1、第四章第四章原子结构和波粒二象性原子结构和波粒二象性 3 3原子的核式结构模型原子的核式结构模型 基础过关练基础过关练 题组一题组一电子的发现电子的发现 1.下列说法错误的是() A.电子电荷量的精确值是由密立根通过“油滴实验”测得的 B.若物体带电,则其所带电荷量可以是任意值 C.若物体带电,则其所带电荷量的最小值为 1.610 -19 C D.物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍 2.(2020 宁夏石嘴山三中高二下期中)英国物理学家 J.J.汤姆孙通过阴极射线的 实验研究发现() A.阴极射线在电场中偏向正极板一侧 B.阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同 C.不同材料所产生的阴极
2、射线的比荷不同 D.J.J.汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的电荷量 3.(多选)如图所示是 J.J.汤姆孙的阴极射线管的示意图,下列说法中正确的是 () A.若在 D1、D2两极板之间不加电场和磁场,则阴极射线应打到最右端的中心 P1点 B.若在 D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场,则阴极射线应向下偏转 C.若在 D1、D2两极板之间加上竖直向下的电场,则阴极射线应向上偏转 D.若在 D1、D2两极板之间加上垂直纸面向里的磁场,则阴极射线不偏转 4.(多选)1897 年英国物理学家 J.J.汤姆孙发现了电子并因此被称为“电子之 父”。下列关于电子的说法正确的是() A.J.J.汤姆孙通过阴极
3、射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒 子流的结论,并求出了这种粒子的比荷 B.J.J.汤姆孙通过光电效应的研究发现了电子 C.电子质量是质子质量的 1 836 倍 D.J.J.汤姆孙通过对不同材料做成的阴极发出的射线的研究,并研究光电效应等 现象,说明电子是原子的组成部分,是比原子更小的基本的物质单元 题组二题组二比荷的测定比荷的测定 5.带电粒子的比荷 ? ?是一个重要的物理量。某中学物理兴趣小组设计了一个实验, 探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响,以求得电子的比荷,实验装置如图所示, 其中两正对极板 M1、M2之间的距离为 d,极板长度为 L。 他们的主要实验步骤如下: A.
4、首先在两极板 M1、M2之间不加任何电场、磁场,开启阴极射线管电源,发射的电 子束从两极板中央通过,在荧光屏的正中心处观察到一个亮点。 B.在 M1、M2两极板间加合适的电场:极板的极性如图所示,并逐步调节增大两板间 电压,使荧光屏上的亮点逐渐向荧光屏下方偏移,直到荧光屏上恰好看不见亮点为 止,记下此时外加电压为 U。请问本步骤的目的是什么? C.保持步骤 B 中的电压 U 不变,在 M1、M2之间的区域加一个大小、方向合适的磁场, 使荧光屏正中心处重现亮点。试问外加磁场的方向如何? 6.如图所示为美国科学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图,两块水平放 置的平行金属板间距为 d。油滴从喷雾
5、器的喷嘴喷出时,由于与喷嘴摩擦而带负电。 油滴散布在油滴室中,在重力作用下,少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金 属板间。当平行金属板间不加电压时,由于受到气体阻力的作用,油滴最终以速度 v1竖直向下匀速运动;当上板带正电,下板带负电,两板间的电压为 U 时,带电油滴 恰好能以速度 v2竖直向上匀速运动。已知油滴在极板间运动时所受气体阻力的大 小与其速率成正比,油滴密度为,重力加速度为 g,已测量出油滴的直径为 D(油 滴体积公式 V=1 6D 3)。 (1)设油滴受到气体的阻力 f=kv,其中 k 为阻力系数,求 k 的大小; (2)求油滴所带电荷量。 题组三题组三粒子散射实验粒子散射实验
6、 7.(2020 河北唐山十一中高二下期中改编)(多选)关于粒子散射实验,下列说法 正确的是() A.该实验是由卢瑟福指导他的助手完成的 B.带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动 C.荧光屏上的闪光是散射的粒子打在荧光屏上形成的 D.荧光屏只有正对粒子源发出的射线方向上才有闪光 8.(多选)如图所示为粒子散射实验的装置示意图,荧光屏和显微镜一起分别放 在图中 A、B、C、D 四个位置时,关于观察到的现象,下列说法中正确的是() A.放在 A 位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B.放在 B 位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数只比 A 位置稍少些 C.放在 B 位置时,相
7、同时间内观察到屏上的闪光次数要比 A 位置少很多 D.放在 C、D 位置时,屏上观察不到闪光 题组四题组四原子的核式结构模型原子的核式结构模型 9.(2020 安徽黄山屯溪一中高二下期中)下列事例中能说明原子具有核式结构的是 () A.光电效应现象的发现 B.J.J.汤姆孙研究阴极射线时发现了电子 C.卢瑟福的粒子散射实验发现有少数粒子发生大角度偏转 D.康普顿效应 10.(2020 湖北襄阳一中高二下测试)如图为卢瑟福粒子散射实验的金原子核和 两个粒子的径迹,其中可能正确的是() 11.(2020 山东泰安新泰二中高二下测试)(多选)以下说法正确的是() A.电子的发现证实了原子核具有复杂的
8、结构 B.电子的发现说明原子不是组成物质的最小单位,原子也是可分的 C.粒子散射实验证实了原子核由质子和中子组成 D.粒子散射实验说明了原子带正电的部分占的体积很小 12.(多选)卢瑟福对粒子散射实验的解释是() A.使粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对粒子的作用力 B.使粒子产生偏转的力是库仑力 C.原子核很小,粒子接近它的机会很小,所以绝大多数的粒子仍沿原来的方向 前进 D.能产生大角度偏转的粒子是穿过原子时离原子核近的粒子 题组五题组五原子核的电荷与尺度原子核的电荷与尺度 13.(多选)关于原子的核式结构学说,下列说法正确的是() A.原子中绝大部分是“空”的,原子核很小 B.电子在核
9、外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力 C.原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里 D.原子核的直径约是 10 -10 m 能力提升练能力提升练 题组一题组一粒子散射实验粒子散射实验 1.(2020 上海交通大学附属中学高二下期中,)如图所示为粒子散射实验装置 示意图,粒子打到荧光屏上都会引起闪烁,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可能符合事 实的是() A.1 305、25、7、1 B.202、405、625、825 C.1 202、1 010、723、203 D.1 202、1 305、723、203 2.(2020 福建
10、南平高级中学高二下期中,)(多选)如图所示是英国物理学家卢瑟 福用粒子轰击金箔的实验装置示意图,下列关于该实验的描述正确的是() A.粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成 B.该实验揭示了原子具有核式结构 C.实验结果表明绝大多数粒子穿过金箔后发生大角度偏转 D.该实验证实了 J.J.汤姆孙原子模型的正确性 3.(2020 江苏海安高级中学高二下测试,)(多选)在粒子散射实验中,如果一个 粒子跟金箔中的电子相撞,则() A.粒子的动能和动量几乎没有损失 B.粒子损失了部分的动能和动量 C.粒子不会发生明显的偏转 D.粒子将发生较大角度的偏转 4.(2020 江西南昌实验中学高二下测试,)在粒
11、子穿过金箔发生大角度偏转的 过程中,下列说法正确的是() A.粒子先受到原子核的斥力作用,后受到原子核的引力作用 B.粒子一直受到原子核的斥力作用 C.粒子先受到原子核的引力作用,后受到原子核的斥力作用 D.粒子一直受到库仑斥力,速度一直减小 题组二题组二原子的核式结构模型及对原子的核式结构模型及对粒子散射实验的解释粒子散射实验的解释 5.()在粒子散射实验中,当粒子最接近原子核时,关于描述粒子的有关物 理量的情况,下列说法正确的是(深度解析) 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 6.(2020 江苏丹阳高级中学高二下测试改编,)关于卢瑟福的粒子散射
12、实验和 原子的核式结构模型,下列说法中不正确的是() A.绝大多数粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进 B.只有少数粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集 中在一个很小的核上 C.卢瑟福依据粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论 D.粒子散射实验说明原子中正电荷是均匀分布的 7.(2020 江苏扬州大桥中学高二下期中,)(多选)关于粒子散射实验现象的分 析,下列说法正确的是() A.绝大多数粒子沿原方向运动,说明正电荷在原子内均匀分布,使粒子受力平 衡 B.绝大多数粒子沿原方向运动,说明原子内大部分空间是空的 C.极少数粒子发生大角度偏转,说明原子内质量和电荷量
13、比粒子大得多的粒 子在原子内分布空间很小 D.极少数粒子发生大角度偏转,说明原子内的电子对粒子的吸引力很大 8.(2020 浙江湖州中学、嘉兴一中高二下期中,)在粒子散射实验中,某一粒 子经过某一原子核附近时的运动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(深度解析) A.可能在区域B.一定在区域 C.可能在、区域答案全解全析答案全解全析 基础过关练基础过关练 1.B密立根通过“油滴实验”精确测出了电子的电荷量为 1.610 -19 C
14、,这是带 电物体所带的最小电荷量,A、C 说法正确;电荷是量子化的,任何带电体的电荷量 都是元电荷的整数倍,D 说法正确,B 说法错误。 2.A阴极射线在电场中偏向正极板一侧,因此阴极射线应该带负电荷,故 A 正确; 阴极射线在磁场中受力情况跟负电荷受力情况相同,故 B 错误;不同材料所产生的 阴极射线的比荷相同,故 C 错误;J.J.汤姆孙并没有直接测到阴极射线粒子的电荷 量,故 D 错误。 3.AC当 D1、D2之间不加电场和磁场时,阴极射线不发生偏转,将打到最右端的中 心 P1点,选项 A 正确。若在 D1、D2两极板间加上竖直向下的电场,阴极射线是电子 流,它在电场中运动时应向上偏转,
15、选项 C 正确,B 错误。当 D1、D2之间加上垂直于 纸面向里的磁场时,电子在磁场中受洛伦兹力作用,由左手定则可知,阴极射线应 向下偏转,选项 D 错误。 4.ADJ.J.汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定阴极射线本质上 是带负电的粒子流,并求出了这种粒子的比荷,从而发现了电子,选项 A 正确,B 错 误;电子质量是质子质量的 1 1836,选项 C 错误;J.J.汤姆孙通过对不同材料做成的 阴极发出的射线的研究,得出阴极射线均是同一种粒子流电子流,说明电子是 原子的组成部分,是构成物质的比原子更基本的物质单元,而对光电效应等现象的 研究更加验证了这一点,选项 D 正确。 5.答
16、案见解析 解析步骤 B 中,电子在 M1、M2两极板间做类平抛运动,当增大两极板间电压时,电 子在两极板间的偏转距离增大。 当在荧光屏上恰好看不到亮点时,电子刚好打在下极板 M2靠近荧光屏端的边 缘,则有? 2= ? 2? ? ? 2 解得 ? ?= ?2?2 ?2 。 由此可以看出,进行步骤 B 的目的是使粒子在电场中的偏转距离成为已知量, 就可以表示出比荷。 步骤 C 中,加上磁场后电子不偏转,则电场力等于洛伦兹力,且洛伦兹力方向 向上,由左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外。 6.答案(1) 1 6?1D 3g (2)? 3gd(?1+?2) 6?1 解析(1)油滴的速度为 v1时,所受气
17、体阻力 f1=kv1 油滴向下匀速运动时,重力与阻力平衡,有 f1=mg 而 m=V=1 6D 3 则 k= 1 6?1D 3g。 (2)设油滴所带电荷量为 q,油滴受到的电场力 F 电=qE=q ? ? 油滴向上匀速运动时,所受阻力向下,f2=kv2,油滴受力平衡,有 kv2+mg=q? ? 则油滴所带电荷量 q=? 3gd(?1+?2) 6?1 。 7.ABC粒子散射实验是由卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿完成,选项 A 正 确;粒子打在荧光屏上会有闪光,为了观察大角度散射,带有荧光屏的显微镜可 以在水平面内的不同方向上移动,选项 B、C 正确,选项 D 错误。 8.AC粒子散射实验中,绝大
18、多数粒子穿过金箔后,仍沿原来的方向前进,故 A 正确;少数粒子发生较大偏转,极少数粒子偏转角度超过 90,故 B、D 错误,C 正确。 9.C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;J.J. 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 粒子散射实验发现有少数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。 10.B粒子在靠近金原子核时,离金原子核越近,所受库仑斥力越大,偏转角度 越大,且粒子做曲线运动,合外力指向凹的一侧,根据这些特点可以判断出只有 B 正确。 11.BD电子的发现说明原子是可分的,故 A 错误,B
19、 正确;粒子散射实验证明了 原子的核式结构,不能说明原子核的组成情况,故 C 错误,D 正确。 12.BCD原子核带正电,与粒子之间存在库仑力,当粒子靠近原子核时受库仑 力而偏转,电子对它的影响可忽略,故 A 错误,B 正确;由于原子核非常小,绝大多数 粒子经过时离核较远,因而运动方向几乎不变,只有离核很近的粒子受到很强 的库仑力,发生大角度散射,故 C、D 正确。 13.AB由于原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内,而原子核又很 小,所以原子内绝大部分区域是“空”的,选项 A 正确,选项 C 错误;电子绕原子核 的圆周运动由原子核与电子间的库仑力提供向心力,选项 B 正确;原子核半
20、径的数 量级是 10 -15 m,原子半径的数量级是 10 -10 m,选项 D 错误。 能力提升练能力提升练 1.A由于绝大多数粒子运动方向基本不变,所以 A 位置闪烁次数最多,少数粒子 发生了大角度偏转,极少数偏转的角度甚至大于 90,符合该规律的数据只有 A 选 项,故 A 正确。 2.AB为了避免其他原子的影响,粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成, 故 A 正确;粒子散射实验说明原子中绝大部分是空的,揭示了原子具有核式结构, 故 B 正确;粒子散射实验观测到的现象是绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方 向前进,故 C 错误;通过该实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,同时否定了 J.J.
21、汤姆孙原子模型,故 D 错误。 3.AC电子的质量只有粒子的 1 7300,粒子与电子相撞就好比子弹碰到尘埃一样, 所以粒子的动能和动量几乎没有损失,粒子不会发生明显的偏转,故 A、C 正 确,B、D 错误。 4.B粒子与金原子核带同种电荷,两者相互排斥,故 A、C 错误,B 正确;粒子 在靠近金原子核时斥力做负功,速度减小,粒子远离金原子核时斥力做正功,速 度增大,故 D 错误。 5.C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,故粒子动能减小,电势能增加,故 A、B 错误,C 正确;系统的能量守恒,选项 D 错误。 名师点睛 本题综合考查了粒子散射实验、粒子与
22、金原子核之间的库仑力作用的规 律、功能关系及能量守恒定律。当静电力做正功时,电势能减少,静电力做负功时, 电势能增加;只有库仑力做功的情况下,粒子的动能与电势能相互转化,但总量保 持不变。 6.D粒子散射实验的现象是:绝大多数粒子几乎不发生偏转,少数粒子发 生了大角度偏转,极少数粒子偏转角度超过 90,故 A 正确;粒子散射实验中, 只有少数粒子发生大角度偏转说明三点:一是原子内有一质量很大的粒子存在; 二是这一粒子带有较大的正电荷;三是这一粒子的体积很小,故 B 正确,D 错误;卢 瑟福依据粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论,故 C 正确;所以 不正确的是 D。 7.BC粒子散射
23、实验的现象是:绝大多数粒子几乎不发生偏转,少数粒子发 生了大角度偏转,极少数粒子偏转角度超过 90。从绝大多数粒子几乎不发 生偏转,可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小,所以带正电的物质只占整个 原子的很小空间,并不是正电荷均匀分布在原子内,故 A 错误,B 正确;极少数粒 子发生大角度偏转,是因为金原子核很小但质量和电荷量远大于粒子的质量和 电荷量,所以原子核对粒子的库仑斥力很大,故 C 正确,D 错误。 8.B粒子带正电,原子核也带正电,原子核对靠近它的粒子产生库仑斥力,由 粒子运动轨迹的弯曲方向可知库仑斥力向下,所以原子核一定在区域,故 B 正 确。名师点睛 本题考查粒子散射的原因分析,解答本题要应用好两个知识点:一是粒子与金 原子核之间的库仑力作用的规律;二是质点做曲线运动的规律,粒子向受力方向偏 转,或粒子的库仑力指向轨迹的内侧。D.一定在区域
