高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 原子的核式结构模型精品同步测试题

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基础篇
一、单选题
1.1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用粒子轰击金箔，研究粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于粒子散射实验，下列说法正确的是（ ）
A．该实验是卢瑟福建立原子“枣糕”模型的重要依据
B．粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞
C．实验结果说明原子中有一个带正电且占有原子几乎全部质量的核
D．通过粒子散射实验还可以估计原子半径的数量级是
【答案】C
【解析】A．卢瑟福建立的是原子核式结构，不是枣糕模型，选项A错误；
B．造成粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大，选项B错误；
C．从绝大多数粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，实验表明原子中心的核带有原子的全部正电，和几乎全部质量，选项C正确；
D．粒子散射实验可以估算出原子核半径的数量级是，选项D错误。
故选：C。
2.关于原子模型及其建立过程叙述正确的是（ ）
A．阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电量
B．汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷也是呈点状均匀镶嵌在球体内，而并非弥漫性分布于球内；该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代。
C．α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10-15m
D．卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域—原子核，电子绕核做圆周运动，库仑力提供向心力。
【答案】C
【解析】A．阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，但未精确测定了电子电量，A错误；
B．汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，带正电的物质均匀分布在球体内，B错误；
C．α粒子散射实验，根据大角度偏转α粒子数量百分比，可以估测出原子核尺度数量级为10-15m，C正确；
D．卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的区域—原子核，电子绕核运动，至于运动状态没有说明，D错误。
故选：C。
3.α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为（ ）
A．α粒子与电子根本无相互作用
B．因为电子是均匀分布的，粒子受电子作用的合力为零
C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计
D．电子很小，粒子碰撞不到电子
【答案】C
【解析】α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为电子的质量只有α粒子质量的，电子对α粒子速度的大小和方向的影响极小，所以α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计，故C正确。
故选：C。
4.下列实验现象中，支持阴极射线是带电微粒观点的是（ ）
A．阴极射线可以透过薄铝片
B．阴极射线通过电场或磁场时，要产生相应偏转
C．阴极射线透过镍单晶时，产生衍射现象
D．阴极射线轰击荧光物质，发出荧光
【答案】B
【解析】A．X射线不带电且有较强的穿透能力，可以透过薄铝片，因此阴极射线可以透过薄铝片不能说明阴极射线是带电微粒，选项A错误；
B．阴极射线通过电场或磁场时发生偏转，说明它是带电的粒子，不是不带电的电磁波，选项B正确；
C．只要具有波的特性，就能产生衍射现象，故C错误；
D．紫外线照射荧光物质时也会发出荧光，不能证明阴极射线是带电微粒，故D错误。
故选：B。
5.许多科学家对物理学的发展作出了巨大贡献，以下关于物理学史和物理学家所用物理学方法叙述正确的是（ ）
A．汤姆逊发现了电子，并首先提出了原子的核式结构模型
B．质点是对研究对象的一种科学抽象处理，任何物体在任何时候都能看成质点
C．在“探究平抛运动在竖直方向上的分运动”的实验中，应用了比较研究法
D．如果一个力的作用效果与另外两个力的作用效果相同，这个力就是那两个力的合力，这里采用了理想实验法
【答案】C
【解析】A．汤姆孙发现了电子，并提出了“枣糕式原子模型”，故A错误；
B．只有当物体的体积和形状对研究的问题没有影响时，才能将物体看成质点，故B错误；
C．在“探究平抛运动在竖直方向上的分运动”的实验中，应用了比较研究法，故C正确；
D．如果一个力的作用效果与另外两个力的作用效果相同，这个力就是那两个力的合力，这里采用了等效替代法，故D错误。
故选：C。
6.在卢瑟福的粒子散射实验中，某一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五个区域，不考虑其他原子核对该粒子的作用，下列说法正确的是（ ）
A．粒子受到引力
B．该原子核的位置可能在①区域
C．根据粒子散射实验可以估算原子核大小
D．粒子在P、Q间的运动为匀速圆周运动
【答案】C
【解析】A．在粒子散射实验中，粒子经过某一原子核附近时受到库仑斥力作用，A项错误；
B．若该原子核处于①区域，在粒子受到库仑斥力后应该向区域②弯曲，所以该原子核的位置不可能在①区域，B项错误；
C．根据粒子散射实验可以估算原子核的大小，C项正确；
D．粒子受到库仑斥力，在P、Q间的运动不可能为匀速圆周运动，D项错误。
故选：C。
7.下列说法中符合物理学史实的是（ ）
A．查德威克通过研究阴极射线发现电子，从而打开了原子物理大门
B．勒纳等人通过实验得出光电效应的四个特征
C．玻尔首先提出了原子的核式结构学说，第一次将量子化引入到原子领域
D．卢瑟福用粒子轰击金箔实验证明原子是由其它粒子组成的
【答案】B
【解析】A．汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，从而打开了原子物理大门，故A错误；
B．德国物理学家勒纳等人通过实验得出光电效应的四个特征，并试图在经典电磁理论的框架内解释光电效应，故B正确；
C．普朗克第一次将量子化引入到原子领域，卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说，故C错误；
D．卢瑟福等人通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构，故D错误。
故选：B。
8.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（ ）
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，总功等于零
D．加速度先变小，后变大
【答案】C
【解析】ABC．卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子经过某一原子核附近时α粒子和原子核均带正电，互相排斥，虚线为等势线，电场线垂直于等势线，α粒子由于惯性，逆电场线运动，由a到b，受斥力，电场力做负功，电势能增大，速度减小，动能减小，由b到c过程中，电场力的方向与速度方向夹角为锐角，电场力做正功，电势能减小，速度增大，动能增大，由于a和c在同一等势线上，电场力做功为零，C正确，AB错误；
D．由点电荷电场线分布特点，b点的电场线比a、c两点较密，因此，a、c两点场强小于b点场强，加速度先变大后变小，D错误。
故选：C。
9.如图所示是阴极射线管示意图。接通电源后，阴极射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是( )
A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向
D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
【答案】B
【解析】若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方向，选项B正确，A错误；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿z轴正方向，选项C、D错误。
故选：B。
10.如图所示为α粒子散射实验装置，粒子打到荧光屏上会引起闪烁，若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中a、b、c、d四处位置。则这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数符合实验事实的是( )
A．1 305、25、7、1
B．202、405、605、203
C．1 202、1 010、723、203
D．1 202、1 305、723、203
【答案】A
【解析】根据卢瑟福的α粒子散射实验结果可知，绝大多数α粒子没有发生偏转，少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°，因此在a、b、c、d四处位置统计的闪烁次数应依次减少，且在d位置应非常少，B、C、D项与分析不符，A项与分析相符，A正确。
故选：A。
提升篇
一、多项选择题
1.下图是卢瑟福的α粒子散射实验装置示意图，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是( )
A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
D．只有少数的α粒子发生大角度偏转
【答案】AD
【解析】α粒子散射实验的内容：绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大的角度偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)。该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据，A项正确；根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，B项错误；发生α粒子偏转现象，主要是由于α粒子和原子核发生相互作用的结果，C项错误；绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大的角度偏转，D项正确。
故选：AD。
2.对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有( )
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，仍会发生散射现象
D．实验装置放在空气中和真空中都可以
【答案】AC
【解析】α粒子散射实验器材有放射源、金箔、荧光屏、显微镜，A正确；若金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受较大的阻碍而影响实验效果，B错误；若改用铝箔，铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍能发生，C正确；若放置在空气中，空气中的尘埃对α粒子的运动会产生影响，D错误。
故选：AC。
3.已知X射线的“光子”不带电，假设阴极射线像X射线一样，则下列说法正确的是( )
A．阴极射线管内的高电压不能够对其加速而增加能量
B．阴极射线通过偏转电场不会发生偏转
C．阴极射线通过磁场方向一定不会发生改变
D．阴极射线通过偏转电场能够改变方向
【答案】ABC
【解析】因为X射线的“光子”不带电，故电场、磁场对X射线不产生作用力，故选项A、B、C正确。
故选：ABC。
4.英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( )
A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量
【答案】AD
【解析】阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，选项A正确；由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，选项B错误；不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，选项C错误；在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，选项D正确。
故选：AD。
5.如图所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图．显像管中有一个阴极，工作时能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光．安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转．下列说法中正确的是( )
A．如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点
B．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
C．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
D．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场磁感应强度应该先由小到大，再由大到小
【答案】AC
【解析】若偏转线圈中没有电流，则阴极射线沿直线运动，打在O点，A正确．由阴极射线的电性及左手定则可知B错误，C正确．由R＝eq \f(mv,qB)可知，B越小，R越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，故D错误。
故选：AC。
非选择题
1.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Ep＝k eq \f(q1q2,r)，r为距点电荷的距离；α粒子质量为6.64×10－27 kg)
【答案】2.7×10－14m
【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 eq \f(1,2)mv2＝k eq \f(q1q2,d)
d＝ eq \f(2kq1q2,mv2)＝ eq \f(2×9.0×109×2×79×（1.6×10－19）2,6.64×10－27×（2.0×107）2)m≈2.7×10－14m。
2.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＝ eq \f(1,7 300)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量大小；
(2)α粒子与金原子核碰撞后的速度变化量大小。
【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 eq \f(1,2)mαv eq \\al(\s\up11(2),\s\d4(0))＝ eq \f(1,2)mαv1′2＋ eq \f(1,2)mv2′2，解得v1′＝ eq \f(mα－m,mα＋m)v0，速度变化量的大小Δv＝|v1′－v0|＝ eq \f(2m,mα＋m)v0。
(1)与电子碰撞，将me＝ eq \f(1,7 300)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。