2021_2021学年高中物理第2章原子结构2原子的核式结构模型课时练习含解析鲁科版选修3_.doc

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1、原子的核式结构模型 (25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.如图为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,关于观察到的现象,下述说法不正确的是()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、D位置时屏上观察不到闪光D.放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少【解析】选C。根据粒子散射实验的现象,绝大多数粒子穿过金箔后,基本上沿原方向前进,因此在A位置观察到闪光次数最多,故A正确,少数粒子发生大角度偏转,因此从A到D观察到的闪光会逐渐

2、减少,因此B、D正确,C错误。2.在粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中,下列说法正确的是()A.粒子一直受到金原子核的斥力作用B.粒子的动能不断减小C.粒子的电势能不断增大D.粒子发生散射,是与电子碰撞的结果【解析】选A。在粒子穿过金箔的过程中,一直受到金原子核的库仑斥力作用,粒子的动能先减小后增大,电势能先增大后减小。综上所述本题选A。【加固训练】在卢瑟福的粒子散射实验中,有少数粒子发生大角度偏转,其原因是 ()A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子中的质量均匀分布在整个原子范围内【解析】选A。原子的正电荷和绝大部

3、分质量集中在一个很小的核上,才使在粒子散射实验中,只有少数的粒子离核很近,受到较大的库仑斥力,发生大角度的偏转,所以选项A正确。3.(多选)关于粒子散射实验及核式结构模型,下列说法正确的是()A.从粒子源到荧光屏处于真空环境中B.绝大多数粒子穿过金箔后不发生偏转C.粒子接近金原子核时,受到很强的吸引力才可能发生大角度偏转D.粒子散射实验否定了核式结构模型【解析】选A、B。从粒子源到荧光屏处于真空环境中,选项A正确;绝大多数粒子穿过金箔后不改变方向,只有极少数的粒子发生大角度偏转,选项B正确;粒子接近金原子核时,受到很强的排斥力才可能发生大角度偏转,选项C错误;粒子散射实验建立了原子的核式结构模

4、型,选项D错误。4.如图所示,实线表示金原子核电场的等势线,虚线表示粒子在金核电场中散射时的运动轨迹。设粒子通过a、b、c三点时速度分别为va、vb、vc,电势能分别为a、b、c,则()A.vavbvc,bacB.vbvcva,bavavc,bacD.vbvaac【解析】选D。金原子核和粒子都带正电,粒子在接近金核过程中需不断克服库仑力做功,它的动能减小,速度减小,电势能增加;粒子在远离金核过程中库仑力不断对它做功,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为vbvaac。5.粒子散射实验中,不考虑电子和粒子的碰撞影响,是因为()A.粒子与电子根本无相互作

5、用B.粒子受电子作用的合力为零,是因为电子是均匀分布的C.粒子和电子碰撞损失能量很少,可忽略不计D.电子很小,粒子碰撞不到电子【解析】选C。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,A、B错;但由于电子质量很小,碰撞时对粒子的运动影响极小,粒子几乎不改变运动方向,就像一颗子弹撞上一粒尘埃一样,故C对,D错。6.(多选)关于粒子散射实验,下列说法正确的是()A.粒子穿过原子时,由于粒子的质量比电子大得多,电子不可能使粒子的运动方向发生明显的改变B.由于绝大多数粒子穿过金箔后仍按原来方向前进,所以使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粒子产生库仑力的正电荷C.粒子穿过

6、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,粒子接近原子核的机会很少D.使粒子发生大角度偏转的原因是粒子穿过原子时,原子内部两侧的正电荷对粒子的斥力不相等【解析】选A、B、C。电子的质量很小,当和粒子作用时,对粒子运动的影响极其微小,A正确。粒子发生大角度偏转,说明原子的正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的区域内,故B、C正确,D错误。二、非选择题(本题共2小题,共24分)7.(12分)(2020三明高二检测)氢原子核外电子质量为m,绕核运动的半径为r,绕行方向如图所示,则电子在该轨道上运动的加速度大小为_,假设核外电子绕核运动可等效为一环形电流,则这一等效电流的值为_,若在垂直

7、电子轨道平面加上一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,则电子绕核运动的轨道半径将_。(选填“增大”或“减小”)【解析】根据库仑力提供电子绕核旋转的向心力。可知:k=ma所以a=设电子运动周期为T,则k=mr电子绕核的等效电流:I=若在垂直电子轨道平面加上一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,电子的向心力增大,将做向心运动,所以电子绕核运动的轨道半径将减小。答案:减小8.(12分)如图所示,M、N为原子核外的两个等势面,已知UNM=100 V。一个粒子以2.5105 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,求粒子在B点时速度的大小。(已知m=6.6410-27 kg)【解析】粒子从A点

8、运动到B点,库仑力做的功WAB=qUMN=-qUNM,由动能定理WAB=m-m ,故vB= m/s2.3105 m/s答案:2.3105 m/s (15分钟40分)9.(6分)如图所示为粒子散射实验装置,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事实的是()A.1 305、25、7、1B.202、405、625、825C.1 202、1 010、723、203D.1 202、1 305、723、203【解析】选A。根据粒子散射实验的统计结果,大多数粒子能按原来方向前进,少数粒子方向发生了偏转,极少数粒子偏转超

9、过90,甚至有的被反向弹回。所以在相等时间内A处闪烁次数最多,其次是B、C、D三处,并且数据相差比较大,所以只有选项A符合事实。10.(6分)根据粒子散射实验,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,实线表示一个粒子的运动轨迹。在粒子从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【解题指南】解答本题时首先要注意粒子散射实验中的功能关系。粒子接近原子核时,电场力做负功,粒子的动能减小,电势能增加;反之,粒子离开原子核时,电场力做正功,粒子的动能增

10、加,电势能减小。 其次要注意粒子在a、c两点时具有的电势能的关系。【解析】选C。粒子从a运动到b的过程中,电场力做负功,动能减小,电势能增大;从b运动到c的过程中,电场力做正功,动能增大,电势能减小,故选项A、B错误;a与c在同一等势面上,故ac的过程中电场力做的总功为零,故选项C正确;越靠近原子核,粒子受到的电场力越大,加速度越大,故选项D错误。【总结提升】粒子散射实验中的受力分析和功能关系(1)粒子的受力分析:粒子与原子核间的作用力是库仑力。粒子离原子核越近,库仑力越大,运动加速度越大;反之,则越小。粒子的受力方向沿原子核与粒子的连线,由原子核指向粒子。(2)库仑力对粒子的做功情况:当粒子

11、靠近原子核时,库仑力做负功,电势能增加;当粒子远离原子核时,库仑力做正功,电势能减少。(3)粒子的能量转化:仅有库仑力做功,能量只在电势能和动能之间相互转化而总能量保持不变。11.(6分)关于原子结构,汤姆孙提出枣糕模型、卢瑟福提出行星模型如图所示,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【解析】选C。质点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

12、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。【加固训练】(多选)关于粒子的散射实验的解释有下列几种说法,其中错误的是()A.从粒子的散射实验数据,可以估算出原子核的大小B.极少数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.证明了质子的存在D.绝大多数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】选C、D。从粒子的散射实验数据,可以估算出原子核的大小,A项正确;极少数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;数年后,卢瑟福发现核

13、内有质子并预测核内存在中子,C项错误;绝大多数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。12.(22分)卢瑟福的原子核式结构模型认为,核外电子绕核运动。设想氢原子的核外电子绕核做匀速圆周运动,氢原子中电子离核最近的轨道半径为r1,已知电子电荷量为e,静电力常量为k,根据经典物理学的知识:(1)计算电子在半径为r1的轨道运动时的动能。(2)设轨道2的半径r2=4r1,计算电子在轨道2运动时的动能。(3)比较电子在轨道1与轨道2的动能,Ek1_Ek2(选填“”“”“Ek2,由轨道1至轨道2过程中,电子克服库仑引力做功,电势能增大,故Ep1【总结提升】分析粒子散射实验中的力电问题常用的规律(1)库仑定律:F=k,用来分析粒子和原子核间的相互作用力。(2)牛顿第二定律:该实验中粒子只受库仑力,可根据库仑力的变化分析加速度的变化。(3)功能关系:根据库仑力做功,可分析动能的变化,也能分析电势能的变化。(4)原子核带正电,其周围的电场相当于正点电荷的电场,注意应用其电场线和等势面的特点。- 7 -