高中物理人教版选修3-5 作业题 18-2 原子的核式结构模型 Word版含解析

原子的核式结构模型
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一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)
1．对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有(　A　)
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．如果不用金箔改用铝箔，就不会发生散射现象
D．实验装置放在空气中和真空中都可以
解析：α粒子散射实验中所用的金箔几乎薄到了单原子层的程度，只有这样才能根据α粒子的散射现象得出金原子的结构；铝箔的延展性不如金箔，铝原子的质量也不如金原子大；实验时必须将装置放在真空中．综上所述，答案为A.
2．卢瑟福的α粒子散射实验结果表明了(　D　)
A．原子核是可分的
B．原子核是由质子和中子组成的
C．原子是由均匀带正电的物质和带负电的电子构成的
D．原子内部有一个很小区域，集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量
解析：由α粒子散射实验的结果可知，原子是可分的，它由原子核和电子组成；另外原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量，故A、B错误，D正确；C项是汤姆孙提出的原子模型，故C错误．
3．如图所示为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A，B，C，D四个位置时，关于观察到的现象，下列说法不正确的是(　C　)
A．相同时间内在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B．相同时间内在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多
C．放在C，D位置时屏上观察不到闪光
D．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
解析：根据α粒子的散射实验现象，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上沿原方向前进，因此在A位置观察到的闪光次数最多，故A正确；少数α粒子发生大角度偏转，因此从A到D观察到的闪光次数会逐渐减少，故B、D正确，C错．故正确答案为C.
4．卢瑟福通过α粒子散射实验判断出原子的中心有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构．如图所示的示意图中，①、②两条表示实验中α粒子的运动径迹，则沿③所示的方向射向原子核的α粒子可能的运动径迹为(　A　)
A．轨迹a B．轨迹b
C．轨迹c D．轨迹d
解析：由于α粒子偏转的原因是原子核对α粒子的库仑斥力作用，所以α粒子可能的运动径迹为a，答案选A.
5．关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是(　D　)
A．绝大多数α粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转
B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少
C．α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能增大
D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小
解析：α粒子散射实验中，绝大多数的α粒子运动方向基本不变；α粒子接近原子核的过程中，库仑斥力对α粒子做负功，动能减少，电势能增大，反之，动能增大，电势能减少；根据α粒子接近原子核的程度，可以估算出原子核的大小．故答案为D.
6．当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(　B　)
A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力作用
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
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，远离时做正功，速度增大，故D错误．
7．卢瑟福的α粒子散射实验结果表明了(　BD　)
A．原子核是可分的
B．汤姆孙的“枣糕模型”是错误的
C．原子是由均匀带正电的物质和带负电的电子构成
D．原子中的正、负电荷并非均匀分布
解析：α粒子散射实验并非证明原子是由什么构成的，而是想证明组成原子的正、负电荷在原子内部是如何分布的，由实验现象可知原子内部的正、负电荷并非均匀分布，证明了“枣糕模型”是错误的，故答案为BD.
8．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　ABC　)
A．α粒子穿过原子时，由于α粒子的质量比电子大得多，电子不可能使α粒子的运动方向发生明显的改变
B．由于绝大多数α粒子穿过金箔后仍按原来方向前进，所以使α粒子发生大角度偏转的原因是在原子中极小的区域内集中着对α粒子产生库仑力的正电荷
C．α粒子穿过原子时，只有少数粒子发生大角度偏转的原因是原子核很小，α粒子接近原子核的机会很小
D．使α粒子发生大角度偏转的原因是α粒子穿过原子时，原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等
解析：电子的质量很小，当和α粒子作用时，对α粒子运动的影响极其微小，A正确．α粒子发生大角度偏转，说明原子核的正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的区域内，所以B、C正确，D错误．
9．卢瑟福对α粒子散射实验的解释是(　BCD　)
A．使α粒子产生偏转的主要是原子中电子对α粒子的作用力
B．使α粒子产生偏转的力是库仑力
C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进
D．能发生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子
解析：原子核带正电，与α粒子间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错，B对；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D对．
二、非选择题
10．已知金原子序数为79，α粒子离金原子核的最近距离约为2×10－14 m，则：
(1)α粒子离金原子核最近时受到的库仑力是多大？
(2)α粒子产生的最大加速度为多少？
(3)估算金原子核的平均密度为多少？
(已知qα＝2e，mα＝6.64×10－27 kg，MAu＝3.3×10－25 kg)
答案：(1)91.008 N　(2)1.37×1028 m/s2
(3)9.9×1015 kg/m3
解析：(1)由库仑定律得F＝k＝k
代入数据解得F＝91.008 N.
(2)根据牛顿第二定律得
a＝＝ m/s2＝1.37×1028 m/s2.
(3)α粒子离金原子核的最近的距离约等于金原子核的半径，体积为V＝πr3，金原子核的平均密度约为ρ＝＝，代入数据解得ρ＝9.9×1015 kg/m3.
11．已知电子质量为9.1×10－31 kg，所带电荷量为－1.6×10－19 C，氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10－10 m，求电子绕核运动的线速度、动能、周期和形成的等效电流．
答案：(1)线速度为2.19×106 m/s，动能为2.18×10－18 J，周期为1.52×10－16 s，等效电流为1.05×10－3 A
解析：由卢瑟福核式结构模型可知：电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力：m＝k·，得v＝e＝1.6×10－19× m/s≈2.19×106 m/s.
动能Ek＝mv2＝×9.1×10－31×(2.19×106)2 J
≈2.18×10－18 J.
运动周期T＝＝ s
≈1.52×10－16 s.
电子绕核运动形成的等效电流：
I＝＝＝ A≈1.05×10－3 A.
12．在α粒子散射实验中，根据α粒子与金原子核发生对心碰撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小．现有一个α粒子以2.0×107 m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79，求该α粒子与金原子核间的最近距离．(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式Ep＝k，α粒子质量为6.64×10－27 kg)
答案：2.7×10－14 m
解析：当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，所以α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，则mv2＝k.
d＝＝ m
＝2.7×10－14 m.