【导学练】高中物理鲁科版(2019)选择性必修3：4.1-2 课后素养落实9 电子的发现与汤姆孙原子模型 原子的核式结构模型习题

课后素养落实(九)(建议用时：40分钟)题组一电子的发现1．阴极射线管中加高电压的作用是()A．使管内的气体电离B．使阴极发出阴极射线C．使管内障碍物的电势升高D．使管内产生强电场，电场力做功使电子加速D[在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射出的电子流，B错误；阴极发射出的电子流通过高电压加速后，获得较高的能量，与玻璃壁发生撞击而产生荧光，故A、C错误，D正确。]2．电子的发现是人类对物质结构认识上的一次飞跃，开创了探索物质微观结构的新时代。下列关于电子的说法正确的是()A．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构B．电子不具有波动性C．电子穿过晶体时会产生衍射图样，这证明了电子具有粒子性D．汤姆孙发现不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同，这种粒子即电子D[电子的发现打破了原子不可再分的传统观念，即原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有内部结构，但没有使人们认识到原子具有核式结构，选项A错误；电子穿过晶体时会产生衍射图样，这证明了电子具有波动性，选项B、C错误；汤姆孙发现不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同，这种粒子即电子，选项D正确。]3．如图所示是阴极射线管示意图。接通电源后，阴极射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是()A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向B[若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方向，选项B正确，A错误；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿z轴正方向，选项C、D错误。]4．如图所示，让一束均匀的阴极射线以速率v垂直进入正交的电、磁场中，选择合适的磁感应强度B和电场强度E，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，测得其半径为R，求阴极射线中带电粒子的比荷。[解析]因为带电粒子在复合场中时不偏转，所以qE＝qvB，即v＝eq\f(E,B)，撤去电场后，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，则qvB＝meq\f(v2,R)。由此可得eq\f(q,m)＝eq\f(E,B2R)。[答案]eq\f(E,B2R)题组二α粒子散射实验5．卢瑟福α粒子散射实验的结果()A．证实了质子的存在B．证实了原子核是由质子和中子组成的C．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里D．说明了原子的正电荷均匀分布在整个原子中C[α粒子散射实验说明原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核。数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子。]6．如图所示为α粒子散射实验装置，粒子打到荧光屏上会引起闪烁，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烁次数符合实验事实的是()A．1305、25、7、1B．202、405、605、203C．1202、1010、723、203D．1202、1305、723、203A[根据卢瑟福的α粒子散射实验结果可知，绝大多数α粒子没有发生偏转，少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°，因此在a、b、c、d四处位置统计的闪烁次数应依次减少，且在d位置应非常少，B、C、D项与分析不符，A项与分析相符，A正确。]7．关于卢瑟福的α粒子散射实验，下列说法正确的是()A．大多数α粒子发生大角度偏转B．α粒子发生偏转的原因是与电子发生碰撞C．穿过金箔过程中，远离金原子核的α粒子电势能减小D．α粒子散射实验证明了汤姆孙的原子结构模型是正确的C[因为原子核所占空间较小，所以极少数α粒子发生大角度偏转，故A错误；α粒子发生偏转的原因是原子核对它有斥力的作用，故B错误；远离金原子核的α粒子受到库仑力，库仑力做正功，它的电势能减小，故C正确；α粒子散射实验证明了汤姆孙的原子结构模型(“葡萄干面包”模型)是错误的，如果按照“葡萄干面包”模型，不可能出现α粒子散射实验的结果，故D错误。]题组三原子的核式结构模型与原子核的组成8．下列对原子结构的认识中，错误的是()A．原子中绝大部分是空的，原子核很小B．电子在核外绕核旋转，库仑力为向心力C．原子的全部正电荷都集中在原子核里D．原子核的直径大约为10－10mD[卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型，卢瑟福提出了关于原子的核式结构学说，并估算出原子核半径的数量级为10－15m，而原子半径的数量级为10－10m，是原子核直径的十万倍之多，所以原子内部是十分“空旷”的，核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的库仑引力而绕核旋转。故选D。]9．假设α粒子以速率v0与静止的电子或金原子核发生弹性正碰，电子质量me＝eq\f(1,7300)mα，金原子核质量mAu＝49mα。求：(1)α粒子与电子碰撞后的速度变化量大小；(2)α粒子与金原子核碰撞后的速度变化量大小。[解析]α粒子与静止的粒子发生弹性碰撞，动量和能量均守恒，由动量守恒mαv0＝mαv1′＋mv2′，由能量守恒eq\f(1,2)mαveq\o\al(\s\up11(2),\s\do4(0))＝eq\f(1,2)mαv1′2＋eq\f(1,2)mv2′2，解得v1′＝eq\f(mα－m,mα＋m)v0，速度变化Δv＝|v1′－v0|＝eq\f(2m,mα＋m)v0。(1)与电子碰撞，将me＝eq\f(1,7300)mα代入得，Δv1≈2.7×10－4v0。(2)与金原子核碰撞，将mAu＝49mα代入得，Δv2＝1.96v0。[答案](1)2.7×10－4v0(2)1.96v010．(多选)在α粒子散射实验中，我们并没有考虑α粒子跟电子的碰撞，这是因为()A．电子体积非常小，以至于α粒子碰不到它B．α粒子跟电子碰撞时，损失的能量很小可以忽略C．α粒子跟各个电子碰撞的效果相互抵消D．电子在核外均匀分布，所以α粒子受电子作用的合外力为零BD[α粒子与电子相碰就如同飞行的子弹与灰尘相碰，α粒子几乎不损失能量，B正确，A错误；电子在核外均匀分布，对α粒子的库仑引力的合力几乎为零，不会改变α粒子的运动轨迹，D正确；α粒子跟各个电子碰撞的效果不会相互抵消，C错误。]11．(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AC[偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O点，A正确；由阴极射线的电性及左手定则可知B错误，C正确；由R＝eq\f(mv,qB)可知，B越小，R越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，D错误。]12．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能达到的最小距离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，若金原子的核电荷数为79。求α粒子与金原子核间的最近距离。(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Ep＝keq\f(q1q2,r)，r为距点电荷的距离；α粒子质量为6.64×10－27kg)[解析]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