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,每题6分,共36分)1.关于阴极射线的本质,下列说法正确的是()A.阴极射线本质是氢原子B.阴极射线本质是电磁波C.阴极射线本质是电子D.阴极射线本质是X射线【解析】选C。阴极射线是由于电子动能变大,原子核束缚不住电子,电子逃逸出来,形成的粒子流。所以答案选C。2.通过如图的实验装置,卢瑟福建立了原子核式结构模型。实验时,若将荧光屏和显微镜分别放在位置1、2、3。则能观察到粒子数量最多的是位置()A.1B.2C.3D.一样多【解析】选C。卢瑟福通过这个实验,得出了原子核式结构模型。放在3位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数较少。
2、放在2位置时,屏上仍能观察一些闪光,但次数极少。放在1位置时,屏上可以观察到闪光,只不过很少很少。故C正确,A、B、D错误。故选C。3.如图,在粒子散射实验中,图中实线表示粒子的运动轨迹,假定金原子核位置固定,a、b、c为某条轨迹上的三个点,其中a、c两点距金原子核的距离相等()A.卢瑟福根据粒子散射实验提出了能量量子化理论B.大多数粒子击中金箔后几乎沿原方向返回C.粒子经过a、c两点时动能相等D.从a经过b运动到c的过程中粒子的电势能先减小后增大【解析】选C。卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构理论,选项A错误; 大多数粒子击中金箔后几乎不改变方向而沿原方向前进,选项B错误;因a、c两
3、点距离金原子核的距离相等,可知电势能相等,则粒子经过a、c两点时动能相等,选项C正确;从a经过b运动到c的过程中,电场力先做负功,后做正功,可知粒子的电势能先增大后减小,选项D错误。4.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()【解析】选D。粒子轰击金箔后偏转,越靠近金原子核,偏转的角度越大,所以A、B、C错误,D正确。5.下列对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】选A。由对粒子散射实验装置的描述可知
4、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,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。6.(多选)根据卢瑟福的原子的核式结构理论,下列对原子结构的认识中,正确的是()A.原子中绝大部分是空的,原子核很小B.电子在核外运动,库仑力提供向心力C.原子的全部正电荷都集中在原子核里D.原子核的直径大约为10-10 m【解析】选A、B、C。卢瑟福粒子散射实验的结果否定了关于原子结构的汤姆孙模型,提出了关于原
5、子的核式结构学说,并估算出原子核半径的数量级为10-15 m,原子半径的数量级为10-10 m,原子半径是原子核半径的十万倍,所以原子内部是十分“空旷”的,核外带负电的电子由于受到带正电的原子核的吸引而绕核旋转,所以A、B、C正确,D错误。二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7.(12分)若氢原子的核外电子绕核做半径为r的匀速圆周运动,则其角速度是多少?电子绕核的运动可等效为环形电流,则电子运动的等效电流I是多少(已知电子的质量为m,电荷量为e,静电力常量用k表示)?【解析】电子绕核运动的向心力是库仑力,因为=m2r,所以=;其运动周期为
6、T=,其等效电流I=。答案:8.(12分)如图所示,电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的平行板电容器中,出电场时打在屏上P点,经测量OP距离为Y0,求电子的比荷。【解析】由于电子在电场中做类平抛运动,沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动,满足Y0=at2=()2=,则=。答案:【补偿训练】电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的。油滴实验的原理如图所示,两块水平放置的平行金属板与电源连接,上、下板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后,由于摩擦而带电,油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中,通过显微镜可以观察到油滴的运动情况。两金属板间的距离为d,忽略空
7、气对油滴的浮力和阻力。(1)调节两金属板间的电势差u,当u=U0时,使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速运动,则该油滴所带电荷量q为多少?(2)若油滴进入电场时的速度可以忽略,当两金属板间的电势差u=U时,观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速运动,经过时间t运动到下极板,求此油滴所带电荷量Q。【解析】(1)由平衡条件知m1g=q,解得q=。(2)若Q为正电荷,根据牛顿第二定律有m2g+=m2a,且d=at2,由以上两式解得Q=(-g)。若Q为负电荷,根据牛顿第二定律有m2g-=m2a,又d=at2,由以上两式解得Q=(g-)。答案:(1)(2)(-g)或(g-) (15分钟40分)9.(
8、7分)(多选)在粒子散射实验中,如果两个具有相同能量的粒子,从不同大小的角度散射出来,则散射角度大的粒子()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【解析】选A、D。由于原子的体积远远大于原子核的体积,当粒子穿越某一个原子的空间时,其他原子核距粒子相对较远,而且其他原子核对粒子的作用力也可以近似相互抵消,所以散射角度大的这个粒子并不是由于受到多个原子核作用造成的,C错;由库仑定律可知,粒子受到的斥力与距离的平方成反比,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对,B错;当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
9、度的变化量就大,则散射角度就大,D对。10.(7分)在粒子散射实验中,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.粒子在靠近金原子核的过程中电势能逐渐减小B.粒子散射实验说明原子核是由质子和中子组成的C.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,粒子与金原子核的动量大小之比为4197【解析】选D。粒子在靠近金原子核的过程中,库仑力做负功,电势能逐渐增加,选项A错误;粒子散射实验是原子的核式结构理论的基础,
10、并不能说明原子核是由质子和中子组成的,选项B错误;粒子散射实验说明带正电的物质分布在原子内部很小的区域内,即原子的内部有一个很小的原子核,选项C错误;粒子在靠近金原子核的过程中,系统动量守恒,当它们的距离最小时,两者的速度相等,则粒子与金原子核的动量大小之比等于质量之比,即为4197,选项D正确。11.(7分)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。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粒子的作用,那么关于该原子核的位置,下列说法中正确的是()A.可能在区域B.可能在区域C.可能在区
11、域D.可能在区域【解析】选A。粒子带正电,原子核也带正电,对靠近它的粒子产生斥力,故原子核不会在区域;如原子核在、区域,粒子会向区域偏;如原子核在区域,可能会出现题图所示的轨迹,故应选A。12.(19分)英国科学家汤姆孙以及他所带领的一批学者对原子结构的研究奠定了近代物理学的基石,其中他对阴极射线粒子比荷测定实验最为著名,装置如图1所示。某班的学生在实验室重做该实验,装置如图2所示,在玻璃管内的阴极K发射的射线被加速后,沿直线到达画有正方形方格的荧光屏上。在上下正对的平行金属极板上加上电压,在板间形成电场强度为E的匀强电场,射线向上偏转;再给玻璃管前后的励磁线圈加上适当的电压,在线圈之间形成磁
12、感应强度为B的匀强磁场,射线沿直线运动,不发生偏转。之后再去掉平行板间的电压,射线向下偏转,经过屏上A点,如图3所示。(不计射线的重力,匀强电场、匀强磁场范围限定在刻度“1”和“7”所在的竖直直线之间,且射线由刻度“1”所在位置进入该区域)。求:(1)求该射线进入场区域时的初速度v。(2)已知正方形方格边长为d,求该射线粒子的比荷。(3)带电粒子在磁场中运动到A点的时间。【解析】(1)射线被加速后在电场力和洛伦兹力共同作用下做匀速直线运动,根据二力平衡得:qE=qvB解得:射线被加速后的速度为v=(2)去掉金属板间电压后,粒子不再受到电场力,只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,经过A点,则圆心为O点,半径为r,如图所示:则有(4d)2=r2-(r-2d)2解得:r=5d因为洛伦兹力提供向心力,则r=联立解得:=(3)设粒子轨迹对应的圆心角为,根据几何关系可得sin=0.8解得=53带电粒子在磁场中运动到A点的时间为:t=答案:(1)(2)(3)