高中物理3 原子的核式结构模型课时训练

第四章原子结构和波粒二象性

第三节原子的核式结构模型

一、单选题

1．关于电子的发现，下列叙述中正确的是（　　）

A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是可以再分的

B．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的

C．电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷

D．电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的

2．卢瑟福的α粒子散射实验结果表明了（　　）

A．原子核是可分的

B．原子核是由质子、中子组成

C．原子是由均匀带正电的物质和带负电的电子构成

D．原子内部有一个很小区域，集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量

3．下列与α粒子散射实验结果一致的是（　　）

A．所有α粒子穿过金箔后偏转角度都很小

B．大多数α粒子发生较大角度的偏转

C．向各个方向运动的α粒子数目基本相等

D．极少数α粒子发生大角度的偏转

4．在粒子散射实验中，当在粒子最接近金原子核时，关于描述粒子的有关物理量情况正确的是（　　）

A．动能最大

B．势能最小

C．势能最大

D．粒子与金原子核组成的系统能量最小

5．在α粒子散射实验中，没有考虑α粒子跟电子碰撞所产生的效果，这时由于（　　）

A．电子体积实在太小，α粒子完全碰不到它

B．α粒子跟电子相碰时，损失的动量很小，可忽略

C．α粒子跟各电子碰撞的效果互相抵消

D．由于电子是均匀分布的，α粒子受电子作用力的合力为零

6．关于原子结构理论与α粒子散射实验的关系，下列说法正确的是（　　）

A．卢瑟福做α粒子散射实验是为了验证汤姆生的枣糕模型是错误的

B．卢瑟福认识到汤姆生“葡萄干布丁模型”的错误后提出了“核式结构”理论

C．卢瑟福的α粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正确性

D．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

7．下列说法中符合物理学史实的是（　　）

A．查德威克通过研究阴极射线发现电子，从而打开了原子物理大门

B．勒纳等人通过实验得出光电效应的四个特征

C．玻尔首先提出了原子的核式结构学说，第一次将量子化引入到原子领域

D．卢瑟福用粒子轰击金箔实验证明原子是由其它粒子组成的

8．在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（    ）

A． B．

C． D．

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．动能先增加，后减少

B．电势能先减少，后增加

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

10．如图所示，从正离子源发射的正离子经加速电压U加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，发现离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过电场，则下列说法正确的是（　　）

A．增大电场强度E B．减小磁感应强度B

C．减小加速电压U，增大电场强度E D．适当地加大加速电压U

11．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粒子散射图景，图中实线表示α粒子运动轨迹。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。下列说法正确的是（　　）

A．α粒子从a到c的运动过程中加速度先变大后变小

B．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子

C．α粒子从a到c的运动过程中电势能先减小后变大

D．α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子运动到b时受到的库仑引力较大

12．如图所示为伦琴射线管的示意图，其中E、F是两种射线，下列关于该管的说法中正确的是（    ）

A．可以是低压交流电源，也可以是低压直流电源；必须是高压直流电源，且的右端为电源正极

B．射线E、F都是高速电子流

C．射线E是高速电子流，射线F是射线

D．射线E是能量很大的射线，射线F是伦琴射线

二、填空题

13．在卢瑟福的粒子散射实验中，某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示。两虚线和轨迹将平面分为五个区域。不考虑其他原子核对粒子的作用，那么该原子核可能在区域______。（粒子与原子核之间的作用力为排斥力）

14．阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的粒子流，这些粒子是_____．若加在阴极射线管内两个电极的电压为U，电子离开阴极表面时的速度为零，则电子到达阳极时的速度v=_____．

15．①卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是：____________

A．

B．

C．

D．

②这实验粒子的大角度散射现象说明了原子是______________结构（填“核式”或者“西瓜”）

16．(1)如图是卢瑟福的粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的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．绝大多数的粒子会发生大角度偏转

B．粒子发生大角度偏转是与原子中的电子碰撞造成的

C．绝大多数的粒子仍沿原来的方向前进

D．极少数粒子发生大角度偏转，甚至几乎原路返回

(2)该实验是卢瑟福建立______模型的重要依据，否认了汤姆孙的______模型。

三、实验题

四、解答题

17．散射的α粒子有极少数偏转角超过，有的甚至被原路弹回，偏转角几乎达到。请你猜想一下原子内部正电荷的分布情况。

18．一种测定电子比荷的实验装置如图所示。真空玻璃管内阴极发出的电子经阳极与阴极之间的高压加速后，形成一细束电子流，以平行于平板电容器极板的速度进入两极板、间的区域，若两极板、间无电压，电子将打在荧光屏上的点，若在两极板间施加电压，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为的匀强磁场，则电子在荧光屏上产生的光点又回到点。已知极板的长度为，、间的距离为，极板区的中点到荧光屏中点的距离为，电压为，磁感应强度为，点到点的距离为。试求电子的比荷。

19．1909～1911年英籍物理学家卢瑟福指导其学生做了用粒子袭击金箔的实验，他发现绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数粒子却发生了较大角度的偏转，极少数粒子偏转角度超过了90°，有的甚至被弹回，这就是粒子散射实验，为了解释这个结果，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，请你利用粒子散射实验结果估算金原子核的大小（保留一位有效数字）.（下列公式或数据为已知：点电荷的电势，，金原子序数为79，粒子质量，粒子速度，电子电荷量）.

20．在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从K出来的阴极射线经过电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑，若在D、G间加上方向向下，场强为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果在D、G电场区再加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场（图中未画），荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为，试解决下列问题：

（1）说明阴极射线的电性；

（2）说明图中磁场沿什么方向；

（3）根据L、E、B和，求出阴极射线的比荷.

参考答案

1．D

【解析】A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子是可以再分的，A错误；

B．原子的核式结构是卢瑟福通过粒子的散射实验才提出的，B错误；

C．电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，C错误；

D．电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的，D正确。

故选D。

2．D

【解析】卢瑟福的α粒子散射实验结果得出了原子的核式结构理论，表明原子内部有一个很小区域叫原子核，它集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量，带负电的电子绕核做高速旋转。

故选D。

3．D

【解析】当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离原子核远的α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不改变，只有当α粒子距离原子核很近时，才会受到很大的库仑斥力，而原子核很小，所以只有极少数的α粒子发生大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，实验结果是：离原子核远的α粒子偏转角度小，离原子核近的α粒子偏转角度大，正对原子核的α粒子返回，故ABC错误，D正确。

故选D。

4．C

【解析】粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距高减小时，库仑力做负功，故粒子动能减小，电势能增加。系统的能量守恒。

故选C。

5．B

【解析】卢瑟福在分析α粒子散射实验现象时，认为电子不会对α粒子偏转产生影响，其主要原因是电子的质量很小，α粒子与电子发生的相互作用可以忽略，就算碰到，α粒子跟电碰撞时，动量几乎不改变，损失的能量也很小，可以忽略，不会引起明显的偏转，故B正确，ACD错误。

故选B。

6．D

【解析】汤姆生发现电子后，提出了原子的枣糕模型，后来卢瑟福做α粒子散射实验时发现，绝大多数α粒子沿原来的方向运动，少数α粒子发生了大角度偏转，有的甚至被弹回，按照枣糕模型，无法解释少数粒子发生大角度偏转，因此卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论，因此D正确，ABC错误。

故选D。

7．B

【解析】A．汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，从而打开了原子物理大门，故A错误；

B．德国物理学家勒纳等人通过实验得出光电效应的四个特征，并试图在经典电磁理论的框架内解释光电效应，故B正确；

C．普朗克第一次将量子化引入到原子领域，卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说，故C错误；

D．卢瑟福等人通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构，故D错误。

故选B。

8．D

【解析】A．双缝干涉实验说明了光具有波动性，故A错误；

B．光电效应实验，说明了光具有粒子性，故B错误；

C．实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故C错误；

D．卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故D正确；

故选D。

9．C

【解析】ABC．卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子经过某一原子核附近时α粒子和原子核均带正电，互相排斥，虚线为等势线，电场线垂直于等势线，α粒子由于惯性，逆电场线运动，由a到b，受斥力，电场力做负功，电势能增大，速度减小，动能减小，由b到c过程中，电场力的方向与速度方向夹角为锐角，电场力做正功，电势能减小，速度增大，动能增大，由于a和c在同一等势线上，电场力做功为零，C正确，AB错误；

D．由点电荷电场线分布特点，b点的电场线比a、c两点较密，因此，a、c两点场强小于b点场强，加速度先变大后变小，D错误。

故选C。

10．D

【解析】正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，受到的电场力F=qE，方向向上，受到的洛伦兹力F洛=qvB，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，须qE=qvB，则可使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U或增大磁感应强度B。

故选D。

11．A

【解析】A．α粒子运动过程中受到库仑力作用，根据牛顿第二定律

可知从a到c的运动过程中加速度先变大后变小，A正确；

B．汤姆孙通过研究阴极射线发现电子，B错误；

C．α粒子从a到c的运动过程中电场力先做负功，后做正功，所以电势能先增大后减小，C错误；

D．α粒子和原子核均带正电，所以α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子运动到b时受到的库仑斥力较大，D错误。

故选A。

12．A

【解析】A．由于E1是灯丝电源，故一定是低压直流电源，由于电子在灯丝至对阴极A之间加速运动，故阴极A的电势较高，故E2必须是高压直流电源且右端为电源正源，故A正确；

BCD．射线E是高速电子流，而F是高速电子流打在阴极上的金属原子中的内层电子受到激发跃迁而产生的X射线即伦琴射线，故BCD错误。

故选A。

13．④

【解析】[1]由于粒子带正电，原子核带正电，同种电荷相互排斥。再根据曲线运动的轨迹特点是与运动轨迹相切的方向为速度方向，所受合力的方向指向轨迹凹的一侧，由图中轨迹的弯曲方向可知排斥力向下，所以原子核可能在区域④。

14．电子       

【解析】由阴极射线管射出的为高速电子流；电子在阳极的作用下高速向阳极运动．

由动能定理

解得：

【点睛】

本题考查带电粒子在电场中的加速问题，电场中加速根据动能定理求解获得的速度.

15．D；    核式；   

【解析】(1)[1]．实验结果是：离金原子核远的α粒子偏转角度小，离金原子核近的α粒子偏转角度大，正对金原子核的α粒子被返回，故A、B、C错误，D正确．故选D．

(2)[2]．α粒子散射实验中极少数α粒子发生了大角度散射现象，是因为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，受到的斥力比较大，实验结果表明原子具有核式结构．

【点睛】

α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），明确α粒子散射实验现象的内容以及造成这种现象的原因，正确利用物体受力和运动的关系判断.

16．CD    核式结构    枣糕（葡萄干蛋糕、西瓜）   

【解析】(1)[1]AC．绝大多数的粒子仍沿原来的方向前进，A错误，C正确；

B．粒子发生大角度偏转是与原子核之间的距离较近，同种电荷之间体现库仑力，相互排斥，B错误；

D．极少数粒子发生较大角度偏转，甚至几乎原路返回，原因是粒子与原子核发生碰撞造成的，D正确。

故选CD。

(2)[2]该实验是卢瑟福建立核式结构模型的重要依据。

[3]否认了汤姆孙的枣糕模型（或葡萄干蛋糕模型、或西瓜模型）。

17．原子内部正电荷只占原子体积的很小一部分，且集中分布在原子核上

【解析】原子是由原子核和核外电子构成的，原子核体积小，质量大，原子的质量主要集中在原子核上，原子核外有一个非常大的空间，核外电子围绕原子核作高速运动。若原子内部的正电荷在原子内均匀分布，则不会出现只有极少数α粒子发生大角度散射的现象，说明原子的正电荷不是均匀分布的，即可猜想原子内部正电荷只占原子体积的很小一部分，且集中分布在原子核上。

18．

【解析】设电子刚进入平行板电容器极板间区域时的速度为v0，加上磁场B后，荧光屏上的光点重新回到O点，表示在电子通过平行板电容器的过程中电子所受的电场力和磁场力相等，即

qE=qv0B

解得

两极板只加电场时，电子的加速度

电子通过两极板所用的时间

电子在极板间偏转的距离

电子射出偏转电场时竖直方向的速度

vy=at

射出电场速度方向与水平方向的夹角为θ，则

电子射出偏转电场后在竖直方向位移

y2=Ltanθ

OP间的距离

y=y1+y2

由以上各式解得比荷

代入数据解得

19．

【解析】当粒子的速度减为0时，粒子与金原子核间的距离最小，约等于金原子核的半径，此过程中粒子的动能转化为电势能，由：，

得：

，

代入数据得：

.

20．（1）负电  （2）垂直纸面向里  （3）

【解析】(1)由于阴极射线向上偏转，因此所受电场力方向向上，又由于匀强电场方向向下，电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电.

(2)由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里.

(3)设此射线中的粒子带电荷量为q，质量为m，当射线在间做匀速直线运动时，有

      ①

当射线在间的磁场中偏转时，有

    ②

如图所示

同时又有

    ③

联立①②③得