2020学年高中物理 原子的核式结构模型

2020学年高中物理 原子的核式结构模型

‎2　原子的核式结构模型 ‎ A组 ‎1.卢瑟福的α粒子散射实验的结果(　　)‎ A.证明了质子的存在 B.证明了原子核是由质子和中子组成的 C.说明原子核的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上 D.说明原子中存在电子 解析:卢瑟福的α粒子散射实验说明只有少数α粒子受到很强的斥力,即原子内部大部分是空旷的,说明原子核的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的核上。‎ 答案:C ‎2.在α粒子散射实验中,使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的(　　)‎ A.万有引力　　　　　　B.库仑力 C.磁场力 D.弹力 解析:电荷之间是库仑力作用,万有引力很弱,可不计。‎ 答案:B ‎3.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,那么核的质量与质子质量的比值(即质量数)应该与核的电荷与质子的电荷的比值(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 ‎4.关于α粒子的散射实验解释有下列几种说法,其中错误的是(　　)‎ A.从α粒子的散射实验数据,可以估计出原子核的大小 B.极少数α粒子发生大角度的散射的事实,表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核存在 C.原子核带的正电荷数等于它的原子序数 D.绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进,表明原子中正电荷是均匀分布的 解析:从α粒子的散射实验数据,可以估计出原子核的大小,A项正确;极少数α粒子发生大角度的散射的事实,表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核存在,B项正确;由实验数据可知原子核带的正电荷数等于它的原子序数,C项正确;绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进,表明原子中是比较空旷的,D项错误。‎ 答案:D ‎5.α粒子散射实验中,当α粒子最接近原子核时,α粒子符合下列哪种情况(　　)‎ A.动能最小 B.势能最小 C.α粒子与金原子组成的系统的能量小 D.所受原子核的斥力最大 解析:α粒子在接近金原子核的过程中,要克服库仑力做功,动能减小,电势能增大。两者相距最近时,动能最小,电势能最大,总能量守恒。根据库仑定律,距离最近时,斥力最大。‎ 答案:AD ‎6.根据汤姆孙原子结构模型预测α粒子散射实验结果是(　　)‎ A.绝大多数α粒子穿过金箔后都有显著偏转 B.绝大多数α粒子穿过金箔后都有小角度偏转 C.极少数α粒子偏转角很大,有的甚至沿原路返回 D.不可能有α粒子偏转角很大,更不可能沿原路返回 解析:电子的质量很小,比α粒子的质量小得多,α粒子碰到金箔原子内的电子,运动方向不会发生明显变化,汤姆孙原子结构模型认为正电荷在原子内是均匀分 布的,因此,当α粒子穿过原子时,它受到两侧正电荷的斥力有相当大一部分互相抵消,使α粒子偏转的力不会很大,不会有大角度偏转。‎ 答案:D ‎7.氢原子中电子离核最近的轨道半径r1=0.53×10‎-10 m,试计算在此轨道上电子绕核转动的加速度和频率。‎ 解析:电子绕核做匀速圆周运动,库仑引力充当向心力:k=mea,‎ a= m/s2‎ ‎≈9.01×‎1022 m/s2。‎ 根据向心加速度的公式a=rω2=4π2f2r1,‎ 则f= Hz ‎≈6.6×1015 Hz。‎ 答案:9.01×1022 m/s2　6.6×1015 Hz ‎8.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k①‎ 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 B组 ‎1.‎ 如图所示,实线表示金原子核电场的等势线,虚线表示α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三点时速度分别为vA、vB、vC,电势能分别为EpA、EpB、EpC,则(　　)‎ A.vA>vB>vC,EpB>EpA>EpC B.vB>vC>vA,EpBEpA>EpC 解析:金原子核和α粒子都带正电,α粒子在接近金原子核过程中需不断地克服库仑力做功,它的动能减小,速度减小,电势能增大;α粒子在远离金原子核过程中库仑力不断地对它做功,它的动能增大,速度增大,电势能减小。因此这三个位置的速度大小关系和电势能大小关系分别为,EpB>EpA>EpC。‎ 答案:D ‎2.‎ 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0‎ D.加速度先变小,后变大 解析:α粒子从A点经B点到达A点的等势点C点的过程中电场力先做负功,后做正功,α粒子的电势能先增大,后减小,回到同一等势线上时,电场力做的总功为0。故选项C正确。‎ 答案:C ‎3.已知金的原子序数为79,α粒子离金原子核的最近距离设为10‎-13 m,则α粒子离金原子核最近时受到的库仑斥力是多大?对α粒子产生的加速度是多大?(已知α粒子的电荷量qα=2e,质量mα=6.64×10‎-27 kg)‎ 解析:α粒子离核最近时受到的库仑斥力为 F=k=k ‎=9×109× N ‎≈3.64 N。‎ 金原子核的库仑斥力对α粒子产生的加速度大小为 a= m/s2≈5.48×‎1026 m/s2。‎ 答案:3.64 N　5.48×1026 m/s2‎ ‎4.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=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;‎ ‎(2)α粒子与金原子核碰撞后的速度变化。‎ 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,由动量守恒得 mαv0=mαv1'+mv2'‎ 由能量守恒得mαmαv1'2+mv2'2‎ 联立解得v1'=v0‎ 速度变化Δv=v1'-v0=-v0‎ ‎(1)与电子碰撞:将me=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。‎ 答案:(1)-2.7×10-4v0　(2)-1.96v0‎ ‎5.已知电子质量为9.1×10‎-31 kg、电荷量为-1.6×10‎-19 C,当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10‎-10 m时,求电子绕核运动的速度、动能、周期和等效电流的值。‎ 解析:由卢瑟福的原子模型可知:电子绕核做圆周运动,所需的向心力由核对电子的库仑引力来提供。‎ 根据=k,得 v=e ‎=1.60×10-19× m/s ‎=2.18×‎106 m/s 其动能Ek=mv2=×9.1×10-31×(2.18×106)2 J=2.16×10-18 J 运动周期T= s=1.53×10-16 s 电子绕核运动形成的等效电流 I= A≈1.05×10‎-3 A。‎ 答案:2.18×106 m/s　2.16×10-18 J　1.53×10-16 s ‎1.05×10‎‎-3 A ‎6.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),则碰撞后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?‎ 解析:设α粒子质量为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=②‎ 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。‎ 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 ‎