3.2 原子的结构 同步练习（粤教版选修3-5）

3.2 原子的结构 同步练习（粤教版选修3-5）
1．(双选)卢瑟福的核式结构模型初步建立了原子结构的正确图景，能解决的问题有(　　)
A．解释α粒子的散射实验
B．用α粒子散射实验数据估算了原子核的大小
C．用α粒子散射实验数据估算了原子的大小
D．以上分析都不对
答案：AB
图3－2－7
2.（单选）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3－2－7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．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：选A.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；如果原子核在②、③区，α粒子会向①区偏；如原子核在①区，可能会出现如题图所示的轨迹，故应选A.本题是原子物理和静电场的综合题，它利用图示的形式给出了信息，所以同学们在做题时，要从图中找出隐含的信息，以便准确解题．
3．(单选)如图3－2－8所示，一个α粒子穿过金箔过程中，经过两个等势面，其中A、C在同一等势面上，下列说法正确的是(　　)
图3－2－8
A．α粒子在A处的速度比在B处的速度小
B．α粒子在B处的速度最大
C．α粒子在A、C两处的速度大小相等
D．以上说法都不正确
解析：选C.由于A、C在同一等势面上，α粒子在从A到C的过程中库仑斥力不做功．根据动能定理W合＝ΔEk＝0知，A、C两点的速度大小应相等．
4．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1000 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，由此知题中所说的原子核的半径约r核＝ m＝1.0×10－2 m＝1 cm.
答案：半径约1 cm
一、单项选择题
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．金核半径大，易形成大角度散射
解析：选B.α粒子散射实验中，选用金箔是因为金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔，α粒子很容易穿过，A正确．金原子核质量大，被α粒子轰击后不易移动，C正确．金核半径大，易形成大角度散射，D正确．
2．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，这是因为(　　)
A．α粒子和电子根本无相互作用
B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的
C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计
D．电子体积极小，α粒子碰撞不到电子
解析：选C.α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子质量只有α粒子的，α粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子几乎不改变其运动方向，故上述选项中正确的是C.
3．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
解析：选D.α粒子与原子核外的电子的作用是很微弱的，A错误．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，B错误，D正确．
4．卢瑟福对α粒子散射实验的解释下列选项不正确的是(　　)
A．使α粒子产生偏转的主要力是原子中电子对α粒子的作用力
B．使α粒子产生偏转的力主要是库仑力
C．原子核很小，α粒子接近它的机会很少，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进
D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子
解析：选A.使α粒子产生偏转的主要力是原子核对α粒子的库仑斥力，A错误，B正确．α粒子穿过原子时离原子核越近，库仑斥力越强，偏转的角度就越大，D正确．原子核很小，α粒子接近它的机会很少，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进，C正确．
5．(2011年北京西城区模拟)关于α粒子散射实验(　　)
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，动能增加，电势能也增加
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：选D.
由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍沿原方向前进．只有极少数发生大角度的偏转，从α粒子的散射实验的数据可以估算出原子核直径的大小约为10－15 m～10－14 m．由此可知A错，D正确；用极端法，α粒子向金属核射去，如图所示．可知α粒子接近核时，克服电场力做功，所以其动能减少，电势能增加；当α粒子远离原子核时，电场力做正功，其动能增加，电势能减少，所以选项B、C都错．
6．高速α粒子在重原子核电场作用下的散射现象如图3－2－9所示，实线表示α粒子运动的轨迹，虚线表示重核形成电场的等势面．设α粒子经过a、b、c三点时的速度为va、vb、vc，则其关系为(　　)
图3－2－9
A．vaC．vb解析：选C.α粒子和原子核都带正电相互排斥，当α粒子靠近原子核时，电场力做负功，α粒子动能减小，va>vb，当α粒子远离原子核时电场力做正功，动能增加，vc>vb.又因为从a到c的整个过程电场力对α粒子做正功，故vava>vb，选项C正确．
二、双项选择题
7．2005年被联合国定为“国际物理年”，以表彰爱因斯坦对科学的贡献．爱因斯坦对物理学的贡献有(　　)
A．创立“相对论” B．发现“X射线”
C．提出“光子说” D．建立“原子核式模型”
解析：选AC.X射线是伦琴发现的，原子核式模型是卢瑟福提出的，故B、D错误，A、C正确．
8．α粒子的散射实验证明了(　　)
A．原子有一个很小的核
B．原子核集中了原子的全部正电荷
C．原子核集中了原子的全部质量
D．原子核是由质子和中子组成
解析：选AB.卢瑟福的原子核式结构学说是在原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转．A、B正确．由于电子也有质量，所以C错误．氢原子核只有质子，D错误．
9．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
解析：选AB.由于原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，而原子核又很小，所以原子内绝大部分区域是“空”的，所以选项A正确，C错误．电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑力提供向心力，所以选项B正确．原子核的直径约是10－15 m，原子的直径约是10－10 m，所以选项D错误．
图3－2－10
10．用α粒子撞击金原子核发生散射，图3－2－10中关于α粒子的运动轨迹正确的是(　　)
解析：选CD.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．
三、非选择题
11．若氢原子的核外电子绕核做半径为r的匀速圆周运动，则其角速度ω是多少？电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流I是多少？(已知电子的质量为m，电荷量为e，静电力常量用k表示)
解析：电子绕核运动的向心力是库仑力，因为＝mω2r，所以ω＝ ·；其运动周期为T＝＝ ·，其等效电流I＝＝ .
答案： 　　
12．在α粒子散射实验中，根据α粒子与原子核发生对心碰撞时所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为ε＝k，α粒子质量为6.64×10－27 kg)．
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，设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，则有mv2＝k.
d＝＝ m
≈2.7×10－14 m.
答案：2.7×10－14 m