4.2原子的核式结构模型同步练习（含解析）2023——2024学年高物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

4.2 原子的核式结构模型 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列关于四幅插图的说法正确的是（ ）
A．甲图为方解石的双折射现象，说明方解石是非晶体
B．乙图中制作防水衣时用右管材料的防水效果更好
C．丙图为粒子的散射实验现象，其中J运动轨迹所占的比例是最多的
D．丁图的绝热容器中，抽掉隔板，容器内气体温度降低
2．1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手盖革、马斯登一起进行了著名的“粒子散射实验”，实验中大量的粒子穿过金箔前后的运动轨迹如图所示。卢瑟福通过对实验结果的分析和研究，于1911年建立了原子的核式结构。下列描述中，正确的是（　　）
A．绝大多数粒子穿过金箔后，都发生了大角度偏转
B．少数粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进
C．该实验证实了汤姆生原子模型的正确性
D．通过粒子散射实验，估计出原子核半径的数量级为
3．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（ ）
A．在实验中观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转，有的甚至被弹回，极少数仍沿原来方向前进
B．使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的斥力使α粒子偏转，当α粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转
C．实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分
D．实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量
4．如图甲所示为α粒子散射实验装置的剖面图，图中铅盒内的放射性元素钋（Po）所放出的α粒子由铅盒上的小孔射出，形成一束很细的粒子束打到金箔上。α粒子束能穿过很薄的金箔打到荧光屏上，并产生闪光，这些闪光可以通过显微镜观察；α粒子穿越金箔前后运动方向之间的夹角θ称为散射角，如图乙所示，荧光屏和显微镜可一起绕金箔沿圆周转动，以便观察α粒子穿过金箔后散射角的变化情况。下列说法正确的是（　　）
A．整个装置可以不放在抽成真空的容器中
B．α粒子散射实验的结果表明，少数α粒子穿过金箔后，散射角很小（平均为2°~3°），几乎沿原方向前进
C．α粒子散射实验中观察到的个别α粒子甲乙被反弹回来，就像“一颗炮弹射向一张薄纸会反弹回来”，这种现象可用“枣糕模型”来解释
D．原子的核式结构模型有些类似太阳系，原子核犹如太阳，电子犹如行星，可称为原子的“行星模型”
5．卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，打到金箔上，最后在环形荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是（　　）
A．α粒子发生偏转是由于它跟金箔中的电子发生了碰撞
B．当α粒子接近金箔中的电子时， 电子对α粒子的吸引力使之发生明显偏转
C．通过α粒子散射实验可以估算原子核半径的数量级约为 10 m
D．α粒子散射实验说明了原子中有一个带正电的核，几乎集中了原子全部的质量
6．原子核由质子和中子组成，原子核的直径大小可能落在下列尺标图的哪个区间（　　）
A．A B．B C．C D．D
7．通过对α粒子散射实验的研究，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图为实验的示意图，显微镜前端带有荧光屏，实验时，若将显微镜分别放在位置1、2、3、4，则能观察到α粒子出现最多的位置为（　　）
A．位置1 B．位置2 C．位置3 D．位置4
8．如图所示，粒子散射实验中，移动显微镜M分别在a、b、c、d四个位置观察，则（　　）

A．在a处观察到的是金原子核 B．在b处观察到的是电子
C．在c处能观察到粒子 D．在d处不能观察到任何粒子
二、多选题
9．在卢瑟福的α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，图中、为轨迹上的点，虚线是过、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粒子的作用，下面说法正确的是（　　）
A．粒子受到斥力
B．该原子核的位置可能在③区域
C．根据粒子散射实验可以估算原子大小
D．粒子在、间的运动为匀速圆周运动
10．关于以下四幅图片，说法正确的是（ ）

A．甲图是电子的干涉图样，如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样
B．乙图是粒子散射的实验装置，当带荧光屏的显微镜放在D位置时，荧光屏上观察到大量闪光
C．丙图是花粉微粒在液体中运动位置的连线，说明花粉中的分子在做无规则热运动
D．丁图是观察自然光的偏振现象实验，将偏振片以光线为轴旋转任意角度，屏亮度不变
11．如图所示为粒子散射实验的示意图：放射源发出射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中①②③为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理错误的是（　　）

A．在位置②接收到的粒子最多
B．在位置①接收到粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内
C．位置②接收到的粒子一定比位置①接收到的粒子所受金原子核斥力的冲量更大
D．若正电荷均匀分布在原子内，则①②③三个位置接收到粒子的比例应相差不多
12．下列四幅图涉及不同的近代物理知识，其中说法正确的是（　　）

A．图甲：电子束穿过铝箔的衍射图样，证实电子具有波动性，质子、原子与分子同样具有波动性
B．图乙：卢瑟福通过分析α粒子散射结果，提出原子核式结构模型，并发现了质子和中子
C．图丙：普朗克最早提出能量子概念，并成功解释黑体辐射实验规律，是量子力学的奠基人之一
D．图丁：玻尔提出电子轨道是量子化的，氢原子能级是分立的，成功解释氢原子发光的规律
三、实验题
13．人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想。

（1）1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是 （填“电磁波”或“电子”），进而认为原子是一个球体，提出原子“西瓜模型”或“ 模型”；
（2）1909年，卢瑟福与他的学生进行了α粒子散射实验（图乙），提出了原子核式结构模型。如图是α粒子散射实验的图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法不正确的是( )

A．绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的
B．发生超过大角度偏转的α粒子是极少数的
C．沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小
D．沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大
14．（1）如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象描述正确的是

A．在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多
B．在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在A位置时稍多些
C．在C、D位置时，屏上观察不到闪光
D．在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
（2）在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一个角度，如图所示，这时

A．锌板带正电，指针带负电
B．锌板带正电，指针带正电
C．锌板带负电，指针带正电
D．锌板带负电，指针带负电
四、解答题
15．如下图（a）所示为α粒子散射实验模拟装置图，图（b）为“原子核模型仪”的正视图，图（c）为“原子核模型仪”的俯视图。为了使小钢球能平滑地从滑槽滚到原子核模型仪上，滑槽下端弧形应接近水平状态。调节滑槽相对“原子核模型仪”的方位，释放钢球，可以观察到钢球出射方向的差异。
（1）简述装置中用来模拟粒子和原子核半径的部分以及从该模拟实验中可以观察到的现象。
（2）能否将“原子核模型仪”改成圆柱状？简述你的理由。
16．（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？
17．1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图。
（1）人们用α粒子轰击多种原子核，都打出了质子，说明了什么问题？
（2）绝大多数原子核的质量数都大于其质子数，说明了什么问题？
18．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）
19．1911年前后，物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔，获得惊人的发现。试由此实验根据下列所给公式或数据估算金原子核的大小。已知点电荷的电势，。金原子序数为79，粒子的质量，质子质量，粒子的速度，电子电荷量。
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．B
【详解】A．方解石的双折射现象是单晶体的光学性质各向异性的表现，其内部分子排列是有规则的，A错误；
B．由乙图中的毛细现象可知，左细管材料与水是浸润的，右细管材料与水是不浸润的，用右细管的材料制作防水衣效果好，B正确；
C．丙图为粒子散射实验现象，实验现象中只有少量的粒子发生较大角度的偏转，所以运动轨迹所占的比例是最少的，C错误；
D．丁图的绝热容器中，抽掉隔板，气体向真空自由膨胀并不对外做功，根据热力学第一定律可知，气体的内能不变，所以容器内气体的温度不变，D错误。
故选B。
2．D
【详解】AB．卢瑟福“粒子散射实验”结果表明，绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数粒子发生了较大的偏转，并有极少数粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来，故AB错误；
C．通过粒子散射实验，卢瑟福否定了汤姆生原子模型，建立了原子的核式结构模型，故C错误；
D．通过粒子散射实验，卢瑟福确定了原子核半径的数量级为，故D正确。
故选D。
3．C
【详解】A．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90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来），故A错误；
B．当粒子接近核时，是核的斥力使粒子发生明显偏转，故B错误；
C．从绝大多数粒子几乎不发生偏转，推测使粒子受到排斥力的核体积极小，实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，故C正确；
D．实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和绝大部分质量，故D错误。
故选C。
4．D
【详解】A．整个装置一定要放在抽成真空的容器中，若不放在真空中进行，α粒子会使空气发生电离，选项A错误；
B．α粒子散射实验的结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后，散射角很小（平均为2° 3°），几乎沿原方向前进，少数α粒子的散射角较大，极少数α粒子的散射角超过90°，个别α粒子甚至被反弹回来，选项B错误；
C．α粒子散射实验中观察到的个别α粒子被反弹回来，就像“一颗炮弹射向一张薄纸会反弹回来”，这种现象可用“原子的核式结构模型”来解释，选项C错误；
D．原子的核式结构模型有些类似太阳系，原子核犹如太阳，电子犹如行星，所以也被称为原子的“行星模型”，选项D正确。
故选D。
5．D
【详解】A．α粒子偏转主要是占原子质量绝大部分的带正电的原子核的斥力造成的，电子的质量很小，α粒子与电子碰撞后对运动轨迹的影响可忽略不计，A错误；
B．大角度的偏转不可能是电子造成的，因为电子的质量只有α粒子的 ，它对α粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。B错误；
C．α粒子散射可以用来估算核半径。对于一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10-15m，而整个原子半径的数量级是10-10m，两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。C错误；
D．占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围。这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转。D正确；
故选D。
6．B
【详解】原子核极小，它的直径在之间，体积只占原子体积的几千亿分之一。
故选B。
7．D
【详解】在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，所以荧光屏和显微镜放在4位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多。
故选D。
8．C
【详解】四个位置观察到的均为粒子。
故选C。
9．AB
【详解】A.根据轨迹弯曲的方向可知，粒子受到的库仑力的方向从金原子指向粒子方向，可知粒子受到的力是斥力，故A项正确；
B.卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，粒子带正电，同种电荷相互排斥，结合受力的特点与轨迹的特点可知，原子核可能在③区域，故B项正确；
C.根据粒子散射实验可以估算原子核大小，故C项错误；
D.粒子受到的库仑力随粒子与金原子核之间距离的变化而变化，力的大小是变化的，所以粒子不可能做匀速圆周运动，故D项错误；
故选AB。
10．AD
【详解】A．甲图是电子的干涉图样，电子具有波粒二象性，即使是一个一个发射的，也会得到干涉图样，故A正确；
B．乙图是粒子散射的实验装置，当带荧光屏的显微镜放在D位置时，荧光屏上将观察到极少量的闪光，因为金原子的原子核非常小，所以大部分粒子将穿过金箔沿原方向前进，少部分发生偏转，极少部分会被弹回，故B错误；
C．丙图是花粉微粒在液体中运动位置的连线，花粉微粒的无规则运动是大量液体分子对微粒的撞击不平衡导致的，故C错误；
D．丁图是观察自然光的偏振现象实验，自然光包含了沿着各个方向的偏振光，所以将偏振片以光线为轴旋转任意角度，穿过偏振片的光的偏振方向变了，但屏的亮度不变，故D正确。
故选AD。
11．AC
【详解】A．原子的内部是很空阔的，原子核非常小，所以绝大多数α粒子的运动轨迹没有发生偏转，则在位置③接收到的α粒子最多，所以A错误，符合题意；
B．在位置①接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内，所以B正确，不符合题意；
C．位置②接收到的α粒子一定比位置①接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更小，因为在位置①α粒子速度反向运动，则动量的变化量更大，所以冲量更大，则C错误，符合题意；
D．若正电荷均匀分布在原子内，则α粒子与原子正面撞击，粒子最后反弹，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差较多，所以D正确，不符合题意。
故选AC。
12．ACD
【详解】A．图甲：电子束穿过铝箔的衍射图样，证实电子具有波动性，质子、原子与分子同样具有波动性，选项A正确；
B．图乙：卢瑟福通过分析α粒子散射结果，提出原子核式结构模型；卢瑟福在用α粒子轰击氮原子核的实验中发现了质子，并预言了中子的存在，查德威克发现中子，选项B错误；
C．图丙：普朗克最早提出能量子概念，并成功解释黑体辐射实验规律，是量子力学的奠基人之一，选项C正确；
D．图丁：玻尔提出电子轨道是量子化的，氢原子能级是分立的，成功解释氢原子发光的规律，选项D正确。
故选ACD。
13． 电子 枣糕 ABC
【详解】（1）[1]汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，断定其本质是带负电的粒子流，并断定阴极射线是电子。
[2]汤姆孙认为正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，提出原子“西瓜模型”或“枣糕模型”。
（2）[3]A．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，运动轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的，故A正确；
B．发生超过大角度偏转的α粒子是极少数的，故B正确；
C．根据点电荷电场分布可知，离原子核近的地方电场强度大，故沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小，故C正确；
D．α粒子受到斥力作用，沿轨迹2运动的α粒子电场力先做负功，后做正功，的电势能先增大后减小，故D错误。
故选ABC。
14． AD/DA B
【详解】（1）[1] AB．大多数射线基本不偏折，放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，故A正确，B错误；
CD．极少数射线较大偏折，放在C、D位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少，故C错误，D正确；
故选AD。
（2）[2]锌板在弧光灯照射下，发生光电效应，有光电子逸出，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，导致指针带正电。
故选B。
15．（1）见解析；（2）见解析
【详解】（1）装置中用来模拟粒子为装置中的凸起部分，装置中用来模拟原子核半径的部分为为装置中的凸起部分中间圆柱部分的半径。从该模拟实验中可以观察到的现象：大部分钢球沿原轨道做直线运动，小部分偏离发射方向做曲线运动但偏角较小，极少部分被反弹回来。
（2）不能将“原子核模型仪”改成圆柱状，如果改成圆柱状，小球与圆柱碰撞后都做偏折方向不同的直线运动，与α粒子散射实验现象不符合。
16．（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。
17．（1）说明质子是原子核的组成部分；（2）说明原子核中除了质子外还有其他粒子。
【详解】（1）人们用α粒子轰击多种原子核，都打出了质子，说明了说明质子是原子核的组成部分。
（2）绝大多数原子核的质量数都大于其质子数，说明了说明原子核中除了质子外还有其他粒子。
18．(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
19．
【详解】粒子接近金原子核，克服库仑做功，动能减少，电势能增加。当粒子的动能完全转化为电势能时，离金原子核最近，距离为R，R可被认为是金原子核半径。由动能定理有
又因
Q为金原子核电荷量，则
代入数据，其中
可得
答案第1页，共2页
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