高中物理人教版物理选修3-5练习 第十八章　2原子的核式结构模型 Word版含解析

2　原子的核式结构模型
基础巩固
1.在α粒子散射实验中,选用金箔的原因,下列说法不正确的是(　　)
A.金具有很好的延展性,可以做成很薄的箔
B.金原子核不带电
C.金原子核质量大,被α粒子轰击后不易移动
D.金原子核半径大,易形成大角度散射
答案:B
2.卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出(　　)
A.原子的核式结构模型
B.原子核内有中子存在
C.电子是原子的组成部分
D.原子核是由质子和中子组成的
答案:A
3.在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是(　　)
答案:C
4.在α粒子散射实验中,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.弹力
解析:电荷之间是库仑力作用,万有引力很弱,可不计。
答案:B
5.关于原子结构,下列说法正确的是(　　)
A.原子中原子核很小,核外很“空旷”
B.原子核的直径的数量级是10-10 m
C.原子的全部电荷都集中在原子核内
D.原子的全部的质量都集中在原子核内
答案:A
6.在α粒子的散射实验中,并没有考虑α粒子跟电子碰撞所产生的效果,这是由于(　　)
A.α粒子跟电子相碰时,损失的动量很小,可忽略
B.电子体积实在太小,α粒子完全碰不到它
C.α粒子跟各电子碰撞的效果互相抵消
D.由于电子是均匀分布的,α粒子受电子作用力的合力为零
答案:A
7.(多选)α粒子散射实验中,当α粒子最接近原子核时,下列说法正确的是(　　)
A.α粒子动能最小
B.α粒子势能最小
C.α粒子与金原子组成的系统的能量最小
D.α粒子所受原子核的斥力最大
解析:该题考查了原子的核式结构、动能、电势能、库仑定律及能量守恒等知识点。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。
答案:AD
8.1910年英国科学家卢瑟福进行了著名的α粒子(带正电)轰击金箔实验。结果发现:绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进,但是有少数α粒子却发生了较大的偏转,并且有极少数α粒子的偏转角度超过90°,有的甚至几乎达到180°,像是被金箔弹了回来。
(1)根据实验现象,卢瑟福提出“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”,卢瑟福所说的“很小的结构”指的是　　　　。?
(2)1 μm金箔包含了约3 000层金原子,绝大多数α粒子穿过后方向不变,该现象可以说明下列两种说法中的(　　)
A.原子的质量是均匀分布的
B.原子内部绝大部分空间是空的
(3)科学家对原子结构的探究经历了三个过程,通过α粒子散射实验,你认为原子结构为图中的(　　)
答案:(1)原子核　(2)B　(3)C
9.卢瑟福提出的原子核式结构模型认为在原子的中心有一个很小的核。如果把原子看成半径为1 000 m的大球,请你估算原子核半径的大小。
解析:由α粒子散射实验测出原子核的半径约为10-15 m,而原子的半径约为10-10 m,原子核的半径与原子的半径之比为1105,由此知若原子半径为1 000 m,则原子核的半径r核=1 000105 m=1.0×10-2 m=1 cm。
答案:1 cm
能力提升
1.(多选)关于原子的核式结构学说,下列说法正确的是(　　)
A.原子中绝大部分是“空”的,原子核很小
B.电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力
C.原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里
D.原子核的直径约是10-10 m
答案:AB
2.卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图如图所示,图中的显微镜可在圆周轨道上转动,通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。下列说法正确的是(　　)
A.在图中的A、B两位置分别进行观察,相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多
B.在图中的B位置进行观察,屏上观察不到任何闪光
C.卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶,观察到的实验结果基本相似
D.α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹
解析:在α粒子散射实验中,绝大多数α粒子沿原方向前进,少数α粒子有大角度散射,所以A处观察到的粒子多,B处观察到的粒子少,所以选项A、B错误。α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用,所以选项D错误,选项C正确。
答案:C
3.(多选)在α粒子散射实验中,如果一个α粒子跟金箔中的电子相撞,则(　　)
A.α粒子的动能和动量几乎没有损失
B.α粒子将损失大部分动能和动量
C.α粒子不会发生显著的偏转
D.α粒子将发生较大角度的偏转
答案:AC
4.下图是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹,M、N、P、Q是轨迹上的四点,在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是(　　)
　　 　　　　　　　　　　　　　　　
A.M点 B.N点 C.P点 D.Q点
解析:α粒子与重金属原子核带同种电荷,由于库仑力作用,α粒子在运动过程中发生偏转,由牛顿第二定律可知,α粒子的加速度方向为其所受库仑力方向,指向轨迹弯曲方向的内侧,故题图中P点所示加速度方向正确,即选项C正确。
答案:C
5.★如图所示,实线表示金原子核电场的等势线,虚线表示α粒子在金原子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EpA、EpB、EpC,则(　　)
A.vA>vB>vC,EpB>EpA>EpC
B.vB>vC>vA,EpBC.vBD.vBEpA>EpC
解析:金原子核和α粒子都带正电,α粒子在接近金原子核过程中需不断地克服库仑力做功,它的动能减少,速度减小,电势能增加;α粒子在远离金原子核过程中库仑力不断地对它做功,它的动能增加,速度增大,电势能减少。因此这三个位置的速度大小关系和电势能大小关系分别为vB<vAEpA>EpC。
答案:D
6.关于原子结构理论与α粒子散射实验的关系,下列说法正确的是(　　)
A.卢瑟福做α粒子散射实验是为了验证汤姆孙的“枣糕模型”是错误的
B.卢瑟福认识到汤姆孙“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论
C.卢瑟福的α粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正确性
D.卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论
解析:卢瑟福设计的α粒子散射实验是为了探究原子内电荷的分布,并非为了验证汤姆孙模型是错误的,选项A错误;卢瑟福并不是认识到“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论,选项B错误;卢瑟福做了α粒子散射实验后,由实验现象而提出了“核式结构”理论,选项C错误,选项D正确。
答案:D
7.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的等势线,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,下列说法正确的是(　　)
A.动能先增加,后减少
B.电势能先减少,后增加
C.电场力先做负功,后做正功,总功等于0
D.加速度先变小,后变大
解析:α粒子从A点经B点到达A点的等势点C点的过程中电场力先做负功,后做正功,α粒子的电势能先增加,后减少,回到同一等势线上时,电场力做的总功为0。故选项C正确。
答案:C
8.★已知电子质量为9.1×10-31 kg、带的电荷量为-1.6×10-19 C,当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为
0.53×10-10 m时,求电子绕核运动的速度、动能、周期和等效电流的值。
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mv2r=ke2r2,得v=ekrm
=1.60×10-19×9×1090.53×10-10×9.1×10-31 m/s
=2.18×106 m/s
其动能Ek=12mv2=12×9.1×10?31×(2.18×106)2 J=2.16×10-18 J
运动周期T=2πrv=2×3.14×0.53×10-102.18×106 s=1.53×10-16 s
电子绕核运动形成的等效电流
I=qt=eT=1.6×10-191.53×10-16 A≈1.05×10-3 A。
答案:2.18×106 m/s　2.16×10-18 J　1.53×10-16 s　1.05×10-3 A