4.3 原子的核式结构模型-基础练习（Word版含答案）

4.3、原子的核式结构模型
一、选择题（共16题）
1．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．
2．英国物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔，为了解释实验结果，提出了原子的核式结构学说，下图中，O表示金原子核的位置，曲线ab和cd表示经过金原子核附近的粒子的运动轨迹，能正确反映实验结果的图是
A． B．
C． D．
3．右图是阴极射线管的示意图. 接通电源后，会有电子从阴极K射向阳极A，并在荧光屏上形成一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下偏转，下列措施中可行的是（ ）
A．加一方向平行纸面向上的磁场
B．加一方向平行纸面向下的磁场
C．加一方向垂直纸面向里的磁场
D．加一方向垂直纸面向外的磁场
4．卢瑟福对α粒子散射实验的解释错误的是（　　）
A．使α粒子产生偏转的力是金原子核对α粒子的库仑斥力
B．使α粒子产生偏转的原因是α粒子碰上了电子
C．原子中绝大部分是空的，所以绝大多数α粒子几乎不偏转
D．原子核很小，只有极少数靠近它的α粒子产生大角度偏转
5．物理学的发展极大地丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了人类文明的进步，关于物理学发展历史，下列说法中正确的是
A．伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将永远运动下去，速度大小不变，方向可能改变，也可能不变
B．人类从首次观察到阴极射线到了解认识阴极射线，经历了近40年．阴极射线微粒的比荷，最早是由密立根测出的
C．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀和含铀的矿物质能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底版感光
D．1895年末，德国物理学家居里夫人发现了一种新的射线——X射线
6．在粒子散射实验中，极少数的粒子出现了大角度的散射，其原因是（　　）
A．组成金箔的原子的粒子均匀分布，粒子轰击金箔，正好碰撞到某个粒子，出现了大角度的散射
B．组成金箔的原子由质子和中子、电子组成，粒子轰击金箔，正好碰撞到质子，受到质子斥力的作用，出现了大角度的散射
C．原子核的存在，粒子在十分靠近它时，受到很强的斥力
D．粒子与金箔中的电子发生碰撞，偏离原来的运动方向
7．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四个区域.不考虑其他原子核对该粒子的作用，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．可能在②区域
C．可能在③区域
D．可能在④区域
8．关于物理学家对物理学发展做出的突出贡献，以下说法中正确的是：
A．法拉第发现了电磁感应现象并首先提出了电磁感应的相关规律
B．爱因斯坦首先发现了光电效应现象并用光电效应方程来解释它
C．麦克斯韦预言了电磁波的存在并首先捕捉到了它
D．卢瑟福首先提出了原子的核式结构模型并发现了质子
9．如图为卢瑟福的α粒子散射实验，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为（　　）
A．轨迹a B．轨迹b C．轨迹c D．轨迹d
10．在α粒子散射实验中，我们并没有考虑电子对α粒子偏转角度的影响，这是因为（　　）
A．电子的体积非常小，以致α粒子碰不到它
B．电子的质量远比α粒子的小，所以它对α粒子运动的影响极其微小
C．α粒子使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
11．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在
A．电子 B．中子 C．质子 D．原子核
12．许多科学家对物理学的发展做出了巨大贡献，下列选项中，说法正确的是（　　）
A．卡文迪许测出引力常量G，他被誉为第一个“称出”地球质量的人
B．富兰克林通过油滴实验比较精确地测定了电荷量e的数值
C．汤姆孙根据粒子散射实验现象提出了原子的核式结构模型
D．法拉第在对理论和实验资料进行严格分析后，发现了法拉第电磁感应定律
13．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
14．在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子符合下列哪种情况（　　）
A．动能最小
B．电势能最小
C．α粒子与金原子核组成的系统能量最小
D．所受金原子核的斥力最大
15．1897年英国物理学家汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是（　　）
A．任何物质中均有电子
B．不同物质中具有不同性质的电子
C．电子质量是质子质量的1 836倍
D．电子是一种粒子，是比原子更基本的物质单元
16．下面对阴极射线的认识正确的是（　　）
A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的
B．只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C．阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的高速电子流
D．阴阳两极间加有高电压且阴极接电源负极时，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
二、填空题
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．（1）阴极射线：______发出的一种射线，它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光。
（2）汤姆孙的探究：根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带______（填“正电”或“负电”）的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。组成阴极射线的粒子被称为电子。
19．卢瑟福通过_________实验，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，图中的四条线表示粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条粒子的运动轨迹( )
综合题
20．请说说英国物理学家汤姆孙如何由实验判定电子是原子的组成部分。
21．带电粒子的比荷是一个重要的物理量。某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的比荷，实验装置如图所示，其中两正对极板M1、M2之间的距离为d，极板长度为L。
他们的主要实验步骤如下:
A．首先在两极板M1、M2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子束从两极板中央通过，在荧光屏的正中心处观察到一个亮点。
B．在M1、M2两极板间加合适的电场:极板的极性如图所示，并逐步调节增大两板间电压，使荧光屏上的亮点逐渐向荧光屏下方偏移，直到荧光屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为U。请问本步骤的目的是什么
C．保持步骤B中的电压U不变，在M1、M2之间的区域加一个大小、方向合适的磁场，使荧光屏正中心处重现亮点。试问外加磁场的方向如何
22．近百年前英国科学家汤姆逊以及他所带领的一批学者对原子结构的研究奠定了近代物理学的基石，其中他对阴极射线粒子比荷测定实验最为著名，装置如图（1）所示．阜宁中学某班的学生在实验室重做该实验，装置如图（2）所示，在玻璃管内的阴极K 发射的射线被加速后，沿直线到达画有正方形方格的荧光屏上．在上下正对的平行金属极板上加上电压，在板间形成电场强度为 E 的匀强电场，射线向上偏转；再给玻璃管前后的励磁线圈加上适当的电压，在线圈之间形成磁感应强度为 B 的匀强磁场，射线沿直线运动，不发生偏转．之后再去掉平行板间的电压，射线向下偏转，经过屏上 A 点，如图（3）所示．
（不计射线的重力，匀强电场、匀强磁场范围限定在刻度“1”和“7”所在的竖直直线之间，且射线由刻度“1”所在位置进入该区域）．求：
（1）求该射线进入场区域时的初速度v ；
（2）已知正方形方格边长为d ，求该射线粒子的比.
（3）带电粒子在磁场中运动到A点的时间？
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．D
【详解】
α粒子散射实验现象表明，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。在α粒子散射实验中，α粒子带正电，与原子核相互排斥，越靠近原子核偏转越大，有的甚至被弹回。
A. 图中两个α粒子的径迹几乎平行，不符合越靠近原子核偏转越大，故A错误；
B. α粒子带正电，与原子核相互排斥，图中两个α粒子的径迹说明被原子核吸引，故B错误；
C. 图中两个α粒子的径迹说明一个被原子核吸引，一个被原子核排斥，故C错误；
D. 图中两个α粒子的径迹说明都被原子核排斥，而且越靠近原子核偏转越大，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】
在粒子的散射现象中粒子所受原子核的作用力是斥力，故斥力指向轨迹的内侧，显然A中cd轨迹粒子受力指向轨迹的外侧，在粒子的散射现象中绝大多数的粒子都照直穿过薄金箔，偏转很小，但有少数粒子发生角度很大的偏转，个别的粒子偏转角大于 ，极少数的粒子偏转角大于，甚至个别粒子沿原方向弹回．原因在α粒子的散射现象中粒子所受原子核的作用力是斥力，故越靠近原子核的粒子受到的斥力越大，轨迹的偏转角越大
故ABC项与题意不相符； D项与题意相符．
3．C
【详解】
要使电子向下偏转，则电子受到向下的洛伦兹力，故根据左手定则可施加一个方向垂直纸面向里的磁场。
故选C。
4．B
【详解】
α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过，有的甚至几乎达到，被反弹回来）；可知
AB．使α粒子产生偏转的力主要是原子中原子核对其库仑斥力，故A正确，B错误；
CD．绝大多数α粒子几乎不发生偏转，说明原子中绝大部分是空的，所以绝大多数α粒子几乎不偏转，且原子核很小，只有极少数靠近它的α粒子产生大角度偏转，故CD正确。
由于本题选错误的，故选B。
5．C
【详解】
A．伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将永远运动下去，速度大小和方向均不变，故A错误；
B．人类从首次观察到阴极射线到了解认识阴极射线，经历了近40年．汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷，故B错误；
C．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀和含铀的矿物质能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底版感光，故C正确；
D．X射线是由伦琴发现的，故D错误．
故选C．
6．C
【详解】
只有极少数的α粒子出现了大角度的散射，说明带正电荷部分体积很小，但几乎占原子全部质量，极少数α粒子在穿过时距离原子核很近，受到很强的库仑斥力，发生大角度散射，所以选项C正确，ABD错误。
故选C。
7．A
【详解】
A. 如果原子核在①区域，可能会出现题图所示的轨迹，A正确．.
BC. 如果原子核在②、③区域，α粒子会向①区域偏转；BC错误．
D. 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，且曲线运动的物体合外力应指向轨迹的凹侧；故原子核不会在④区域； D错误．
8．D
【详解】
A.法拉第发现了电磁感应现象，楞次找到了判断感应电流方向的楞次定律，纽曼和韦伯总结了法拉第电磁感应定律，故A错误；
B.赫兹等人首先发现了光电效应，爱因斯坦发现了光电效应的规律，并成功解释了光电效应，故B错误；
C.麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证明了电磁波的存在，在人类历史上首先捕捉到了电磁波，故C错误；
D.卢瑟福首先提出了原子的核式结构模型并发现了质子，故D正确．
9．A
【详解】
卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为a，因离原子核越近，受到的库仑斥力越强，则偏转程度越强。
故选A。
10．B
【详解】
A．电子体积非常小，α粒子碰到它像子弹碰到灰尘，损失的能量极少，不改变运动的轨迹，故A错误；
B．电子质量远比α粒子的小，所以它对α粒子运动的影响极其微小，故B正确；
C．α粒子跟各个电子碰撞的效果像子弹碰到很多灰尘小颗粒，损失的能量极少，不改变运动的轨迹，但不能说相互抵消，各个电子对α粒子的作用力对α粒子运动形成阻碍，故C错误；
D．α粒子受到不同电子的作用不全是同一时刻受到的，所以说合外力为零错误，故D错误。
故选B。
11．D
【详解】
卢瑟福在α粒子散射实验中观察到绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不改变运动方向，只有极少数的α粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中央存在一个体积很小的带正电的物质，将其称为原子核．故选项D正确．
12．A
【详解】
A．牛顿发现了万有引力定律后，卡文迪许用实验的方法测出了引力常量G的数值，故A正确；
B．密立根通过油滴实验比较精确地测定了电荷量e的数值，故B错误；
C．卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出了原子的核式结构模型，故C错误；
D．纽曼和玻耳在对理论和实验资料进行严格分析后，发现了法拉第电磁感应定律，故D错误；
故选A。
13．C
【详解】
ABC．α粒子散射实验发现了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，所以C正确，AB错误；
D．玻尔发现了电子轨道量子化，故D错误。
故选C。
14．AD
【详解】
AB．α粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑斥力做功，动能减小，电势能增大，所以A正确；B错误；
C．两者相距最近时，动能最小，电势能最大，因为只有动能与电势能之间的传化所以两者的总能量守恒，所以C错误；
D．根据库仑定律，距离最近时斥力最大，所以D正确；
故选AD。
15．AD
【详解】
A．电子是构成物质的基本粒子，任何物质中均有电子，选项A正确；
B．电子的性质均一样，选项B错误；
C．质子质量是电子质量的1 836倍，选项C错误；
D．电子是一种粒子，是比原子更基本的物质单元，选项D正确。
故选AD。
16．CD
【详解】
AC．阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的高速电子流，选项A错误，C正确。
BD．只有当两极间有高电压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，选项B错误，D正确。
故选CD。
17． 核式 α 单 A
【详解】
（1）卢瑟福用这个实验装置发现了原子的核式结构模型。
（2）图中的放射源发出的是α粒子。
（3）图中的金箔是单层分子膜。
（4）如图所示的四个显微镜中，闪光频率最高的是A显微镜。
18． 阴极 负电
【详解】
略
19． 粒子散射 见解析
【解析】
卢瑟福通过粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型，该实验的现象为：绝大多数粒子几乎不发生偏转，少数粒子发生了较大的角度偏转，极少数粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来）。据此可画出粒子的运动轨迹：
20．见解析
【解析】
汤姆孙通过测定阴极射线的电性实验，测得阴极射线中含有带负电的粒子，然后通过测定阴极射线中负粒子的比荷的大小（通过带电粒子在电磁场中的运动实验）从而推理得到阴极射线中的粒子是电子。后来，汤姆孙和他的学生直接测量了氢离子和阴极射线的电荷，证明了阴极射线的电荷与氢离子的电荷大小基本相同，计算出阴极射线的质量是氢离子质量的，这些事实不仅证实了阴极射线确实是带电粒子流，而且表明不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分，比最轻的氢原子的质量还小得多，汤姆孙将这种带电粒子称为电子，电子的发现说明原子具有一定的结构，也就是说原子是由电子和其他物质组成的。
21．见解析；垂直于纸面向外
【解析】
步骤B中，电子在M1、M2两极板间做类平抛运动，当增大两极板间电压时，电子在两极板间的偏转距离增大。
当在荧光屏上恰好看不到亮点时，电子刚好打在下极板M2靠近荧光屏端的边缘，则有
解得
由此可以看出，进行步骤B的目的是使粒子在电场中的偏转距离成为已知量，就可以表示出比荷。
步骤C中，加上磁场后电子不偏转，则电场力等于洛伦兹力，且洛伦兹力方向向上，由左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外。
22．(1) (2) (3)
【详解】
(1)射线被加速后在电场力和洛伦兹力共同作用匀速直线运动，根据平衡得：
qE=qvB
解得：射线被加速后的速度为
(2)去掉金属板间电压后，粒子不再受到电场力，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，经过A点，则圆心为O点，半径为r，如图所示
则有
解得：
因为洛伦兹力提供向心力，则
联立解得：
(3)设粒子轨迹对应的圆心角为θ，根据几何关系可得
解得
带电粒子在磁场中运动到A点的时间为：
23．
【详解】
卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型，该实验的现象为：绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大的角度偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来），据此可画出α粒子的运动轨迹，如图所示：
答案第1页，共2页