
(2)推導(dǎo)出電子的比荷的表達(dá)式。
(3)上述實(shí)驗(yàn)中，未記錄陰極K與陽(yáng)極A之間的加速電壓U0，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能否推導(dǎo)出U0的表達(dá)式？并說(shuō)明理由。
答案：(1)　(2)　(3)見(jiàn)解析
解析：(1)當(dāng)電子受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，電子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，亮點(diǎn)重新回到中心O點(diǎn)，設(shè)電子的速度為v，則 evB＝eE，得v＝，又E＝，得v＝。
(2)當(dāng)極板間僅有偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，電子以速度v進(jìn)入后，在豎直方向做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，加速度a＝
電子在水平方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1＝
電子在t1時(shí)間內(nèi)豎直向上偏轉(zhuǎn)的距離
d1＝at＝eq \f(eLU,2mv2b)
離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)豎直向上的分速度
v⊥＝at1＝
電子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)t2時(shí)間到達(dá)熒光屏，則t2＝
t2時(shí)間內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)的距離d2＝v⊥t2＝
電子向上的總偏轉(zhuǎn)距離d＝d1＋d2＝L1eq \b\lc\(\rc\)(eq \a\vs4\al\co1(L2＋))
可解得＝。
(3)能。由動(dòng)能定理可得
eU0＝mv2－0，已知v和的表達(dá)式，可推導(dǎo)出U0的表達(dá)式。
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第四章　原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性
3．原子的核式結(jié)構(gòu)模型
目標(biāo)體系構(gòu)建
1．領(lǐng)會(huì)電子的發(fā)現(xiàn)對(duì)揭示原子結(jié)構(gòu)的重大意義。
2．了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，知道原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。
3．了解盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，知道原子核大小的數(shù)量級(jí)。
4．認(rèn)識(shí)原子核式結(jié)構(gòu)模型建立的科學(xué)推理與論證過(guò)程。
1．知道陰極射線(xiàn)的組成，體會(huì)電子發(fā)現(xiàn)過(guò)程中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法，知道電荷是量子化的。
2．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。
3．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)。
課前預(yù)習(xí)反饋
知識(shí)點(diǎn) 1
1.陰極射線(xiàn)
熒光是由于玻璃受到陰極發(fā)出的某種射線(xiàn)的撞擊而引起的，這種射線(xiàn)命名為_(kāi)_________。
2．湯姆孫的探究方法及結(jié)論
(1)根據(jù)陰極射線(xiàn)在______和______中的偏轉(zhuǎn)情況斷定，它的本質(zhì)是帶____電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷。
(2)換用__________的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得比荷的數(shù)值都______，是氫離子比荷的近兩千倍。
電子的發(fā)現(xiàn)
陰極射線(xiàn)
電場(chǎng)
磁場(chǎng)
負(fù)
不同材料
相同
(3)結(jié)論：陰極射線(xiàn)粒子帶負(fù)電，其電荷量的大小與氫離子__________，而質(zhì)量比氫離子________，后來(lái)組成陰極射線(xiàn)的粒子被稱(chēng)為_(kāi)_____。
大致相同
小得多
電子
3．湯姆孫的進(jìn)一步研究
湯姆孫又進(jìn)一步研究了許多新現(xiàn)象，證明了______是原子的組成部分。
電子
4．電子的電荷量及電荷量子化
(1)電子電荷量：1910年前后由________通過(guò)著名的__________得出，電子電荷量的公認(rèn)值為e＝______________________。
(2)電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷只能是____________。
說(shuō)明：陰極射線(xiàn)實(shí)質(zhì)是高速電子流。
密立根
油滴實(shí)驗(yàn)
1.602×10－19 C
e的整數(shù)倍
1 836
『判一判』
(1)陰極射線(xiàn)本質(zhì)是電磁波。( 　　)
×
『想一想』
描述湯姆孫證明陰極射線(xiàn)是電子的思路。
提示：(1)通過(guò)陰極射線(xiàn)在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)證明它是帶負(fù)電的粒子流。
(2)通過(guò)巧妙實(shí)驗(yàn)，利用電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡，確定了陰極射線(xiàn)的速度，并測(cè)出粒子的比荷。
(3)改變陰極材料時(shí)，測(cè)得的比荷相同，這表明這種粒子是多種物質(zhì)的共同成分。
(4)根據(jù)陰極射線(xiàn)粒子的比荷與氫離子比荷的關(guān)系，證明陰極射線(xiàn)是質(zhì)量遠(yuǎn)小于氫離子的粒子——電子。
知識(shí)點(diǎn) 2
1.α粒子散射實(shí)驗(yàn)
(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)______，________彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，______鑲嵌在球中。
(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)
①實(shí)驗(yàn)裝置：α粒子源、______、放大鏡和________。
原子的核式結(jié)構(gòu)模型
球體
正電荷
電子
金箔
熒光屏
②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：
a．絕大多數(shù)的α粒子穿過(guò)金箔后__________的方向前進(jìn)。
b．少數(shù)α粒子發(fā)生了________的偏轉(zhuǎn)。
c．極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角____________，甚至有極個(gè)別α粒子被反彈回來(lái)。
③實(shí)驗(yàn)意義：盧瑟福通過(guò)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。
仍沿原來(lái)
大角度
大于90°
核式結(jié)構(gòu)
2．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型
核式結(jié)構(gòu)模型
1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個(gè)很小的核，叫________。它集中了原子全部的________和幾乎全部的______，______在核外空間運(yùn)動(dòng)。
原子核
正電荷
質(zhì)量
電子
『判一判』
(2)湯姆孫的棗糕式模型認(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)。( 　　)
(3)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中絕大多數(shù)α粒子都發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)。( 　　)
(4)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為原子中帶正電的部分體積很小，電子在正電體外面運(yùn)動(dòng)。( 　　)
√
×
√
『選一選』
下列對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述，你認(rèn)為正確的有( 　　)
A．實(shí)驗(yàn)器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的顯微鏡
B．金箔的厚度對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)影響
C．如果不用金箔改用鋁箔，就不會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象
D．實(shí)驗(yàn)裝置放在空氣中和真空中都可以
答案：A
解析：這些都是α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的必備器材，故A正確；實(shí)驗(yàn)所用的金箔的厚度極小，如果金箔的厚度過(guò)大，α粒子穿過(guò)金箔時(shí)必然受到較大的多次的阻礙作用而影響實(shí)驗(yàn)效果，故B錯(cuò)誤；如果改用鋁箔，由于鋁核的質(zhì)量仍大于α粒子的質(zhì)量，散射現(xiàn)象仍然發(fā)生，故C錯(cuò)誤；空氣的流動(dòng)及空氣中有許多飄浮的分子，會(huì)對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，實(shí)驗(yàn)裝置是放在真空中進(jìn)行的，故D錯(cuò)誤。
知識(shí)點(diǎn) 3
原子核的電荷數(shù)等于核外______數(shù)等于原子序數(shù)，原子核大小的數(shù)量級(jí)為_(kāi)_______m，原子大小數(shù)量級(jí)為_(kāi)_______m，兩者相差十萬(wàn)倍之多，可見(jiàn)原子內(nèi)部十分“空曠”。若原子相當(dāng)于一個(gè)立體的足球場(chǎng)的話(huà)，則原子核就像足球場(chǎng)中的一粒米。
原子核的電荷與尺度
電子
10－15
10－10
『判一判』
(5)原子核的電荷數(shù)等于核中的中子數(shù)。( 　　)
(6)對(duì)于一般的原子，由于原子核很小，所以?xún)?nèi)部十分空曠。( 　　)
×
√
課內(nèi)互動(dòng)探究
探究?
電子的發(fā)現(xiàn)
要點(diǎn)提煉
對(duì)陰極射線(xiàn)管裝置及其射線(xiàn)的理解
(1)裝置現(xiàn)象
真空玻璃管兩極加上高電壓→玻璃管壁上發(fā)出熒光。
(2)德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦將陰極發(fā)出的射線(xiàn)命名為陰極射線(xiàn)。
(3)猜想
①陰極射線(xiàn)是一種電磁輻射。
②陰極射線(xiàn)是帶電微粒。
(4)英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫讓陰極射線(xiàn)在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，得知射線(xiàn)帶負(fù)電并測(cè)出了其比荷。
(5)密立根通過(guò)“油滴實(shí)驗(yàn)”精確測(cè)定了電子的電荷量和電子的質(zhì)量。
(6)電子發(fā)現(xiàn)的意義
電子是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)比原子小的粒子。電子的發(fā)現(xiàn)打破了原子不可再分的傳統(tǒng)觀念，使人們認(rèn)識(shí)到原子不是組成物質(zhì)的最小微粒，原子本身也有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這是人類(lèi)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的一次飛躍，開(kāi)創(chuàng)了探索原子結(jié)構(gòu)奧秘的新時(shí)代。湯姆孫也由于發(fā)現(xiàn)了電子，不僅榮獲了1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，而且被后人譽(yù)為“最先打開(kāi)通向基本粒子物理學(xué)大門(mén)的偉人”。
典例剖析
對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練
(1)求k的大小；
(2)求油滴所帶的電荷量。
解析：(1)油滴速度為v1時(shí)所受阻力f1＝kv1，油滴向下勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力與阻力平衡，有f1＝mg
探究?
對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解
要點(diǎn)提煉
關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的相關(guān)問(wèn)題
(2)實(shí)驗(yàn)裝置。
①α粒子源：釙放在帶小孔的鉛盒中，放射出高能α粒子，帶兩個(gè)單位的正電荷，質(zhì)量約為氫原子質(zhì)量的4倍。
②金箔：特點(diǎn)是金原子的質(zhì)量大，且易延展成很薄的箔。
③放大鏡：能繞金箔在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
④熒光屏：熒光屏裝在放大鏡上。
⑤整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在真空中進(jìn)行。金箔很薄，α粒子穿過(guò)原子時(shí)受到各方向電荷斥力基本平衡，對(duì)α粒子運(yùn)動(dòng)影響不會(huì)很大，α粒子很容易穿過(guò)。
(3)實(shí)驗(yàn)過(guò)程：α粒子經(jīng)過(guò)一條細(xì)通道，形成一束射線(xiàn)，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?lái)的運(yùn)動(dòng)方向。帶有放大鏡的熒光屏可以沿圖中虛線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，以統(tǒng)計(jì)向不同方向散射的α粒子的數(shù)目。
(4)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的理解
①絕大多數(shù)的α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)——因?yàn)榇蠖鄶?shù)α粒子離金原子核較遠(yuǎn)，α粒子就像穿過(guò)“一片空地”一樣，無(wú)遮無(wú)擋，運(yùn)動(dòng)方向改變很小。
②少數(shù)α粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)——發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)的粒子是由于離金原子核較近，庫(kù)侖斥力較大。
③極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90°，有的幾乎達(dá)到180°——正對(duì)或基本正對(duì)著金原子核入射的α粒子在庫(kù)侖斥力作用下先減速至較小速度然后加速遠(yuǎn)離金原子核。
典例剖析
2．(多選)在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，如果一個(gè)α粒子跟金箔中的電子相碰，下列說(shuō)法正確的是( 　　)
A．α粒子發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)
B．α粒子不會(huì)發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)
C．α粒子被彈回
D．α粒子與電子碰撞時(shí)動(dòng)量守恒
答案：BD
解析：因?yàn)棣亮Ｗ拥馁|(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，所以α粒子不會(huì)發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，粒子間的碰撞滿(mǎn)足動(dòng)量守恒定律，故B、D正確。
如圖所示，在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，圖中實(shí)線(xiàn)表示α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，假定金原子核位置固定，a、b、c為某條軌跡上的三個(gè)點(diǎn)，其中a、c兩點(diǎn)到金原子核的距離相等，以下說(shuō)法正確的是( 　　)
對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練
A．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了能量量子化理論
B．大多數(shù)α粒子擊中金箔后幾乎沿原方向返回
C．α粒子經(jīng)過(guò)a、c兩點(diǎn)時(shí)動(dòng)能相等
D．從a經(jīng)過(guò)b運(yùn)動(dòng)到c的過(guò)程中α粒子的電勢(shì)能先減小后增大
答案：C
解析：盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故A錯(cuò)誤；大多數(shù)α粒子擊中金箔后幾乎不改變運(yùn)動(dòng)方向，故B錯(cuò)誤；因a、c兩點(diǎn)到金原子核的距離相等，可知電勢(shì)能相等，則α粒子經(jīng)過(guò)a、c兩點(diǎn)時(shí)動(dòng)能相等，故C正確；從a經(jīng)過(guò)b運(yùn)動(dòng)到c的過(guò)程中，電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功，可知α粒子的電勢(shì)能先增大后減小，故D錯(cuò)誤。
探究?
原子的核式結(jié)構(gòu)模型與原子核的組成
要點(diǎn)提煉
1.原子的核式結(jié)構(gòu)與原子的棗糕模型的對(duì)比
核式結(jié)構(gòu) 棗糕模型
原子內(nèi)部是非常空曠的，正電荷集中在一個(gè)很小的核里 原子是充滿(mǎn)了正電荷的球體
電子繞核高速旋轉(zhuǎn) 電子均勻嵌在原子球體內(nèi)
2.原子內(nèi)的電荷關(guān)系
原子核的電荷數(shù)與核外的電子數(shù)相等，等于原子序數(shù)。
3．原子核的組成
原子核由質(zhì)子和中子組成，原子核的電荷數(shù)等于原子核的質(zhì)子數(shù)。
4．原子核的大小
原子的直徑數(shù)量級(jí)為10－10 m，原子核直徑的數(shù)量級(jí)為10－15 m，原子核的直徑只相當(dāng)于原子直徑的十萬(wàn)分之一，體積只相當(dāng)于原子體積的10－15。
典例剖析
3．(多選)關(guān)于盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型，下列說(shuō)法正確的是( 　　)
A．原子中絕大部分是“空”的，原子核很小
B．電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)的向心力是原子核對(duì)它的庫(kù)侖力
C．原子的全部電荷和質(zhì)量都集中在原子核里
D．原子核的直徑的數(shù)量級(jí)是10－10 m
解題指導(dǎo)：正確理解盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型是解題關(guān)鍵。
答案：AB
解析：因?yàn)樵拥娜空姾珊蛶缀跞抠|(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，而原子核又很小，所以原子內(nèi)絕大部分區(qū)域是“空”的，A正確，C錯(cuò)誤；電子繞原子核的圓周運(yùn)動(dòng)是原子核與電子間的庫(kù)侖引力提供向心力，B正確；原子核直徑的數(shù)量級(jí)是10－15 m，原子直徑的數(shù)量級(jí)是 10－10 m，D錯(cuò)誤。
20世紀(jì)初，物理學(xué)家盧瑟福用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，α粒子穿過(guò)金箔后只有極少數(shù)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，此現(xiàn)象說(shuō)明( 　　)
對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練
A．原子不顯電性
B．原子核由質(zhì)子和中子組成
C．電子占原子質(zhì)量小部分但體積大、帶負(fù)電
D．原子核占原子質(zhì)量絕大部分且體積小、帶正電
答案：D
解析：根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象可知，極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，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原子核體積極小，所以帶正電的物質(zhì)只占整個(gè)原子的很小空間，同時(shí)原子核幾乎集中了原子的全部質(zhì)量；對(duì)于原子顯電性和原子核由質(zhì)子和中子組成是無(wú)法說(shuō)明的，故選項(xiàng)D正確。
核心素養(yǎng)提升
α粒子散射過(guò)程中的受力及能量轉(zhuǎn)化情況
1．α粒子的受力情況
α粒子離原子核越近，庫(kù)侖力越大，運(yùn)動(dòng)加速度越大；反之，則越小。
方向：α粒子的受力沿原子核與α粒子的連線(xiàn)，由原子核指向α粒子。
2．庫(kù)侖力對(duì)α粒子的做功情況
(1)當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí)，庫(kù)侖力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。
(2)當(dāng)α粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí)，庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能減小。
3．α粒子的能量轉(zhuǎn)化情況
僅有庫(kù)侖力做功，能量只在電勢(shì)能和動(dòng)能之間相互轉(zhuǎn)化，而總能量保持不變。
答案：2.7×10－14 m
案例
課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)
一、電子的發(fā)現(xiàn)
1．關(guān)于陰極射線(xiàn)，下列說(shuō)法正確的是( 　　)
A．陰極射線(xiàn)是由陰極發(fā)出的粒子撞擊玻璃管壁產(chǎn)生的
B．只要陰、陽(yáng)兩極間加有電壓，就會(huì)有陰極射線(xiàn)產(chǎn)生
C．陰極射線(xiàn)可以穿透薄鋁片，這說(shuō)明它是電磁波
D．陰、陽(yáng)兩極間加有高壓時(shí)，電場(chǎng)很強(qiáng)，陰極中的電子受到很強(qiáng)的庫(kù)侖力作用而脫離陰極
答案：D
解析：陰極射線(xiàn)是由陰極直接發(fā)出的，A錯(cuò)誤；只有當(dāng)兩極間加有高壓且陰極接電源負(fù)極時(shí)，陰極中的電子才會(huì)受到足夠大的庫(kù)侖力作用而脫離陰極成為陰極射線(xiàn)，B錯(cuò)誤，D正確；陰極射線(xiàn)可以穿透薄鋁片，是極小的粒子，C錯(cuò)誤。
2．如圖是電子射線(xiàn)管的示意圖。接通電源后，電子射線(xiàn)由陰極沿x軸方向射出，在熒光屏上會(huì)看到一條亮線(xiàn)。要使熒光屏上的亮線(xiàn)向下(z軸負(fù)方向)偏轉(zhuǎn)，在下列措施中可采用的是( 　　)
A．加一磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向
B．加一磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向沿y軸正方向
C．加一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向
D．加一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿y軸正方向
答案：B
解析：若加一沿z軸負(fù)方向的磁場(chǎng)，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向沿y軸負(fù)方向，亮線(xiàn)在z軸方向不偏轉(zhuǎn)，不符合題意，故A錯(cuò)誤；若加一沿y軸正方向的磁場(chǎng)，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向沿z軸負(fù)方向，亮線(xiàn)向下偏轉(zhuǎn)，符合題意，故B正確；若加一沿z軸負(fù)方向的電場(chǎng)，電子帶負(fù)電，電場(chǎng)力方向沿z軸正方向，亮線(xiàn)向上偏轉(zhuǎn)，不符合題意，故C錯(cuò)誤；若加一沿y軸正方向的電場(chǎng)，電子帶負(fù)電，電場(chǎng)力方向沿y軸負(fù)方向，亮線(xiàn)在z軸方向不偏轉(zhuǎn)，不符合題意，故D錯(cuò)誤。
答案：1.33×1011 C/kg
解析：電子流不偏轉(zhuǎn)時(shí)有：eE＝evB
聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)得
二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型
4．(多選)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(shuō)法正確的是( 　　)
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)觀察不到屏上的閃光
D．放在D位置時(shí)能觀察到屏上的一些閃光，但次數(shù)極少
答案：ABD
解析：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(guò)金箔后，基本上沿原方向前進(jìn)，因此相同時(shí)間內(nèi)在A位置觀察到的閃光次數(shù)最多，故A正確；少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．因此相同時(shí)間內(nèi)從A到D觀察到的閃光次數(shù)會(huì)逐漸減少，故B、D正確，C錯(cuò)誤。
5．(2024·寧夏石嘴山高三開(kāi)學(xué)考試)關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是( 　　)
A．在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是：絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，有的甚至被彈回，極少數(shù)仍沿原來(lái)方向前進(jìn)
B．使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力是來(lái)自帶正電的核及核外電子，當(dāng)α粒子接近核時(shí)是核的斥力使α粒子偏轉(zhuǎn)，當(dāng)α粒子接近電子時(shí)是電子的吸引力使之偏轉(zhuǎn)
C．實(shí)驗(yàn)表明：原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分
D．實(shí)驗(yàn)表明：原子中心的核帶有原子的全部正電荷和原子的全部質(zhì)量
答案：C
解析：α粒子散射實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容是：絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的角度偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)(偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°，被反彈回來(lái))，故A錯(cuò)誤；當(dāng)α粒子接近核時(shí)，是核的斥力使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，故B錯(cuò)誤；從絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，推測(cè)使粒子受到排斥力的核體積極小，實(shí)驗(yàn)表明：原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分，故C正確；實(shí)驗(yàn)表明：原子中心的核帶有原子的全部正電荷和絕大部分質(zhì)量，故D錯(cuò)誤。
三、原子核的電荷與尺度
6．(多選)(2023·陜西咸陽(yáng)武功高二下期中)關(guān)于盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)的內(nèi)容，下列敘述正確的是( 　　)
A．原子是一個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體
B．原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)
C．原子正電荷和負(fù)電荷全部集中在一個(gè)很小的核內(nèi)
D．原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－15 m
答案：BD
解析：原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)，所以A錯(cuò)誤，B正確；原子的正電荷全部集中在一個(gè)很小的核內(nèi)，負(fù)電荷繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)，所以C錯(cuò)誤；原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－15 m，所以D正確。

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