高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册原子的核式结构模型课时练习

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册原子的核式结构模型课时练习，共15页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择题
1.下列事例能说明原子具有核式结构的是( )
A.光电效应现象的发现
B.汤姆孙研究阴极射线时发现了电子
C.卢瑟福的α粒子散射实验发现有少数α粒子发生大角度偏转
D.康普顿效应
2.卢瑟福利用镭源所放出的α粒子作为炮弹去轰击金箔原子,测量α粒子的偏转情况。下列叙述符合卢瑟福的α粒子散射实验的现象的是( )
A.大多数α粒子在穿过金箔后发生明显的偏转
B.少数α粒子在穿过金箔后几乎没有偏转
C.大多数α粒子在撞到金箔时被弹回
D.极个别α粒子在撞到金箔时被弹回
3.在卢瑟福的α粒子散射实验中,有少数α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.金箔中的金原子间存在很大的空隙,只有极少数碰到金原子
4.在α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.α粒子一直受到金原子核的斥力作用
B.α粒子的动能不断减小
C.α粒子的电势能不断增大
D.α粒子发生散射,是与电子碰撞的结果
5.在α粒子散射实验中,当在α粒子最接近原子核时,关于描述α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.α粒子与金原子核组成的系统能量最小
6.下列选项图为在α粒子散射实验中,一束α粒子穿越金箔内一个金原子的轨迹示意图,正确的是( )
7.如图所示,将一阴极射线管置于一通电螺线管的正上方且与线圈轴线处于同一水平面内,则阴极射线将( )
A.垂直于纸面向里偏转
B.垂直于纸面向外偏转
C.平行于纸面向上偏转
D.平行于纸面向下偏转
8.下图为密立根油滴实验装置,关于该实验的意义下列说法正确的是( )
A.研究悬浮油滴所带电性
B.测量悬浮油滴的电荷量
C.测出了基元电荷的值
D.利用二力平衡测出匀强电场的电场强度的大小
二、多项选择题
9.关于α粒子散射实验,下列说法正确的是( )
A.实验器材:放射源、金箔、荧光屏、显微镜
B.金箔的薄厚对实验无影响
C.如果改用铝箔就不能发生散射现象
D.实验装置放在真空中
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五个区域,不考虑其他原子核对该α粒子的作用,下面说法正确的是( )
A.α粒子受到斥力
B.该原子核的位置可能在①区域
C.根据α粒子散射实验可以估算原子核的半径
D.α粒子在P、Q间的运动为匀速圆周运动
11.下图为α粒子散射实验的示意图,A点为某α粒子运动中离原子核最近的位置,则该α粒子在A点具有( )
A.最大的速度
B.最大的加速度
C.最大的动能
D.最大的电势能
三、非选择题
12.如图所示,让一束均匀的阴极射线以速率v垂直进入正交的电场和磁场中,选择合适的磁感应强度B和电场强度E,带电粒子将不发生偏转,然后撤去电场,粒子将做匀速圆周运动,测得其半径为R,求阴极射线中带电粒子的比荷。
13.为了测定带电粒子的比荷qm,让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间,已知匀强电场的电场强度为E,在通过长为l的两金属板间后,测得竖直方向偏离入射点的距离为d,如果在两板间加垂直于电场方向的匀强磁场,磁场方向垂直于粒子的入射方向,磁感应强度为B,则粒子恰好不偏离原来的方向,求带电粒子的比荷qm。
14.汤姆孙为了证明阴极射线是带电粒子流以及在测量阴极射线的比荷qm时,做了如下实验:在阴极射线管中添加了两块水平正对放置间距l,边长也为l的正方形金属板。正方体空间内加上垂直于面abcd向里,磁感应强度大小为B的匀强磁场,发现射线恰好从上金属板的边缘射出并打到M点。为了抵消阴极射线的偏转,给金属板加上电压U后,射线恰好打到P点。(粒子重力忽略不计,粒子的入射方向沿正方体左右两侧面中心的连线,连线过P点)
(1)阴极射线带哪一种电荷?哪一块金属板的电势高?
(2)求阴极射线的比荷qm。
标准答案
一、单选题
1.答案:C
解析:光电效应现象和康普顿效应的发现都说明光的粒子性,选项A、D错误;汤姆孙研究阴极射线时发现了电子,说明原子还可以再分,选项B错误;卢瑟福的α粒子散射实验发现有少数α粒子发生大角度偏转,从而说明了原子具有核式结构,选项C正确。
2.答案:D
解析:根据α粒子散射实验规律,大多数α粒子在穿过金箔后没有偏转,少部分发生了偏转,极少数几乎原路返回,故选项D正确,A、B、C错误。
3.答案:A
解析:原子核集中了原子的全部正电荷和绝大部分质量,当α粒子十分接近原子核时,就会受到很大的库仑斥力,发生大角度偏转,由于原子核很小,α粒子穿过金箔时接近原子核的机会很少,所以只有少数α粒子发生大角度偏转,选项A正确;若原子
的正电荷是均匀分布的,α粒子穿过原子时,它受到原子内部两侧正电荷的斥力大部分互相抵消,使α粒子偏转的力不会很大,不会产生大角度的偏转现象,选项B错误;原子中有电子,但电子的质量很小,不到α粒子的七千分之一,α粒子碰到它,就像飞行的子弹碰到一粒尘埃一样,运动方向不会发生明显的改变,选项C错误;实验中所使用的金箔尽管很薄,但也有上万层原子,由此可知,少数α粒子发生大角度偏转显然不是碰到金原子,选项D错误。
4.答案:A
解析:发生大角度偏转,是因为受到原子核的库仑斥力,电子对α粒子的作用力可以忽略不计,故选项A正确,D错误;在散射的过程中,电场力先做负功再做正功,则动能先减小再增大,而电势能先增大再减小,故选项B、C错误。
5.答案:C
解析:α粒子和金原子核都带正电,库仑力表现为斥力,两者距离减小时,库仑力做负功,故α粒子动能减小,电势能增加,选项A、B错误,C正确;系统的能量守恒,选项D错误。
6.答案:D
解析:选项A中2应该比1有较大偏转,3应该比4有较大偏转,故选项A错误;选项B中2、3的偏转方向错误,故选项B错误;选项C中3的偏转方向错误,故选项C错误;选项D中,2、4发生了明显偏转,3离核最近,发生大角度偏转,故选项D正确。
7.答案:B
解析:根据安培定则,螺线管内部的磁场方向向下,电子从阴极向阳极运动,运动的方向向右,因为电子带负电,相当于电流水平向左,根据左手定则知,电子受到的洛伦兹力方向垂直纸面向外,则阴极射线管中的电子束将向纸面外偏转,选项B正确,A、C、D错误。
8.答案:C
解析:密立根油滴实验的目的是测量单一电子的电荷,方法主要是平衡重力与电力,使油滴悬浮于两片金属电极之间,并根据已知的电场强度,计算出油滴的电荷量。重复对许多油滴进行实验之后,密立根发现所有油滴的电荷量的值皆为同一数字的整数倍,因此认定此数值为单一电子的电荷量的值,即元电荷的值,故选项C正确。
二、多选题
9.答案:AD
解析:α粒子散射实验中,是用α粒子轰击很薄的金箔,通过观察α粒子穿过金箔后的偏转情况,获得原子结构的信息,为了准确观察α粒子的偏转情况,需要荧光屏和显微镜能够围绕金箔转动,且整个实验装置放在真空环境中,故选项A正确,B错误;如果改用铝箔也能发生散射现象,只是铝原子核的质量和电荷数较小,实验现象没有用金箔那么明显,故选项C错误;为了避免其他原子的影响,α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成,故选项D正确。
10.答案:AC
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,正电荷全部集中在原子核内,α粒子带正电,同种电荷相互排斥,故选项A正确;根据曲线运动的物体合力指向曲线内侧可知,若原子核的位置在①区域粒子轨迹将向上偏转,故选项B错误;α粒子散射实验可以用来估算核半径,故选项C正确;由库仑力公式F=kQqr2可知,由于α粒子在P、Q间运动时与原子核的距离变化导致库仑力大小变化,则α粒子不可能做匀速圆周运动,故选项D错误。
11.答案:BD
解析:粒子在向原子核靠近时由于受到原子核的斥力作用,速度将越来越小;但由于越靠近原子核电场越强,故加速度越大;同时由于电场力做负功,电势能增大;而在离开的过程中,电场力做正功,速度开始增大,加速度减小,电势能减小。故粒子在A点具有最大的加速度和最大的电势能,而速度和动能最小,故选项A、C错误,B、D正确。
三、非选择题
12.解:因为带电粒子在复合场中不偏转,所以qE=Bqv,即v=EB,撤去电场后,粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,则qvB=mv2R,联立可得qm=EB2R。
13.解:设带电粒子以速度v0垂直电场方向进入匀强电场
则d=12at2=12qEmlv02
此带电粒子垂直入射到正交的电磁场区域时不发生偏转
由平衡条件qE=qv0B
解得v0=EB
可得qEl22md=E2B2
联立解得qm=2EdB2l2。
14.解:(1)不加电压时,粒子向上偏转,根据左手定则可以判断粒子带负电;根据题意可知,粒子在电场中受到的静电力向下,则下极板电势高。
(2)不加电压时,设粒子在磁场中轨迹半径为R,根据几何关系得l2+R-l22=R2
根据洛伦兹力提供向心力得qvB=mv2R
解得R=54l,v=5qBl4m
当粒子沿直线运动时,根据平衡条件得qvB=qUl
解得qm=4U5B2l2。