4.1 电子的发现 4.2 原子的核式结构模型 练习-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第四章 原子结构 考查范围：电子的发现、原子的核式结构模型 学科网（北京）股份有限公司 一、选择题：本题共12小题，每小题5分，共60分。 1.阴极射线管中电子束由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上出现一条亮线（如图），要使该亮线向z轴正方向偏移，可加上( ) A.沿z轴正方向的磁场 B.沿y轴负方向的磁场 C.沿z轴正方向的电场 D.沿y轴负方向的电场 2.阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示.若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为( ) A.平行于纸面向左 B.平行于纸面向上 C.垂直于纸面向外 D.垂直于纸面向里 3.如图所示的实验装置为用α粒子轰击金箔、研究α粒子散射情况的实验装置.下列说法正确的是( ) A.该实验可在空气中进行 B.α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C.卢瑟福根据该实验现象提出了原子的核式结构模型 D.α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是正确的 4.卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，开有小孔的铅盒里面包裹着少量的放射性元素钋.铅能够很好地吸收α粒子使得α粒子只能从小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点.下列说法正确的是( ) A.α粒子碰撞到了电子会反向弹回 B.绝大多数α粒子发生了大角度偏转 C.该实验为汤姆孙的“枣糕模型”奠定了基础 D.该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子核上 5.关于原子模型及其建立过程的叙述正确的是( ) A.阴极射线是电子流，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电荷量 B.汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷弥漫分布于球内，该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福提出的核式结构模型所取代 C.α粒子散射实验可以估测出原子核半径的数量级为 D.卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域一原子核，电子绕核做圆周运动，库仑力提供向心力 6.如图是α粒子散射实验的情景.图中实线表示α粒子的运动轨迹.其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近.下列说法不正确的是( ) A.绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的 B.发生超过90°大角度偏转的α粒子是极少数的 C.沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小 D.沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大 7.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粒子运动的轨迹，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.α粒子在M点的速率比在Q点的大 B.在重核产生的电场中，M点的电势比Q点的低 C.三点中，α粒子在N点的电势能最大 D.若α粒子从M点运动到Q点，电场力对它做的总功为负功 8.如图所示为卢瑟福α粒子散射实验的金原子核和两个α粒子的径迹，其中可能正确的是( ) A.B. C.D. 9.关于原子结构的认识历程，说法正确的是( ) A.汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内 B.α粒子散射实验中少数α粒子发生了大角度偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据 C.对原子光谱的研究开辟了深入探索原子核内部结构的道路 D.玻尔提出了原子定态假设，原子可以稳定在固定的能级上，玻尔原子理论成功地解释了几乎所有原子的光谱现象 10.在真空的玻璃管中封有两个电极，当加上一定电压后，会从阴极射出一束高速电子流，称为阴极射线。若在玻璃管的正上方平行放置一根通有强电流的长直导线，其电流方向如图所示，则阴极射线将会( ) A.向上偏转 B.向下偏转 C.向纸内偏转 D.向纸外偏转 11.（多选）1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子，汤姆孙也被称为“电子之父”.下列关于电子的说法正确的是( ) A.汤姆孙通过对阴极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，并求出了阴极射线的比荷 B.汤姆孙通过对光电效应的研究，发现了电子 C.电子质量是质子质量的1836倍 D.汤姆孙通过对不同材料做成的阴极发出的射线及光电效应等现象的研究，推断出电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元 12.（多选）如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某金属原子核附近时的运动轨迹示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上，则以下说法中正确的是( ) A.α粒子在A点的速度比在B点的速度小 B.α粒子在B点的速度最大 C.α粒子在A、C两，点的速度大小相同 D.α粒子在B点的速度比在C点的速度小 二、非选择题：本题共2小题，共40分。 13.（20分）如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置.当极板P和间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到点，点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到O点，已知极板水平方向长度为L，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为. （1）求打在荧光屏O点的电子速度的大小； （2）推导出电子比荷的表达式. 14.（20分）氢原子内有一个氢原子核和一核外电子，电子和原子核都带一个元电荷的电荷量，电子带负电，原子核带正电，电子质量为m，假设电子绕原子核做匀速圆周运动，轨道半径为r，元电荷用e表示，静电力常量为k.求： （1）电子的运动周期； （2）电子的动能； （3）等效电流的大小. 1.答案：B参考答案 解析：若加一沿z轴正方向的磁场，根据左手定则，电子所受洛伦兹力方向沿y轴正方向，则亮线不会向z轴正方向偏移，故A错误；若加一沿y轴负方向的磁场，根据左手定则，电子所受洛伦兹力方向沿z轴正方向，则亮线向z轴正方向偏移，故B正确；若加一沿z轴正方向的电场，电子受沿z轴负方向的电场力作用，则亮线向z轴负方向偏移，故C错误；若加一沿y轴负方向的电场，电子受沿y轴正方向的电场力作用，则亮线不会向z轴正方向偏移，故D错误. 2.答案：C 解析：由于阴极射线的本质是电子流，阴极射线方向向右，说明电子的运动方向向右，相当于存在向左的电流，根据左手定则可知，若要使射线向上偏转，则电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上，所以磁场方向应为垂直于纸面向外，故选项C正确. 3.答案：C 解析：α粒子的贯穿本领弱，为了使得实验现象明显，该实验不能在空气中进行，需要在真空中进行，故A错误；α粒子的质量远远大于电子的质量，可知α粒子大角度散射不可能是它跟电子发生碰撞引起的，故B错误；卢瑟福根据该实验现象中少数α粒子发生了大角度偏转提出了原子的核式结构模型，故C正确；α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是错误的，故D错误. 4.答案：D 解析：电子质量很小，α粒子与电子碰撞，运动方向几乎不改变，选项A错误；绝大多数α粒子运动方向不发生改变，少数发生了大角度偏转，选项B错误；该实验为卢瑟福的原子的核式结构理论奠定了基础，从而否定了汤姆孙的“枣糕模型”，选项C错误；该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子核上，选项D正确. 5.答案：B 解析：阴极射线是电子流，汤姆孙测出了电子的比荷，密立根精确测定了电子的电荷量，A错误；汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷弥漫分布于球内，该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福提出的核式结构模型所取代，B正确；α粒子散射实验可以估测出原子核半径的数量级为，C错误；卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的区域——原子核，D错误. 6.答案：D 解析：在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，运动轨迹如轨迹1所示，说明原子中绝大部分是空的，A正确；极少数粒子发生超过90°的大角度偏转，B正确；根据点电荷周围电场可知，距离原子核近的地方电场强度大，故越靠近原子核α粒子的加速度越大，因此沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小，C正确；沿轨迹2运动的α粒子从a运动到b过程中受到斥力作用，根据电场力做功特点可知，电场力做负功，电势能增大，从b运动到c过程中，电场力做正功，电势能减小，D错误.本题选说法不正确的，故选D. 7.答案：C 解析：重原子核带正电，根据正点电荷的电势分布可知，在离原子核越远的位置，其电势越低，所以在重核周围产生的电场中，Q点的电势比M点的低，B错误；三点中N点离O点最近，电势最高，所以α粒子在N点电势能最大，C正确；若α粒子从M点运动到Q点，有，由于Q点的电势比M点的低，即，则电场力对它做的总功为正功，所以α粒子的动能增大，则α粒子在M点的速率比在Q点的小，A、D错误. 8.答案：A 解析：α粒子与金原子核都带正电，相互排斥，α粒子越靠近金原子核，所受库仑斥力越大，运动方向的偏转角度就越大，根据这个特点可以判断出只有A正确，故选A. 9.答案：B 解析：卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，猜想原子内的正电荷及几乎全部质量集中在很小的核内，选项A错误；α粒子散射实验中少数α粒子发生了大角度偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据，选项B正确；对原子光谱的研究使人们深入探索原子内部结构，而非原子核内部结构，选项C错误；玻尔提出了原子定态假设，原子可以处在一系列不连续的能量状态中，玻尔原子理论成功解释了氢原子光谱，但对于稍微复杂一点的原子光谱，玻尔原子理论就无法解释了，选项D错误. 10.答案：A 解析：根据右手定则判定通电导线下方部分的磁场方向垂直纸面向外；根据左手定则判断电子在磁场中受力方向向上，故阴极射线将向上偏转。故选A。 11.答案：AD 解析：汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况判断出阴极射线本质上是带负电的粒子流，并求出了比荷，从而发现了电子，故A正确，B错误；电子质量是质子质量的，故C错误；汤姆孙发现用不同材料的阴极做实验研究阴极射线时均发出同一种粒子——电子，这就说明电子是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，故D正确. 12.答案：CD 解析：根据α粒子的运动轨迹可判定α粒子受到的是斥力，所以由A到B库仑力做负功，速度减小；由B到C库仑力做正功，速度增大，选项A、B错误，D正确.由于A、C两点位于同一等势面上，即A、C两点电势相等，根据可知，α粒子在A、C两点电势能相等，根据能量守恒定律可知，α粒子在A、C两点动能相等，所以α粒子在A、C两点的速度大小相同，选项C正确. 13.答案：（1） （2） 解析：（1）电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有， 解得，即打在荧光屏O点的电子速度的大小为. （2）P与之间只有偏转电场时，电子的加速度为a，运动时间为t，电子离开偏转电场的偏移量为y，速度偏转角为θ，根据运动学公式有， 根据牛顿第二定律有， 运动的时间， 解得， 由几何关系得，可得. 14.答案：（1） （2） （3） 解析：（1）氢原子核对电子的库仑力提供电子做匀速圆周运动的向心力，有，解得电子做匀速圆周运动的速度，电子做匀速圆周运动的周期，可得. （2）由（1）可知电子做匀速圆周运动的速度，故电子的动能. （3）等效电流为. $