-2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册4.3原子的核式结构模型-同步练习(Word版含答案)

4.3原子的核式结构模型
一、选择题（共15题）
1．根据粒子散射实验提出的模型是（　　）
A．核式结构模型 B．“枣糕”模型
C．道尔顿模型 D．玻尔模型
2．关于原子结构，下列说法正确的是（　　）
A．原子中的原子核很小，核外很“空旷” B．原子核半径的数量级是10-10m
C．原子的全部电荷都集中在原子核里 D．原子的全部质量都集中在原子核里
3．下列说法正确的是（　　）
A．法拉第经过多年研究终于总结出了判断感应电流方向的方法
B．密立根以精湛的技术测出了普朗克常数
C．卢瑟福通过实验发现原子中包含有电子
D．汤姆孙通过实验分析得出原子中心有一个很小的核
4．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原子核的半径约是10－15 m
其中正确的是（ ）
A．①②③ B．①③④ C．①②④ D．①②③④
5．在卢瑟福的α粒子的散射实验中，金原子核可以看作静止不动，当α粒子靠近金核附近时，下列哪一个图能描述α粒子的散射轨迹（　　）
A． B． C． D．
6．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（　　）
A．图甲：爱因斯坦在研究黑体辐射时提出了能量子的概念
B．图乙：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构
C．图丙：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有波动性
7．下列说法不符合物理学史的是（　　）
A．奥斯特发现了电流的磁效应
B．法拉第发现了电磁感应现象
C．波尔发现了电子并提出了核外电子的轨道是不连续的理论
D．楞次找到了判断感应电流的方法
8．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均匀的球体
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．原子核直径的数量级是
9．如图所示是英国物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔的实验装置下列关于该实验的描述正确的是（　　）
A．粒子轰击金箔的实验不需要在真空条件下完成
B．该实验揭示了原子有核式结构
C．实验结果表明绝大多数粒子穿过金箔后发生大角度偏转
D．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
10．下列物理学史符合史实的是
A．亚里士多德认为力是改变物体运动状态的原因
B．麦克斯韦预言了电磁波的存在
C．汤姆孙发现了质子
D．普朗克提出来原子核式结构模型
11．关于近代物理研究，下列说法正确的有（ ）
A．汤姆孙发现组成阴极射线的粒子是α粒子
B．光电效应实验中，光强越强，光电子动能越大
C．普朗克假设微观粒子的能量是量子化的，解释了黑体辐射现象
D．一个光子与一个静止的电子碰撞而散射，其频率不会发生改变
12．下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动证明了花粉分子的无规则热运动
B．光电效应彻底否定了光的波动说，证明了光具有粒子性
C．α粒子的散射实验说明了原子核很小且质量很大
D．温度升高物体内分子的动能一定增大
13．如图所示，涉及物理学史上的四个重大发现，下列说法正确的是（　　）
A．牛顿利用图甲实验证明物体的运动不需要力来维持
B．卡文迪许利用图乙实验测得静电力常量
C．麦克斯韦利用图丙实验证明了电磁波的存在
D．卢瑟福利用图丁实验发现了原子质量集中在非常小的空间内
14．根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是
A．原子中的正电荷均匀分布在整个原子范围内
B．原子的质量均匀分布在整个原子范围内
C．原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内
D．原子中的正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内
15．在α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的运动轨迹如图中实线所示。图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为五个区域。不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是（　　）
A．可能在①区域 B．一定在②区域
C．可能在③、④区域 D．一定在⑤区域
二、综合题（共8题）
16．如图甲所示是一个电子射线管的结构图。请回答下列问题：
第一：请说出电子射线管的结构和原理；______
第二：没有磁场时，电子束的径迹怎么样？______
第三：把电子射线管放在蹄形磁铁的两极间（图乙）电子束的径迹怎么样？你的判断依据是什么？______
17．原子半径约________m，从粒子散射实验的数据可以估计出原子核的半径约为原子半径的_________．
18．1904年汤姆孙首先提出了原子的______________模型。
19．在卢瑟福的粒子散射实验中，某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示。两虚线和轨迹将平面分为五个区域。不考虑其他原子核对粒子的作用，那么该原子核可能在区域______。（粒子与原子核之间的作用力为排斥力）
20．在用粒子轰击金箔时，测得粒子能够接近金箔的最小距离约为，原子核的平均密度均为多少？（阿伏加德罗常数，金的摩尔质量）
21．氢原子核的半径大约为．试估算氢原子核的密度，若氢核与氢核紧密排列到，则质量约为多大？（已知氢原子的质量约为，球的体积公式）
22．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可以估算原子核的大小．现有一个α粒子以2.0×107 m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79，求该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ε＝k，α粒子质量为6.64×10－27 kg)．
23．可以证明，一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）在球的外部产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同。而均匀带电薄球壳在内部任意点产生的电场强度为零，由以上信息结合叠加原理解决下列问题。已知静电力常量为k。
(1)写出电场强度大小的定义式，并结合库仑定律求真空中点电荷Q产生电场中，距离该电荷r处场强大小；
(2)一半径为R、带正电荷Q且均匀分布的实心球体，以球心O为原点建立坐标轴Ox，如图甲所示。求Ox轴上电场强度大小E与坐标x的关系并在答题纸上定性作出函数图象；
(3)根据汤姆生的原子模型，我们可以把原子看成是一个半径为R=10－10m的电中性的球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里。在粒子散射实验中，某粒子沿着原子边缘以速度v射向金原子，如图乙所示。不考虑电子对粒子的作用。为简单计，认为该粒子接近金原子时（即rR，图中两条平行虚线范围内）才受金原子中正电荷的静电作用，作用力为恒力，大小为F=（Q和q分别为金原子正电荷电量和粒子电量）、方向始终与入射方向垂直，作用时间的数量级为，粒子的偏转角度。（k=9.0×109Nm2/C2，金原子序数79，α粒子动能约Ek=5MeV=810－13J，电子电量e=1.6×10－19C，保留1位有效数字）
参考答案
1．A
【详解】
卢瑟福根据粒子散射实验提出的模型是原子的核式结构模型。
故选A。
2．A
【详解】
A．原子中的原子核很小，核外很“空旷”，A正确；
B．原子核半径的数量级是10-15m，原子半径的数量级是10-10m，B错误；
CD．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核，核外电子带负电且具有一定质量，CD错误。
故选A。
3．B
【详解】
A．楞次经过多年研究终于总结出了判断感应电流方向的方法。故A错误；
B．密立根以精湛的技术测出了普朗克常数。故B正确；
C．汤姆孙通过实验发现原子中包含有电子。故C错误；
D．卢瑟福通过实验分析得出原子中心有一个很小的核。故D错误。
故选B。
4．B
【详解】
α粒子的散射现象的实验结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来。这说明原子是由原子核和核外电子构成的，原子核体积很小，质量大，原子的质量主要集中在原子核上，原子核外有一个非常大的空间，核外电子围绕原子核作高速运动，则从α粒子散射实验结果出发推出的结论有金原子内部大部分都是空的，汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况，原子核的半径约是，不能说明金原子是球体，故选B。
5．C
【详解】
根据做曲线运动的物体所受合外力指向曲线的内侧且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。
6．D
【详解】
A．图甲：普朗克在研究黑体辐射时提出了能量子的概念，选项A错误；
B．图乙：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子内还有复杂结构，选项B错误；
C．图丙：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构理论，该实验并没有发现了质子和中子，选项C错误；
D．图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有波动性，选项D正确。
故选D。
7．C
【详解】
A．奥斯特发现通电导线周围存在磁场，即电流的磁效应，A正确，不符合题意；
B．法拉第发现当穿过线圈的磁通量发生变化时，线圈会产生感应电动势，即磁生电现象，B正确，不符合题意；
C．汤姆生发现了电子并提出了原子的“西瓜模型”，C错误，符合题意；
D．楞次找到了判断感应电流的方法称为“愣次定律”，D正确，不符合题意。
故选C。
8．B
【详解】
ABC．根据卢瑟福的原子核式结构学说可知，原子的全部正电荷和几乎的全部质量都集中在原子核上，A、C错误，B正确；
D．原子核直径的数量级是，D错误。
故选B。
9．B
【详解】
A．为了避免其它原子的影响，粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成，故A错误；
B．粒子的散射实验说明原子中绝大部分是空的，揭示了原子具有核式结构，故B正确；
C．粒子的散射实验观测到的现象是绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，故C错误；
D．通过该试验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，同时否定了汤姆孙原子模型，故D错误。
故选B。
10．B
【解析】
伽利略认为力是改变物体运动状态的原因，选项A错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，选项B正确；汤姆孙发现了电子，选项C错误；卢瑟福提出了原子核式结构模型，选项D错误；故选B.
11．C
【详解】
阴极射线粒子是电子，选项A错误．光电效应中光强影响光电子数量，光的频率影响光电子的最大初动能，选项B错误．普朗克假设微观粒子的能量是量子化的，解释了黑体辐射现象，选项C正确；根据康普顿效应，光子与电子碰撞后散射，其能量减小，频率发生改变．故D错误；故选C．
12．C
【详解】
A．布朗运动是花粉颗粒被液体分子的不平衡的撞击造成的，证明了液体分子的无规则热运动，故A错误。
B．光电效应证明了光具有粒子性，但没有否定光波动说，故B错误。
C．由α粒子的散射实验结果可以看出，绝大部分α粒子的运动方向没有发生改变，极少数α粒子反弹回来，说明了原子核很小且质量很大，故C正确。
D．温度升高物体内大部分分子的动能增大，极少数分子动能可能减小，平均动能增大，故D错误。
故选C。
13．D
【详解】
A．伽利略利用图甲实验说明了物体的运动不需要力来维持，故A错误；
B．图乙为库仑扭秤实验，库仑通过该实验发现两带电物体间的静电力与距离平方和电荷量间的关系，故B错误；
C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹利用图丙实验证明了电磁波的存在，故C错误；
D．卢瑟福利用图丁实验发现了原子质量集中在非常小的空间内，提出了原子的核式结构模型，故D正确。
故选D。
14．D
【详解】
当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小．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，因此为了解释α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里．
A．原子中的正电荷均匀分布在整个原子范围内，与结论不相符，选项A错误；
B．原子的质量均匀分布在整个原子范围内，与结论不相符，选项B错误；
C．原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内，与结论不相符，选项C错误；
D．原子中的正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内，与结论相符，选项D正确；
故选D．
15．B
【详解】
α粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的α粒子产生斥力，由α粒子运动轨迹的弯曲方向可知排斥力向下，故原子核一定在②区域，故B正确，ACD错误。
故选B。
16．见解析 见解析 见解析
【详解】
第一：真空玻璃管内安装有一个阴极和一个阳极，阴极接高压的负极，阳极接正极。阴极能够发射电子，电子束在两极的电场的电场力作用下从阴极飞向阳极
第二：没有磁场的情况下，电子束的路径是直进的。
第三：在磁场的作用下，电子束的路径是向下偏转。由左手定则可以判断。
17． 十万分之一
【详解】
原子直径的数量级为；
卢瑟福根据粒子散射实验现象提出了原子具有核式结构，由于极少数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，即原子核内。此实验的数据，可以估算原子核直径的数量级为，故原子核的半径约为原子半径的十万分之一。
18．葡萄干蛋糕
【详解】
汤姆孙首先发现了电子，并提出了葡萄干蛋糕模型。
19．④
【详解】
由于粒子带正电，原子核带正电，同种电荷相互排斥。再根据曲线运动的轨迹特点是与运动轨迹相切的方向为速度方向，所受合力的方向指向轨迹凹的一侧，由图中轨迹的弯曲方向可知排斥力向下，所以原子核可能在区域④。
20．
【详解】
把粒子能够接近金箔的最小距离近似看作金原子核的半径R，金核的体积
一个金原子的质量是
金原子核的平均密度是
21．
【详解】
原子的质量几乎全部集中在原子核上，故有氢原子核的质量约等于氢原子的质量，即
且由题意，原子核的半径
根据公式
解得：
的氢原子核的数目为
则质量为
代入数据解得：
22．2.7×10－14 m
【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，
23．(1)，；(2)；(3)
【详解】
(1)场强大小的定义式为，由库仑定律结合定义得，点电荷Q产生的电场中；
(2)由题意和(1)的结果可知，在的区域，带电球体产生的场强大小，在的区域，可以将带电球体分成两部分，半径为x的带电球体和外面的球壳(的部分可以看成无数层薄球壳)，由题意，的部分在x处产生的场强为0，整体带电球体在x处产生的电场和半径为x的球体在x处产生的电场相同，半径为x的球体带电量为
由(1)知
则函数关系式为
其图象如图所示
(3)借用教材必修2圆周运动的图来说明，如图所示，粒子入射速度为，受金属原子的作用为垂直于速度的恒力，其速度变化的方向与垂直，由动量定理
得与入射速度的比值为
将和代入得
代入数据得
保留一位有效数字结果为
结果表进，粒子速度变化非常小，变化后的速度可用图中的表示，图中三角形为直角三角形，也可看成角度很小的等腰三角形，偏转角