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同步练习2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册
一、选择题（共15题）
1．原子的核式结构学说，是卢瑟福根据以下哪个实验或现象提出来的（　　）
A．光电效应实验 B．α粒子散射实验
C．原子核衰变现象 D．天然放射现象
2．图中画出了α粒子散射实验中两个α粒子的径迹，其中正确的是（ ）
A． B．
C． D．
3．下列关于物理学史的史实中，正确的是（ ）
A．奥斯特最早发现了电磁感应规律
B．卢瑟福的α散射实验证明了原子核是由质子与中子组成的
C．库仑发现了点电荷间的相互作用规律
D．安培发现了磁场对运动电荷的作用规律，洛仑兹发现了磁场对电流的作用规律
4．粒子散射实验中，使粒子散射的原因是（　　）
A．粒子与原子核外电子碰撞 B．粒子与原子核发生接触碰撞
C．粒子发生明显衍射 D．粒子与原子核的库仑斥力的作用
5．关于阴极射线，下列说法正确的是（ ）
A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象
B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流
C．阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的
D．阴极射线就是X射线
6．粒子散射实验又称金箔实验、Geiger-Marsden实验或卢瑟福粒子散射实验，实验装置如图所示。通过该实验，我们可以知道（　　）
A．该实验证实了汤姆孙的“西瓜模型”是正确的
B．大多数粒子穿过金箔后，其运动方向受到较大的影响
C．原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在其中
D．占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围内
7．在物理学发展历程中，科学家们通过对某些重要实验进行认真的观察和深入的研究，最终获得了正确的理论认识。下列图示的实验中，能说明原子具有核式结构的是（　　）
A． B．
C． D．
8．下列有关物理学史的描述，正确的是（　　）
A．伽利略通过实验证实了力是维持物体运动的原因
B．戴维孙和汤姆孙利用晶体做了电子束的衍射实验，证实了电子具有波动性
C．卢瑟福通过粒子散射实验，指出了原子核内部具有复杂的结构
D．奥斯特最早研究电磁感应现象，并发现感应电动势与磁通量变化率成正比
9．在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（　　）
A．原子中存在着带负电的电子
B．正电荷在原子中是均匀分布的
C．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
D．原子中的质量均匀分布在整个原子范围内
10．对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有( )
A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜 B．金箔的厚度对实验无影响
C．如果不用金箔改用铝箔，就不会发生散射现象 D．实验装置放在空气中和真空中都可以
11．下列有关说法正确的是
A．火车过桥梁时减速主要是为了减小对桥梁的压力
B．医院用“B超”检查人体内脏器是利用了波的衍射
C．根据粒子散射实验数据可以估算原子核的半径大小
D．在照相机镜头表面涂一层增透膜，可以将玻璃橱窗内的物体拍摄得更加清晰
12．卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验，获得了重要发现，关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是（　　）
A．证明了质子的存在
B．证明了原子核是由质子和中子组成的
C．证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．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
13．卢瑟福在用粒子轰击金箔时，可以证明原子的核式结构的证据是（　　）
A．几乎所有的粒子运动方向没有发生明显变化 B．粒子在穿过金箔时做匀速直线运动
C．少数粒子发生了大角散射 D．粒子与电子碰撞时动能有较大的损失
14．美国物理学家密立根（R.A．Millikan）于20世纪初进行了多次实验，比较准确的测定了电子的电荷量，其实验原理可以简化为如下模型：两个相距为d的平行金属板A、B水平放置，两板接有可调电源．从A板上的小孔进入两板间的油滴因摩擦而带有一定的电荷量，将两板间的电势差调节到U时，带电油滴恰好悬浮在两板间；然后撤去电场，油滴开始下落，由于空气阻力，下落的油滴很快达到匀速下落状态，通过显微镜观测这个速度的大小为v，已知这个速度与油滴的质量成正比，比例系数为k，重力加速度为g．则计算油滴带电荷量的表达式为( )
A．
B．
C．
D．
15．关于粒子和宇宙，下列认识中正确的是（　　）
A．太阳是宇宙的中心，恒星是绝对不动的
B．水和酒精混合后总体积变小，说明分子间存在引力
C．原子是由核内质子和中子、核外电子组成
D．在水分子、氢原子和电子中，尺度最小的是氢原子
二、填空题（共4题）
16．判断下列说法的正误：
（1）汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转证明了阴极射线带正电；______
（2）电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值；______
（3）卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动；______
（4）原子核的电荷数等于核中的中子数。______
17．如图所示是20世纪初伟大的物理学家卢瑟福在研究物质结构时的实验装置，请根据物理学史的知识完成相关题目：
（1）卢瑟福用这个实验装置发现了__________结构模型；
（2）图中的放射源发出的是________粒子；
（3）图中的金箔是_______层分子膜（选填“单”或“多）；
（4）如图所示的四个显微镜中，闪光频率最高的是_________显微镜。
18．关于电子的发现，判断下列说法的正误。
（1）玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。( )
（2）玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。( )
（3）阴极射线在真空中速度接近光速。( )
（4）英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁波。( )
（5）组成阴极射线的粒子是光电子。( )
（6）电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。( )
19．美国物理学家密立根利用如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验．如图，两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，板间油滴P由于带负电悬浮在两板间保持静止．
（1）若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有__________．
A．油滴质量m B．两板间的电压U
C．两板间的距离d D．两板的长度L
（2）用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q=________（已知重力加速度为g）
（3）在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷．关于元电荷下列说法正确的是( )
A．油滴的电荷量可能是C B．油滴的电荷量可能是C
C．元电荷就是电子 D．任何带电体所带电荷量可取任意值
三、综合题（共4题）
20．卢瑟福提出的原子结构的模型是怎样的？他提出这种模型的依据是什么？
21．二十世纪初，卢瑟福进行粒子散射实验的研究，改变了人们对原子结构的认识。
(1)如图1所示，有两个粒子均以速度射向金原子，它们速度方向所在的直线都不过金原子核中心。请在图1中分别画出两个粒子此后的运动轨迹示意图；
(2)如图2所示，一个粒子以速度射向金原子，速度方向所在直线过金原子核中心。由于金原子受到周边其他金原子的作用，可将粒子与一个金原子核的作用等效为与一个静止的、质量非常大的粒子发生弹性碰撞。请推导说明粒子与金原子核作用后速度的大小和方向；
(3)实验发现，绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有极少数粒子发生了大角度偏转（超过90°）。卢瑟福根据该实验现象提出了原子的核式结构模型。为了研究问题的方便，可作如下假设：
①将粒子视为质点，金原子视为球，金原子核视为球体；
②金箔中的金原子紧密排列，金箔厚度可以看成很多单原子层并排而成；
③各层原子核前后不互相遮蔽；
④大角度偏转是粒子只与某一层中的一个原子核作用的结果。如果金箔厚度为L，金原子直径为，大角度偏转的粒子数占总粒子的比例为，且。
a.请估算金原子核的直径；
b.上面的假设做了很多简化处理，这些处理会对金原子核直径的估算产生影响。已知金箔的厚度约，金原子直径约，金原子核直径约。请对“可认为各层原子核前后不互相遮蔽”这一假设的合理性做出评价。
22．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）
23．卢瑟福通过α粒子轰击金箔的实验中发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型．左下平面示意图中的四条线表示α粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条α粒子的运动轨迹．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
2．D
3．C
4．D
5．C
6．D
7．B
8．B
9．C
10．A
11．C
12．C
13．C
14．B
15．C
16． （×） （×） （√） （×）
17． 核式 α 单 A
18． 错误 错误 错误 错误 错误 错误
19． ABC B
20．
卢瑟福的原子核式结构模型是：在原子的中间有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中于原子核，带负电的电子在核外空间里绕核旋转。
卢瑟福提出原子核式结构的依据是粒子散射实验。粒子穿过原子时，电子对它的运动影响很小，影响粒子运动的主体是原子核。粒子进入原子区域后，由于原子核很小，大部分粒子离核较远，受到的库仑力很小，运动方向几乎不变。极少数粒子距核较近，因此受到很强的库仑力，发生大角度散射。
21．
(1)如图，靠近原子核的偏转角度大一些。
(2)设粒子质量为m，金原子核质量为M，碰撞后，粒子速度为v1，金原子核速度为v2。根据动量守恒和机械能守恒可得
，
解得
由题意，因此，即碰撞后粒子速度大小几乎不变，方向与原来相反。
(3)a．粒子在遇到第一层单原子膜时，被大角度散射的概率
由于大角度散射的概率很小，可以认为通过每一层单原子膜时的粒子数目不变，所以每
一层被大角度散射的概率相同，都为。
得
解得
b．这一简化不够合理。因为大角度散射的概率本来就很小，前后遮蔽的概率也很小,不能忽略前后遮蔽的影响。另外随着金箔厚度的增加，金箔前后遮蔽的概率将增大。
22．(1)，；(2)；(3)
23．
答案第1页，共2页