高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 原子结构和波粒二象性3 原子的核式结构模型同步测试题

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TOC \ "1-3" \t "正文,1" \h
\l "_Tc1161" 【题型1 阴极射线的本质】
\l "_Tc10925" 【题型2 阴极射线的研究】
\l "_Tc25206" 【题型3 α粒子散射实验的装置】
\l "_Tc6522" 【题型4 α粒子散射图景】
\l "_Tc2094" 【题型5 综合问题】
\l "_Tc22177" 【题型6 原子的核式结构】
\l "_Tc24590" 【题型7 电子电荷的精确测定】
【题型1 阴极射线的本质】
【例1】(多选)关于阴极射线，下列说法正确的是( )
A．阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象
B．阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流
C．阴极射线是组成物体的原子
D．阴极射线沿直线传播，但可被电场、磁场偏转
【变式1-1】关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( )
A．阴极射线本质是氢原子
B．阴极射线本质是电磁波
C．阴极射线本质是电子
D．阴极射线本质是X射线
【变式1-2】(多选)下列叙述中，正确的是( )
A．汤姆孙根据α粒子散射实验，提出了原子的枣糕式模型
B．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型
C．汤姆孙最早发现了电子
D．卢瑟福最早发现了电子
【变式1-3】(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
【题型2 阴极射线的研究】
【例2】（多选）如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是（ ）
A．若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点
B．若在D1、D2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之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线向上偏转
【变式2-1】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轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(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
【变式2-2】（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
【变式2-3】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．
【题型3 α粒子散射实验装置】
【例3】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。
（1）1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是________（填“电磁波”或“电子”），进而认为原子是一个球体，提出原子“西瓜模型”或“________模型”；
（2）1909年，卢瑟福与他的学生进行了α粒子散射实验（图乙），提出了原子核式结构模型。下列对此实验与模型的说法，正确的是________。
A．α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的
B．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，主要是因为电子的质量太小
C．极少数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转，是因为其受到金原子核的强库仑斥力
D．α粒子散射实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上
【变式3-1】如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是( )
A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转
【变式3-2】(多选)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A，B，C，D四个位置时，关于观察到的现象，下列说法正确的是( )
A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数只比放在A位置时稍微少些
C．放在C，D位置时屏上观察不到闪光
D．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
【变式3-3】（多选）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
【题型4 α粒子散射图景】
【例4】1909年，英国物理学家卢瑟福和他的学生盖革、马斯顿一起进行了著名的“α粒子散射实验”，实验中大量的粒子穿过金箔前后的运动模型如图所示。卢瑟福通过对实验结果的分析和研究，于1911年建立了他自己的原子结构模型。下列关于“α粒子穿过金箔后”的描述中，正确的是( )
A．绝大多数α粒子穿过金箔后，都发生了大角度偏转
B．少数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进
C．通过α粒子散射实验，确定了原子核半径的数量级为10－15 m
D．通过α粒子散射实验，确定了原子半径的数量级为10－15 m
【变式4-1】如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是( )
A．M点 B．N点
C．P点 D．Q点
【变式4-2】（多选）根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景，图中实线表示α粒子运动轨迹。下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子
B．α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子接近原子核时受到的库仑斥力较大
C．α粒子出现较大角度偏转的过程中电势能先变小后变大
D．α粒子出现较大角度偏转的过程中加速度先变大后变小
【变式4-3】（多选）英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔后，根据实验结果提出了原子的核式结构学说。如图所示，O表示金原子核的位置，曲线ab和cd分别表示经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹，其中能正确反映实验结果的是（ ）
A．B．
C．D．
【题型5 综合问题】
【例5】在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是( )
【变式5-1】(多选)关于原子结构，下列说法正确的是( )
A．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律
B．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性
C．卢瑟福的α粒子散射实验表明原子内部存在带负电的电子
D．卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”
【变式5-2】（多选）物理实验助推物理学理论的发展。对以下实验的表述，说法正确的是（ ）
A．图甲：密立根通过油滴实验测量了电子的电荷量，揭示了电荷的量子化
B．图乙：库仑通过扭秤实验发现了点电荷间的作用规律，并测量了静电力常量
C．图丙：卢瑟福根据粒子散射实验的现象提出了原子核式结构模型
D．图丁：汤姆孙通过阴极射线实验发现了电子，揭示了原子具有内部结构
【变式5-3】下列关于原子模型及其建立过程叙述正确的是 （ ）
A．阴极射线是电子流，J.J.汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电荷量
B．J.J.汤姆孙认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布于球内，电子镶嵌其中;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．通过α粒子散射实验可以估算出原子核尺度数量级为10-10 m
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
【题型6 原子的核式结构】
【例6】在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是( )
A.原子中的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B.正电荷在原子中是均匀分布的
C.原子中存在着带负电的电子
D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中
【变式6-1】卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在( )
A．电子 B．中子 C．质子 D．原子核
【变式6-2】在α粒子散射实验中，电子对α粒子运动的影响可以忽略。这是因为与α粒子相比，电子的( )
A．电量太小 B．速度太小 C．体积太小 D．质量太小
【变式6-3】(多选)卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，知道了( )
A．原子具有核式结构
B．原子核内有中子存在
C．原子核是由质和中子组成的
D．在原子中，原子核占有的空间很小
【题型7 电子电荷的精确测定】
【例7】美国物理学家密立根利用如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验．如图，两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，板间油滴P由于带负电悬浮在两板间保持静止．
(1)若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有__________．
A．油滴质量m B．两板间的电压U
C．两板间的距离d D．两板的长度L
(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q=________(已知重力加速度为g)
(3)在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷．关于元电荷下列说法正确的是(______)
A．油滴的电荷量可能是C B．油滴的电荷量可能是C
C．元电荷就是电子 D．任何带电体所带电荷量可取任意值
【变式7-1】以下说法正确的是（ ）
A．密立根用摩擦起电的实验发现了电子
B．密立根用摩擦起电的实验测定了电子的电荷量
C．密立根用油滴实验发现了电子
D．密立根用油滴实验测定了电子的电荷量
【变式7-2】（多选）如图是密立根油滴实验的示意图．油滴从喷雾器嘴喷出，落到图中的匀强电场中，调节两板间的电压，通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中，下列说法正确的是( )
A．油滴带负电
B．油滴质量可通过天平来测量
C．只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量
D．该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍
【变式7-3】美国物理学家密立根通过研究带电油滴在平行金属板间的运动，比较准确地测定了元电荷，获得了1923年的诺贝尔物理学奖。其实验原理可简化为如图所示的模型，置于真空中的油滴室内有两块水平放置的平行金属板A、B与电压为U的恒定电源两极相连，平行金属板A、B间距为d，两板间存在竖直方向的匀强电场，喷雾器喷出带同种电荷的油滴，少数油滴通过金属板A的小孔进入平行金属板间，油滴进入金属板间后，有的油滴刚好悬浮不动。
（1）已知金属板A带正电，金属板B带负电，则平行金属板A、B间的电场方向______（填“竖直向上”或“竖直向下”），油滴带______（填“正电”或“负电”）。
（2）若已知两板间的电场强度大小为，悬浮油滴的质量为m，重力加速度大小为g，忽略空气对油滴的影响，则悬浮油滴带的电荷量为______。
（3）现在公认的元电荷的值______C。
参考答案
【题型1 阴极射线的本质】
【例1】(多选)关于阴极射线，下列说法正确的是( )
A．阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象
B．阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流
C．阴极射线是组成物体的原子
D．阴极射线沿直线传播，但可被电场、磁场偏转
答案 BD
解析 阴极射线是在真空管中由阴极发出的电子流，B正确，A错误；电子是原子的组成部分，C错误；电子可被电场、磁场偏转，D正确。
【变式1-1】关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( )
A．阴极射线本质是氢原子
B．阴极射线本质是电磁波
C．阴极射线本质是电子
D．阴极射线本质是X射线
解析 阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的。
答案 C
【变式1-2】(多选)下列叙述中，正确的是( )
A．汤姆孙根据α粒子散射实验，提出了原子的枣糕式模型
B．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型
C．汤姆孙最早发现了电子
D．卢瑟福最早发现了电子
答案 BC
解析 汤姆孙最先发现了电子。α粒子散射实验的结果是大部分α粒子沿原方向运动，少部分发生大角度偏转，极少数偏转角超过90°甚至达到180°，说明原子的几乎全部质量与全部正电荷都集中在很小的核上，据此卢瑟福提出了原子的核式结构模型，正确答案为B、C。
【变式1-3】(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．
【题型2 阴极射线的研究】
【例2】（多选）如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是（ ）
A．若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点
B．若在D1、D2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之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线向上偏转
答案：AC
解析：实验证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可知选项C正确，选项B的说法错误；加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要向下偏转，因而选项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，选项A的说法正确。
【变式2-1】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轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(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
解析：选B,若加磁场，由左手定则可判定其方向应沿y轴正方向；若加电场，根据受力情况可知其方向应沿z轴正方向，故只有B项是正确的．应明确管内是电子流，然后根据洛伦兹力和电场力方向的判定方法进行判定．
【变式2-2】（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
解析：选BC， 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．
【变式2-3】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)eq \f(U,Bb) (2)eq \f(2Ud,B2bL1L1＋2L2)
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＝eq \f(U,b)e，得v＝eq \f(U,Bb)
即打到荧光屏O点的电子速度的大小为eq \f(U,Bb).
(2)由题意得d＝eq \f(1,2)·eq \f(eU,mb)·(eq \f(L1,v))2＋eq \f(eU,mb)·eq \f(L1L2,v2)，
代入v＝eq \f(U,Bb)，
解得eq \f(e,m)＝eq \f(2Ud,B2bL1L1＋2L2).
【题型3 α粒子散射实验装置】
【例3】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。
（1）1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是________（填“电磁波”或“电子”），进而认为原子是一个球体，提出原子“西瓜模型”或“________模型”；
（2）1909年，卢瑟福与他的学生进行了α粒子散射实验（图乙），提出了原子核式结构模型。下列对此实验与模型的说法，正确的是________。
A．α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的
B．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，主要是因为电子的质量太小
C．极少数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转，是因为其受到金原子核的强库仑斥力
D．α粒子散射实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上
答案 电子 枣糕 CD
解析（1）汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，断定其本质是带负电的粒子流，并断定阴极射线是电子。
汤姆孙认为正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，提出原子“西瓜模型”或“枣糕模型”。
（2）α粒子散射实验不能证明原子核内部存在质子，也不会证实原子核由质子和中子组成，故A错误；绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，主要是因为原子内部绝大部分空间是空的，故B错误；极少数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转，是因为其受到金原子核的强库仑斥力，故C正确；α粒子散射实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上，故D正确。
故选CD。
【变式3-1】如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是( )
A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转
解析：选A 卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，A正确；卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，几乎仍沿原方向前进，D错误。
【变式3-2】(多选)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A，B，C，D四个位置时，关于观察到的现象，下列说法正确的是( )
A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数只比放在A位置时稍微少些
C．放在C，D位置时屏上观察不到闪光
D．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
答案 AD
解析 卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验时，得到以下结论：大部分α粒子都能直接穿过金箔，个别的发生偏转，极少数发生大角度的偏转，故A、D正确，B、C错误。
【变式3-3】（多选）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
答案：BC
解析：根据粒子散射实验现象，大多数粒子通过金箔后方向不变，少数粒子方向发生改变，极少数偏转超过90°，甚至有的被反向弹回，可知荧光屏在B位置的亮斑比A位置少，荧光屏在C位置的亮斑比A、B位置少，选项A错误，C正确；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，而不是原子质量均匀地分布在原子内，选项B正确，D错误。
【题型4 α粒子散射图景】
【例4】1909年，英国物理学家卢瑟福和他的学生盖革、马斯顿一起进行了著名的“α粒子散射实验”，实验中大量的粒子穿过金箔前后的运动模型如图所示。卢瑟福通过对实验结果的分析和研究，于1911年建立了他自己的原子结构模型。下列关于“α粒子穿过金箔后”的描述中，正确的是( )
A．绝大多数α粒子穿过金箔后，都发生了大角度偏转
B．少数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进
C．通过α粒子散射实验，确定了原子核半径的数量级为10－15 m
D．通过α粒子散射实验，确定了原子半径的数量级为10－15 m
解析：选C 绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进。少数α粒子穿过金箔后，发生大角度偏转，A、B错误；通过“α粒子散射实验”卢瑟福确定了原子核半径的数量级为10－15 m，C正确；原子半径的数量级为10－10 m，不是通过α粒子散射实验确定的，D错误。
【变式4-1】如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是( )
A．M点 B．N点
C．P点 D．Q点
解析：选C α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同。带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向曲线的凹侧，故只有选项C正确。
【变式4-2】（多选）根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景，图中实线表示α粒子运动轨迹。下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子
B．α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子接近原子核时受到的库仑斥力较大
C．α粒子出现较大角度偏转的过程中电势能先变小后变大
D．α粒子出现较大角度偏转的过程中加速度先变大后变小
答案：BD
解析：汤姆孙对阴极射线的探究发现了电子，A错误；α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子接近原子核时受到较大的库仑斥力，B正确；α粒子在运动过程中，一直受到斥力，靠近原子核过程库仑力做负功，电势能增大，远离原子核过程库仑力做正功，电势能减小，C错误；靠近原子核过程中库仑力增大，加速度增大，远离过程库仑力减小，加速度减小，D正确。
【变式4-3】（多选）英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔后，根据实验结果提出了原子的核式结构学说。如图所示，O表示金原子核的位置，曲线ab和cd分别表示经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹，其中能正确反映实验结果的是（ ）
A．B．
C．D．
答案：BD
解析：当α粒子靠近金原子核时，α粒子将受到金原子核的斥力作用，而α粒子的曲线运动的轨迹总是弯向受力的一侧，A错误、B正确；α粒子和原子核都带正电，α粒子离核越近所受斥力越大，偏转角度越大，C错误、D正确。
【题型5 综合问题】
【例5】在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是( )
答案 D
解析 发现原子具有核式结构的是卢瑟福的α粒子轰击金箔发生散射的实验，选项D正确。
【变式5-1】(多选)关于原子结构，下列说法正确的是( )
A．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律
B．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性
C．卢瑟福的α粒子散射实验表明原子内部存在带负电的电子
D．卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”
答案 AD
解析 玻尔提出的原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律；卢瑟福核式结构模型不能解释原子的稳定性；卢瑟福的α粒子散射实验表明原子具有核式结构，否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”，故A、D正确，B、C错误。
【变式5-2】（多选）物理实验助推物理学理论的发展。对以下实验的表述，说法正确的是（ ）
A．图甲：密立根通过油滴实验测量了电子的电荷量，揭示了电荷的量子化
B．图乙：库仑通过扭秤实验发现了点电荷间的作用规律，并测量了静电力常量
C．图丙：卢瑟福根据粒子散射实验的现象提出了原子核式结构模型
D．图丁：汤姆孙通过阴极射线实验发现了电子，揭示了原子具有内部结构
答案：ACD
解析：图甲：密立根通过油滴实验测量了电子的电荷量，揭示了电荷的量子化，故A正确；库仑通过扭秤实验发现了点电荷间的作用规律，静电力常量既不是库仑通过扭秤测出来的，也不是后人通过库仑扭秤测出来的，而是通过麦克斯韦的相关理论算出来的，故B错误；图丙：卢瑟福根据粒子散射实验的现象提出了原子核式结构模型，故C正确；图丁：汤姆孙通过阴极射线实验发现了电子，揭示了原子具有内部结构，故D正确。
【变式5-3】下列关于原子模型及其建立过程叙述正确的是 （ ）
A．阴极射线是电子流，J.J.汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电荷量
B．J.J.汤姆孙认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布于球内，电子镶嵌其中;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．通过α粒子散射实验可以估算出原子核尺度数量级为10-10 m
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
答案：B
解析：阴极射线是电子流，J.J.汤姆孙测出了电子的比荷，密立根精确测定了电子电荷量，故A错误。J.J.汤姆孙认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布于整个球内;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，故B正确。通过α粒子散射实验可以估算出原子核尺度数量级为10-15 m，故C错误。卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的区域——原子核，故D错误。
【题型6 原子的核式结构】
【例6】在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是( )
A.原子中的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B.正电荷在原子中是均匀分布的
C.原子中存在着带负电的电子
D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中
答案 A
【变式6-1】卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在( )
A．电子 B．中子 C．质子 D．原子核
解析：选D 卢瑟福在α粒子散射实验中观察到绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不改变运动方向，只有极少数的α粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中央存在一个体积很小的带正电荷的物质，将其称为原子核，D正确。
【变式6-2】在α粒子散射实验中，电子对α粒子运动的影响可以忽略。这是因为与α粒子相比，电子的( )
A．电量太小 B．速度太小 C．体积太小 D．质量太小
解析：选D 在α粒子散射实验中，由于电子的质量太小，电子的质量只有α粒子的eq \f(1,7 300)，它对α粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。故D正确，A、B、C错误。
【变式6-3】(多选)卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，知道了( )
A．原子具有核式结构
B．原子核内有中子存在
C．原子核是由质和中子组成的
D．在原子中，原子核占有的空间很小
答案 AD
解析 α粒子散射实验结果说明原子是由原子核和核外电子组成的，原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，而且原子核占有空间很小，但无法说明原子核的内部结构，因此选项A、D正确，B、C错误。
【题型7 电子电荷的精确测定】
【例7】美国物理学家密立根利用如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验．如图，两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，板间油滴P由于带负电悬浮在两板间保持静止．
(1)若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有__________．
A．油滴质量m B．两板间的电压U
C．两板间的距离d D．两板的长度L
(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q=________(已知重力加速度为g)
(3)在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷．关于元电荷下列说法正确的是(______)
A．油滴的电荷量可能是C B．油滴的电荷量可能是C
C．元电荷就是电子 D．任何带电体所带电荷量可取任意值
【解析】 (1)平行金属板板间存在匀强电场，液滴恰好处于静止状态，电场力与重力平衡，则有，所以需要测出的物理量有油滴质量m，两板间的电压U，两板间的距离d；故选ABC．
(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量
(3)在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷，其值为，故B正确，A、C、D错误；故选B．
【答案】 ABC B
【变式7-1】以下说法正确的是（ ）
A．密立根用摩擦起电的实验发现了电子
B．密立根用摩擦起电的实验测定了电子的电荷量
C．密立根用油滴实验发现了电子
D．密立根用油滴实验测定了电子的电荷量
答案：D
解析：汤姆孙发现了电子，密立根用油滴实验测定了电子的电荷量。
故选D。
【变式7-2】（多选）如图是密立根油滴实验的示意图．油滴从喷雾器嘴喷出，落到图中的匀强电场中，调节两板间的电压，通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中，下列说法正确的是( )
A．油滴带负电
B．油滴质量可通过天平来测量
C．只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量
D．该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍
答案：AD
解析：由图知，电容器板间电场方向向下，油滴所受的电场力向上，则知油滴带负电，故A正确．油滴的质量很小，不能通过天平测量，故B错误．根据油滴受力平衡得：mg＝qE＝qeq \f(U,d)，得q＝eq \f(mgd,U)，所以要测出两板间的距离、电压和油滴的质量才能求出油滴的电量，故C错误．根据密立根油滴实验研究知：该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍，故D正确．
【变式7-3】美国物理学家密立根通过研究带电油滴在平行金属板间的运动，比较准确地测定了元电荷，获得了1923年的诺贝尔物理学奖。其实验原理可简化为如图所示的模型，置于真空中的油滴室内有两块水平放置的平行金属板A、B与电压为U的恒定电源两极相连，平行金属板A、B间距为d，两板间存在竖直方向的匀强电场，喷雾器喷出带同种电荷的油滴，少数油滴通过金属板A的小孔进入平行金属板间，油滴进入金属板间后，有的油滴刚好悬浮不动。
（1）已知金属板A带正电，金属板B带负电，则平行金属板A、B间的电场方向______（填“竖直向上”或“竖直向下”），油滴带______（填“正电”或“负电”）。
（2）若已知两板间的电场强度大小为，悬浮油滴的质量为m，重力加速度大小为g，忽略空气对油滴的影响，则悬浮油滴带的电荷量为______。
（3）现在公认的元电荷的值______C。
答案 竖直向下 负电 （也正确）
解析（1）根据电场线起于正电荷终于负电荷可知，平行金属板A、B间的电场方向竖直向下。
悬浮油滴在两极板间受力平衡，则油滴所受的电场力方向竖直向上，与电场方向相反，所以油滴带负电。
（2）悬浮油滴在两极板间受力平衡，则有 即
（3）在密立根之后，人们又做了许多测量，现在公认的元电荷的值。