2019-2020学年高中物理第18章原子结构第2节原子的核式结构模型课后限时作业含解析 人教版选修3-5

2019-2020学年高中物理第18章原子结构第2节原子的核式结构模型课后限时作业含解析 人教版选修3-5

第2节 原子的核式结构模型 ‎1．(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撞，则(　　)‎ A．α粒子的动能和动量几乎没有损失 B．α粒子将损失大部分动能和动量 C．α粒子不会发生显著的偏转 D．α粒子将发生较大角度的偏转 AC　解析　电子的质量远小于α粒子的质量，两者发生碰撞时，对α粒子的动能和动量几乎没有影响，选项A、C正确．‎ ‎2．如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是(　　)‎ A．在图中A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多 B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光 C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似 D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹 C　解析　α粒子散射实验现象，绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度散射．A处观察到的粒子多，B处观察到的粒子少，选项A、B错误；α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，选项D错误、C正确．‎ ‎3．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粒子与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．电子很小，α粒子碰撞不到电子 C　解析　α粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，碰撞时电子对α粒子的运动影响极小，几乎不改变其运动方向，选项C正确．‎ ‎4．在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(　　)‎ A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受到原子核的引力作用 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 5‎ D．α粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小 B　解析　α粒子被金原子核散射的过程中，一直受到原子核对α粒子的库仑斥力作用，其靠近原子核的过程库仑斥力做负功，动能减小，电势能增大；其远离原子核的过程库仑斥力做正功，动能增大，电势能减小．散射过程中，α粒子一直受到库仑斥力作用，α粒子的速度先减小后增大，故B项正确．‎ ‎5．(多选)如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一原子核附近时的示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上，则下列说法正确的是(　　)‎ 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处的速度的大小相同 D．α粒子在B处的速度比在C处的速度小 CD　解析　α粒子运动过程中先减速后加速，由于动能和电势能的总和一定，A、C位于同一等势面上，选项C正确；α粒子由B向C运动过程电势能转化为动能，选项D正确．‎ ‎6．(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是(　　)‎ A．使α粒子产生偏转的力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 BCD　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，选项B正确，A错误；由于原子核非常小，绝大多数α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，选项C、D正确．‎ ‎7．(多选)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，如图所示，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，下列说法正确的是(　　)‎ 5‎ A．电场力先做负功，后做正功，总功等于零 B．加速度先变小，后变大 C．a、c两点的动能不相等 D．动能与电势能的和不变 AD　解析　α粒子与原子核之间的作用力为库仑斥力，从a→b库仑力做负功，动能减少，电势能增加，从b→c库仑力做正功，动能增加，电势能减少，且a→b与b→c库仑力所做的总功为零，则a、c两点动能相等，选项A正确，C错误；因为只有电场力做功，故动能与电势能的和不变，选项D正确；α粒子与原子核相距越近，库仑力越大，加速度越大，故从a→b→c加速度先增大后减小，选项B错误．‎ ‎8．卢瑟福提出原子核式结构的实验基础是α粒子散射实验，在α粒子散射实验中，大多数α粒子穿越金箔后仍然沿着原来的方向运动，其较为合理的解释是(　　)‎ A．α粒子穿越金箔时距离原子核较近 B．α粒子穿越金箔时距离原子核较远 C．α粒子穿越金箔时没有受到原子核的作用力 D．α粒子穿越金箔时受到原子核与电子的作用力构成平衡力 B　解析　根据α粒子散射实验现象，卢瑟福提出了原子的核式结构，他认为原子的中心有一个很小的核，聚集了原子的全部正电荷和几乎全部质量．大多数α粒子穿越金箔时距离金原子核较远，所以受到原子核的作用力较小，基本上仍然沿着原来的方向运动．‎ ‎[能力提升]‎ ‎9．(多选)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)‎ 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的方向前进，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 ABC　解析　‎ 5‎ 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，选项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集中在一个很小的区域内，选项B、C正确，D错误．‎ ‎10．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 A　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；如原子核在②、③区，α粒子会向①区偏；如果原子核在①区，便可能会出现如题图所示的轨迹，选项A正确．‎ ‎11．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)‎ 解析　α粒子在由A到B的过程中，满足 ‎－2eUNM＝mαv2－mαv，‎ 由此得v＝≈2.3×105 m/s．‎ 答案　2.3×105 m/s ‎12．1909－1911年，英国物理学家卢瑟福与其合作者做了用α粒子轰击固定金箔的实验，发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数α粒子却发生了较大的偏转，并且还有极少数α粒子偏转角度超过了 90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°，这就是α粒子散射实验．为了解释这个结果，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上， 带负电的电子在核外空间绕着核旋转．设某一次实验，有一初速度为v0‎ 5‎ 的α粒子正对着金箔中某一金原子核Q运动，结果被反向弹回．已知在点电荷Q的电场中，α粒子在距离Q为r的点的电势能W＝，k＝9.0×109 N·m2/C2，金的原子序数为79，α粒子质量mα ＝ 6.64×10－27 kg，α粒子初速度v0＝1.6×107 m/s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C．‎ ‎(1)若该α粒子距离这个金核r1时，其速度为v1，加速度为a1，则在距离这个金核r2时，其速度v2，加速度a2各为多少？‎ ‎(2)请估算出α粒子能到达离核最近的距离．‎ 解析　(1)由牛顿第二定律知a∝F，由库仑定律知F∝，故有 ＝，解得a2＝2a1，‎ 忽略金原子内电子产生的电场的影响，由能量守恒定律得 ＋mαv＝＋mαv，‎ 解得v2＝＝‎ ＝．‎ ‎(2)设α粒子从零势能位置以速度v0对准金原子核运动，能到达离核最近的距离为s，由能量守恒定律得 mαv＝，‎ 解得s＝＝ m≈4.3×10－14m．‎ 答案　见解析 5‎