2024-2025學年新教材高中物理第四章原子結構和波粒二象性3原子的核式結構模型課時練習含解析新人教版選擇性必修3

PAGE8-原子的核式結構模型(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.關于陰極射線的本質,下列說法正確的是 ()A.陰極射線本質是氫原子B.陰極射線本質是電磁波C.陰極射線本質是電子D.陰極射線本質是X射線【解析】選C。陰極射線是由于電子動能變大,原子核束縛不住電子,電子逃逸出來,形成的粒子流。所以答案選C。2.通過如圖的試驗裝置,盧瑟福建立了原子核式結構模型。試驗時,若將熒光屏和顯微鏡分別放在位置1、2、3。則能視察到粒子數量最多的是位置 ()A.1B.2C.3D.一樣多【解析】選C。盧瑟福通過這個試驗,得出了原子核式結構模型。放在3位置時,相同時間內視察到屏上的閃光次數較少。放在2位置時,屏上仍能視察一些閃光,但次數極少。放在1位置時,屏上可以視察到閃光,只不過很少很少。故C正確,A、B、D錯誤。故選C。3.如圖,在α粒子散射試驗中,圖中實線表示α粒子的運動軌跡,假定金原子核位置固定,a、b、c為某條軌跡上的三個點,其中a、c兩點距金原子核的距離相等 ()A.盧瑟福依據α粒子散射試驗提出了能量量子化理論B.大多數α粒子擊中金箔后幾乎沿原方向返回C.α粒子經過a、c兩點時動能相等D.從a經過b運動到c的過程中α粒子的電勢能先減小后增大【解析】選C。盧瑟福依據α粒子散射試驗提出了原子的核式結構理論,選項A錯誤;大多數α粒子擊中金箔后幾乎不變更方向而沿原方向前進,選項B錯誤;因a、c兩點距離金原子核的距離相等,可知電勢能相等,則α粒子經過a、c兩點時動能相等,選項C正確;從a經過b運動到c的過程中,電場力先做負功,后做正功,可知α粒子的電勢能先增大后減小,選項D錯誤。4.盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的試驗探討原子結構,正確反映試驗結果的示意圖是 ()【解析】選D。α粒子轟擊金箔后偏轉,越靠近金原子核,偏轉的角度越大,所以A、B、C錯誤,D正確。5.下列對α粒子散射試驗裝置的描述,你認為正確的有 ()A.試驗器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的放大鏡B.金箔的厚度對試驗無影響C.假如不用金箔改用鋁箔,就不會發(fā)生散射現象D.試驗裝置放在空氣中和真空中都可以【解析】選A。由對α粒子散射試驗裝置的描述可知A項正確;試驗所用的金箔的厚度微小,假如金箔的厚度過大,α粒子穿過金箔時必定受到較大的阻礙作用而影響試驗效果,B項錯;假如改用鋁箔,由于鋁核的質量仍遠大于α粒子的質量,散射現象仍舊發(fā)生,C項錯;空氣的流淌及空氣中有很多漂移的分子,會對α粒子的運動產生影響,試驗裝置是放在真空中進行的,D項錯。6.(多選)依據盧瑟福的原子的核式結構理論,下列對原子結構的相識中,正確的是 ()A.原子中絕大部分是空的,原子核很小B.電子在核外運動,庫侖力供應向心力C.原子的全部正電荷都集中在原子核里D.原子核的直徑大約為10-10【解析】選A、B、C。盧瑟福α粒子散射試驗的結果否定了關于原子結構的湯姆孫模型,提出了關于原子的核式結構學說,并估算出原子核半徑的數量級為10-15m,原子半徑的數量級為10-10m,原子半徑是原子核半徑的十萬倍,所以原子內部是非?！翱諘缍?、非選擇題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數值計算的要標明單位)7.(12分)若氫原子的核外電子繞核做半徑為r的勻速圓周運動,則其角速度ω是多少?電子繞核的運動可等效為環(huán)形電流,則電子運動的等效電流I是多少(已知電子的質量為m,電荷量為e,靜電力常量用k表示)?【解析】電子繞核運動的向心力是庫侖力,因為=mω2r,所以ω=;其運動周期為T==,其等效電流I==。答案:8.(12分)如圖所示,電子以初速度v0從O點進入長為l、板間距離為d、電勢差為U的平行板電容器中,出電場時打在屏上P點,經測量O′P距離為Y0,求電子的比荷?！窘馕觥坑捎陔娮釉陔妶鲋凶鲱惼綊佭\動,沿電場線方向做初速度為零的勻加速直線運動,滿意Y0=at2=()2=,則=。答案:【補償訓練】電子所帶電荷量最早是由美國科學家密立根通過油滴試驗測出的。油滴試驗的原理如圖所示,兩塊水平放置的平行金屬板與電源連接,上、下板分別帶正、負電荷。油滴從噴霧器噴出后,由于摩擦而帶電,油滴進入上板中心小孔后落到勻強電場中,通過顯微鏡可以視察到油滴的運動狀況。兩金屬板間的距離為d,忽視空氣對油滴的浮力和阻力。(1)調整兩金屬板間的電勢差u,當u=U0時,使得某個質量為m1的油滴恰好做勻速運動,則該油滴所帶電荷量q為多少?(2)若油滴進入電場時的速度可以忽視,當兩金屬板間的電勢差u=U時,視察到某個質量為m2的油滴進入電場后做勻加速運動,經過時間t運動到下極板,求此油滴所帶電荷量Q?！窘馕觥?1)由平衡條件知m1g=q,解得q=。(2)若Q為正電荷,依據牛頓其次定律有m2g+=m2a,且d=at2,由以上兩式解得Q=(-g)。若Q為負電荷,依據牛頓其次定律有m2g-=m2a又d=at2,由以上兩式解得Q=(g-)。答案:(1)(2)(-g)或(g-)(15分鐘·40分)9.(7分)(多選)在α粒子散射試驗中,假如兩個具有相同能量的α粒子,從不同大小的角度散射出來,則散射角度大的α粒子 ()A.更接近原子核B.更遠離原子核C.受到一個以上的原子核作用D.受到原子核較大的沖量作用【解析】選A、D。由于原子的體積遠遠大于原子核的體積,當α粒子穿越某一個原子的空間時,其他原子核距α粒子相對較遠,而且其他原子核對α粒子的作用力也可以近似相互抵消,所以散射角度大的這個α粒子并不是由于受到多個原子核作用造成的,C錯;由庫侖定律可知,α粒子受到的斥力與距離的平方成反比,α粒子距原子核越近,斥力越大,運動狀態(tài)變更越大,即散射角度越大,A對,B錯;當α粒子受到原子核較大的沖量作用時,動量的變更量就大,即速度的變更量就大,則散射角度就大,D對。10.(7分)在α粒子散射試驗中,α粒子的偏轉是由于受到原子內正電荷的庫侖力作用而發(fā)生的,其中有極少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉,甚至被反向彈回。假定一個速度為v的高速α粒子He)與金原子核Au)發(fā)生彈性正碰(碰撞前金原子核可認為是靜止的),則 ()A.α粒子在靠近金原子核的過程中電勢能漸漸減小B.α粒子散射試驗說明原子核是由質子和中子組成的C.α粒子散射試驗說明帶正電的物質勻稱分布在原子內部D.當它們的距離最小時,α粒子與金原子核的動量大小之比為4∶197【解析】選D。α粒子在靠近金原子核的過程中,庫侖力做負功,電勢能漸漸增加,選項A錯誤;α粒子散射試驗是原子的核式結構理論的基礎,并不能說明原子核是由質子和中子組成的,選項B錯誤;α粒子散射試驗說明帶正電的物質分布在原子內部很小的區(qū)域內,即原子的內部有一個很小的原子核,選項C錯誤;α粒子在靠近金原子核的過程中,系統動量守恒,當它們的距離最小時,兩者的速度相等,則α粒子與金原子核的動量大小之比等于質量之比,即為4∶197,選項D正確。11.(7分)在盧瑟福的α粒子散射試驗中,某一α粒子經過某一原子核旁邊時的軌跡如圖中實線所示。圖中P、Q為軌跡上的點,虛線是過P、Q兩點并與軌跡相切的直線,兩虛線和軌跡將平面分為四個區(qū)域。不考慮其他原子核對該α粒子的作用,那么關于該原子核的位置,下列說法中正確的是 ()A.可能在①區(qū)域 B.可能在②區(qū)域C.可能在③區(qū)域 D.可能在④區(qū)域【解析】選A。α粒子帶正電,原子核也帶正電,對靠近它的α粒子產生斥力,故原子核不會在④區(qū)域;如原子核在②、③區(qū)域,α粒子會向①區(qū)域偏;如原子核在①區(qū)域,可能會出現題圖所示的軌跡,故應選A。12.(19分)英國科學家湯姆孫以及他所帶領的一批學者對原子結構的探討奠定了近代物理學的基石,其中他對陰極射線粒子比荷測定試驗最為聞名,裝置如圖1所示。某班的學生在試驗室重做該試驗,裝置如圖2所示,在玻璃管內的陰極K放射的射線被加速后,沿直線到達畫有正方形方格的熒光屏上。在上下正對的平行金屬極板上加上電壓,在板間形成電場強度為E的勻強電場,射線向上偏轉;再給玻璃管前后的勵磁線圈加上適當的電壓,在線圈之間形成磁感應強度為B的勻強磁場,射線沿直線運動,不發(fā)生偏轉。之后再去掉平行板間的電壓,射線向下偏轉,經過屏上A點,如圖3所示。(不計射線的重力,勻強電場、勻強磁場范圍限定在刻度“1”和“7”所在的豎直直線之間,且射線由刻度“1”所在位置進入該區(qū)域)。求:(1)求該射線進入場區(qū)域時的初速度v。(2)已知正方形方格邊長為d,求該射線粒子的比荷。(3)帶電粒子在磁場中運動到A點的時間?！窘馕觥?1)射線被加速后在電場力和洛倫茲力共同作用下做勻速直線運動,依據二力平衡得:qE=qvB解得:射線被加速后的