2024-2025學(xué)年高中物理第十八章原子結(jié)構(gòu)第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型課后作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGE6-第2節(jié)原子的核式結(jié)構(gòu)模型A組：合格性水平訓(xùn)練1．(α粒子散射試驗(yàn))盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型的依據(jù)是用α粒子轟擊金箔，試驗(yàn)中發(fā)覺α粒子()A．全部穿過(guò)或發(fā)生很小偏轉(zhuǎn)B．絕大多數(shù)穿過(guò)，只有少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，有的甚至被彈回C．絕大多數(shù)發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回，只有少數(shù)穿過(guò)D．全部發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)答案B解析盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)結(jié)果是絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，故A錯(cuò)誤；α粒子被散射時(shí)只有少數(shù)發(fā)生了較大角度偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過(guò)了90°，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°，故B正確，C、D錯(cuò)誤。2．(α粒子散射試驗(yàn))(多選)關(guān)于α粒子散射試驗(yàn)的說(shuō)法正確的是()A．少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，是因?yàn)樗龅搅嗽又械碾娮覤．α粒子在靠近原子核時(shí)，庫(kù)侖斥力對(duì)它做負(fù)功，它的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能C．α粒子距離原子核最近時(shí)，加速度肯定等于零，此時(shí)系統(tǒng)總能量最大D．盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象，否定了湯姆孫的原子模型，提出原子核式結(jié)構(gòu)模型答案BD解析由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子質(zhì)量，因而大多數(shù)α粒子沿直線運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；α粒子距原子核最近時(shí)，加速度最大，電勢(shì)能最大，總能量不變，C錯(cuò)誤。3．(α粒子散射試驗(yàn))關(guān)于α粒子的散射試驗(yàn)說(shuō)明有下列幾種說(shuō)法，其中錯(cuò)誤的是()A．從α粒子的散射試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以估計(jì)出原子核的大小B．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度的散射的事實(shí)，表明原子中有一個(gè)質(zhì)量很大而體積很小的帶正電的核存在C．統(tǒng)計(jì)散射到各個(gè)方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中電荷的分布狀況D．絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原方向前進(jìn)，表明原子中正電荷是勻稱分布的答案D解析明確α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象的內(nèi)容以及造成這種現(xiàn)象的緣由，正確利用物體受力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系推斷。從α粒子的散射試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以估計(jì)出原子核的大小，A正確。極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度的散射的事實(shí)，表明原子中有一個(gè)質(zhì)量很大而體積很小的帶正電的核存在，B正確。統(tǒng)計(jì)散射到各個(gè)方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中電荷的分布狀況，C正確。絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原方向前進(jìn)，表明原子中是比較空曠的，D錯(cuò)誤。4．(α粒子散射試驗(yàn))(多選)在α粒子散射試驗(yàn)中，當(dāng)α粒子穿過(guò)金箔時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．與金原子核相距較遠(yuǎn)的α粒子，可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)B．與金原子核相距較近的α粒子，可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)C．α粒子與金原子核距離最近時(shí)，系統(tǒng)的能量最小D．α粒子與金原子核距離最近時(shí)，系統(tǒng)的電勢(shì)能最大答案BD解析對(duì)α粒子散射現(xiàn)象，盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)給出了圓滿的說(shuō)明，并推算出了原子核直徑的數(shù)量級(jí)為10－15m，只相當(dāng)于原子直徑的十萬(wàn)分之一。α粒子穿過(guò)金箔時(shí)，只有少數(shù)α粒子可能離核較近，金原子核對(duì)α粒子的庫(kù)侖力較大，使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，故A錯(cuò)誤，B正確；α粒子與金原子核之間的作用力是庫(kù)侖斥力，在α粒子向金原子核靠近時(shí)，要克服庫(kù)侖力做功，α粒子的動(dòng)能削減，電勢(shì)能增加；在α粒子遠(yuǎn)離金原子核時(shí)，庫(kù)侖力對(duì)α粒子做正功，α粒子的動(dòng)能增加，電勢(shì)能削減。α粒子與金原子核組成的系統(tǒng)總能量不變，它們距離最近時(shí)，系統(tǒng)的電勢(shì)能最大，故C錯(cuò)誤，D正確。5．(盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型、原子核的尺度)(多選)關(guān)于盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)的內(nèi)容，下列敘述正確的是()A．原子是一個(gè)質(zhì)量分布勻稱的球體B．原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)C．原子的正電荷和負(fù)電荷全部集中在一個(gè)很小的核內(nèi)D．原子半徑的數(shù)量級(jí)是10－10m，原子核半徑的數(shù)量級(jí)是10－15m答案BD解析依據(jù)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，可知B、D正確。6．(α粒子散射試驗(yàn))(多選)在α粒子散射試驗(yàn)中，假如一個(gè)α粒子跟金箔中的電子相撞，則()A．α粒子的動(dòng)能和動(dòng)量幾乎沒(méi)有損失B．α粒子將損失部分動(dòng)能和動(dòng)量C．α粒子不會(huì)發(fā)生顯著的偏轉(zhuǎn)D．α粒子將發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)答案AC解析由于α粒子質(zhì)量約是電子質(zhì)量的7300倍，所以α粒子與電子相撞后對(duì)α粒子的影響微乎其微，所以A、C正確。7.(綜合)依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖為原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景。圖中實(shí)線表示α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。其中一個(gè)α粒子在從a運(yùn)動(dòng)到b、再運(yùn)動(dòng)到c的過(guò)程中(α粒子在b點(diǎn)時(shí)距原子核最近)，下列推斷正確的是()A．α粒子的動(dòng)能先增大后減小B．α粒子的電勢(shì)能先增大后減小C．α粒子的加速度先變小后變大D．電場(chǎng)力對(duì)α粒子先做正功后做負(fù)功答案B解析α粒子從a經(jīng)b到達(dá)c的過(guò)程中電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功，D錯(cuò)誤；α粒子的動(dòng)能先減小后增大，A錯(cuò)誤；α粒子的電勢(shì)能先增大后減小，B正確；α粒子的加速度先變大后變小，C錯(cuò)誤。B組：等級(jí)性水平訓(xùn)練8.(α粒子散射試驗(yàn))(多選)如圖所示為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射試驗(yàn)的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，下面關(guān)于視察到的現(xiàn)象的說(shuō)法中正確的是()A．放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)視察到熒光屏上的閃光次數(shù)最多B．放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)視察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時(shí)稍少些C．放在C、D位置時(shí)，屏上視察不到閃光D．放在D位置時(shí)，屏上仍能視察一些閃光，但次數(shù)極少答案ABD解析放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)視察到屏上的閃光次數(shù)最多，說(shuō)明大多數(shù)射線基本不偏折，可以知道金箔原子內(nèi)部很空曠，所以A正確；放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)視察到屏上的閃光次數(shù)比A位置時(shí)稍少些，說(shuō)明較少射線發(fā)生偏折，可以知道原子內(nèi)部帶正電的那部分物質(zhì)體積小、質(zhì)量大，所以B正確；放在C、D位置時(shí)，屏上仍能視察到一些閃光，但次數(shù)極少。說(shuō)明極少數(shù)射線較大偏折，可以知道原子內(nèi)部帶正電的那部分物質(zhì)體積小且質(zhì)量大，故C錯(cuò)誤，D正確。9．(α粒子散射試驗(yàn))(多選)關(guān)于α粒子散射試驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是()A．在試驗(yàn)中視察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過(guò)90°，有的甚至接近180°被彈回B．使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力是來(lái)自帶負(fù)電的核外電子；當(dāng)α粒子接近電子時(shí)，是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)C．試驗(yàn)表明：原子中心有一個(gè)微小的核，它占有原子體積的微小部分D．試驗(yàn)表明：原子中心的核帶有原子的全部正電荷及全部質(zhì)量答案AC解析題中選項(xiàng)A是對(duì)該試驗(yàn)現(xiàn)象的正確描述，故A正確；選項(xiàng)B，使α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的力是原子核對(duì)它的靜電排斥力，而不是電子對(duì)它的吸引力，故B錯(cuò)誤；選項(xiàng)C是對(duì)試驗(yàn)結(jié)論之一的正確分析，故C正確；選項(xiàng)D，原子核集中了全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，因?yàn)楹送膺€有電子，故D錯(cuò)誤。10．(α粒子散射試驗(yàn))如圖所示，X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它們?nèi)肷鋾r(shí)的動(dòng)能相同，其偏轉(zhuǎn)軌道可能是圖中的()答案D解析α粒子離金核越遠(yuǎn)，其所受斥力越小，軌道彎曲就越小，故D正確。11．(綜合)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，湯姆孫提出棗糕模型、盧瑟福提出行星模型……如圖甲和圖乙所示，都采納了類比推理的方法。下列事實(shí)中，主要采納類比推理的是()A．人們?yōu)楸阌谔接懳矬w的運(yùn)動(dòng)而建立的質(zhì)點(diǎn)模型B．伽利略從教堂吊燈的搖擺中發(fā)覺擺的等時(shí)性規(guī)律C．庫(kù)侖依據(jù)牛頓的萬(wàn)有引力定律提出庫(kù)侖定律D．托馬斯·楊通過(guò)雙縫干涉試驗(yàn)證明光是一種波答案C解析質(zhì)點(diǎn)的模型是一種志向化的物理模型，是為探討物體的運(yùn)動(dòng)而建立的；伽利略的擺的等時(shí)性是通過(guò)視察現(xiàn)象發(fā)覺的；托馬斯·楊通過(guò)試驗(yàn)證明光是一種波，是建立在事實(shí)的基礎(chǔ)上的。12．(綜合)已知電子質(zhì)量為9.1×10－31kg，電荷量為－1.6×10－19C，當(dāng)氫原子核外電子繞核旋轉(zhuǎn)時(shí)的軌道半徑為0.53×10－10m時(shí)，求電子繞核運(yùn)動(dòng)的速度、頻率、動(dòng)能和等效電流。答案2.19×106m/s6.58×1015Hz2.17×10－18J1.07×10－3A解析依據(jù)庫(kù)侖力供應(yīng)電子繞核旋轉(zhuǎn)的向心力可知keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)v＝eeq\r(\f(k,rm))＝1.6×10－19×eq\r(\f(9×109,0.53×10－10×9.1×10－31))m/s≈2.19×106m/s。而v＝2πfr，即f＝eq\f(v,2πr)＝eq\f(2.19×106,2×3.14×0.53×10－10)Hz≈6.58×1015Hz，Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)·eq\f(ke2,r)＝eq\f(1,2)×eq\f(9×109×(1.6×10－19)2,0.53×10－10)J≈2.17×10－18J。設(shè)電子運(yùn)動(dòng)周期為T，則T＝eq\f(1,f)＝eq\f(1,6.58×1015)s≈1.5×10－16s，電子繞核的等效電流：I＝eq\f(q,t)＝eq\f(e,T)＝eq\f(1.6×10－19,1.5×10－16)A≈1.07×10－3A。13．(綜合)速度為107m/s的α粒子從很遠(yuǎn)的地方飛來(lái)，與鋁原子核發(fā)生對(duì)心碰撞，若α粒子質(zhì)量為4m0，鋁核質(zhì)量為27m0，它們距離最近時(shí)，鋁核獲得的動(dòng)能是原α粒子動(dòng)能的多少倍？答案eq\f(108,961)解析在α粒子和鋁原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)，當(dāng)二者速度相同時(shí)，相距最近，在α粒子靠近過(guò)程中，由動(dòng)量守恒定律得mαv0＝(mα＋m鋁)v共，所以v共＝eq\f(mαv0,mα＋m鋁)＝eq\f(4,31)v0，eq\f(Ek鋁,Ekα)＝eq\f(\f(1,2)m鋁v\o\al(2,共),\f(1,2)mαv\o\al(2,0))＝eq\f(108,961)。14．(綜合)假如α粒子以速度v與電子發(fā)生彈性正碰(假定電子原來(lái)是靜止的)，求碰撞后α粒子的速度改變了多少？并由此說(shuō)明：為什么原子中的電子不能使α粒子發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)？eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(電子的質(zhì)量約為α粒子質(zhì)量的\f(1,7300)))答案見解析解析設(shè)α粒子質(zhì)量為M，與電子碰后速度為v1，電子質(zhì)量為m，與α粒子碰后速度為v2，由動(dòng)量守恒定律得Mv＝Mv1＋mv2