4.3原子的核式结构模型 分层作业-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

4.3 原子的核式结构模型 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．物理学家卢瑟福和他的助手用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（　　） A．大多数α粒子发生大角度偏转 B．α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C．α粒子散射实验说明占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围 D．通过α粒子散射实验还可以估计原子核直径的数量级是 2．关于以下四张插图的相关描述，下列说法正确的是（　　） A．图1：该实验中验电器指针带负电 B．图2：麦克斯韦在该实验中首次捕捉到了电磁波 C．图3：该实验为卢瑟福发现质子的实验过程，其对应的核反应方程式为 D．图4：普朗克用“能量子”观点的理论计算值与黑体辐射实验值吻合得很好，说明能量是不连续的 3．（多选）在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子以不同的角度散射出来，则散射角度大的这个α粒子（　　） A．更接近原子核 B．更远离原子核 C．不受原子核的作用 D．受到原子核较大的冲量作用 4．（多选）有关近代的物理学知识，下列说法正确的是（　　） A．随着温度的升高，黑体热辐射的强度一方面各种波长的辐射强度都有所增加，另一方面其极大值向着波长较长方向移动 B．光电效应实验中，用频率大于截止频率的某单色光照射某金属，可以使光电子逸出并飞离金属表面 C．电子的发现揭示了原子可以再分，康普顿效应证实了光具有粒子性 D．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核是由质子和中子组成的 5．粒子散射实验是让粒子射向金箔去碰撞金原子，结果发现：大部分粒子穿过金箔后不发生偏转，少数粒子发生偏转，有的偏转角很大。 （1）为什么有的粒子会发生大角度的偏转？ （2）已知金的原子序数为79，当粒子距金原子中心为时受到的库仑力多大？ 6．原子的直径约为，氢原子核的直径约为，若把氢原子放大，使核的直径为，则电子离核的距离为多大？ B层 7．如图所示，高速运动的粒子被位于点的重原子核散射，实线表示粒子运动的轨迹，M、N和为轨迹上的三点，点离核最近，点比点离核更远，则（　　） A．三点中，粒子在点的电势能最大 B．粒子在点的速率比在点的大 C．粒子从点运动到点，电场力对它做的总功为负功 D．在重核产生的电场中，点的电势比点的低 8．（多选）英国物理学家卢瑟福根据粒子散射实验结果提出原子的核式结构模型：原子中心存在原子核，电子围绕原子核在高速旋转。在氢原子模型中，设电子质量为m，电荷量为-e，静电力常量为k，电子绕原子核做匀速圆周运动的半径为r。已知点电荷Q的电场中，以无限远处电势为0，则距离该点电荷为r处的电势。下列说法正确的是（　　） A．电子做圆周运动的动能大小为 B．电子绕核运动时电子与核组成的系统电势能不变 C．电子绕核运动时形成环状电流大小为 D．电子绕核运动的动能和电势能的总和为 9．在α粒子散射实验中，根据α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离可以估算原子核的大小．现有一个α粒子以2.0×107 m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79，求该α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为ε＝k，α粒子质量为6.64×10－27 kg)． C层 10．某同学简化了粒子散射实验：不考虑电荷间的相互作用，认为只有与原子核“接触”的粒子，才发生偏转。由此他提出一种估算原子核半径的二维简化方法：首先取一个面积为的薄材料（内有个原子），并将原子核模型简化为互不重叠、相互平行，面积为（为待求核半径）的小圆盘。当垂直圆盘面均匀入射个粒子，有个粒子通过薄材料后沿原方向出射，可估算为（    ） A． B． C． D． 11．（多选）关于阴极射线的性质，下列判断正确的是（　　） A．阴极射线带负电 B．阴极射线带正电 C．阴极射线的比荷比氢原子比荷大 D．阴极射线的比荷比氢原子比荷小 12．二十世纪初，卢瑟福进行粒子散射实验的研究，改变了人们对原子结构的认识。 （1）如图1所示，有两个粒子均以速度v射向金原子，它们速度方向所在的直线都不过金原子核中心。请在图1中分别画出两个粒子此后的运动轨迹示意图； （2）实验发现，绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有极少数粒子发生了大角度偏转（超过）。卢瑟福根据该实验现象提出了原子的核式结构模型。为了研究问题的方便，可作如下假设：①将粒子视为质点，金原子视为球，金原子核视为球体；②金箔中的金原子紧密排列，金箔厚度可以看成很多单原子层并排而成；③各层原子核前后不互相遮蔽；④大角度偏转是粒子只与某一层中的一个原子核作用的结果。如果金箔厚度为L，金原子直径为D，大角度偏转的粒子数占总粒子的比例为p，且。 a．请估算金原子核的直径d； b．上面的假设做了很多简化处理，这些处理会对金原子核直径d的估算产生影响。已知金箔的厚度约，金原子直径约，金原子核直径约。请对“可认为各层原子核前后不互相遮蔽”这一假设的合理性做出评价。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 C D AD BC A AB A AC 1．C 【详解】A．实验中大多数α粒子几乎沿直线运动，只有极少数发生大角度偏转，故A错误； B．α粒子质量远大于电子，与电子碰撞不会导致大角度偏转，大角度散射源于原子核的强库仑斥力，故B错误； C．实验表明原子中绝大部分质量和正电荷集中在极小的原子核内，故C正确； D．原子核直径数量级为，而是原子直径的数量级，故D错误。 故选C。 2．D 【详解】A．由于光电效应，金属板中光电子逸出后，使得金属板和指针都带正电，故A错误； B．赫兹通过实验首次捕捉到了电磁波，故B错误； C．该实验为卢瑟福的粒子散射实验，提出原子核式结构，故C错误； D．普朗克用“能量子”观点的理论计算值与黑体辐射实验值吻合得很好，故D正确。 故选D 。 3．AD 【详解】能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子，使α粒子产生偏转的力主要是库仑力，受到原子核较大的冲量作用。 故选AD。 4．BC 【详解】A．随着温度的升高，黑体热辐射的强度一方面各种波长的辐射强度都有所增加，另一方面其极大值向着波长较短的方向移动，故A错误； B．在光电效应实验中，应该用大于截止频率的某单色光照射某金属，才能使得光电子逸出并飞离金属表面，故B正确； C．电子的发现揭示了原子可以再分，康普顿效应证实了光具有动量，光具有粒子性，故C正确。 D．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子的核式结构理论，并没有发现原子是由质子和中子组成的，故D错误。 故选BC。 5．（1）见解析；（2）3.6N 【详解】（1）由于原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核内，只有当粒子与核十分接近时，才会受到很大的库仑力作用而发生大角度的偏转，但原子核在原子内只占非常小的空间，原子内绝大部分空间里分布的是电子，而粒子的质量远大于电子的质量，即电子对粒子的影响很小，所以绝大多数粒子离核很远，受到的库仑力小，基本上是按直线前进，只有极少数粒子离核较近，所受斥力较大而发生大角度偏转。 （2）金原子核所带的电荷量为 粒子所带的电荷量为 当时，根据库仑定律，可得粒子受到的库仑力大小为 6．16.7m 【详解】依题意可得 代入数据有 解得 故电子离核的距离为 7．A 【详解】D．由于点离核最近，点比点离核更远，重核带正电，根据重核电场分布特征可知 即在重核产生的电场中，点的电势比点的高，故D错误； A．粒子带正电，根据电势能的表达式 可知 即粒子在点的电势能最大，故A正确； C．结合上述可知，粒子从点运动到点过程中，粒子的电势能减小，则电场力做正功，故C错误； B．结合上述可知，粒子在点的电势能比在点的大，则粒子在点的速率比在点的小，故B错误。 故选A。 8．AB 【详解】A．电子做匀速圆周运动，则 解得电子的速率 动能 A正确； B．电子绕核运动运动时，该氢原子核施加的库仑力方向与速度垂直，库仑力对其做功为零，电子与核组成的系统电势能不变，B正确； C．电子绕核运动时等效电流为 C错误； D．若无限远处电势为零，电子绕核运动的动能和电势能的总和为 D错误。 故选AB。 9．2.7×10－14 m 【详解】当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，则， 点睛：本题实际上是估算原子核半径的一种方法，建立物理模型是解题的关键，搞清能量守恒关系，即动能逐渐转化为电势能，从而进行解答． 10．A 【详解】发生偏转的粒子为击中原子核的粒子，数目为。均匀入射时，粒子击中原子核的概率等于所有原子核总横截面积与薄材料总面积的比值，也等于偏转粒子数与入射总粒子数的比值，因此有 整理得 故选A。 11．AC 【详解】AB．阴极射线是电子流，电子带负电，因此阴极射线带负电，故A正确，B错误； CD．电子的电量与质子的电量相等，电子的质量比质子小，阴极射线的比荷比氢原子比荷大，故C正确，D错误。 故选AC。 12．（1）见解析；（2）a．；b．见解析 【详解】（1）因为靠近原子核的粒子偏转角度大些，所以轨迹如图 （2）粒子在遇到第一层单原子膜时，被大角度散射的概率 由于大角度散射的概率很小，可以认为通过每一层单原子膜时的粒子数目不变，所以每 一层被大角度散射的概率相同，都为。 得 解得 b．这一简化不够合理。因为大角度散射的概率本来就很小，前后遮蔽的概率也很小,不能忽略前后遮蔽的影响。另外随着金箔厚度的增加，金箔前后遮蔽的概率将增大。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $