2022學(xué)年高中物理 第三章 原子核 原子結(jié)構(gòu)習(xí)題 教科版選修3-5

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1、2022學(xué)年高中物理 第三章 原子核 原子結(jié)構(gòu)習(xí)題 教科版選修3-5 一、選擇題 1．圖為示波管中電子槍的原理示意圖，示波管內(nèi)被抽成真空，A為發(fā)射熱電子的陰極，K為接在高電勢(shì)點(diǎn)的加速陽極，A、K間電壓為U，電子離開陰極時(shí)的速度可以忽略，電子經(jīng)加速后從K的小孔中射出的速度大小為v．下面的說法中正確的是（ ）． A．如果A、K間距離減半而電壓仍為U不變，則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)?v B．如果A、K間距離減半而電壓仍為U不變，則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)? C．如果A、K間距離保持不變而電壓減半，則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)? D．如

2、果A、K間距離保持不變而電壓減半，則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)? 2．關(guān)于密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”，下列說法正確的是（ ）． A．密立根利用電場(chǎng)力和重力平衡的方法，測(cè)得了帶電體的最小帶電荷量 B．密立根利用電場(chǎng)力和重力平衡的方法，推測(cè)出了帶電體的最小帶電荷量 C．密立根利用磁偏轉(zhuǎn)的知識(shí)推測(cè)出了電子的電荷量 D．密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”直接驗(yàn)證了電子的質(zhì)量不足氫離子的千分之一 3．盧瑟福預(yù)想到原子核內(nèi)除質(zhì)子外還有中子，他的事實(shí)依據(jù)是（ ）． A．電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等 B．原子核的質(zhì)量大約是質(zhì)子質(zhì)量的整數(shù)倍 C．原子核的核電

3、荷數(shù)只是質(zhì)量數(shù)的一半或少一些 D．質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎相等 4．在盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)僅粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是（ ）． A．原子的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)核上 B．原子內(nèi)部很“空曠”，原子核很小 C．正電荷在原子中是均勻分布的 D．電子對(duì)“粒子的作用很強(qiáng) 5．粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和粒子的碰撞影響，是因?yàn)椋? ）． A．粒子與電子根本無相互作用 B．因?yàn)殡娮邮蔷鶆蚍植嫉?，粒子受電子作用的合力為? C．粒子和電子碰撞損失能量極少，可忽略不計(jì) D．電子很小，粒

4、子碰撞不到電子 6．關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是（ ）． A．粒子穿過原子時(shí)，由于粒子的質(zhì)量比電子大得多，電子不可能使粒子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生明顯的改變 B．由于絕大多數(shù)僅粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，所以使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是在原子中極小的區(qū)域內(nèi)集中著對(duì)粒子產(chǎn)生庫侖力的正電荷 C．粒子穿過原子時(shí)，只有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是原子核很小，粒子接近原子核的機(jī)會(huì)很小 D．使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是粒子穿過原子時(shí)，原子內(nèi)部?jī)蓚?cè)的正電荷對(duì)粒子的斥力不相等 7．如圖所示，X表示金原子核，粒子射向金核時(shí)被散射，設(shè)入射的動(dòng)能相同，

5、其偏轉(zhuǎn)軌道可能是圖中的（ ）． 8．如圖所示為粒子散射實(shí)驗(yàn)中粒子穿過某一金原子核附近時(shí)的示意圖，A、B、C三點(diǎn)分別位于兩個(gè)等勢(shì)面上，則以下的說法中正確的是（ ）． A．粒子在A處的速率比在B處的速率小 B．粒子在B處的速率最大 C．粒子在A、C處的速率相同 D．粒子在B處的速率比在C處的速率小 二、填空題 9．1897年，湯姆孫在研究陰極射線性質(zhì)時(shí)，測(cè)出了陰極射線的________，并確定其帶________電，組成粒子被稱為________． 10．電子的電荷量是1

6、910年由密立根通過著名的______測(cè)定的，電子的電荷量約為______，質(zhì)量約為______． 11．密立根用噴霧的方法獲得了帶電液滴，然后把這些帶有不同電荷量和質(zhì)量的液滴置于電場(chǎng)中，通過電場(chǎng)力和重力平衡的方法最終測(cè)得了帶電液滴的帶電荷量．某次測(cè)量中，他得到了如下數(shù)據(jù)，則可得出結(jié)論為：________． 液滴編號(hào) 1 2 3 4 … 帶電荷量／C 6.40×10－19 9.60×10－19 1.6×10－19 4.80×10－19 … 12．1911年盧瑟福依據(jù)d粒子散射實(shí)驗(yàn)中少部分粒子發(fā)生了________（填“大”或“小”）角度偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，提出

7、了原子的核式結(jié)構(gòu)模型．若用動(dòng)能為1 MeV的粒子轟擊金箔，則其速度約為________m／s．（質(zhì)子和中子的質(zhì)量均為1.67×10－27 kg，1 MeV=1×106 eV） 三、解答題 13．質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子的比荷和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖3-1-5所示．讓中性氣體分子進(jìn)入電離室A，在那里被電離成離子．這些離子從電離室的小孔飄出，從縫S1，進(jìn)入加速電場(chǎng)被加速．然后讓離子從縫S2垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后打在底片上的P點(diǎn)．已知加速電壓為U，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，縫S2與P之間的距離為a，離子從縫S1進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度不計(jì)．求該離子的比荷． 14．電子所帶電荷量

8、的精確數(shù)值最早是由美國(guó)物理學(xué)家密立根于1910年通過“油滴實(shí)驗(yàn)”測(cè)得的．他測(cè)定了數(shù)千個(gè)帶電油滴的電荷量，發(fā)現(xiàn)這些電荷量都等于某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍．這個(gè)最小電荷量就是電子所帶的電荷量．密立根實(shí)驗(yàn)的原理圖如圖3-1-6所示，A、B是兩塊平行放置的水平金屬板，A板帶正電，B板帶負(fù)電．從噴霧器嘴噴出的小油滴，落到A、B兩板間的電場(chǎng)中．如果小油滴帶負(fù)電，調(diào)節(jié)A、B兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度，可使小油滴受到的電場(chǎng)力和重力平衡．已知小油滴靜止處的電場(chǎng)強(qiáng)度是1.92×105 N／C，油滴半徑是1.64×10－4 cm，油滴的密度是0.851 g／cm3，求： （1）油滴所帶的電荷量；

9、（2）這個(gè)電荷量是電子電荷量的多少倍？ 15．1909年～1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福與其合作者們做了用粒子轟擊固定金箔的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)僅粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度超過了90°，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°，這就是粒子散射實(shí)驗(yàn)．為了解釋這個(gè)結(jié)果，盧瑟福在1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核上，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)．設(shè)某一次實(shí)驗(yàn)，有一初速度為v0的粒子正對(duì)著金箔中某一金原子核Q運(yùn)動(dòng)，結(jié)果被反向彈回．已知在點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)

10、中，粒子在距離Q為r的點(diǎn)的電勢(shì)能，k=9.0×109 N·m2／C2，金的原子序數(shù)為79，粒子質(zhì)量，粒子初速度v0=1.6×107 m／s，電子電荷量e=1.6×10－19 C． （1）若該粒子距離這個(gè)金核r1時(shí)，其速度為v1，加速度為a1，則在距離這個(gè)金核r2時(shí)，其速度v2，加速度a2各為多少？ （2）請(qǐng)估算出金原子核的直徑d． 【答案與解析】 一、選擇題 1．【答案】D 【解析】對(duì)電子從A到K的過程應(yīng)用動(dòng)能定理：，所以電子離開K時(shí)的速度取決于A、K之間電壓的大小，A錯(cuò)，B錯(cuò)；如果電壓減半，則口應(yīng)變?yōu)樵瓉淼陌?，C錯(cuò)，D對(duì)． 2．【答案】B 【解析】密立

11、根“油滴實(shí)驗(yàn)”是利用噴霧的方法，在已知小液滴質(zhì)量的前提下利用電場(chǎng)力和小液滴的重力平衡，推算出每個(gè)小液滴帶電荷量都是1. 6×10－19 C的整數(shù)倍；帶電體的帶電荷量不是連續(xù)的，而是量子化的；并且電子的帶電荷量也為1.6×10－19 C，帶負(fù)電．故正確答案為B． 3．【答案】C 【解析】如果原子核內(nèi)只有質(zhì)子，那么質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)應(yīng)該相同，但事實(shí)是質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)不相同，說明原子核內(nèi)還有不帶電的物質(zhì)，所以C正確． 4．【答案】A、B 【解析】應(yīng)從邏輯推理方面思考問題． 5．【答案】C 【解析】粒子與電子之間存在著相互作用力，這個(gè)作用力是庫侖引力，但由于電子質(zhì)量很小，只有粒子

12、質(zhì)量的七千分之一，碰撞時(shí)對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)影響極小，幾乎不改變運(yùn)動(dòng)方向，就像一顆子彈撞上一粒塵埃一樣，故正確答案為C． 6．【答案】A、B、C 【解析】電子的質(zhì)量很小，當(dāng)和僅粒子作用時(shí)，對(duì)粒子不起作用，A正確；粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子核的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量集中在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)，所以B、C正確，D錯(cuò)誤． 7．【答案】D 【解析】粒子和金原子核之間存在斥力，它們之間距離的遠(yuǎn)近與斥力的大小都影響運(yùn)動(dòng)軌跡．離金原子核越遠(yuǎn)的儀粒子，受到的斥力越?。? 8．【答案】C、D 【解析】本題綜合考查能量守恒定律，原子核可看做是一個(gè)帶正電的點(diǎn)電荷，粒子在點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由能量守恒和

13、功能關(guān)系求解．粒子在發(fā)生散射時(shí)，動(dòng)能與電勢(shì)能之和守恒，粒子在A點(diǎn)與C點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能相等，故在經(jīng)過A、C兩點(diǎn)時(shí)，粒子的動(dòng)能也必然相等，C選項(xiàng)正確．在粒子從A到B過程中電場(chǎng)力對(duì)粒子做負(fù)功，動(dòng)能減小，vA＞vB；在粒子從B到C過程中，電場(chǎng)力做正功，動(dòng)能增大，vC＞vB，所以D選項(xiàng)正確，而A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤． 二、填空題 9．【答案】比荷 負(fù) 電子 10．【答案】“油滴實(shí)驗(yàn)” 1.6×10－19 C 9.1×10－31 kg 11．【答案】任何帶電體帶電荷量都為1.6×10－19 C的整數(shù)倍 12．【答案】大 6.9×106 【解析】通過粒子散射實(shí)驗(yàn)可觀察到的現(xiàn)象是：絕大

14、多數(shù)粒子幾乎不偏轉(zhuǎn)，有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，甚至有的原方向返回；粒子由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成，由動(dòng)能得，粒子的速度． 三、解答題 13．【答案】見解析。 【解析】粒子經(jīng)電場(chǎng)加速，經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)兩個(gè)過程，從軌跡可知，離子帶正電，設(shè)它進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度為v，在電場(chǎng)中加速滿足． 在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)滿足Bqv=mv2／r，而r=a／2． 解以上三式可得：． 14．【答案】見解析。 【解析】（1）油滴受力平衡，即mg=Eq， 油滴的質(zhì)量為：代入上式， ，所以． （2）倍． 15．【答案】見解析。 【解析】（1）由牛頓第二定律知aF，由庫侖定律，故有，解得． 忽略金原子內(nèi)電子產(chǎn)生電場(chǎng)的影響，由能量守恒定律得 ． 解得 ． （2）設(shè)粒子從零勢(shì)能位置以速度v0對(duì)準(zhǔn)金原子核運(yùn)動(dòng)，能達(dá)到離核最近的距離為s，由能量守恒定律得 解得： ． 金原子核的直徑d=2s=2×4.3×10－14 m=8.6×10－14 m， 所以金原子核的直徑約為8.6×10－14 m．