新人教版高中物理选择性必修第三册第四章原子结构和波粒二象性第3节原子的核式结构模型基础训练含解析

第3节 原子的核式结构模型 见学用164页 课堂检测 1.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；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿z轴正方向。 2.（多选）（2021宁夏海原一中高二期末）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：A ; D 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），是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据，A项正确；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。 3.（多选）（2021安徽马鞍山和县二中高二开学考试）关于卢瑟福的α粒子散射实验和原子的核式结构模型，下列说法中正确的是( ) A. 绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进 B. 只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上 C. 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 D. 卢瑟福的“核式结构模型”说明原子内部存在带负电的电子 答案：A ; B ; C 解析：粒子散射实验的内容是：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），故A项正确；α粒子散射实验中，只有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；二是这一粒子带有较大的正电荷；三是这一粒子的体积很小，故B项正确；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，故C项正确；卢瑟福的“核式结构模型”否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”，但不能说明原子内部存在带负电的电子，故D项错误。 素养视角 教材拓展 密立根油滴实验 （1）实验装置：如图所示 ①两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上板带正电，下板带负电。油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中。 ②大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降。观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察。 （2）实验方法 ①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E。但是由于油滴太小，其质量很难直接测出。密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量。没加电场时，由于空气的黏性，油滴所受的重力大小很快就等于空气给油滴的阻力（空气给油滴的阻力与速度的关系满足f=kv）而使油滴匀速下落，可测得速度v1。 ②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡。根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量。 （3）实验结论 带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e。 素养演练 1.密立根油滴实验原理如图所示。两块水平放置的金属板与电源正负极相连，板间电压为U，形成竖直向下场强为E的匀强电场。用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴。通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮的油滴的质量为m，则下列说法正确的是( ) A. 悬浮油滴带正电 B. 悬浮油滴的电荷量为mgU C. 增大电场强度，悬浮油滴将向上运动 D. 油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍 答案：C 解析：油滴受竖直向下的重力和竖直向上的电场力作用而悬浮，则悬浮油滴带负电，由qE=mg得q=mgE，故A、B项错误；增大场强，则悬浮油滴所受电场力增大，合力向上，故油滴将向上运动，C项正确；油滴的电荷量一定是电子电荷量的整数倍，D项错误。 2.如图所示为美国物理学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图，两块水平放置的金属板间距为d。油滴从喷雾器的喷嘴喷出时，由于与喷嘴摩擦而带负电。油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间，当平行金属板间不加电压时，由于受到气体阻力的作用，油滴最终以速度v1竖直向下匀速运动；当上板带正电，下板带负电，两板间的电压为U时，带电油滴恰好能以速度v2竖直向上匀速运动。已知油滴在极板间运动时所受气体阻力的大小与其速率成正比，油滴密度为ρ，已测量出油滴的直径为D（油滴可看作球体，球体体积公式V=16πD3)，重力加速度为g。 （1）设油滴受到气体的阻力f=kv，其中k为阻力系数，求k的大小； （2）求油滴所带电荷量。 答案：（1）16v1πρD3g（2）ρπD3gd(v1+v2)6Uv1 解析：（1）油滴速度为v1时所受阻力f1=kv1，油滴向下匀速运动时，重力与阻力平衡，有f1=mg m=ρV=16πρD3，则k=16v1πρD3g （2）设油滴所带电荷量为q，油滴受到的电场力为 F电=qE=qUd 油滴向上匀速运动时，阻力向下，油滴受力平衡，则 kv2+mg=qUd 油滴所带电荷量为q=ρπD3gd(v1+v2)6Uv1。 课时评价作业 见学用《作业本》133页 基础达标练 1.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：A 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；汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流，后来直接测到了阴极射线粒子的电荷量，尽管测量不很准确，选项D错误。 2.（多选）汤姆孙通过对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，关于电子的说法正确的是( ) A. 任何物质中均有电子 B. 不同的物质中具有不同的电子 C. 不同物质中的电子是相同的 D. 电子质量是质子质量的1 836倍 答案：A ; C 解析：汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，发现均为同一种相同的粒子——电子，它的质量远小于质子的质量。 3.下列是某实验小组测得的一组电荷量，哪些是符合事实的( ) A.+3×10-19C B.+4.6×10-19C C.-3.2×10-26C D.-4.8×10-19C 答案：D 解析：电荷是量子化的，并不是可取任意数值。任何带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍。 4.（2021河北石家庄二中高二月考）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：阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，但未精确测定电子电量，A项错误；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项错误；α粒子散射实验中，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项正确；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项错误。 5.（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碰，下列说法正确的是( ) A. α粒子发生大角度的偏转 B. α粒子不会发生明显偏转 C. α粒子被弹回 D. α粒子与电子碰撞时动量守恒 答案：B ; D 解析：因为α粒子的质量远远大于电子的质量，所以α粒子不会发生明显偏转，粒子间的碰撞也满足动量守恒定律。 6.（多选）如图所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹向下偏转，则( ) A. 导线中的电流由A流向B B. 导线中的电流由B流向A C. 若要使电子束的径迹往上偏转，可以通过改变AB中的电流方向来实现 D. 电子束的径迹与AB中的电流方向无关 答案：B ; C 解析：阴极射线的粒子是电子，带负电，由左手定则可判断管内磁场方向，再由安培定则判断电流方向；电流方向改变，管内的磁场方向改变，电子的受力方向也将改变。 7.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 答案：A 解析：原子核带正电，对靠近它的α粒子产生斥力，再依据轨迹可判断原子核所在的区域。 8.在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，下列说法正确的是( ) A.动能最小 B.电势能最小 C.α粒子和金原子核组成的系统的能量最小 D.加速度最小 答案：A 解析：在α粒子散射实验中，当α粒子接近金原子核时，金原子核对α粒子的作用力是斥力，对α粒子做负功，电势能增加，动能减小，当α粒子离金原子核最近时，它们之间的库仑力最大，α粒子的动能最小。由于受到的金原子核外电子的作用相对较小，与金原子核对α粒子的库仑力相比，可以忽略，因此只有库仑力做功，所以机械能和电势能整体上是守恒的，故系统的能量可以认为不变。综上所述，A项正确。 9.如图，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等，则下列说法正确的是( ) A. 卢瑟福根据α粒子散射实验提出了能量量子化理论 B. 大多数α粒子击中金箔后几乎沿原方向返回 C. 从a经过b运动到c的过程中α粒子的电势能先减小后增大 D. α粒子经过a、c两点时动能相等 答案：D 解析：卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，普朗克根据黑体辐射的规律第一次提出了能量量子化理论，A项错误；根据α粒子散射现象可知，大多数α粒子击中金箔后几乎沿原方向前进，B项错误；α粒子受到电场力作用，根据电场力做功特点可知α粒子从a经过b运动到c的过程中电场力先做负功后做正功，所以α粒子的电势能先增大后减小，C项错误；由于a、c两点距金原子核的距离相等，根据能量守恒可知α粒子在a、c两点动能相等，故D项正确。 素养提升练 10.关于原子结构，汤姆孙提出枣糕模型、卢瑟福提出原子核式结构模型（又叫行星模型）……如图所示，都采用了类比推理的方法，下列事实中，主要采用类比推理的是( ) A. 人们为便于研究物体的运动而建立的质点模型 B. 伽利略从教堂吊灯的摆动中发现摆的等时性规律 C. 库仑根据牛顿的万有引力定律提出库仑定律 D. 托马斯·杨通过双缝干涉实验证实光是一种波 答案：C 解析：质点的模型是一种理想化的物理模型，是为研究物体的运动而建立的；伽利略的摆的等时性是通过自然现象发现的；库仑根据牛顿的万有引力定律提出库仑定律是用类比推理；托马斯·杨是通过实验证明光是一种波，是建立在事实的基础上的。 11.（多选）（2021湖北沙市五中高二月考）如图为α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下述说法正确的是( ) 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位置时屏上观察不到闪光 D. 放在D位置时屏上观察不到闪光 答案：A ; B 解析：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上沿原方向前进，所以相同时间内在A位置观察到的闪光次数最多，A项正确；少数α粒子发生大角度偏转，所以相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多，B项正确；极少数偏角超过90∘，个别的被弹回，所以放在C、D位置时屏上都能观察到闪光，但次数极少，C、D两项错误。 12.（多选）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，工作时它能发射阴极射线，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，则偏转磁场的磁感应强度应该先由小到大，再由大到小 答案：A ; C 解析：偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O点，A项正确；由阴极射线的电性及左手定则可知B项错误，C项正确；由R=mvqB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，D项错误。 13.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( ) 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 答案：C 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项错误，C项正确；a、b、c三点的场强大小关系为Ea=Ec