文档内容
4.3 原子的核式结构模型
目录
【学习目标】.....................................................................................................................................................................................1
【思维导图】.....................................................................................................................................................................................2
【知识梳理】.....................................................................................................................................................................................2
知识点1：电子的发现...........................................................................................................................................................2
知识点2：原子的核式结构与原子核的电荷与尺度....................................................................................................4
【方法技巧】.....................................................................................................................................................................................8
方法技巧1带电粒子的比荷常见的三种测量方法.......................................................................................................8
方法技巧2 原子的核式结构与 “枣糕模型”的区别.....................................................................................................8
【巩固训练】.....................................................................................................................................................................................8
【学习目标】
学习目标：
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. 知道原子和原子核大小的数量级，原子核的电荷数。
学习重点：
1. α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容。
2. 知道原子和原子核大小的数量级，知道原子核的电荷数。
学习难点：
1. α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容。【思维导图】
【知识梳理】
知识点 1：电子的发现
1．阴极射线
阴极发出的一种射线，能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光。
2．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，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比
荷。后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。
3．密立根实验
(1)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。(2)电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是e的整数倍。
m
p
(3)电子的质量m＝9.1×10－31 kg，质子质量与电子质量的比值为 ＝1836。
e m
e
【归纳总结】
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)当时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。
【典例1】（单选）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. 汤姆孙发现了电子，并精确测量了电子的电荷量
【典例2】19世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点．一种观点认为阴极射线是电磁辐射，另
一种观点认为阴极射线是带电粒子．1897年，汤姆孙判断出该射线的电性，并求出了这种粒子的比荷，
为确定阴极射线的本质做出了重要贡献．假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者，请回答下
列问题：
(1)如图所示的真空玻璃管内，阴极𝐾发出的粒子经加速后形成一束很细的射线，以平行于金属板𝐶、𝐷
的速度沿板间轴线进入𝐶、𝐷间的区域，若两极板𝐶、𝐷间无电压、粒子将打在荧光屏上𝑂点．如何判断
射线粒子的电性？
(2)已知𝐶、𝐷间的距离为𝑑，在𝐶、𝐷间施加电压𝑈，使极板𝐷的电势高于极板𝐶，同时在极板间施加一个
磁感应强度大小为𝐵的匀强磁场，可以保持射线依然打到𝑂点．求该匀强磁场的方向和此时射线粒子的
速度𝑣的大小．
(3)撤去(2)中的磁场，𝐶、𝐷间的电压仍为𝑈，射线打在屏上𝑃点．已知极板的长度为𝑙 ，极板区的中点𝑀
1
到荧光屏中点𝑂的距离为𝑙 ，𝑃到𝑂的距离为𝑦.试求射线粒子的比荷．
2【变式1】（单选）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
【变式2】（单选）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”精确测定电子所带电荷量
C. 用阴极射线轰击荧光物质，对荧光物质发出的光进行光谱分析
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和计算其比荷
【变式3】1897年汤姆孙发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索。1907―1916
年密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带电荷量是某一数值𝑒的整数倍，于是称这一数值𝑒为基本
电荷。如图所示，两块完全相同的金属极正对着水平放置，板间的距离为𝑑。当质量为𝑚的微小带电油
滴在两板间运动时，所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时，可以观察到油滴竖
直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为𝑡 ；当两板间加电压𝑈(上极板的电势高)时，可以观察
1
到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间𝑡 内运动的距离与在时间𝑡 内运动的距离相等。忽略空气浮
2 1
力。重力加速度为𝑔。
(1)判断上述油滴的电性，要求说明理由；
(2)求上述油滴所带的电荷量𝑄；
(3)多次改变油滴带电量𝑄的大小，并记录下多组的测量值如下图所示(单位：10―19𝐶)请同学们对数据
进行分析并总结出结论。
6.41 8.01 9.65 11.23 12.83 14.48
知识点 2：原子的核式结构与原子核的电荷与尺度
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，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。有人形象地把汤姆孙模型称为“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粒子放射源到荧光屏这
段路程处于真空中。
(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)实验现象
①绝大多数的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”。
(4)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，建立了核式结构模型。
3．核式结构模型
(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)结论：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。
(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。
【典例1】（单选）如图所示为𝛼粒子散射实验的示意图：放射源发出𝛼射线打到金箔上，带有荧光屏的
放大镜转到不同位置进行观察，图中1、2、3为其中的三个位置。下列对实验结果的叙述或依据实验结
果做出的推理正确的是( )
A. 在位置2接收到的𝛼粒子最多
B. 在位置1接收到𝛼粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内
C. 位置2接收到的𝛼粒子一定比位置1接收到的𝛼粒子所受金原子核斥力的冲量更大
D. 若正电荷均匀分布在原子内，则1、2、3三个位置接收到𝛼粒子的比例应相差不多
【典例2】（单选）通过𝛼粒子散射实验，卢瑟福提出了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。下列说法正确的是( )
A. 实验时，应将𝛼粒子放射源、金箔及荧光屏置于真空中
B. 电子对𝛼粒子速度大小和方向的影响不可忽略
C. 绝大多数𝛼粒子运动方向几乎不变，是由于原子是电中性的
D. 当𝛼粒子距离正电体很近时，发生大角度偏转是由于受到很强的核力
【变式1】（单选）如图为𝛼粒子散射的实验装置示意图，实验观测发现，有少数𝛼粒子发生了大角度偏
转，说明( )A. 𝛼粒子跟电子发生了碰撞 B. 金原子核内部有复杂结构
C. 金原子中有带正电的原子核D. 𝛼粒子受到金原子核库仑引力
【变式2】（单选）1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用𝛼粒子轰击金箔，研究𝛼粒子被散射的情况，
实验中用高速的𝛼粒子轰击薄金箔，发现绝大多数的𝛼粒子穿过薄金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，
但有少数𝛼粒子(约占 1 )发生角度较大的偏转，极少数的𝛼粒子偏转角度大于90∘，甚至观察到偏转角
8000
度接近180∘的，其散射示意图如图所示。关于𝛼粒子散射实验，下列说法正确的是( )
A. 实验验证了汤姆孙的“枣糕模型”
B. 实验中𝛼粒子发生偏转的原因是受到电子对它的库仑力作用
C. 大多数𝛼粒子发生大角度偏转
D. 由实验数据可以估算出金原子核的直径数量级
【变式3】（单选）1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用𝛼粒子轰击金箔，研究𝛼粒子被散射的情况，
其实验装置如图所示．关于𝛼粒子散射实验，下列说法正确的是( )
A. 𝛼粒子发生偏转是由于它跟电子发生了碰撞B. 𝛼粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞
C. 𝛼粒子散射实验说明原子中有一个带正电的核几乎占有原子的全部质量
D. 通过𝛼粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10―10𝑚
【方法技巧】
方法技巧 1 带电粒子的比荷常见的三种测量方法
v2 q v
(1)利用磁偏转测比荷：由qvB＝m 得 ＝ ，只需知道磁感应强度B、带电粒子的速度v和偏转半
R m BR
径R即可。
1 1qUL q 2ydv2
(2)利用电偏转测比荷：偏移量y＝ at2＝ · ( )2，故 ＝ ，所以在偏转电场电压U、d、L已知
2 2mdv m UL2
时，只需测量v和y即可。
1 q v2
(3)利用加速电场测比荷：由动能定理qU＝ mv2得 ＝ ，在加速电场电压U已知时，只需测出v即
2 m 2U
可。
方法技巧 2 原子的核式结构与 “枣糕模型”的区别
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
【巩固训练】
一、单选题。
1.关于原子结构的认识历程，下列说法正确的是( )
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”精确测定了电子电荷
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
2.关于𝛼粒子散射实验正确的是( )
A. 实验要在真空中进行 B. 荧光屏是为了阻挡𝛼粒子C. 实验中显微镜必须正对放射源 D. 证明了原子核中有质子存在
3.如图所示是卢瑟福𝛼粒子散射实验的实验装置图，以下说法正确的是( )
A. 𝛼粒子是质子
B. 图中𝐴、𝐵两位置观察到的闪光次数接近
C. 实验表明原子核集中了原子几乎全部质量
D. 该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
4.物理学家卢瑟福和他的学生用𝛼粒子轰击金箔，研究𝛼粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于𝛼
粒子散射实验，下列说法正确的是( )
A. 大多数𝛼粒子发生大角度偏转
B. 𝛼粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞
C. 𝛼粒子散射实验说明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
D. 通过𝛼粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10―10𝑚
5.关于原子模型及其建立过程叙述正确的是( )
A. 阴极射线是是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电量
B. 汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷也是呈点状均匀镶嵌在球体内，而
并非弥漫性分布于球内；该理论无法解释𝛼粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代。
C. 𝛼粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10―15𝑚
D. 卢瑟福根据𝛼粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域―原子核，
电子绕核做圆周运动，库仑力提供向心力。
6.如图为卢瑟福和他的同事们做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，下述说法中正确的是( )A. 放在𝐶位置时屏上观察不到闪光
B. 放在𝐷位置时屏上能观察到一些闪光，但次数极少
C. 相同时间内放在𝐴位置时观察到屏上的闪光次数最少
D. 相同时间内放在𝐵位置时观察到屏上的闪光次数比放在𝐴位置时多
二、多选题。
7.J.𝐽.汤姆孙于1898年提出一种原子模型，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，已知原子球体半径为𝑅，球内一电子𝐴到球心𝑂的距离为𝑟，静止的均匀
带电球壳在其内部空腔中产生的电场强度处处为零。按照𝐽.𝐽.汤姆孙的原子模型，( )
A. 可解释原子成电中性
B. 可解释𝛼粒子轰击金箔发现有少数粒子发生较大偏转
C. 电子𝐴受到球体内正电荷库仑力的方向沿着𝑂指向𝐴方向
D. 电子𝐴受到球体内正电荷库仑力的大小与𝑂𝐴的距离𝑟成正比
8.如图所示为𝛼粒子散射实验的示意图：放射源发出𝛼射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同
位置进行观察，图中①②③为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理错
误的是( )
A. 在位置②接收到的𝛼粒子最多
B. 在位置①接收到𝛼粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内
C. 位置②接收到的𝛼粒子一定比位置①接收到的𝛼粒子所受金原子核斥力的冲量更大D. 若正电荷均匀分布在原子内，则①②③三个位置接收到𝛼粒子的比例应相差不多
9.𝛼粒子散射实验是近代物理学中经典的实验之一，卢瑟福通过该实验证实了原子的核式结构模型，其
实验装置如图所示。下列说法正确的是( )
A. 荧光屏在𝐵位置的亮斑比𝐴位置多
B. 该实验说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
C. 荧光屏在𝐶位置的亮斑比𝐴、𝐵位置少
D. 该实验说明原子质量均匀地分布在原子内
10.1909年卢瑟福指导他的学生做了著名的𝛼粒子散射实验。𝛼粒子轰击金箔的轨迹如图所示。下列说法
正确的是( )
A. 少数𝛼粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于其与电子发生了碰撞
B. 绝大多数𝛼粒子沿直线穿过，偏转角很小，说明原子内部大部分是中空的
C. 极少数𝛼粒子被弹回，说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核
D. 在𝛼粒子散射实验中，当𝛼粒子最接近原子核时，电势能最小
11.在𝛼粒子散射实验中，如果一个𝛼粒子跟金箔中的电子相碰，下列说法正确的是( )
．．
A. 𝛼粒子发生大角度的偏转 B. 𝛼粒子不会发生明显偏转
C. 𝛼粒子可能被弹回 D. 𝛼粒子能量几乎不变
