《高二物理同步课堂帮帮帮（新教材人教版选择性必修第三册）》4.3原子的核式结构模型

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第四章原子结构和波粒二象性

第3节原子的核式结构模型

一、气体导电和阴极射线

1．在通常情况下，气体是不导电的，在强电场条件下，气体能够被电离而导电．

2．阴极射线

(1)演示实验：如图所示，真空玻璃管中 K是金属板制成的阴极，接感应线圈

的负极，A是金属环制成的阳极，接感应线圈的正极，接电源后，线圈会产生近万

伏的高电压加在两极间．可观察到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影

子．

(2)阴极射线：荧光的实质是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴

极射线．

(3)阴极射线的特点

① 在真空中沿直线传播．

② 碰到物体可使物体发出荧光．

二、电子的发现

　汤姆孙的探究方法及结论：

1．让阴极射线分别通过电场或磁场，根据偏转现象，证明它是带负电的粒子流并求出其比荷．

2．换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍．证明这种粒子

是构成各种物质的共同成分．

3．结论：→电性：负电

→电荷量：e ＝ 1.602 × 10 －

_C，

　与氢离子带电荷量相同

→质量：m ＝ 9.1 × 10 －

_kg

→质子与电子的质量比＝1 836

三、带电粒子比荷的测定方法

1．让粒子通过相互垂直的电磁场(如图)，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即 F

洛＝F电(Bqv＝qE)，得到粒子的运动速度 v＝.

2．撤去电场，保留磁场(如图)，让粒子单纯地在磁场中运动，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＝.

四、α粒子散射实验和卢瑟福的核式结构模型

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．

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，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量

的4倍、电子质量的 7 300 倍．

（2）．装置

放射源、金箔、荧光屏等，如图 1822 所示．

(3)实验现象：

① 绝大多数的 α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．

②少数α粒子发生了大角度的偏转．

③ 极少数 α粒子的偏转角大于

90° ，甚至有极个别 α粒子被反弹回来．

（3）．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．另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金核间

的库仑斥力大，偏转明显．

3．卢瑟福的核式结构模型：1911 年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核．它集中

了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动．

4．原子的核式结构模型对 α粒子散射实验结果的解释

按照卢瑟福的核式结构学说，可以很容易地解释 α粒子的散射实验现象．如图所示．

(1)当α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，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，才受到很大的库仑力作用，偏转角才很大，而这种机会很少．

(3)如果α粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到 180°，这种机会极少．

【例题 1】(多选)汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，关于电子的

说法正确的是(　　)

A．电子是原子核的组成部分

B．电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的

C．电子电荷量的数值约为1.602×10－19 C

D．电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷

【答案】　BC

【解析】　电子是原子的组成部分，电子的发现说明原子是可以再分的．电子的电荷量与质量的比值

称为电子的比荷，也叫荷质比．

【例题 2】(多选)如图所示，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，发现射线的轨迹往下偏，则(　　)

A．导线中的电流由 A流向 B

B．阴极射线管处磁场方向垂直纸面向里

C．若要使电子束的轨迹往上偏，可以通过改变 AB 中的电流方向来实现

D．电子束的轨迹与 AB 中的电流方向无关

【答案】　BC

【解析】　阴极射线是高速电子流，由左手定则判断可知，磁场垂直纸面向里，由安培定则可知，导

线AB 中的电流由 B流向 A，且改变 AB 中的电流方向时可以使电子束的轨迹往上偏，故选项 B、C正确．

【例题 3】如图所示为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)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Bev＝Ee＝e，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＝··()2＋·，

代入 v＝，

解得＝.

【例题 4】(多选)(2016·孝感高中高二检测)如图所示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 A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是(

)

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