2019-2020学年高中物理第十八章原子结构2原子的核式结构模型课后检测含解析新人教版选修3-5

2019-2020学年高中物理第十八章原子结构2原子的核式结构模型课后检测含解析新人教版选修3-5

‎2　原子的核式结构模型 记一记 原子的核式结构模型知识体系 ‎1个实验—α粒子散射实验 ‎2个模型——枣糕模型、核式结构模型 ‎3个实验结论——大多数、少数、极少数 辨一辨 ‎1.电子的发现说明了原子内部有复杂结构．(√)‎ ‎2．α粒子散射实验揭示了原子的核式结构．(√)‎ ‎3．α粒子散射实验中绝大多数α粒子都发生了较大偏转．(×)‎ ‎4．原子核的直径数量级为10－‎10 m．(×)‎ ‎5．α粒子散射实验表明了原子的质量几乎全部都集中在原子核上．(√)‎ 想一想 ‎1.根据核式结构模型，原子组成微粒是什么？它们的大小尺度是怎样的？‎ 提示：原子核和核外电子．原子半径数量级10－‎10 m，原子核半径的数量级10－‎15 m.‎ ‎2.‎ 如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景．‎ ‎(1)为什么绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来运动方向前进？‎ ‎(2)为什么少数的α粒子穿过金箔后，发生了大角度的偏转？‎ 提示：(1)因为原子核很小，所以绝大多数α粒子穿过原子时，离核较远，受到原子核的斥力很小，基本上仍沿原来运动方向前进．‎ ‎(2)少数α粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转．‎ 思考感悟：　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ 练一练 ‎1.[2019·河北邯郸模拟]在对α粒子散射实验的现象分析时，我们并没有考虑α粒子跟电子碰撞，这是因为(　　)‎ A．α粒子与电子之间有斥力作用，但斥力很小，可忽略 - 9 -‎ B．α粒子虽受电子作用，但电子对α粒子的合力为零 C．电子体积极小，α粒子不可能碰撞到电子 D．电子质量极小，α粒子与电子碰撞时能量损失可忽略 解析：α粒子与电子间有库仑引力作用，但库仑引力很小．电子的质量很小，α粒子与电子相碰，运动方向几乎不改变，所以α粒子与电子碰撞时能量的损失可以忽略，选项A、B、C错误，D正确．‎ 答案：D ‎2．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是(　　)‎ A．电子的发现　　　　　　　B．中子的发现 C．α粒子散射实验 D．光电效应实验 解析：卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，故C正确，A、B、D错误．‎ 答案：C ‎3.‎ 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，那么该原子核可能位于(　　)‎ A．①区域 B．②区域 C．③区域 D．④区域 解析：卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，正电荷全都集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，①区域符合题意，故选项A正确．‎ 答案：A ‎4．在氢原子中，可以认为核外电子绕原子核做匀速圆周运动，轨道半径为5.3×10－‎11 m．求电子沿轨道运动的动能．‎ 解析：电子绕原子核做匀速圆周运动所需要的向心力由库仑力提供，所以有k＝①‎ 又Ek＝mv2②‎ 由①②得Ek＝，将k＝9.0×109 N·m2/C2，e＝1.6×10－‎19 C，r＝5.3×10－‎11 m，代入得Ek≈2.2×10－18 J.‎ 答案：2.2×10－18 J 要点一 α粒子散射实验 ‎1.下列对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，就不会发生散射现象 D．实验装置放在空气中和真空中都可以 解析：由对α粒子散射实验装置的描述可知A项正确．实验所用的金箔的厚度极小，如果金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受到较大的阻碍作用而影响实验效果，B项错．如果改用铝箔，由于铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍然发生，C项错．空气的流动及空气中有许多漂浮的分子，会对α粒子的运动产生影响，实验装置是放在真空中进行的，D项错．‎ 答案：A - 9 -‎ ‎2．(多选)如图为卢瑟福所做的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，下列说法中正确的是(　　)‎ A．相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多 B．相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些 C．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少 D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光 解析：在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确．少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、D错，C对．‎ 答案：AC ‎3．[2019·大庆检测]‎ 根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图．图中实线表示α粒子的运动轨迹．其中一个α粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列判断正确的是(　　)‎ A．α粒子的动能先增大后减小 B．α粒子的电势能先增大后减小 C．α粒子的加速度先变小后变大 D．电场力对α粒子先做正功后做负功 解析：根据题意，α粒子带正电，此粒子由a到b是接近带正电的原子核，由b到c是离开带正电的原子核，故电场力对α粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，而动能先减小后增大，B正确，A、D错误．根据库仑定律和牛顿第二定律可知α粒子加速度先增大后减小，C错误．‎ 答案：B ‎4．(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电子对它的吸引力 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 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，故A、B错；由于原子核非常小，绝大多数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，故C、D对．‎ 答案：CD 要点二 原子的核式结构模型与原子核的组成 ‎5.[2019·滨州月考](多选)卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有(　　)‎ A．原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部的质量 B．正电荷在原子中是均匀分布的 - 9 -‎ C．带负电的电子在核外运动 D．原子中带正电的体积很小的部分就是原子核 解析：卢瑟福的α粒子散射实验使卢瑟福惊奇的就是α粒子发生了较大角度的偏转，这是由于α粒子带正电，而原子核极小，且原子核带正电，α粒子能接近原子核的机会很少，大多数α粒子都从核外的空间穿过，与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样，运动方向不会发生什么改变，故选项A、C、D正确，B错误．‎ 答案：ACD ‎6．(多选)关于原子核式结构理论说法正确的是(　　)‎ A．是通过发现电子现象得出来的 B．原子的中心有个核，叫作原子核 C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中 D．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外旋转 解析：原子的核式结构模型是在α粒子的散射实验结果的基础上提出的，A错误．原子中绝大部分是空的，带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核，B正确，C错误．原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外旋转，D正确．‎ 答案：BD ‎7．[2019·南昌市一模]在α粒子散射实验中，α粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力作用而发生的，其中有极少数α粒子发生了大角度偏转，甚至被反向弹回．假定一个速度为v的高速α粒子(He)与金原子核(Au)发生弹性正碰(碰撞前金原子核可认为是静止的)，则(　　)‎ A．α粒子在靠近金原子核的过程中电势能逐渐减小 B．α粒子散射实验说明原子核是由质子和中子组成的 C．α粒子散射实验说明带正电的物质均匀分布在原子内部 D．当它们的距离最小时，α粒子与金原子核的动量大小之比为4197‎ 解析：α粒子在靠近金原子核的过程中，需要克服电场力做功，电势能逐渐增大，A错误；α粒子散射实验说明占原子质量绝大部分的带正电物质集中在很小的空间内，不能说明原子核是由质子和中子组成的，B、C错误；当它们的距离最小时，二者速度相等，α粒子与金原子核的动量大小之比等于质量之比，为4197，D正确．‎ 答案：D ‎8．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)‎ 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＝mαv－mαv，‎ 故vB＝ ‎＝ m/s ‎≈2.3×‎105 m/s 答案：2.3×‎105 m/s - 9 -‎ 基础达标 ‎1.[2019·成都模拟](多选)卢瑟福用α粒子轰击金箔，观察α粒子的散射现象，提出了原子的核式结构模型，关于α粒子的散射现象和原子的核式结构模型，下列说法正确的是(　　)‎ A．多数α粒子穿过金箔后，发生了较大角度偏转，有的偏转角超过90°‎ B．只有极少数α粒子穿过金箔后，发生了大角度偏转 C．原子中存在一个体积很小的带正电的原子核，电子在核外绕核运动 D．原子核几乎集中了原子的全部质量 解析：根据α粒子散射实验的现象可知，绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大角度偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转，故A错误，B正确；从绝大多数α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，所以带正电的原子核只占整个原子的很小空间，电子在核外绕核运动，原子核几乎集中了原子的全部质量，故C、D正确．‎ 答案：BCD ‎2．(多选)以原子的核式结构模型为基础，下列对原子结构的认识，正确的是(　　)‎ A．原子中绝大部分是空的，原子核很小 B．电子绕核旋转，库仑引力提供向心力 C．原子的全部正电荷都集中在原子核里 D．原子核的半径的数量级为10－‎‎10 m 解析：卢瑟福α粒子散射实验的结果否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了原子的核式结构模型，并估算出原子核半径的数量级为10－‎15 m，而原子半径的数量级为10－‎10 m，是原子核半径的十万倍，所以原子内部是十分“空旷”的．原子核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的库仑引力而绕核旋转．原子的全部正电荷都集中在原子核里．‎ 答案：ABC ‎3．[2019·上海模拟]在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是(　　)‎ A．原子是可再分的 B．正电荷在原子内是均匀分布的 C．原子中有带负电的电子，电子会对粒子有引力作用 D．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 解析：阴极射线的发现，说明原子是可再分的，α粒子散射实验，并不能说明原子可再分，A错误；在α粒子散射实验中有少数α粒子发生了较大角度的偏转，这是由于α粒子与原子核均带正电，且原子核极小，α粒子能接近原子核的机会很小，大多数α粒子都从核外的空间穿过，α粒子与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样，运动方向基本不发生改变，只有少数α粒子十分接近原子核时，受到很大的库仑斥力的作用，库仑斥力使α粒子发生大角度偏转，故选项D正确，B、C错误．‎ 答案：D ‎4．如图所示，实线表示金原子核电场的等势面，虚线表示粒子在金原子核电场中散射时的运动轨迹．设α粒子通过a、b、c三点时的速率分别为va、vb、vc，电势能分别为Ea、Eb、Ec，则(　　)‎ A．va>vb>vc，Eb>Ea>Ec - 9 -‎ B．vb>vc>va，EbEa>Ec 解析：金原子核和α粒子都带正电，α粒子在接近金原子核的过程中，需不断克服库仑斥力做功，它的动能减少，速率减小，电势能增加；α粒子在远离金原子核过程中，库仑斥力不断对它做正功，它的动能增加，速率增大，电势能减小．因此这三个位置的速率大小关系和电势能大小关系为vbEa>Ec，故D选项正确．‎ 答案：D ‎5．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．下列说法中正确的是(　　)‎ A．在图中的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粒子撞击到金原子后产生的反弹 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．所以相同时间内A处观察到的粒子数多，B处观察到的粒子数少，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，所以选项D错误，选项C正确．‎ 答案：C ‎6．卢瑟福预想到原子核内除质子外，还有中子的事实依据是(　　)‎ A．电子数与质子数相等 B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍 C．原子核的核电荷数比其质量数小 D．质子和中子的质量几乎相等 解析：原子核如果只是由质子组成，那么原子核的质量与质子质量的比值(即质量数)应该与原子核的电荷量与质子的电荷量的比值(即电荷数)相等，但原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些，所以，原子核内除了质子，还可能有一种质量与质子质量相等，但不带电的中性粒子，即中子．‎ 答案：C ‎7．图示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动．图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是(　　)‎ A．M点　　　　　　　　　B．N点 C．P点 D．Q点 解析：α粒子与重金属原子核带同种电荷，由于库仑力作用，α粒子在运动过程中发生偏转，由牛顿第二定律可知，α粒子的加速度方向为其所受库仑力方向，指向轨迹弯曲方向的内侧，故图中P点所示加速度方向正确，即选项C正确．‎ 答案：C - 9 -‎ ‎8．[2019·山西联考]卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子核式结构模型，实验装置如图所示，有带电粒子打到光屏上就会产生光斑．为验证α粒子散射实验结论，现在1、2、3、4四处放置带有荧光屏的显微镜．则这四处位置一段时间内统计的闪烁次数符合实验事实的是(　　)‎ A．2、10、625、1 205 B．1 202、1 305、723、203‎ C．1 305、25、7、1 D．1 202、1 010、723、203‎ 解析：α粒子散射实验现象是绝大多数粒子穿过金箔后沿原来的方向前进，少数发生大角度偏转，极少数甚至原路返回，所以C正确，A、B、D错误．‎ 答案：C 能力达标 ‎9.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 解析：α粒子及原子核均带正电，故α粒子受到原子核的库仑斥力．α粒子从a到b，电场力做负功，动能减小，电势能增大；从b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，a、c两点电势差为零，则α粒子从a到c的过程中，电场力做的总功等于零．A、B错误，C正确．α粒子受到的库仑力F＝，b点离原子核最近，故α粒子在b点时受到的库仑力最大，加速度最大，所以加速度先增大后减小，D错误．‎ 答案：C ‎10．[2019·湖北质检](多选)在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子，从不同大小的角度散射出来，则散射角度大的α粒子(　　)‎ A．更接近原子核 B．更远离原子核 C．受到一个以上的原子核作用 D．受到原子核较大的冲量作用 E．动量的变化量较大 - 9 -‎ 解析：由于原子的体积远远大于原子核的体积，当α粒子穿越某一个原子空间时，其他原子的原子核距α粒子相对较远，而且其他原子核对α粒子的作用力也可以近似相互抵消，所以散射角度大的α粒子并非由于受到多个原子核作用，C错误；由库仑定律可知，α粒子受到的斥力与距离的平方成反比，α粒子距原子核越近，斥力越大，运动状态改变越大，即散射角度越大，A正确，B错误；当α粒子受到原子核较大的冲量作用时，动量的变化量就大，即速度的变化量就大，则散射角度就大，D、E正确．‎ 答案：ADE ‎11．[2019·山西期末]‎ ‎(多选)如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一金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．则以下说法正确的是(　　)‎ 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处的速度大小相等 D．α粒子在B处的速度比在C处的速度小 E．α粒子在A、C两处时电势能相等 解析：由能量守恒定律可知，对于A、B、C三点，A、C位于同一等势面上，α粒子在A、C处时电势能相等，故动能也相等，则在A、C两点时的速率相等，C、E正确；由A到B，α粒子克服库仑力做功，动能减小，电势能增大，故在B点处时速度最小，D正确，A、B错误．‎ 答案：CDE ‎12．在α粒子散射实验中，有一个α粒子以2.0×‎107 m/s的速度去轰击金箔，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：从能量转化的角度看，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粒子与金原子核发生对心碰撞时所能达到的最近距离为d，则有 mv2＝k 解得d＝＝ m ‎＝2.7×10－‎‎14 m 答案：2.7×10－‎‎14 m ‎13．如果α粒子以速度v与电子发生弹性正碰(假定电子原来是静止的)，求碰撞后α粒子的速度变化了多少？并由此说明：为什么原子中的电子不能使α粒子发生明显的偏转？(α粒子质量是电子质量的7 300倍)‎ 解析：设α粒子初速度为v，质量为M，与电子碰后速度为v1，电子质量为m，与α粒子碰后速度为v2，‎ 由动量守恒定律得 Mv＝Mv1＋mv2①‎ 由能量关系得Mv2＝Mv＋mv②‎ 由①②得碰后α粒子速度v1＝v③‎ α粒子速度变化量Δv1＝v1－v＝－v④‎ 把M＝7 ‎300m代入④得Δv1＝v＝－0.000 3v - 9 -‎ 可见α粒子的速度变化只有万分之三，说明原子中的电子不能使α粒子发生明显的偏转．‎ 答案：见解析 - 9 -‎