2024-2025学年高中物理第十八章原子结构第2节原子的核式结构模型课后作业含解析新人教版选修3-5

PAGE6-第2节原子的核式结构模型A组：合格性水平训练1．(α粒子散射试验)卢瑟福提出原子的核式结构模型的依据是用α粒子轰击金箔，试验中发觉α粒子()A．全部穿过或发生很小偏转B．绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回C．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过D．全部发生很大偏转答案B解析卢瑟福的α粒子散射试验结果是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，故A错误；α粒子被散射时只有少数发生了较大角度偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°，故B正确，C、D错误。2．(α粒子散射试验)(多选)关于α粒子散射试验的说法正确的是()A．少数α粒子发生大角度偏转，是因为它遇到了原子中的电子B．α粒子在靠近原子核时，库仑斥力对它做负功，它的动能转化为电势能C．α粒子距离原子核最近时，加速度肯定等于零，此时系统总能量最大D．卢瑟福依据α粒子散射试验现象，否定了汤姆孙的原子模型，提出原子核式结构模型答案BD解析由于电子质量远小于α粒子质量，因而大多数α粒子沿直线运动，A错误；α粒子距原子核最近时，加速度最大，电势能最大，总能量不变，C错误。3．(α粒子散射试验)关于α粒子的散射试验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，可以估计出原子核的大小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．统计散射到各个方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中电荷的分布状况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答案D解析明确α粒子散射试验现象的内容以及造成这种现象的缘由，正确利用物体受力和运动的关系推断。从α粒子的散射试验数据，可以估计出原子核的大小，A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正确。统计散射到各个方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中电荷的分布状况，C正确。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错误。4．(α粒子散射试验)(多选)在α粒子散射试验中，当α粒子穿过金箔时，下列说法正确的是()A．与金原子核相距较远的α粒子，可能发生大角度偏转B．与金原子核相距较近的α粒子，可能发生大角度偏转C．α粒子与金原子核距离最近时，系统的能量最小D．α粒子与金原子核距离最近时，系统的电势能最大答案BD解析对α粒子散射现象，卢瑟福的核式结构学说给出了圆满的说明，并推算出了原子核直径的数量级为10－15m，只相当于原子直径的十万分之一。α粒子穿过金箔时，只有少数α粒子可能离核较近，金原子核对α粒子的库仑力较大，使α粒子发生大角度偏转，故A错误，B正确；α粒子与金原子核之间的作用力是库仑斥力，在α粒子向金原子核靠近时，要克服库仑力做功，α粒子的动能削减，电势能增加；在α粒子远离金原子核时，库仑力对α粒子做正功，α粒子的动能增加，电势能削减。α粒子与金原子核组成的系统总能量不变，它们距离最近时，系统的电势能最大，故C错误，D正确。5．(卢瑟福的核式结构模型、原子核的尺度)(多选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是()A．原子是一个质量分布匀称的球体B．原子的质量几乎全部集中在原子核内C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内D．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m答案BD解析依据卢瑟福的原子核式结构学说，可知B、D正确。6．(α粒子散射试验)(多选)在α粒子散射试验中，假如一个α粒子跟金箔中的电子相撞，则()A．α粒子的动能和动量几乎没有损失B．α粒子将损失部分动能和动量C．α粒子不会发生显著的偏转D．α粒子将发生较大角度的偏转答案AC解析由于α粒子质量约是电子质量的7300倍，所以α粒子与电子相撞后对α粒子的影响微乎其微，所以A、C正确。7.(综合)依据α粒子散射试验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图为原子核式结构模型的α粒子散射图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中一个α粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列推断正确的是()A．α粒子的动能先增大后减小B．α粒子的电势能先增大后减小C．α粒子的加速度先变小后变大D．电场力对α粒子先做正功后做负功答案B解析α粒子从a经b到达c的过程中电场力先做负功，后做正功，D错误；α粒子的动能先减小后增大，A错误；α粒子的电势能先增大后减小，B正确；α粒子的加速度先变大后变小，C错误。B组：等级性水平训练8.(α粒子散射试验)(多选)如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射试验的装置示意图，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，下面关于视察到的现象的说法中正确的是()A．放在A位置时，相同时间内视察到荧光屏上的闪光次数最多B．放在B位置时，相同时间内视察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些C．放在C、D位置时，屏上视察不到闪光D．放在D位置时，屏上仍能视察一些闪光，但次数极少答案ABD解析放在A位置时，相同时间内视察到屏上的闪光次数最多，说明大多数射线基本不偏折，可以知道金箔原子内部很空旷，所以A正确；放在B位置时，相同时间内视察到屏上的闪光次数比A位置时稍少些，说明较少射线发生偏折，可以知道原子内部带正电的那部分物质体积小、质量大，所以B正确；放在C、D位置时，屏上仍能视察到一些闪光，但次数极少。说明极少数射线较大偏折，可以知道原子内部带正电的那部分物质体积小且质量大，故C错误，D正确。9．(α粒子散射试验)(多选)关于α粒子散射试验，下列说法正确的是()A．在试验中视察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至接近180°被弹回B．使α粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子；当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转C．试验表明：原子中心有一个微小的核，它占有原子体积的微小部分D．试验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷及全部质量答案AC解析题中选项A是对该试验现象的正确描述，故A正确；选项B，使α粒子发生偏转的力是原子核对它的静电排斥力，而不是电子对它的吸引力，故B错误；选项C是对试验结论之一的正确分析，故C正确；选项D，原子核集中了全部正电荷和几乎全部的质量，因为核外还有电子，故D错误。10．(α粒子散射试验)如图所示，X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它们入射时的动能相同，其偏转轨道可能是图中的()答案D解析α粒子离金核越远，其所受斥力越小，轨道弯曲就越小，故D正确。11．(综合)关于原子结构，汤姆孙提出枣糕模型、卢瑟福提出行星模型……如图甲和图乙所示，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答案C解析质点的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视察现象发觉的；托马斯·杨通过试验证明光是一种波，是建立在事实的基础上的。12．(综合)已知电子质量为9.1×10－31kg，电荷量为－1.6×10－19C，当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10－10m时，求电子绕核运动的速度、频率、动能和等效电流。答案2.19×106m/s6.58×1015Hz2.17×10－18J1.07×10－3A解析依据库仑力供应电子绕核旋转的向心力可知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。设电子运动周期为T，则T＝eq\f(1,f)＝eq\f(1,6.58×1015)s≈1.5×10－16s，电子绕核的等效电流：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．(综合)速度为107m/s的α粒子从很远的地方飞来，与铝原子核发生对心碰撞，若α粒子质量为4m0，铝核质量为27m0，它们距离最近时，铝核获得的动能是原α粒子动能的多少倍？答案eq\f(108,961)解析在α粒子和铝原子核发生对心碰撞时，当二者速度相同时，相距最近，在α粒子靠近过程中，由动量守恒定律得mαv0＝(mα＋m铝)v共，所以v共＝eq\f(mαv0,mα＋m铝)＝eq\f(4,31)v0，eq\f(Ek铝,Ekα)＝eq\f(\f(1,2)m铝v\o\al(2,共),\f(1,2)mαv\o\al(2,0))＝eq\f(108,961)。14．(综合)假如α粒子以速度v与电子发生弹性正碰(假定电子原来是静止的)，求碰撞后α粒子的速度改变了多少？并由此说明：为什么原子中的电子不能使α粒子发生明显的偏转？eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(电子的质量约为α粒子质量的\f(1,7300)))答案见解析解析设α粒子质量为M，与电子碰后速度为v1，电子质量为m，与α粒子碰后速度为v2，由动量守恒定律得Mv＝Mv1＋mv2