2025高考物理步步高同步练习选修3第四章　原子结构和波粒二象性第2课时　康普顿效应　光的波粒二象性含答案

2025高考物理步步高同步练习选修3第四章原子结构和波粒二象性第2课时康普顿效应光的波粒二象性[学习目标]1.了解康普顿效应及其意义.2.了解光的波粒二象性．一、康普顿效应和光子的动量1．康普顿效应：在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．2．康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子不仅具有能量而且具有动量．3．光子的动量(1)表达式：p＝eq\f(h,λ).(2)说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量可能变小．因此，有些光子散射后波长变大．二、光的波粒二象性光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．判断下列说法的正误．(1)光子的动量与波长成反比．(√)(2)光子发生散射后，其波长变大．(√)(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．(√)(4)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子．(×)一、康普顿效应和光子的动量1．康普顿效应的解释假定光子与电子发生弹性碰撞，按照爱因斯坦的光子说，一个光子不仅具有能量ε＝hν，而且具有动量．如图所示，这个光子与静止的电子发生弹性碰撞，光子把部分动量转移给了电子，动量由eq\f(h,λ)减小为eq\f(h,λ′)，因此p减小，波长增大．2．康普顿效应的意义康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．例1美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应的改变．下列说法正确的是()A．当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后频率变大B．康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量C．X光散射后与散射前相比，速度变小D．散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变答案B解析在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，则光子动量减小，但速度仍为光速c，根据p＝eq\f(hν,c)，知光子频率减小，康普顿效应说明光子不但具有能量而且具有动量，揭示了光的粒子性，故A、C、D错误，B正确．例2(2021·石家庄二中高二期中)“COVID－19”引起的肺炎病人在进行CT诊断时，肺部影像呈白色(“白肺”)，其物理原理是利用X射线穿透人体肺部进行扫描并呈现灰度不同的图像．X射线的穿透量受物质吸收程度的影响，吸收程度与物质的密度等因素有关，密度越小，吸收X射线的本领越弱，透过人体的量就越多，呈现的图片就越暗，如空气等．密度越大，吸收X射线的本领越强，透过人体的量就越少，呈现的图片为白色，如骨骼等．X射线被物质的吸收主要产生两种效应：光电效应和康普顿效应．依据以上信息，下列说法正确的是()A．光电效应现象是爱因斯坦最先发现的B．X射线光子被原子中的电子全部吸收从原子中飞出变为具有一定动能的光电子的现象，属于光电效应，说明X射线具有粒子性C．光电效应中，X射线频率越高，从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越小D．X射线光子只被电子部分吸收，电子能量增大，光子被散射出去，散射光子波长变短，这说明光子既具有能量又具有动量，这属于康普顿效应，说明了X射线具有粒子性答案B解析由康普顿效应特点知，散射光子波长变长，D错误；光电效应现象是赫兹最先发现的，A错误；由光电效应的概念知，B正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电效应中，X射线频率越高，从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大，C错误．例3(2021·江苏苏州高二期中)科学研究证明，光子既有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中()A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′答案C解析能量守恒定律和动量守恒定律是自然界的普遍规律，既适用于宏观世界也适用于微观世界．光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律，光子与电子碰撞前光子的动量p＝eq\f(h,λ)，当光子与电子碰撞时，光子的一些动量转移给了电子，光子的动量p′＝eq\f(h,λ′)，又由p＞p′，可知λ<λ′，选项C正确．二、光的波粒二象性1．光的波动性实验基础：光的干涉和衍射．2．光的粒子性(1)实验基础：光电效应、康普顿效应．(2)表现：①当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质；②少量或个别光子容易显示出光的粒子性．(3)说明：①粒子的含义是“不连续”“一份一份”的；②光子不同于宏观观念的粒子．例4(2021·河南辉县第一高级中学高二阶段练习)关于光的粒子性、波动性和波粒二象性，下列说法正确的是()A．光子说的确立完全否定了波动说B．光的波粒二象性是指光既与宏观概念中的波相同又与微观概念中的粒子相同C．光的波动说和粒子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有其不能解释的实验现象D．光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性答案C解析光子说的确立，没有完全否定波动说，使人们对光的本质认识更完善，光既有波动性，又有粒子性，光具有波粒二象性，故A错误；光的波粒二象性，与宏观概念中的波相同，与微观概念中的粒子不相同，故B错误；波动说和粒子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有其不能解释的实验现象，故C正确；光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性，故D错误．例5(2021·江苏淮安市车桥中学开学考试)下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往表现出粒子性答案C解析一切光都具有波粒二象性，光的有些现象(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些现象(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，A错误；电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，B错误；光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确；大量光子运动的规律往往表现出波动性，D错误．考点一康普顿效应光子的动量1．康普顿散射的主要特征是()A．散射光的波长与入射光的波长完全不同B．散射光的波长有些与入射光的相同，但有些变短了，散射角的大小与散射波长无关C．散射光的波长有些与入射光的相同，但也有变长的，也有变短的D．散射光的波长有些与入射光的相同，有些散射光的波长比入射光的波长长些，且散射光波长的改变量与散射角的大小有关答案D解析康普顿测量发现散射后的X射线中，既有波长不变的X射线，又有波长变长的X射线，而且散射光波长的改变量与散射角的大小有关，波长变长的X射线动量和能量的大小均变小了，这是散射过程中动量和能量守恒的体现，选D.2．(2021·南通市高二月考)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长为λ，每个激光脉冲中的光子数目为n，已知普朗克常量为h，光速为c，则()A．用激光“焊接”视网膜是因为激光具有高度的相干性B．激光的频率为eq\f(λ,c)C．激光光子的动量为eq\f(λ,h)D．每个激光脉冲的能量为nheq\f(c,λ)答案D解析用激光“焊接”视网膜利用了激光频率高、能量高的特点，故A错误；根据c＝νλ可知激光的频率为ν＝eq\f(c,λ)，故B错误；激光光子的动量为p＝eq\f(h,λ)，故C错误；根据ε＝hν和c＝νλ可知，单个光子的能量为heq\f(c,λ)，则每个激光脉冲的能量为nheq\f(c,λ)，故D正确．3．频率为ν的光子，波长为λ＝eq\f(h,p)，能量为E，则光的速度为()A.eq\f(Eλ,h)B．pEC.eq\f(Eλ,p)D.eq\f(h2,Ep)答案A解析根据光速c＝λν和光子的能量E＝hν可得光的速度为c＝eq\f(E,h)λ＝eq\f(E,p)，故A正确．考点二光的波粒二象性4．(2021·江苏高二月考)在下列各组现象中，都表现出光具有粒子性的是()A．光的折射现象、衍射现象B．光的反射现象、干涉现象C．光的衍射现象、光电效应现象D．光电效应现象、康普顿效应现象答案D5.(2022·上海师大附中学业考试)如图所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验()A．只能证明光具有波动性B．只能证明光具有粒子性C．只能证明光能够发生衍射D．证明光具有波粒二象性答案D解析弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性；验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应，则证明了光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，选D.6．(2021·洛阳月考)我国已研发成功“世界上首台分辨率最高的紫外超分辨光刻装备”，对芯片制造领域技术突破作出重大贡献，光刻所用光的波长越短，分辨率越高．下面关于光的波粒二象性的说法中，正确的说法是()A．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性B．频率越小的光其粒子性越显著，频率越大的光其波动性越显著C．光在传播时往往表现出粒子性，光在跟物质相互作用时往往表现出波动性D．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性答案D解析光的波粒二象性是指光既具有波动性，又具有粒子性，二者是统一的，故A错误；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，故B错误；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，故C错误；光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故D正确．7．频率为ν的光子，具有的能量为hν，动量为eq\f(hν,c)，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原运动方向，这种现象称为光子的散射，下列关于光子散射的说法正确的是()A．光子改变原来的运动方向，传播速度变小B．光子在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大C．由于受到电子碰撞，散射后的光子波长小于入射光子的波长D．由于受到电子碰撞，散射后的光子频率小于入射光子的频率答案D解析碰撞后光子改变原来的运动方向，但传播速度不变，A错误；光子在与电子碰撞中损失能量，因而频率减小，即ν>ν′，再由c＝λ1ν＝λ2ν′，得到λ1<λ2，B、C错误，D正确．8．图中四幅图涉及光的粒子性和波动性，其中说法正确的是()A．图甲的光电效应实验说明光具有波粒二象性B．图乙说明，在光电效应中，同一单色入射光越强，饱和电流越大C．图丙的“泊松亮斑”说明光具有波动性，是光通过小圆孔时发生衍射形成的D．图丁的康普顿效应表明光子具有动量，揭示了光的波动性的一面答案B解析题图甲的光电效应实验说明光具有粒子性，选项A错误；题图乙中，黄光的强度越大，饱和电流越大，即说明在光电效应中，同一单色入射光越强，饱和电流越大，选项B正确；题图丙的泊松亮斑说明光具有波动性，是光通过小圆板时发生衍射形成的，选项C错误；题图丁的康普顿效应表明光子具有动量，揭示了光的粒子性的一面，选项D错误．9．美国物理学家阿瑟阿什金因利用光的力量来操纵细胞获得2018年诺贝尔物理学奖，原来光在接触物体后，会对其产生力的作用，这个来自光的微小作用可以让微小的物体(如细胞)发生无损移动，这就是光镊技术．在光镊系统中，光路的精细控制非常重要．对此下列说法正确的是()A．光镊技术利用光的粒子性B．光镊技术利用光的波动性C．红色激光光子能量大于绿色激光光子能量D．红色激光光子动量大于绿色激光光子动量答案A解析光在接触物体后，会对其产生力的作用，则光镊技术利用光的粒子性，A正确，B错误；红光的频率小于绿光的频率，根据E＝hν可知，红色激光光子能量小于绿色激光光子能量，C错误；红色激光光子的频率小于绿色激光光子的频率，则红色激光光子的波长大于绿色激光光子的波长，根据p＝eq\f(h,λ)可知红色激光光子动量小于绿色激光光子动量，D错误．10．一台激光器发射激光的功率为P，光束垂直入射到真空中的某一平面，被平面完全反射后频率保持不变．已知光的波长为λ，光在真空中的速度为c，下列说法正确的是()A．激光的波长越短，其光子的动量越小B．被平面反射后激光光子的动量变大C．增大激光器发出的激光功率，光束对平面的压力增大D．单位时间内入射到平面的光子数目为eq\f(P,hλ)答案C解析根据p＝eq\f(h,λ)可知，激光的波长越短，其光子的动量越大，选项A错误；根据p＝eq\f(hν,c)知，被平面反射后激光光子的动量大小不变，选项B错误；功率增大，光子数增大，光束对平面的压力增大，选项C正确；单位时间(t＝1s)内入射到平面的光子数目为n＝eq\f(Pt,\f(hc,λ))＝eq\f(Pλ,hc)，选项D错误．11．(2022·江苏模拟预测)光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．已知普朗克常量为h，光速为c，电子质量为m.若用波长为eq\f(λ0,2)的单色光B照射该金属板，求：(1)光电子的最大初动能Ek；(2)A、B两种光子的动量之比．答案(1)heq\f(c,λ0)(2)eq\f(1,2)解析(1)依题意，用波长为λ0的单色光A照射某金属板时，根据光电效应方程，有heq\f(c,λ0)－W0＝0同理，用波长为eq\f(λ0,2)的单色光B照射该金属板，有Ek＝heq\f(c,\f(λ0,2))－W0联立可得Ek＝heq\f(c,λ0)(2)根据p＝eq\f(h,λ)，得A、B两种光子的动量之比eq\f(pA,pB)＝eq\f(\f(λ0,2),λ0)＝eq\f(1,2).12．(2021·江苏苏州高二期中)有人设想在遥远的宇宙探测时，给探测器安上反射率极高(可认为100%)的薄膜，并让它正对太阳，用光压为动力推动探测器加速．已知某探测器在轨道上运行，阳光恰好垂直照射在薄膜上，薄膜面积为S，每秒每平方米面积获得的太阳光能为E，若探测器总质量为M，光速为c，普朗克常量为h，则探测器获得加速度大小的表达式是()A.eq\f(2ES,cM)B.eq\f(2ES,c2Mh)C.eq\f(ES,cM)D.eq\f(ES,cMh)答案A解析光子垂直照射后全部反射，每秒在薄膜上产生的总能量为ES，结合单个光子的能量ε＝hν，则N个光子的总能量为Nhν＝Nheq\f(c,λ)＝ES，解得λ＝eq\f(Nhc,ES)，结合单个光子的动量p＝eq\f(h,λ)则光子的总动量变化量大小为Δp＝2Neq\f(h,λ)＝2Neq\f(h,\f(Nhc,ES))＝eq\f(2ES,c)以光子为研究对象，由动量定理得FΔt＝Δp式中Δt＝1s，解得F＝eq\f(2ES,c)，根据牛顿第三定律，光子对探测器的作用力大小为F′＝F＝eq\f(2ES,c)根据牛顿第二定律得F′＝Ma解得a＝eq\f(2ES,cM)，A正确，B、C、D错误．3原子的核式结构模型[学习目标]1.知道阴极射线的组成，体会电子发现过程中所蕴含的科学方法，知道电荷是量子化的.2.了解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.3.知道原子和原子核大小的数量级，知道原子核的电荷数．一、电子的发现1．阴极射线：当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极发出的一种射线．它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(填“正电”或“负电”)的粒子流，并求出了这种粒子的比荷．组成阴极射线的粒子被称为电子．3．密立根实验：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的值为e＝1.6×10－19C(保留两位有效数字)．4．电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是e的整数倍．5．836.二、原子的核式结构模型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，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”，如图．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粒子源到荧光屏这段路程应处于真空中．(2)实验现象①绝大多数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”．(3)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：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．三、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10－15m，而整个原子半径的数量级是10－10m，两者相差十万倍之多．判断下列说法的正误．(1)汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转证明了阴极射线带正电．(×)(2)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值．(×)(3)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动．(√)(4)原子核的电荷数等于核中的中子数．(×)一、电子的发现导学探究如图所示为汤姆孙的气体放电管．(1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？(2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？答案(1)阴极射线向下偏转，与电场线方向相反，说明阴极射线带负电．(2)由左手定则可得，在金属板D1、D2之间单独加垂直纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转．知识深化1．对阴极射线的认识(1)对阴极射线本质的认识——两种观点①电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射．②粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流．(2)阴极射线带电性质的判断方法①方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定阴极射线的带电性质．②方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据荧光屏上亮点位置的变化和左手定则确定阴极射线的带电性质．(3)实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电．2．带电粒子比荷的测定(1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，如图所示，使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)，得到粒子的运动速度v＝eq\f(E,B).(2)撤去电场，如图所示，保留磁场，让粒子在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝meq\f(v2,r)，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：eq\f(q,m)＝eq\f(E,B2r).3．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)现在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．例1英国物理学家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．汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量答案A解析阴极射线在电场中偏向正极板一侧，因此阴极射线应该带负电荷，A正确；阴极射线在磁场中受力情况跟负电荷受力情况相同，B错误；不同材料所产生的阴极射线的比荷相同，C错误；汤姆孙并没有直接测到阴极射线粒子的电荷量，D错误．例2在再现汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现光斑．若在D、G间加上方向向上、场强为E的匀强电场，阴极射线将向下偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)，光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向上偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：(1)说明阴极射线的电性；(2)说明图中磁场沿什么方向；(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷．答案(1)负电(2)垂直纸面向外(3)eq\f(Esinθ,B2L)解析(1)由于阴极射线在电场中向下偏转，因此阴极射线所受静电力方向向下，又由于匀强电场方向向上，则静电力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电．(2)由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力，而与静电力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外．(3)设此射线带电荷量为q，质量为m，当射线在D、G间做匀速直线运动时，有qE＝Bqv.当射线在D、G间的磁场中偏转时，如图所示，有Bqv＝eq\f(mv2,r)，同时又有L＝r·sinθ，解得eq\f(q,m)＝eq\f(Esinθ,B2L).带电粒子的比荷常见的三种测量方法1．利用磁偏转测比荷：由qvB＝meq\f(v2,R)得eq\f(q,m)＝eq\f(v,BR)，只需知道磁感应强度B、带电粒子的初速度v和偏转半径R即可．2．利用电偏转测比荷：偏转量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)，所以在偏转电场U、d、L已知时，只需测量v和y即可．3．利用加速电场测比荷：由动能定理qU＝eq\f(1,2)mv2得eq\f(q,m)＝eq\f(v2,2U)，在加速电场U已知时，只需测出v即可．二、原子的核式结构模型导学探究如图所示为1909年英国物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行α粒子散射实验的实验装置，阅读课本，回答以下问题：(1)什么是α粒子？(2)实验装置中各部件的作用是什么？实验过程是怎样的？(3)实验现象如何？(4)少数α粒子发生大角度散射的原因是什么？答案(1)α粒子(eq\o\al(4,2)He)是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核．质量是电子质量的7300倍．(2)①α粒子源：把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能的α粒子．②带荧光屏的放大镜：观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光．实验过程：α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在很薄的金箔上，由于金原子中的带电粒子对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子会改变原来的运动方向．带有显微镜的荧光屏可以沿题图中虚线转动，以统计向不同方向散射的α粒子的数目．(3)α粒子散射实验的实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°.(4)α粒子带正电，α粒子受原子中带正电的部分的排斥力发生了大角度散射．知识深化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．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粒子在穿过厚厚的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．卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转．命题角度1α粒子散射实验及其解释例3如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法中正确的是()A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．选用不同重金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹答案C解析α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度偏转，所以A处观察到的屏上的闪光次数多，B处观察到的屏上的闪光次数少，所以选项A、B错误．α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项D错误，C正确．针对训练(2021·南开区期末)1909年，物理学家卢瑟福和他的助手用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是()A．在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子发生了较大角度的偏转B．α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞C．α粒子散射实验说明原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有原子的全部质量D．以上说法都不对答案C解析当α粒子穿过金箔时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小．只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数发生大角度的偏转，而绝大多数基本沿原来的方向前进，故A错误；造成α粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大，不是由于它跟电子发生了碰撞，故B错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使α粒子受到排斥力的原子核体积极小，实验表明原子中心的核占有原子的全部正电和几乎全部质量，故C正确．命题角度2原子的核式结构模型例4(2021·安徽阜阳高二期中)根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是()A．原子中的正电荷均匀分布在整个原子范围内B．原子的质量均匀分布在整个原子范围内C．原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内D．原子中的正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内答案D解析为了解释α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里．故选D.三、原子核的电荷与尺度例5(2021·江苏高二期末)对原子的认识，不正确的是()A．原子由原子核和核外电子组成B．原子核的质量就是原子的质量C．原子核的电荷数就是核中的质子数D．通过α粒子散射实验估算出的原子核半径的数量级为10－15m答案B解析原子由原子核和核外电子组成，故A正确；原子核的质量与电子的质量和就是原子的质量，故B错误；原子核的电荷数就是核中的质子数，故C正确；原子核半径的数量级是10－15m，故D正确．本题选不正确的，故选B.考点一电子的发现1．(2021·浙江杭州高二月考)下列关于电子的说法错误的是()A．发现电子是从研究阴极射线开始的B．汤姆孙发现物质中发出的电子比荷是不同的C．电子发现的意义是让人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构D．电子是带负电的，可以在电场和磁场中偏转答案B解析汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，选项A正确；汤姆孙发现不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同，这种粒子即电子，选项B错误；汤姆孙发现电子，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构，选项C正确；电子是带负电的，可以在电场和磁场中偏转，选项D正确．2．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．阴极射线是电磁波答案C解析阴极射线是高速运动的电子流，人们只有借助于它与物质相互作用时，使一些物质发出荧光等现象才能观察到，故选项C正确，A、B、D错误．3．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”精确测定电子的带电荷量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答案D解析汤姆孙对阴极射线本质的研究采用的主要方法是：让阴极射线通过电、磁场，通过偏转情况判断其电性，结合类平抛运动与圆周运动的公式，即可计算其比荷，故D正确．4．(2021·长春市第一中学高二月考)关于电子的发现，下列叙述中正确的是()A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是可以再分的B．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的C．电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷D．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”实现的答案D解析汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子是可以再分的，A错误；原子的核式结构是卢瑟福通过α粒子的散射实验才提出的，B错误；电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，C错误；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，D正确．5．(2021·浙江嘉兴高二期中)密立根油滴实验原理如图所示．两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接，板间电压为U，形成竖直向下、电场强度为E的匀强电场．用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴．通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为m，重力加速度为g，则下列说法正确的是()A．悬浮油滴带正电B．悬浮油滴的电荷量为eq\f(mg,U)C．增大电场强度，悬浮油滴将向上运动D．油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍答案C解析油滴静止不动，则油滴受到向上的静电力；题图中平行板电容器上极板带正电，下极板带负电，故板间电场强度方向竖直向下，则油滴带负电，故A错误；根据平衡条件，有mg＝qeq\f(U,d)，故q＝eq\f(mgd,U)，B错误；根据平衡条件，有mg＝qE，当增大电场强度，静电力增大，则悬浮油滴将向上运动，故C正确；不同油滴所带的电荷量虽不相同，但都是电子电荷量的整数倍，故D错误．考点二原子的核式结构模型6．(2021·东莞市光明中学高二月考)关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有()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”精确测定电子电荷C．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好的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答案D解析汤姆孙发现电子后猜想出原子核内的正电荷是均匀分布的，故A错误；密立根通过著名的“油滴实验”精确测定电子电荷，故B错误；卢瑟福提出的原子核式结构模型解释原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，故C错误；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，故D正确．7．关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的有()A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，α粒子受力平衡B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子内大部分空间是空的C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很大D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大答案B8．如图所示为α粒子散射实验装置，α粒子打到荧光屏上都会引起闪烁，若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中A、B、C、D四处位置．则这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数可能符合事实的是()A．1305、25、7、1 B．202、405、625、825C．1202、1010、723、203 D．1202、1305、723、203答案A解析由于绝大多数α粒子运动方向基本不变，所以A位置闪烁次数最多，少数α粒子发生了偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转．符合该规律的数据只有A选项，A正确．9．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示．下列说法中正确的是()A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型答案B解析α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型，选项B正确．10.(2021·南京师大苏州实验学校高二月考)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粒子的运动轨迹．则