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

第十八章　第二节
一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)
1．(2020·黑龙江哈尔滨三中高二下学期段考)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应属于(　B　)
A．万有引力 B．库仑力
C．安培力 D．洛伦兹力
解析：使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子产生的库仑力，故B正确。
2．在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一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四个区域。不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是(　A　)
A．可能在①区域 B．可能在②区域
C．可能在③区域 D．可能在④区域
解析：α粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的α粒子产生斥力，故原子核不会在④区域；如原子核在②、③区域，α粒子会向①区域偏；如原子核在①区域，可能会出现题图所示的轨迹。
3．在卢瑟福进行的α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转的原因是(　B　)
A．正电荷在原子中是均匀分布的
B．原子的正电荷以及绝大部分质量都集中在一个很小的核上
C．原子中存在带负电的电子
D．原子核中有中子存在
解析：α粒子散射实验证明了原子的核式结构模型，卢瑟福认为只有原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的区域，才有可能出现α粒子的大角度散射，选项B正确。
4．(2020·山东省淄川中学高二下学期阶段性检测)卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验，获得了重要发现，关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是(　C　)
A．证明了质子的存在
B．证明了原子核是由质子和中子组成的
C．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里
D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
解析：α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核。数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以C对，A、B错；玻尔发现了电子轨道量子化，D错。
5．α粒子散射实验中，当α粒子最靠近原子核时，α粒子符合下列哪种情况(　AD　)
A．动能最小
B．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
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。
6．(2020·河北省张家口市高二下学期期末)关于α粒子散射实验及核式结构模型，下列说法正确的是(　AB　)
A．从α粒子源到荧光屏处于真空环境中
B．绝大多数α粒子穿过金箔后不发生偏转
C．α粒子接近金原子核时，受到很强的吸引力才可能发生大角度偏转
D．α粒子散射实验否定了核式结构模型
解析：从α粒子源到荧光屏处于真空环境中，选项A正确；绝大多数α粒子穿过金箔后不改变方向，只有极少数的粒子发生大角度偏转，选项B正确；α粒子接近金原子核时，受到很强的排斥力才可能发生大角度偏转，选项C错误；α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，选项D错误。
二、非选择题
7．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的速率从等势面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)
答案：2.3×105 m/s
解析：α粒子从A点运动到B点，库仑力做的功
WAB＝qUMN＝－qUNM，
由动能定理WAB＝mv－mv ，故vB＝
＝ m/s
≈2.3×105 m/s
能力提升
一、选择题(1～3题为单选题，4题为多选题)
1．如图为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的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下述说法不正确的是(　C　)
A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B．相同时间内放在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粒子散射实验的现象，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观察到的闪光会逐渐减少，因此B、D正确，C错误。
2．在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列说法正确的是(　A　)
A．α粒子一直受到金原子核的斥力作用
B．α粒子的动能不断减小
C．α粒子的电势能不断增大
D．α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果
解析：在α粒子穿过金箔的过程中，一直受到金原子核的库仑斥力作用，α粒子的动能先减小后增大，电势能先增大后减小。综上所述本题选A。
3．如图所示，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，下列说法中正确的是(　C　)
A．动能先增大，后减小
B．电势能先减小，后增大
C．电场力先做负功，后做正功，总功等于零
D．加速度先变小，后变大
解析：根据卢瑟福提出的核式结构模型，原子核集中了原子的全部正电荷，即原子核外的电场分布与正点电荷电场类似。α粒子从a运动到b，电场力做负功，动能减小，电势能增大；从b运动到c，电场力做正功，动能增大，电势能减小；a、c在同一条等势线上，则电场力做的总功等于零，A、B错误，C正确；a、b、c三点的场强关系Ea＝Ec4．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　AC　)
A．在实验中，观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，极少数发生了较大角度的偏转
B．使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核和核外电子，当α粒子接近核时，是核的斥力使α粒子发生明显偏转；当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转
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全部原子的质量
解析：在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A、C正确；极少数发生大角度偏转，说明受到金原子核明显作用的空间在原子内很小，α粒子偏转，而金原子核未动，说明金原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子，α粒子打在电子上，α粒子不会有明显偏转，故B、D错误。
二、非选择题
5．氢原子核外电子质量为m，绕核运动的半径为r，绕行方向如图所示，则电子在该轨道上运动的加速度大小为____，假设核外电子绕核运动可等效为一环形电流，则这一等效电流的值为____，若在垂直电子轨道平面加上一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，则电子绕核运动的轨道半径将__减小__。(填“增大”或“减小”)
解析：根据库仑力提供电子绕核旋转的向心力。可知：
k＝ma　∴a＝
设电子运动周期为T，则k＝mr
电子绕核的等效电流：I＝＝＝
若在垂直电子轨道平面加上一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，电子的向心力增大，将做近心运动，所以电子绕核运动的轨道半径将减小。
6．假设α粒子以速率v0与静止的电子或金原子核发生弹性正碰，电子质量me＝mα，金原子核质量mAu＝49mα。求：
(1)α粒子与电子碰撞后的速度变化；
(2)α粒子与金原子核碰撞后的速度变化。
答案：(1)－2.7×10－4v0　(2)－1.96v0
解析：α粒子与静止的粒子发生弹性碰撞，动量和能量均守恒，
由动量守恒mαv0＝mαv1′＋mv2′
由能量守恒mαv＝mαv1′2＋mv2′2
解得v1′＝v0
速度变化Δv＝v1′－v0＝－v0
(1)与电子碰撞，将me＝mα代入得
Δv1≈－2.7×10－4v0
(2)与金原子核碰撞，将mAu＝49mα代入得
Δv2＝－1.96v0