高中物理鲁科版5第二章原子结构第2节原子的核式结构模型 2023版学业分层测评5

学业分层测评(五)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多选)关于物质结构的研究有下列叙述，其中正确的是()A．电子的发现使人们认识到原子有复杂的结构B．根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型C．原子内部的正电荷全部集中在原子中心极小的原子核内D．电子均匀分布在原子内部【解析】电子的发现使人们认识了原子有复杂的结构，选项A正确；根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，选项B正确；原子内部的正电荷全部集中在极小的原子核内，选项C正确，电子在原子核外空间高速运转，并不是均匀分布，D错误．【答案】ABC2．(多选)关于α粒子散射实验装置，下列说法正确的是()A．实验装置应放在真空中B．金箔的厚度对实验无影响C．如果把金箔改为铝箔，更不容易观察到大角度散射现象D．实验时，金箔、荧光屏和显微镜均能在圆周上运动【解析】根据α粒子散射实验装置的要求，不在真空中实验可能会受到空气中尘埃等微粒的影响，A对．当金箔偏厚时，α粒子可能无法穿过，B错．金箔改为铝箔，由于铝原子核质量较小，而不容易观察到大角度散射，C正确．实验中金箔不动，显微镜沿圆周运动，D错．【答案】AC3．从α粒子散射实验结果出发推出的结论有：①金原子内部大部分都是空的；②金原子是一个球体；③汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况；④原子核的半径很小，其中正确的是()A．①②③ B．①③④C．①②④ D．①②③④【解析】从α粒子散射实验结果出发，可推出带电的原子核体积很小，集中了原子几乎所有的质量，带负电的电子质量很小，绕核运动；故选B.【答案】B4．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看做静止不动；下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()ABCD【解析】金箔中的原子核与α粒子都带正电，α粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用，A、D错误；由原子核对α粒子的斥力作用，及物体做曲线运动的条件，知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方，选项B错、C对．【答案】C5．在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是()【导学号：64772094】A．原子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．原子中的质量均匀分布在整个原子范围内【解析】原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，才使在α粒子散射实验中，只有少数离核很近的α粒子，受到较大的库仑斥力，发生大角度的偏转，所以选项A正确．【答案】A6．如图2­2­4所示，实线表示金原子核电场的等势线，虚线表示α粒子在金核电场中散射时的运动轨迹．设α粒子通过a、b、c三点时速度分别为va、vb、vc，电势能分别为Ea、Eb、Ec，则va、vb、vc由小到大的顺序为____________________，Ea、Eb、Ec由小到大的顺序为________________．图2­2­4【解析】金原子核和α粒子都带正电，α粒子在接近金核过程中需不断克服库仑力做功，它的动能减小，速度减小，电势能增加；α粒子在远离金核过程中库仑力不断对它做功，它的动能增大，速度增大，电势能减小．因此这三个位置的速度大小关系和电势能大小关系为vb＜va＜vc，Ec<Ea<Eb.【答案】vb＜va＜vcEc<Ea<Eb7．已知电子质量为×10－31kg，带电荷量为－×10－19C，若氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为×10－10m，求电子绕核运动的线速度．【解析】库仑力提供电子做圆周运动的向心力，由eq\f(ke2,r2)＝eq\f(mv2,r)，得v＝eeq\r(\f(k,mr))＝×10－19×eq\r(\f(9×109,×10－10××10－31))m/s＝×106m/s.【答案】×106m/s[能力提升]8．(多选)α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时，α粒子符合下列哪种情况()A．动能最小B．电势能最小C．α粒子与金原子组成的系统的能量最小D．所受原子核的斥力最大【解析】α粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑力做功，动能减少，电势能增加．两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒．根据库仑定律，距离最近时，斥力最大．故A、D均正确．【答案】AD9．卢瑟福的原子核式结构模型认为，核外电子绕核运动．设想氢原子的核外电子绕核做匀速圆周运动，氢原子中电子离核最近的轨道半径为r1，已知电子电荷量为e，静电力恒量为k，用经典物理学的知识，(1)计算电子在半径为r1的轨道运动时的动能．(2)设轨道2的半径r2＝4r1，计算电子在轨道2运动时的动能．(3)比较电子在轨道1与轨道2的动能，Ek1________Ek2(选填“＞”“＜”或“＝”)，电势能Ep1________Ep2(选填“＞”“＜”或“＝”)．【解析】(1)根据库仑力充当向心力有keq\f(e2,r\o\al(2,1))＝meq\f(v2,r1)，故Ek＝eq\f(1,2)mv2＝keq\f(e2,2r1).(2)由(1)知当r2＝4r1时有Ek′＝keq\f(e2,2r2)＝keq\f(e2,8r1).(3)由(2)知由轨道1运动至轨道2，电子动能减小，故Ek1＞Ek2，由轨道1至轨道2过程中，电子克服库仑力引力做功，电势能增大，故Ep1＜Ep2.【答案】(1)keq\f(e2,2r1)(2)keq\f(e2,8r1)(3)＞＜10．如图2­2­5所示，M、N为原子核外的两个等势面，已知UNM＝100V．一个α粒子以×105m/s从等势面M上的A点运动到等势面N上的B点，求α粒子在B点时速度的大小．(已知mα＝×10－27kg)【导学号：64772028】图2­2­5【解析】α粒子在由A到B的过程中，根据动能定理－2eUNM＝eq\f(1,2)mαv2－eq\f(1,2)mαveq\o\al(2,0)由此得v＝eq\r(v\o\al(2,0)－\f(4eUNM,mα))＝eq\r(×1052－\f(4××10－19×100,×10－27))m/s＝×105m/s.【答案】×105m/s11．α粒子的质量大约是电子质量的7300倍，如果α粒子以速度v跟电子发生弹性正碰(假设电子原来是静止的)，则碰撞后α粒子的速度变化了多少？【解析】设电子质量为m，碰后α粒子速度为v1，电子速度为v2，由弹性碰撞中能量和动量守恒得eq\f(1,2)×7300mv2＝eq\f(1,2)×7300mveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)m