2024-2025學(xué)年新教材高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性3原子的核式結(jié)構(gòu)模型課時練習(xí)含解析新人教版選擇性必修3

PAGE8-原子的核式結(jié)構(gòu)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(guān)于陰極射線的本質(zhì),下列說法正確的是 ()A.陰極射線本質(zhì)是氫原子B.陰極射線本質(zhì)是電磁波C.陰極射線本質(zhì)是電子D.陰極射線本質(zhì)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(jié)構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)模型。放在3位置時,相同時間內(nèi)視察到屏上的閃光次數(shù)較少。放在2位置時,屏上仍能視察一些閃光,但次數(shù)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(jù)α粒子散射試驗提出了能量量子化理論B.大多數(shù)α粒子擊中金箔后幾乎沿原方向返回C.α粒子經(jīng)過a、c兩點時動能相等D.從a經(jīng)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(jù)α粒子散射試驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論,選項A錯誤;大多數(shù)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(jīng)過a、c兩點時動能相等,選項C正確;從a經(jīng)過b運動到c的過程中,電場力先做負(fù)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(jié)構(gòu),正確反映試驗結(jié)果的示意圖是 ()【解析】選D。α粒子轟擊金箔后偏轉(zhuǎn),越靠近金原子核,偏轉(zhuǎn)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(rèn)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(xiàn)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(zhì)量仍遠大于α粒子的質(zhì)量,散射現(xiàn)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(chǎn)生影響,試驗裝置是放在真空中進行的,D項錯。6.(多選)依據(jù)盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)理論,下列對原子結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)果否定了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的湯姆孫模型,提出了關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說,并估算出原子核半徑的數(shù)量級為10-15m,原子半徑的數(shù)量級為10-10m,原子半徑是原子核半徑的十萬倍,所以原子內(nèi)部是非常“空曠二、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(shù)值計算的要標(biāo)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(zhì)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(jīng)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(xùn)練】電子所帶電荷量最早是由美國科學(xué)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(fù)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(diào)整兩金屬板間的電勢差u,當(dāng)u=U0時,使得某個質(zhì)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(dāng)兩金屬板間的電勢差u=U時,視察到某個質(zhì)量為m2的油滴進入電場后做勻加速運動,經(jīng)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(jù)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(fù)電荷,依據(jù)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(dāng)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(dāng)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(zhuǎn)是由于受到原子內(nèi)正電荷的庫侖力作用而發(fā)生的,其中有極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),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(rèn)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(zhì)子和中子組成的C.α粒子散射試驗說明帶正電的物質(zhì)勻稱分布在原子內(nèi)部D.當(dāng)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(fù)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(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ),并不能說明原子核是由質(zhì)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(zhì)分布在原子內(nèi)部很小的區(qū)域內(nèi),即原子的內(nèi)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(tǒng)動量守恒,當(dāng)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(zhì)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(jīng)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(guān)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(chǎn)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(xiàn)題圖所示的軌跡,故應(yīng)選A。12.(19分)英國科學(xué)家湯姆孫以及他所帶領(lǐng)的一批學(xué)者對原子結(jié)構(gòu)的探討奠定了近代物理學(xué)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(xué)生在試驗室重做該試驗,裝置如圖2所示,在玻璃管內(nèi)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(zhuǎn);再給玻璃管前后的勵磁線圈加上適當(dāng)?shù)碾妷?在線圈之間形成磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,射線沿直線運動,不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。之后再去掉平行板間的電壓,射線向下偏轉(zhuǎn),經(jīng)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。【解析】(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(jù)二力平衡得:qE=qvB解得:射線被加速后的