人教高中物理同步讲义练习选择性必修三4.3原子的核式结构模型（解析版）

4.3原子的核式结构模型知识点一、电子的发现1．阴极射线：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＝1.6×10－19_C(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．电子的质量me＝9.1×10－31kg(保留两位有效数字)，质子质量与电子质量的比值为eq\f(mp,me)＝1_836.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).知识点二、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”，如图知识点三、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绝大多数的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；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．知识点四、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．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子穿过金箔散射过程的径迹（图中的黑点为金箔的原子核），其中正确的是（）A． B． C． D．【解答】解：α粒子受到原子核的斥力作用而发生散射，离原子核越近的粒子，受到的斥力越大，散射角度越大，故C正确，ABD错误。故选：C。卢瑟福α粒子散射实验的结果（）A．证明了质子的存在 B．证明了电子的存在 C．证明了原子核是由质子和中子组成的 D．说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上【解答】解：A．此实验不能说明原子核内存在质子，故A错误；B、1897年，汤姆逊在实验中发现了电子，该实验不能证明电子的存在，故B错误；C、由于极少数α粒子发生了大角度偏转，原子全部正电荷集中在原子中央很小的体积内，即原子核内，不能说明原子核有其本身组成。故C错误；D、卢瑟福的α粒子散射实验结果得出：原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上，故D正确。故选：D。（2023春•三台县校级期末）关于α粒子散射实验的下述说法中正确的是（）A．实验表明原子的中心有一个很大的核，它占有原子体积的绝大部分 B．实验表明原子的中心有个很小的核，集中了原子的全部正电荷 C．实验表明原子核是由质子和中子组成的 D．实验表明该实验证实了汤姆生原子模型的正确性【解答】解：α粒子散射实验表明原子的中心有个很小的核，集中了原子的全部正电荷，占有原子体积的极小部分，证实了原子的核式结构，但是该实验不能表明原子核是由质子和中子组成的。故ACD错误，B正确。故选：B。（多选）如图所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图．显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光．安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转．下列说法中正确的是（）A．如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点 B．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里 C．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里 D．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场强度应该先由小到大，再由大到小【解答】解：A、如果偏转线圈中没有电流，不产生磁场，则电子束将沿直线打在荧光屏正中的O点。故A正确。B、要使电子束打在荧光屏上A点，电子束所受的洛伦兹力方向向上，根据左手定则可以得知，偏转磁场的方向应该垂直纸面向外。故B错误。C、要使电子束打在荧光屏上B点，电子束所受的洛伦兹力方向向下，根据左手定则可以得知，偏转磁场的方向应该垂直纸面向里。故C正确。D、要使电子束在荧光屏上的位置由B向A点移动，电子在偏转磁场中运动的半径先增大后减小，则电子在磁场中圆周运动的半径公式r=mvBq分析得知，偏转磁场强度应该先由大到小，再由小到大。故故选：AC。（多选）（2023春•上犹县校级期末）如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是（）A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光 C．卢瑟福根据α粒子散射实验观察到的现象肯定了汤姆孙的“枣糕模型” D．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型【解答】解：AB、在α粒子散射实验中，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超过90°，所以荧光屏和显微镜放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，放在C、D位置时，屏上仍可以观察到闪光，只是次数较放在A和B位置时少，故屏上观察不到闪光是错误的，故A正确，B错误；CD、卢瑟福根据α粒子散射实验观察到的现象，否定了汤姆孙的“枣糕模型”，卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出了原子的核式结构模型，故C错误，D正确。故选：AD。（多选）卢瑟福对α粒子散射实验的解说是（）A．使α粒子产生偏转的力主要是原子中的电子对α粒子的作用力 B．使α粒子产生偏转的力主要是库仑力 C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍眼原来的方向前进 D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子【解答】解：A、使α粒子产生偏转的力主要是原子核对α粒子的库仑力的作用，故A错误，B正确；C、只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，故C正确；D、离原子核近的α粒子受到的原子核对它的库仑力就大，能产生大角度偏转，故D正确。故选：BCD。在α粒子散射实验中，根据α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离就可以估算原子核的大小。现有一个α粒子以2.0×107m/s的速度去轰击金箔，金原子的电荷数为79。已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Ep＝kq1q2r，r为带电粒子到点电荷的距离，α粒子质量为6.64×10﹣27kg，静电力常量k＝9.0×109N•m2/C2，α粒子的电荷量是电子的2倍，e＝1.6×10求该α粒子与金原子核之间的最小距离。【解答】解：当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，则：12m所以：d≈2.7×10﹣14m。汤姆生对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”。关于电子的说法正确的是（）A．任何物质中均有电子 B．不同的物质中具有不同的电子 C．电子质量是质子质量的1836倍 D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元【解答】解：A、汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子，即电子，不同物质中的电子相同，故A正确，B错误C、质子质量是电子质量的1836倍，故C错误D、汤姆孙通过对不同材料的阴极发出的射线的研究，并研究了光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，故D错误；故选：A。关于电子的发现，下列叙述中不正确的是（）A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 B．电子的发现，说明原子具有一定的结构 C．电子是第一种被人类发现的基本粒子 D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象【解答】解：AB.发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子具有一定的结构，但并没有证明原子核的存在，也不能说明原子是由电子和原子核组成的，故A错误，B正确；C.电子是人类发现的第一种基本粒子，C正确；D.物体带电的过程，就是电子得失和转移的过程，D正确。本题选不正确的，故选：A。卢瑟福的α粒子散射实验的结果表明（）A．原子内存在电子 B．原子核还可再分 C．原子具有核式结构 D．原子核由质子和中子组成【解答】解：a粒子散射实验结果表明：绝大多数a粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数a粒子发生了较大的偏转，并有极少数a粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来，该实验的结果说明原子具有核式结构。故C正确，ABD错误故选：C。（2022•陕西一模）关于卢瑟福的α粒子散射实验和原子的核式结构模型，下列说法中不正确的是（）A．绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进 B．只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上 C．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论 D．卢瑟福的“核式结构模型”很好地解释了氧原子光谱的实验【解答】解：AB、α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来），故A正确，B正确；C、卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论，解释了α粒子散射实验的现象，故C正确；D、是玻尔提出来玻尔理论很好地解释了氧原子光谱的实验，故D错误。本题选择不正确的，故选：D。卢瑟福根据α粒子散射实验的结果的分析，提出了（）A．电子是原子的组成部分 B．原子核是由质子和中子组成的 C．原子的核式结构模型 D．原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动【解答】解：A、卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出了原子具有核式结构，而电子则是汤姆生提出。故A错误。B、此实验不能说明原子核内存在中子和质子。故B错误。C、由于极少数α粒子发生了大角度偏转，原子有全部正电荷集中在原子中央很小的体积内，即原子核，这是原子的核结构模型的内容。故C正确。D、玻尔的原子模型中提出，原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动。故D错误。故选：C。如图所示为α粒子散射实验装置的俯视图，带荧光屏的显微镜可沿图中圆形轨道转动对图中P、Q、M三处位置观察到的实验现象，下列描述正确的是（）A．在M、Q位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多 B．在P位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 C．在Q位置时，屏上观察不到闪光 D．在M位置时，屏上观察不到闪光【解答】解：ACD、根据α粒子散射实验现象可知，相同时间内在P位置观察到屏上的闪光次数最多，Q点较少，M点时屏上仍能观察一些闪光，但次数极少。故A错误，C错误，D错误；B、放在P位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多。说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷。故B正确；故选：B。（2023•南岗区校级三模）在α粒子散射实验中，下列图景正确的是（）A． B． C． D．【解答】解：AB．α粒子穿过原子时，电子对α粒子运动的影响很小，影响α粒子运动的主要是带正电的原子核。而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数α粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转，故A错误，B正确；CD．由库仑定律和原子核式结构模型可知，电子的质量只有α粒子的17300，它对α粒子速度的大小和方向的影响的影响，完全可以忽略，α粒子偏转主要是带正电的原子核造成的，故CD故选：B。（2023•如东县开学）如图所示，α粒子散射实验中，移动显微镜M分别在a、b、c、d四个位置观察，则（）A．在a处观察到的是金原子核 B．在b处观察到的是电子 C．在c处能观察到α粒子 D．在d处不能观察到任何粒子【解答】解：α粒子散射实验是用α粒子轰击金属箔，观察到的现象是绝大多数的α粒子穿过金属箔后基本上仍沿原来的方向继续前进，有少数的α粒子运动轨迹发生了较大的偏转，极少数的发生α粒子甚至被反弹，沿原路返回。实验中用显微镜观察到的实际上是α粒子的。A、在a处观察到是未发生偏转的α粒子，故A错误；BC、在bc处观察到是发生大角度偏转的α粒子，故B错误，C正确；D、极少数偏转的角度甚至大于90°，在d处能观察到α粒子，故D错误。故选：C。如图，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等，以下说法正确的是（）A．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了能量量子化理论 B．大多数α粒子击中金箔后几乎沿原方向返回 C．α粒子经过a、c两点时动能相等 D．从a经过b运动到c的过程中α粒子的电势能先减小后增大【解答】解：A、α粒子的散射实验说明了原子具有核式结构。故A错误；B、根据α粒子散射现象可知，大多数α粒子击中金箔后几乎沿原方向前进。故B错误；C、a、c两点距金原子核的距离相等，则α粒子经过a、c两点时动能相等。故C正确；D、α粒子受到斥力作用，根据电场力做功特点可知：从远处运动到近处过程中电场力做负功，电势能增加，所以α粒子的电势能先增大后减小，故D错误。故选：C。（多选）（2023春•南昌期末）α粒子散射实验是近代物理学中经典的实验之一，卢瑟福通过该实验证实了原子的核式结构模型，其实验装置如图所示。下列说法正确的是（）A．荧光屏在B位置的亮斑比A位置多 B．该实验说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 C．荧光屏在C位置的亮斑比A、B位置少 D．该实验说明原子质量均匀地分布在原子内【解答】解：AC．根据α粒子散射实验现象，大多数粒子通过金箔后方向不变，少数粒子方向发生改变，极少数偏转超过90°，甚至有的被反向弹回，可知荧光屏在B位置的亮斑比A位置少，荧光屏在C位置的亮斑比A、B位置少，故A错误，C正确；BD．该实验说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，而不是原子质量均匀地分布在原子内，故B正确，D错误；故选：BC。（1）汤姆孙的原子模型（如图①所示）汤姆孙于1898年提出一种模型，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这个模型称为“枣糕模型”或“西瓜模型”。（2）α粒子散射实验①α粒子：从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7300倍。②实验装置如图②所示，整个装置处于真空中，其中：③实验结果：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（约占18000）发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来④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，建立了原子的核式结构模型。（3）原子的核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核，它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。（4）原子核的电荷与尺度①原子核的电荷数（或电子数）非常接近它们的序数。②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原子核的半径的数量级为10﹣15m，而原子半径的数量级是10﹣10m，可见原子内部是十分“空旷”的。【解答】解：（1）汤姆孙于1898年提出一种模型，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这个模型称为“枣糕模型”或“西瓜模型”。（2）α粒子散射实验结果为绝大多数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（约占18000）发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90α粒子散射实验的意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了原子的核式结构模型。（3）原子的核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核，它集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。（4）原子核的电荷与尺度①原子核的电荷数（或电子数）非常接近它们的序数。②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