5.1原子结构 同步练习（word版含答案）

5.1、原子结构
一、选择题（共16题）
1．对微观世界的探索中，下列说法正确的是（　　）
A．密立根最先发现了电子
B．汤姆孙最先通过油滴实验测出了电子的比荷
C．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
D．人们认识到原子核具有复杂结构是从发现质子开始的
2．卢瑟福预言原子核内除质子外还有中子的事实依据是（　　）
A．电子数与质子数相等
B．绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的质量与电荷量之比
C．原子核的核电荷数等于质子数
D．质子和中子的质量几乎相等
3．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展．下列说法符合事实的是（　　）
A．卢瑟福通过粒子散射实验，证实了原子核内存在质子和中子
B．约里奥居里夫妇用粒子轰击发现了人工放射性同位素
C．普朗克提出了光子说，成功地解释了光电效应现象
D．密立根通过阴极射线在电场中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
4．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：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了原子核的内部结构模型
B．图乙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
C．图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子特征光谱也是不连续的
D．图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构
5．下列说法正确的是
A．爱因斯坦在研究黑体辐射的过程中提出了能量子的假说
B．康普顿效应说明光子有动量，即光具有粒子性
C．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性
D．天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构
6．下列叙述中符合物理学史的有（　　）
A．玻尔通过研究阴极射线实验，发现了电子存在
B．汤姆孙通过α粒子散射现象，提出了原子核式结构模型
C．卢瑟福发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构
D．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦有关光的电磁理论
7．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数的α粒子发生了大角度的偏转，其原因是( )
A．原子中有带负电的电子，电子会对α粒子有引力的作用．
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的质量都集中在一个很小的核上．
D．原子是不可再分的．
8．下列关于电子的说法错误的是（　　）
A．发现电子是从研究阴极射线开始的
B．汤姆孙发现物质中发出的电子比荷是不同的
C．电子发现的意义是让人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构
D．电子是带负电的，可以在电场和磁场中偏转
9．关于光谱和光谱分析，以下说法正确的是（　　）
A．太阳光谱是连续谱，氢原子光谱是线状谱
B．光谱分析的优点是灵敏而且迅速
C．分析某种物质的化学组成，可以使这种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气从而取得吸收光谱进行分析
D．摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素
10．如图，在粒子散射实验中，图中实线表示粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，为某条轨迹上的三个点，其中两点距金原子核的距离相等
A．卢瑟福根据粒子散射实验提出了能量量子化理论
B．大多数粒子击中金箔后几乎沿原方向返回
C．从经过运动到的过程中粒子的电势能先减小后增大
D．粒子经过两点时动能相等
11．μ子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。如图为μ氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率分别为v1、v2、v3、v4、v5和v6的光子，且频率依次增大，已知普朗克常量为h，则能量E的数值为（　　）
A．hv1 B． hv 3 C． hv 4 D． hv 6
12．已知氢原子基态的能量为E1（E1＜0），处于量子数为n的激发态的氢原子能量为。处于某一激发态的一群氢原子可以发出3种不同频率的光，这3种光中能使逸出功为的金属发生光电效应的有（　　）
A．0种 B．1种
C．2种 D．3种
13．根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图表示了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),下列判断中正确的是(　　)
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
14．当α粒子（He）最接近金原子时，α粒子（　　）
A．动能最小
B．电势能最大
C．α粒子与金原子组成的系统的能量最小
D．所受金原子的斥力最小
15．下列说法正确的是（　　）
A．汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕”式原子模型
B．卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转
C．α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
D．卢瑟福提出了原子“核式结构”模型，并解释了α粒子发生大角度偏转的原因
16．下列说法正确的是 （ ）
A．光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性
B．汤姆孙发现了电子，说明原子核有自身的结构
C．有核能释放的核反应就一定有质量亏损
D．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
E．一个氢原子从n=3的激发态向基态跃迁时，最多可放出3种不同频率的光子
二、填空题
17．如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将向______偏转。
18．19世纪，科学家在光学，原子和原子核的研究方面有不断的突破，指出下面三幅示意图中所表示的实验;并说明这些实验能提出的物理模型或物理规律：
A图：________________________________
B图：________________________________
C图：________________________________
19．用电磁波照射某原子，使它从能量为E1的基态跃迁到能量为E2的激发态．该电磁波的频率等于____．
20．α粒子散射是估算核半径的最简单的方法，对于一般的原子核，实验确定的核半径R的数量级为______m；与原子半径相比两者相差很多，可见原子内部是十分“空旷”的．当α粒子进入原子区域后，下列图中，O表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹的是______
综合题
21．19世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点．一种观点认为阴极射线是电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电粒子．1897年，汤姆孙判断出该射线的电性，并求出了这种粒子的比荷，为确定阴极射线的本质做出了重要贡献．假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者，请回答下列问题：
(1)如图所示的真空玻璃管内，阴极K发出的粒子经加速后形成一细束射线，以平行于金属板CD的速度进入该区域，射在屏上O点．如何判断射线粒子的电性？
(2)已知C、D间的距离为d，在C、D间施加电压U，使极板D的电势高于极板C，同时施加一个磁感应强度为B的匀强磁场，可以保持射线依然射到O点．求该匀强磁场的方向和此时阴极射线的速度v．
(3)撤去磁场，射线射在屏上P点．已知极板的长度为l1，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为l2，磁感应强度为B，P到O的距离为y．试求该粒子的比荷．
22．（1）原子结构模型示意图如图所示。该模型中，电子绕原子核做匀速圆周运动，就像地球的卫星一样。观察图片，思考：电子做匀速圆周运动所需的向心力是什么力提供的？
（2）上述问题中电子能否看作点电荷？
23．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？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．1897年汤姆孙发现电子，故A错误；
B．最先通过油滴实验测出了电子的比荷的物理学家是密立根，故B错误；
C．1911年，卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，否定了汤姆孙的枣糕式模型，故C正确；
D．人们认识到原子核具有复杂结构是从天然放射现象开始的，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的质量与电荷量之比，故原子核内还存在不带电的中子。
故选B。
3．B
【详解】
A．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，A错误；
B．1934年，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击，发现了人工放射性同位素，B正确；
C．爱因斯坦提出光子说，成功解释了光电效应现象，C错误；
D．1897年，汤姆孙通过阴极射线在电场中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，D错误。
故选B。
4．C
【详解】
A．图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，并没有得出原子核内部结构，故A错误；
B．用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能，故B错误；
C．玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的即原子特征光谱也是不连续的，故C正确；
D．图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有一定结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构，故D错误。
故选C。
5．B
【详解】
普朗克在研究黑体辐射的过程中提出了能量子的假说，选项A错误；康普顿效应说明光子有动量，即光具有粒子性，选项B正确；宏观物体的物质波波长非常小，极不容易观察到它的波动性，选项C错误；天然放射现象的发现说明可原子核具有复杂结构，选项D错误；故选B.
6．D
【详解】
A．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子存在，故A错误；
B．卢瑟福通过α粒子散射现象，提出了原子核式结构模型，故B错误；
C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构，故C错误；
D．1886年，德国科学家赫兹做了《赫兹的电火花》等一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，故D正确。
故选D。
7．C
【详解】
α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子的质量只有α粒子质量的1/7300，粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变．α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；二是这一粒子带有较大的正电荷；三是这一粒子的体积很小；综上所述，少数的α粒子发生了大角度的偏转的原因是原子的正电荷和绝大部分的质量都集中在一个很小的核上．故C正确，ABD错误．故选C．
8．B
【详解】
A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，选项A正确
B．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B错误；
C．汤姆逊发现电子，使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构，选项C正确；
D．电子是带负电的，可以在电场和磁场中偏转，选项D正确。
本题选错误的，故选B。
9．B
【详解】
A．太阳光谱是不连续谱，氢原子光谱是不连续的，是线状谱，A错误；
B．光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速，能帮助人们发现新元素，B正确；
C．分析某种物质的化学组成可以白光通过这种物质的低温蒸气取吸收光谱进行分析，C错误；
D．月球是反射的阳光。分析月光实际上就是在分析阳光，月球又不象气体那样对光谱有吸收作用，因此无法通过分析月球的光谱来得到月球的化学成分，故D错误。
故选B。
10．D
【详解】
A.卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，普朗克根据黑体辐射的规律第一次提出了能量量子化理论，故选项A错误；
B.根据粒子散射现象可知，大多数粒子击中金箔后几乎沿原方向前进，故选项B错误；
C.粒子受到电场力作用，根据电场力做功特点可知粒子从经过运动到的过程中电场力先做负功后做正功，所以粒子的电势能先增大后减小，故选项C错误；
D .由于、两点距金原子核的距离相等，所以、两点电势相等，根据可知粒子在、两点电势能相等，根据能量守恒可知粒子在、两点动能相等，故选项D正确．
11．B
【详解】
μ氢原子吸收光子后，发出频率为6种，说明μ氢原子吸收光子能量后跃迁至第4能级。则根据题意可知，从4到1跃迁时发光频率为v6，从3到1跃迁时发光频率为v5，从2到1跃迁时发光频率为v4，从4到2跃迁时发光频率为v3，所以从2到4跃迁时吸收光子的能量为
E= hv3
故选B。
12．C
【详解】
该激发态为第二激发态，发出的光的能量有、、，故大于逸出功的有两种。
故选C。
13．B
【详解】
ABD．α粒子先靠近原子核，然后又远离原子核，则在运动过程中，电场力(库仑斥力)对α粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，由动能定理知，动能先减小后增大，则B选项正确，而A、D选项错误；
C．α粒子受到的库仑斥力先增大后减小，由牛顿第二定律知，加速度先增大后减小，C选项错误。
故选B。
14．AB
【详解】
AB．粒子和金原子都带正电，库仑力表现为斥力，二者距离减小时，库仑力做负功，动能减小，电势能增大，最接近金原子时，动能最小，电势能最大，故AB正确；
C．α粒子与金原子组成的系统的能量守恒，故C错误；
D．根据库仑力计算公式
当两个点电荷距离减小时，库仑力增大，则当α粒子（He）最接近金原子时，所受金原子的斥力最大，故D错误。
故选AB。
15．BCD
【详解】
汤姆孙首先发现了电子，提出了“枣糕”式原子模型，密立根测定了电子电荷量，故A错误；卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转，故B正确；α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，故C正确；卢瑟福提出了原子“核式结构”模型，并解释了α粒子发生大角度偏转的原因，故D正确；故选BCD．
16．ACD
【详解】
A、光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性，故A正确．B、汤姆逊发现电子，知道原子还可以再分，不能说明原子核内部结构，故B错误．C、根据爱因斯坦质能方程知，有核能释放，就一定有质量亏损，故C正确．D、普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，故D正确．E、一个氢原子从n=3的激发态向基态跃迁时，逐级跃迁产生的光子种类最多，则最多可放出2种不同频率的光子，分别从n=3跃迁到n=2和n=2跃迁到n=1，故E错误．故选ACD．
17．上
【详解】
通有强电流的长直导线，由右手安培定则可判断，其在导线下方产生的磁场方向垂直纸面向外，电子在阴极射线管中向右运动，由左手定则可判断洛伦兹力方向向上，所以阴极射线向上偏转。
18． 根据图像可知为α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式模型 光的双缝干涉，证明了光的波动性 光电电效应，证明了光的粒子性
【详解】
A图：根据图像可知为α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式模型
B图：光的双缝干涉，证明了光的波动性
C图：光电电效应，证明了光的粒子性
19．
【详解】
解：从能量为E1的基态跃迁到能量为E2的激发态，释放能量为△E=E2﹣E1；
根据，则有电磁波的频率；
故答案为．
20． B
【详解】
试题分析：粒子穿过原子时，只有当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，
粒子散射实验可以估算出原子核的数量级为．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中下方粒子受力指向轨迹的外侧，故A错误；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90°，极少数的粒子偏转角大于150°，甚至个别粒子沿原方向弹回．原因在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，B正确CD错误．
21．(1) 根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点判断(2)垂直纸面向外，(3)
【详解】
(1) 根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点，所形成的电场方向由正极指向负极，即可判断射线粒子带负电；
(2) 极板D的电势高于极板C，形成的电场竖直向上，当电子受到的电场力与洛沦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O点，由左手定则可知，磁场方向应垂直纸面向外，设电子的速度为v，则
evB=eE
所以
(3) 通过长度为l1的极板区域所需的时间
当两极板之间加上电压时，设两极板间的场强为E，作用于电子的静电力的大小为qE，
因电子在垂直于极板方向的初速度为0，因而在时间t1内垂直于极板方向的位移
电子离开极板区域时，沿垂直于极板方向的末速度
设电子离开极板区域后，电子到达荧光屏上P点所需时间为t2：
在t2时间内，电子作匀速直线运动，在垂直于极板方向的位移
P点离开O点的距离等于电子在垂直于极板方向的总位移
由以上各式得电子的荷质比为
加上磁场B后，荧光屏上的光点重新回到O点，表示在电子通过平行板电容器的过程中电子所受电场力与磁场力相等，即：
联立解得：
22．（1）原子核对电子的静电力提供；（2）能看作点电荷
【详解】
（1）电子做匀速圆周运动所需要的向心力是由原子核对电子的静电力提供的；
（2）由于电子离原子核的距离相对较远，故此时电子可以看作点电荷。
23．(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：
答案第1页，共2页