选修3-5 2.2原子的核式结构模型 同步练习

2.2 原子的核式结构模型 同步练习
考点1：对α粒子散射实验的理解
1．关于α粒子散射实验装置的描述，下列说法中正确的是( )
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．如果不用金箔改为铝箔，就不会发生散射现象
D．实验装置放置在空气中和真空中都可以
2．卢瑟福提出原子的核式结构模型的依据是用α粒子轰击金箔，实验中发现α粒子( )
A．全部穿过或发生很小偏转
B．绝大多数沿原方向穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回
C．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过
D．全部发生很大偏转
3．在α粒子散射实验中，使α粒子散射的原因是( )
A．α粒子与原子核外电子碰撞
B．α粒子与原子核发生接触碰撞
C．α粒子发生明显衍射
D．α粒子与原子核的库仑斥力作用
4．如图所示，X表示金原子核，α粒子射向金箔被散射，若它们的入射时的动能相同，其偏转轨迹可能是图中的( )

5．在α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是( )
A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用
B．α粒子一直受到原子核的斥力作用
C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用
D．α粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小
6．(多选)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．图中虚线表示原子核所形成的电场等势面，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是( )
A．电场力在a→b过程中做负功，b→c过程中做正功，但总功等于零
B．加速度先变大，后变小
C．a、c两点的动能不相等
D．其动能与电势能的和不变
7.(多选)如图所示，为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图，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，下述说法中正确的是( )
A．相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多
B．相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些
C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光
8.(多选)用α粒子撞击金原子核发生散射，图中关于α粒子的运动轨迹正确的是( )
A．a
B．b
C．c
D．d
9．在α粒子的散射实验中，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( )
A．万有引力
B．库仑力
C．磁场力
D．核力
10．英国物理学家卢瑟福用α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，如图所示，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α粒子的运动轨迹，能正确反映实验结果的图是( )
11.从α粒子散射实验结果出发推出的结论有：
①金原子内部大部分都是空的；②金原子是一个球体；③汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况；④原子核的半径很小，其中正确的是( )
A．①②③
B．①③④
C．①②④
D．①②③④
12. (多选)α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时，α粒子符合下列哪种情况( )
A．动能最小
B．电势能最小
C．α粒子与金原子组成的系统的能量最小
D．所受原子核的斥力最大
考点2：原子的核式结构模型
13.(多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有( )
A．原子的中心有个核，叫原子核
B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内
D．带负电的电子在核外绕着核旋转
14．卢瑟福的α粒子散射实验的结果显示了下列哪些情况( )
A．原子内存在电子
B．原子的大小为10－10 m
C．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上
D．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内
15．(多选)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．势能最小
C．α粒子与金原子核组成的系统的能量最小
D．所受金原子核的斥力最大
16.如图所示，实线表示金原子核电场的等势线，虚线表示α粒子在金核电场中散射时的运动轨迹．设α粒子通过a、b、c三点时速度分别为va、vb、vc，电势能分别为Ea、Eb、Ec，则va、vb、vc由小到大的顺序为____________________，Ea、Eb、Ec由小到大的顺序为________________ ．
17.卢瑟福的原子核式结构模型认为，核外电子绕核运动．设想氢原子的核外电子绕核做匀速圆周运动，氢原子中电子离核最近的轨道半径为r1，已知电子电荷量为e，静电力恒量为k，用经典物理学的知识，
(1)计算电子在半径为r1的轨道运动时的动能．
(2)设轨道2的半径r2＝4r1，计算电子在轨道2运动时的动能．
(3)比较电子在轨道1与轨道2的动能，Ek1________Ek2(选填“＞”“＜”或“＝”)，电势能Ep1________Ep2(选填“＞”“＜”或“＝”)．
18.如图所示，M、N为原子核外的两个等势面，已知UNM＝100 V．一个α粒子以2.5×105 m/s从等势面M上的A点运动到等势面N上的B点，求α粒子在B点时速度的大小．(已知mα＝6.64×10－27 kg)
19．α粒子的质量大约是电子质量的7 300倍，如果α粒子以速度v跟电子发生弹性正碰(假设电子原来是静止的)，则碰撞后α粒子的速度变化了多少？
20.速度为107 m/s的α粒子从很远的地方飞来，与铝原子核发生对心碰撞，若α粒子的质量为4m0，铝核的质量为27m0，它们相距最近时，铝核获得的动能是原α粒子动能的多少？
21．已知电子质量为9.1×10－31kg，带电荷量为－1.6×10－19 C，若氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10－10m，求电子绕核运动的线速度大小、动能、周期和形成的等效电流．
2.2 原子的核式结构模型 同步练习
参考答案
1.
【答案】A
【解析】实验用的器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜，放大镜可以在水平面内转动不同的方向，对散射的α粒子进行观察，A对；实验用的金箔的厚度极小，如果厚度增大，α粒子穿过金箔时必然受到较大的阻碍作用而影响实验结果，B错；如果改用铝箔，铝的原子核的电量仍然大α粒子很多，当α粒子靠近铝原子核时，库仑斥力仍然很大，散射实验现象仍能够发生，C错；空气的流动和尘埃对α粒子的运动产生较大影响，且α粒子在空气中由于电离作用，只能前进很短距离，使实验无法进行，故实验装置是放在真空中进行的，D错．
2.
【答案】B
【解析】卢瑟福的α粒子散射实验结果是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，故选项A错误．α粒子被散射时只有少数发生了较大角度偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°，故选项B正确，选项C、D错误．
3.
【答案】D
【解析】α粒子与原子核外电子的作用是很微弱的，由于原子核的质量和电荷量很大，α粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足可以使α粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使α粒子散射的原因是库仑斥力，D对．
4.
【答案】D
【解析】α粒子离金核越远，其所受斥力越小，轨迹弯曲的就越小，故D对．
5.
【答案】B
【解析】α粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，故A、C错误，B正确；α粒子在靠近金原子核时斥力做负功，速度减小，远离时斥力做正功，速度增大，故D错误．
6.
【答案】ABD
【解析】α粒子与原子核之间的力为库仑斥力，从a→b库仑力做负功，动能减少，电势能增加，从b→c库仑力做正功，动能增加，且a→b与b→c库仑力所做的总功为0，则a、c两点的动能相等，因此A正确，C错；因为只有电场力做功，故动能与电势能之和不变，故D正确；α粒子与原子核相距越近，库仑力越大，加速度越大，故从a→c加速度先增大后减小，B正确．
7.
【答案】AC
【解析】在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、D错，C对．
8.
【答案】CD
【解析】α粒子受金原子核的排斥力，方向沿两者的连线方向，运动轨迹弯向受力方向的一侧，A、B均错误；离原子核越近，α粒子受到的斥力越大，偏转越大，C、D正确．
9.
【答案】B
10.
【答案】D
【解析】α粒子散射实验的原因是α粒子与金原子核间存在库仑斥力，因此仅有D图正确．
11.
【答案】B
【解析】从α粒子散射实验结果出发，可推出带电的原子核体积很小，集中了原子几乎所有的质量，带负电的电子质量很小，绕核运动；故选B.
12.
【答案】AD
【解析】α粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑力做功，动能减少，电势能增加．两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒．根据库仑定律，距离最近时，斥力最大．故A、D均正确．
13.
【答案】ACD
【解析】卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外空间绕着核旋转，由此可见，B选项错误，A、C、D选项正确．
14.
【答案】D
【解析】根据α粒子散射实验现象，绝大多数α粒子穿过金箔后沿原来方向前进，少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90°，可知C错，A与题意不符；而实验结果不能判定原子的大小为10－10 m，B错，故选D.
15.
【答案】AD
【解析】α粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑斥力做功，动能减少，电势能增加，两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒．根据库仑定律，距离最近时，斥力最大．
16.
【答案】vb＜va＜vc　Ec【解析】金原子核和α粒子都带正电，α粒子在接近金核过程中需不断克服库仑力做功，它的动能减小，速度减小，电势能增加；α粒子在远离金核过程中库仑力不断对它做功，它的动能增大，速度增大，电势能减小．因此这三个位置的速度大小关系和电势能大小关系为vb＜va＜vc，Ec17.
【答案】(1)k　(2)k　(3)＞　＜
【解析】
(1)根据库仑力充当向心力有k＝m，
故Ek＝mv2＝k.
(2)由(1)知当r2＝4r1时有Ek′＝k＝k.
(3)由(2)知由轨道1运动至轨道2，电子动能减小，故Ek1＞Ek2，由轨道1至轨道2过程中，电子克服库仑力引力做功，电势能增大，故Ep1＜Ep2.
18.
【答案】2.3×105 m/s
【解析】
α粒子在由A到B的过程中，根据动能定理
－2eUNM＝mαv2－mαv
由此得v＝ 
＝  m/s
＝2.3×105 m/s.
19.
【答案】v
【解析】
设电子质量为m，碰后α粒子速度为v1，电子速度为v2，由弹性碰撞中能量和动量守恒得
×7 300mv2＝×7 300mv＋mv①
7 300mv＝7 300mv1＋mv2②
联立①②式，解得v1＝v＝v
因此碰撞后α粒子速度减少了v－v1＝v.
20.
【答案】
【解析】在α粒子和铝原子核发生对心碰撞后，当二者速度相同时相距最近，在α粒子靠近过程中，由动量守恒得
mαv0＝(mα＋m铝)v共，所以v共＝
＝＝
＝＝＝
21.
【答案】2.19×106 m/s　2.18×10－18 J　1.53×10－16 s　1.05×10－3 A
【解析】
由卢瑟福的原子模型可知：电子绕核做圆周运动所需的向心力由核对电子的库仑引力来提供．
根据＝k ，得v＝e ＝1.6×10－19×
m/s＝2.19×106 m/s；
其动能Ek＝mv2＝×9.1×10－31×(2.19×106)2J
＝2.18×10－18 J；
运动周期T＝＝ s
＝1.53×10－16 s；
电子绕核运动形成的等效电流
I＝＝＝A≈1.05×10－3 A．