第4章 3 原子的核式结构模型（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（人教版）

第四章　原子结构和波粒二象性 3　原子的核式结构模型 基础过关练 题组一　对阴极射线的认识 1.(2025西北四省联考)科学家在研究稀薄气体放电时发现,阴极发出的射线能使玻璃管壁发出荧光。如图所示,这种射线的本质是(　　) A.电子　　B.γ射线　　C.中子　　D.质子 2.(2025江苏宜兴期中)J.J.汤姆孙对阴极射线本质的研究,采用的科学方法是(　　) A.用阴极射线轰击金箔,观察其散射情况 B.用“油滴实验”精确测定电子的电荷量 C.用阴极射线轰击荧光物质,对荧光物质发出的光进行光谱分析 D.让阴极射线通过电场和磁场,通过阴极射线的偏转情况判断其电性和计算其比荷 3.(多选题)(2025河南信阳期中)如图所示是J.J.汤姆孙的气体放电管的示意图,下列说法中正确的是(　　) A.若在D1、D2之间不加电场和磁场,则阴极射线应打到荧光屏的中点P1点 B.若在D1、D2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之间加上垂直纸面向里的磁场,则阴极射线向上偏转 题组二　测定阴极射线的比荷 4.(2024上海松江期中)美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置,精确测出了电子的电荷量,因此该实验被称为密立根油滴实验。如图所示,两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连接,板间产生匀强电场,方向竖直向下,图中油滴P由于带负电悬浮在两板间保持静止。 (1)若要测出该油滴的电荷量,需要测出的物理量有　　　　　　　;  A.油滴质量m　　　　B.两板间的电压U C.两板间的距离d　　　　D.两板的长度L (2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q=　　　　　　(已知重力加速度为g);  (3)在进行了几百次的测量以后,密立根发现油滴所带的电荷量虽不同,但都是某个最小电荷量的　　　　　　　(选填“奇数倍”“偶数倍”或“整数倍”),这个最小电荷量被认为是元电荷。  5.(2025江苏连云港期中)J.J.汤姆孙测定电子比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示。真空玻璃管内,阴极K发出的电子经加速后,穿过小孔A、C,沿中心轴线OP1以速度v进入两块水平正对放置的极板D1、D2间,射出后到达右端的荧光屏上形成光点。若极板D1、D2间无电压,电子将打在荧光屏上的中心P1点。现在极板间加上竖直方向、电场强度大小为E的匀强电场后,电子向上偏转,再在极板间施加一个方向垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出),电子在荧光屏上产生的光点又回到了P1点,接着去掉电场,电子向下偏转,射出极板时偏转角为θ。已知极板的长度为L,忽略电子的重力及电子间的相互作用。求: (1)匀强磁场的磁感应强度大小; (2)电子的比荷。 题组三　原子的核式结构模型 6.(2025吉林长春期中)卢瑟福α粒子散射实验的装置示意图如图所示,荧光屏和显微镜一起分别放在图中A、B、C、D四个位置时,关于在相同时间(足够长)内观察到的现象,下列说法正确的是(　　) A.在A位置时观察到屏上的闪光最多 B.在B位置时屏上能观察到闪光,是因为α粒子发生了衍射 C.在D位置时屏上一定不能观察到闪光 D.在C位置时观察到屏上的闪光次数比在D位置时观察到的少 7.(2025江苏南京期末)如图所示,高速运动的α粒子被位于O点的重原子核散射,实线表示α粒子的运动轨迹,M、N和Q为轨迹上的三点,N点离核最近,Q点比M点离核更远,则(　　) A.三点中,α粒子在N点的电势能最大 B.α粒子在M点的速率比在Q点的大 C.α粒子从M点运动到Q点,电场力对它做的总功为负功 D.在重核产生的电场中,M点的电势比Q点的低 8.(2025辽宁大连期中)根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图为α粒子散射图,图中实线表示α粒子的运动轨迹。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),下列判断正确的是(　　) A.α粒子的动能先增大后减小 B.α粒子的电势能先增大后减小 C.α粒子的加速度先减小后增大 D.库仑力对α粒子先做正功后做负功 9.(多选题)在卢瑟福的α粒子散射实验中,某一α粒子经过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,下列说法不正确的是(　　) A.α粒子受到引力 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大小 D.α粒子在P、Q间的运动为匀速圆周运动 题组四　原子核的电荷与尺度 10.(教材深研拓展)α粒子散射可以用来估算原子核半径。对于一般的原子核,实验确定的核半径的数量级为10-15 m,而整个原子半径的数量级是10-10 m,两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。如果把原子放大为直径是100 m的球,原子核的大小相当于下列哪个物体(　　) A.一粒小米　　　　B.一粒葡萄 C.一个乒乓球　　　　D.一个篮球 答案与分层梯度式解析 基础过关练 1.A 2.D 3.AC 6.A 7.A 8.B 9.ABD 10.A 1.A　阴极射线的本质是电子,故选A。 2.D　J.J.汤姆孙对阴极射线本质的研究采用的主要方法是让阴极射线通过电场和磁场,通过偏转情况判断其电性,结合类平抛运动与圆周运动的公式计算其比荷,故D正确。 3.AC　若在D1、D2之间不加电场和磁场,阴极射线不发生偏转,则阴极射线应打到荧光屏的中点P1点,A正确;若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,由于组成阴极射线的粒子是电子,故阴极射线向上偏转,B错误,C正确;若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场,由于组成阴极射线的粒子是电子,电子水平向右进入磁场时所受的洛伦兹力向下,故阴极射线向下偏转,D错误。 名师点津 　　阴极射线的本质是电子流,在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力,故研究电场力(或洛伦兹力)对电子运动的影响时,一般不考虑重力的影响。 4.答案　(1)ABC　(2)　(3)整数倍 解析　(1)(2)金属板A、B间的电场为匀强电场,油滴处于静止状态,所受电场力与重力平衡,即mg=qE=q,得q=,可知要测出该油滴的电荷量,需要测出的物理量有油滴质量m、两板间的电压U、两板间的距离d。故选A、B、C。 (3)带电体所带电荷量都是某个最小电荷量的整数倍,这个最小电荷量被认为是元电荷。 5.答案　(1)　(2) sin θ 解析　(1)电子以速度v进入复合场,在静电力和洛伦兹力共同作用下做匀速直线运动,电子受力平衡(破题关键),有eE=evB, 解得匀强磁场的磁感应强度大小B= (2)撤去电场后,电子仅在磁场中偏转,轨迹如图所示,由洛伦兹力提供向心力,有evB= 由几何关系知L=r sin θ 可得= sin θ 6.A　在α粒子散射实验中,绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,极少数偏转的角度甚至大于90°,因此,在A位置时观察到屏上的闪光次数最多,在D位置时屏上可以观察到闪光,只不过极少,在C位置时观察到屏上的闪光次数比在D位置时观察到的多。故A正确,B、C、D错误。 名师点津 　　原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释: 　　(1)当α粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,运动方向改变很小,因为原子核很小,所以绝大多数α粒子几乎不发生偏转。 　　(2)只有当α粒子在穿过原子时十分接近原子核,才受到很大的库仑力作用,偏转角度才很大,而这种机会很小。 　　(3)如果α粒子正对着原子核射来,偏转角度几乎达到180°,这种机会极小。 7.A　由于N点离核最近,Q点比M点离核更远,重核带正电,可知φN>φM>φQ,即在重核产生的电场中,M点的电势比Q点的高,故D错误;α粒子带正电,根据电势能的表达式Ep=qφ可知EpN>EpM>EpQ,即α粒子在N点的电势能最大,故A正确;α粒子在M点的电势能大于在Q点的电势能,则其从M点运动到Q点,电势能减小,则电场力对它做的总功为正功,α粒子的动能增大,α粒子在M点的速率比在Q点的小,故B、C错误。 8.B　α粒子先靠近原子核,然后又远离原子核,则在运动过程中,其电势能先增大后减小,库仑力对α粒子先做负功后做正功,由动能定理知,α粒子的动能先减小后增大,B正确,A、D错误。α粒子受到的库仑力先增大后减小,由牛顿第二定律知,α粒子的加速度先增大后减小,C错误。 9.ABD　在α粒子散射实验中,α粒子经过原子核附近时受到库仑斥力作用,故A错误;若该原子核处于①区域,则α粒子在P点时因受到库仑斥力应该向②区域偏转,所以该原子核的位置不可能在①区域,故B错误;根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小,故C正确;α粒子受到库仑斥力,在P、Q间的运动不可能为匀速圆周运动,故D错误。故选A、B、D。 10.A　由题可知原子的半径是原子核半径的105倍,如果把原子放大为直径是100 m的球,同样比例放大后原子核的直径为d= m=10-3 m=1 mm,相当于一粒小米的大小。故选A。 10 学科网（北京）股份有限公司 $