2024-2025学年高中物理第2章原子结构2原子的核式结构模型课时练习含解析鲁科版选修3-5

PAGE7-原子的核式结构模型(25分钟·60分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.如图为α粒子散射试验装置的示意图,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,关于视察到的现象,下述说法不正确的是 ()A.相同时间内放在A位置时视察到屏上的闪光次数最多B.相同时间内放在B位置时视察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多C.放在C、D位置时屏上视察不到闪光D.放在D位置时屏上仍能视察到一些闪光,但次数极少【解析】选C。依据α粒子散射试验的现象,绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上沿原方向前进,因此在A位置视察到闪光次数最多,故A正确,少数α粒子发生大角度偏转,因此从A到D视察到的闪光会渐渐削减,因此B、D正确,C错误。2.在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中,下列说法正确的是 ()A.α粒子始终受到金原子核的斥力作用B.α粒子的动能不断减小C.α粒子的电势能不断增大D.α粒子发生散射,是与电子碰撞的结果【解析】选A。在α粒子穿过金箔的过程中,始终受到金原子核的库仑斥力作用,α粒子的动能先减小后增大,电势能先增大后减小。综上所述本题选A。【加固训练】在卢瑟福的α粒子散射试验中,有少数α粒子发生大角度偏转,其缘由是()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.正电荷在原子中是匀称分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子中的质量匀称分布在整个原子范围内【解析】选A。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粒子散射试验中,只有少数的α粒子离核很近,受到较大的库仑斥力,发生大角度的偏转,所以选项A正确。3.(多选)关于α粒子散射试验及核式结构模型,下列说法正确的是 ()A.从α粒子源到荧光屏处于真空环境中B.绝大多数α粒子穿过金箔后不发生偏转C.α粒子接近金原子核时,受到很强的吸引力才可能发生大角度偏转D.α粒子散射试验否定了核式结构模型【解析】选A、B。从α粒子源到荧光屏处于真空环境中,选项A正确;绝大多数α粒子穿过金箔后不变更方向,只有极少数的粒子发生大角度偏转,选项B正确;α粒子接近金原子核时,受到很强的排斥力才可能发生大角度偏转,选项C错误;α粒子散射试验建立了原子的核式结构模型,选项D错误。4.如图所示,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εa、εb、εc,则 ()A.va>vb>vc,εb>εa>εcB.vb>vc>va,εb<εa<εcC.vb>va>vc,εb<εa<εcD.vb<va<vc,εb>εa>εc【解析】选D。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,εb>εa>εc。5.α粒子散射试验中,不考虑电子和α粒子的碰撞影响,是因为 ()A.α粒子与电子根本无相互作用B.α粒子受电子作用的合力为零,是因为电子是匀称分布的C.α粒子和电子碰撞损失能量很少,可忽视不计D.电子很小,α粒子碰撞不到电子【解析】选C。α粒子与电子之间存在着相互作用力,这个作用力是库仑引力,A、B错;但由于电子质量很小,碰撞时对α粒子的运动影响微小,α粒子几乎不变更运动方向,就像一颗子弹撞上一粒尘埃一样,故C对,D错。6.(多选)关于α粒子散射试验,下列说法正确的是()A.α粒子穿过原子时,由于α粒子的质量比电子大得多,电子不行能使α粒子的运动方向发生明显的变更B.由于绝大多数α粒子穿过金箔后仍按原来方向前进,所以使α粒子发生大角度偏转的缘由是在原子中微小的区域内集中着对α粒子产生库仑力的正电荷C.α粒子穿过原子时,只有少数粒子发生大角度偏转的缘由是原子核很小,α粒子接近原子核的机会很少D.使α粒子发生大角度偏转的缘由是α粒子穿过原子时,原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等【解析】选A、B、C。电子的质量很小,当和α粒子作用时,对α粒子运动的影响极其微小,A正确。α粒子发生大角度偏转,说明原子的正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的区域内,故B、C正确,D错误。二、非选择题(本题共2小题,共24分)7.(12分)(2024·三明高二检测)氢原子核外电子质量为m,绕核运动的半径为r,绕行方向如图所示,则电子在该轨道上运动的加速度大小为________,假设核外电子绕核运动可等效为一环形电流,则这一等效电流的值为____________,若在垂直电子轨道平面加上一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面对里,则电子绕核运动的轨道半径将______。(选填“增大”或“减小”)

【解析】依据库仑力供应电子绕核旋转的向心力。可知:k=ma所以a=设电子运动周期为T,则k=mr电子绕核的等效电流:I===若在垂直电子轨道平面加上一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面对里,电子的向心力增大,将做向心运动,所以电子绕核运动的轨道半径将减小。答案:减小8.(12分)如图所示,M、N为原子核外的两个等势面,已知UNM=100V。一个α粒子以2.5×105m/s的速率从等势面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【解析】α粒子从A点运动到B点,库仑力做的功WAB=qUMN=-qUNM,由动能定理WAB=mα-mα,故vB==m/s≈2.3×105答案:2.3×105(15分钟·40分)9.(6分)如图所示为α粒子散射试验装置,粒子打到荧光屏上会引起闪耀,若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中A、B、C、D四处位置。则这四处位置在相等时间内统计的闪耀次数符合事实的是 ()A.1305、25、7、1B.202、405、625、825C.1202、1010、723、203D.1202、1305、723、203【解析】选A。依据α粒子散射试验的统计结果,大多数粒子能按原来方向前进,少数粒子方向发生了偏转,极少数粒子偏转超过90°,甚至有的被反向弹回。所以在相等时间内A处闪耀次数最多,其次是B、C、D三处,并且数据相差比较大,所以只有选项A符合事实。10.(6分)依据α粒子散射试验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线,实线表示一个α粒子的运动轨迹。在α粒子从a运动到b,再运动到c的过程中,下列说法中正确的是 ()A.动能先增大,后减小B.电势能先减小,后增大C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零D.加速度先变小,后变大【解题指南】解答本题时首先要留意α粒子散射试验中的功能关系。α粒子接近原子核时,电场力做负功,α粒子的动能减小,电势能增加;反之,α粒子离开原子核时,电场力做正功,α粒子的动能增加,电势能减小。其次要留意α粒子在a、c两点时具有的电势能的关系。【解析】选C。α粒子从a运动到b的过程中,电场力做负功,动能减小,电势能增大;从b运动到c的过程中,电场力做正功,动能增大,电势能减小,故选项A、B错误;a与c在同一等势面上,故a→c的过程中电场力做的总功为零,故选项C正确;越靠近原子核,α粒子受到的电场力越大,加速度越大,故选项D错误。【总结提升】α粒子散射试验中的受力分析和功能关系(1)α粒子的受力分析:①α粒子与原子核间的作用力是库仑力。α粒子离原子核越近,库仑力越大,运动加速度越大;反之,则越小。②α粒子的受力方向沿原子核与α粒子的连线,由原子核指向α粒子。(2)库仑力对α粒子的做功状况:①当α粒子靠近原子核时,库仑力做负功,电势能增加;②当α粒子远离原子核时,库仑力做正功,电势能削减。(3)α粒子的能量转化:仅有库仑力做功,能量只在电势能和动能之间相互转化而总能量保持不变。11.(6分)关于原子结构,汤姆孙提出枣糕模型、卢瑟福提出行星模型……如图所示,都采纳了类比推理的方法,下列事实中,主要采纳类比推理的是 ()A.人们为便于探讨物体的运动而建立的质点模型B.伽利略从教堂吊灯的摇摆中发觉摆的等时性规律C.库仑依据牛顿的万有引力定律提出库仑定律D.托马斯·杨通过双缝干涉试验证明光是一种波【解析】选C。质点模型是一种志向化的物理模型,是为探讨物体的运动而建立的;伽利略的摆的等时性是通过自然现象发觉的;库仑依据牛顿的万有引力定律提出库仑定律是用类比推理;托马斯·杨是通过试验证明光是一种波,是建立在事实的基础上的。【加固训练】(多选)关于α粒子的散射试验的说明有下列几种说法,其中错误的是()A.从α粒子的散射试验数据,可以估算出原子核的大小B.极少数α粒子发生大角度的散射的事实,表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核存在C.证明白质子的存在D.绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进,表明原子中正电荷是匀称分布的【解析】选C、D。从α粒子的散射试验数据,可以估算出原子核的大小,A项正确;极少数α粒子发生大角度的散射的事实,表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核存在,B项正确;数年后,卢瑟福发觉核内有质子并预料核内存在中子,C项错误;绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进,表明原子中是比较空旷的,D项错误。12.(22分)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,静电力常量为k,依据经典物理学的学问:(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)依据库仑力充当向心力有k=m,故Ek=mv2=k。(2)由(1)知当r2=4r1时有Ek′=k=k。(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