2025人教版高中物理选择性必修第三册强化练习题（有解析）--3　原子的核式结构模型

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2025人教版高中物理选择性必修第三册
3　原子的核式结构模型
基础过关练
题组一　电子的发现
1.关于电子的发现,下列叙述中正确的是 (　　)
A.J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子,从而揭示了原子核是可以再分的
B.电子的发现说明原子是由电子和原子核组成的
C.电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷
D.电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的
2.(多选题)(2023广东佛山实验学校月考)阴极射线管及方向坐标如图所示,电子束从阴极射出后沿直线穿过狭缝掠射到荧光屏上,显示出电子束的径迹,以下偏转情况判断正确的是(　　)
A.在阴极射线管中加一个方向向上的电场,射线向上偏转
B.在阴极射线管中加一个方向向下的电场,射线向上偏转
C.在阴极射线管中加一个方向向前的磁场,射线向上偏转
D.在阴极射线管中加一个方向向后的磁场,射线向上偏转
3.(2024上海松江期中)美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置,精确测出了电子的电荷量,因此该实验被称为密立根油滴实验。如下图所示,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,图中油滴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　　　　　(选填“奇数倍”“偶数倍”或“整数倍”),这个最小电荷量被认为是元电荷。
题组二　原子的核式结构模型
4.(经典题)(2024江苏徐州期末)如图所示为α粒子散射的实验装置示意图。将显微镜先后置于图中的A点和B点,在这两点观察的时间相同,则 (　　)
A.在B点一定观察不到闪光
B.在A、B两点观察到的闪光次数接近
C.在B点能观察到闪光,主要因为α粒子通过金箔时与电子发生碰撞
D.在A点观察到的闪光次数远多于在B点观察到的,说明金原子内部非常空旷
5.(2024北京通州期末)根据卢瑟福提出的原子核式结构模型解释α粒子散射实验,使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是 (　　)
A.原子核对α粒子的万有引力
B.原子核对α粒子的库仑斥力
C.核外电子对α粒子的万有引力
D.核外电子对α粒子的库仑引力
6.(2024黑龙江哈尔滨三模)在α粒子散射实验中,下列图景正确的是 (　　)
　　　　
　　　　
7.(2024北京海淀期中)下列说法不正确的是 (　　)
A.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
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.J.J.汤姆孙首先发现了电子,并精确测定了电子电荷量,且提出了“枣糕”式原子模型
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
8.(2024山东威海期末)α粒子散射实验被评为世界十大经典物理实验之一,此实验开创了原子结构研究的先河,为建立现代原子核理论打下了基础。关于α粒子散射实验,下列说法正确的是 (　　)
A.J.J.汤姆孙根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
B.该实验需要在真空环境下才能完成
C.该实验表明α粒子大角度偏转可能是与电子直接碰撞造成的
D.在其他条件相同情况下,只改变金箔的厚度,对实验结果没有影响
9.(经典题)(2023北京海淀一零一中学月考)如图所示为α粒子散射图景,图中实线表示α粒子的运动轨迹,则关于α粒子散射实验,下列说法正确的是 (　　)
A.根据α粒子散射实验可以估算原子大小
B.图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了直接碰撞
C.绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小
D.图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大
10.(多选题)在卢瑟福的α粒子散射实验中,某一α粒子经过原子核附近时的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,下列说法不正确的是(　　)
A.α粒子受到引力
B.该原子核的位置可能在①区域
C.根据α粒子散射实验可以估算原子核大小
D.α粒子在P、Q间的运动为匀速圆周运动
题组三　原子核的电荷与尺度
11.(教材深研拓展)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10-15 m,而整个原子半径的数量级是10-10 m,两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。如果把原子放大为直径是100 m的球,原子核的大小相当于下列哪个物体 (　　)
A.一粒小米　　　　B.一粒葡萄
C.一个乒乓球　　　　D.一个篮球
12.(2024湘豫名校联考)2023年诺贝尔物理学奖颁给了对“阿秒光脉冲”研究具有突出贡献的三位物理学家,他们的实验方法为人类探索原子内部的电子超快动力学行为提供了新的工具。1阿秒等于10-18秒。下列物体的尺度与真空中光经过1阿秒前进的距离最接近的是(　　)
A.质子　　　B.氢原子　　　C.细菌　　　D.头发丝直径
答案与分层梯度式解析
1.D 2.BC 4.D 5.B 6.B 7.C
8.B 9.C 10.ABD 11.A 12.B
1.D　J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子,从而揭示了原子是可以再分的,故A错误;原子的核式结构模型是卢瑟福通过α粒子散射实验提出的,说明原子是由电子和原子核组成的,故B错误;电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷,故C错误;电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的,故D正确。
2.BC　电子带负电,所受电场力与电场方向相反,如果加一个方向向上的电场,则电子受到的电场力方向向下,射线向下偏转;如果加一个方向向下的电场,电子受到的电场力方向向上,射线向上偏转,选项A错误,B正确。在阴极射线管中施加一个方向向前的磁场时,根据左手定则可知,电子受到的洛伦兹力向上,因此会向上偏转,反之,加一个方向向后的磁场,射线向下偏转,选项C正确,D错误。
导师点睛
阴极射线的本质是电子流,在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力,故研究电场力(或洛伦兹力)对电子运动的影响时,一般不考虑重力的影响。
3.答案　(1)ABC　(2)　(3)整数倍
解析　(1)(2)金属板A、B间的电场为匀强电场,油滴处于静止状态,所以电场力与重力平衡,即mg=qE=q,得q=,可知要测出该油滴的电荷量,需要测出的物理量有油滴质量m、两板间的电压U、两板间的距离d。故选A、B、C。
(3)带电体所带电荷量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。
4.D　在α粒子散射的实验中,绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,少数α粒子发生大角度的偏转,极少数α粒子偏转角度大于90°,所以在B位置能观察到闪光,但闪光次数远小于在A位置观察到的,说明金原子内部非常空旷,A、B错误,D正确;在B点能观察到闪光,主要因为α粒子穿过金箔时与原子核之间发生相互作用,由于电子的质量极小,对α粒子运动的影响可以忽略,C错误。故选D。
导师点睛
原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释:
　　(1)当α粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,运动方向改变很小,因为原子核很小,所以绝大多数α粒子几乎不发生偏转。
　　(2)只有当α粒子在穿过时十分接近原子核,才受到很大的库仑力作用,偏转角度才很大,而这种机会很小。
　　(3)如果α粒子正对着原子核射来,偏转角度几乎达到180°,这种机会极小。
5.B　微观粒子间的万有引力远小于库仑力,所以使少数α粒子发生大角度偏转的作用力不是原子核对α粒子的万有引力,也不是核外电子对α粒子的万有引力,A、C错误;α粒子和电子接近时,它们之间有库仑引力作用,但由于电子的质量只有α粒子质量的,α粒子与电子相互作用,就像一颗子弹与一粒灰尘碰撞一样,α粒子的运动方向几乎不改变,D错误;使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的库仑斥力(易错点),当α粒子与原子核距离较近时,它们之间的库仑斥力很大,使得α粒子发生大角度偏转,B正确。故选B。
6.B　当α粒子进入原子区域后,离带正电的原子核越远,受到的库仑斥力越小,运动方向改变越小(破题关键),离原子核很近时,受到很强的库仑斥力,发生大角度偏转,A错误,B正确;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极小,完全可以忽略,C、D错误。故选B。
7.C　α粒子散射实验说明了原子内部很空旷,原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上,A正确;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,卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子“核式结构”模型,并成功解释了α粒子发生大角度偏转的原因,B、D正确;J.J.汤姆孙首先发现了电子,提出了“枣糕”式原子模型,密立根首先精确测定了电子电荷量,C错误。故选C。
易混易错
原子的核式结构模型与枣糕模型的区别
核式结构模型 枣糕模型
原子内部是非常空旷的,全部正电荷及几乎全部质量集中在一个很小的核里 原子是一个球体,正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内
电子绕核高速旋转 电子镶嵌在原子球体内
8.B　卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型,A错误;α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成,是为了避免α粒子和空气中的原子碰撞影响实验结果,B正确;电子的质量很小,α粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一粒灰尘碰撞一样,α粒子的运动方向几乎不改变,α粒子发生大角度偏转,是由于α粒子与原子核距离较近时,它们之间的库仑斥力很大,C错误;在其他条件相同情况下,只改变金箔的厚度,对实验结果有影响,D错误。故选B。
9.C　根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小(易错点),选项A错误;图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用,并没有发生直接碰撞,选项B错误;绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小,选项C正确;图中大角度偏转的α粒子,库仑斥力对其先做负功后做正功,故电势能先增大后减小,选项D错误。
10.ABD　在α粒子散射实验中,α粒子经过原子核附近时受到库仑斥力作用,故A错误;若该原子核处于①区域,则α粒子因受到库仑斥力应该向②区域偏转,所以该原子核的位置不可能在①区域,故B错误;根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小,故C正确;α粒子受到库仑斥力,在P、Q间的运动不可能为匀速圆周运动,故D错误。故选A、B、D。
11.A　由题可知原子的半径是原子核半径的105倍,如果把原子放大为直径是100 m的球,同样比例放大后原子核的直径为d= m=10-3 m=1 mm,相当于一粒小米的大小。故选A。
12.B　真空中光经过1阿秒前进的距离为x=ct=3×108×10-18 m=3×10-10 m,质子半径的数量级为10-15 m,氢原子半径的数量级为10-10 m,细菌直径的数量级为10-6 m,头发丝直径大约为0.12 mm,故选B。
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