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1、2022學年高中物理 第三章 原子核 原子結(jié)構(gòu)習題 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為接在高電勢點的加速陽極，A、K間電壓為U，電子離開陰極時的速度可以忽略，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時的速度變?yōu)? 2．關(guān)于密立根“油滴實驗”，下列說法正確的是（ ）． A．密立根利用電場力和重力平衡的方法，測得了帶電體的最小帶電荷量 B．密立根利用電場力和重力平衡的方法，推測出了帶電體的最小帶電荷量 C．密立根利用磁偏轉(zhuǎn)的知識推測出了電子的電荷量 D．密立根“油滴實驗”直接驗證了電子的質(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驗中，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“粒子的作用很強 5．粒子散射實驗中，不考慮電子和粒子的碰撞影響，是因為（ ）． A．粒子與電子根本無相互作用 B．因為電子是均勻分布的，粒子受電子作用的合力為零 C．粒子和電子碰撞損失能量極少，可忽略不計 D．電子很小，粒

4、子碰撞不到電子 6．關(guān)于粒子散射實驗，下列說法中正確的是（ ）． A．粒子穿過原子時，由于粒子的質(zhì)量比電子大得多，電子不可能使粒子的運動方向發(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，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)集中著對粒子產(chǎn)生庫侖力的正電荷 C．粒子穿過原子時，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會很小 D．使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是粒子穿過原子時，原子內(nèi)部兩側(cè)的正電荷對粒子的斥力不相等 7．如圖所示，X表示金原子核，粒子射向金核時被散射，設(shè)入射的動能相同，

5、其偏轉(zhuǎn)軌道可能是圖中的（ ）． 8．如圖所示為粒子散射實驗中粒子穿過某一金原子核附近時的示意圖，A、B、C三點分別位于兩個等勢面上，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，測出了陰極射線的________，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)量的液滴置于電場中，通過電場力和重力平衡的方法最終測得了帶電液滴的帶電荷量．某次測量中，他得到了如下數(shù)據(jù)，則可得出結(jié)論為：________． 液滴編號 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粒子散射實驗中少部分粒子發(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，進入加速電場被加速．然后讓離子從縫S2垂直進入勻強磁場，最后打在底片上的P點．已知加速電壓為U，磁場的磁感應(yīng)強度為B，縫S2與P之間的距離為a，離子從縫S1進入電場時的速度不計．求該離子的比荷． 14．電子所帶電荷量

8、的精確數(shù)值最早是由美國物理學家密立根于1910年通過“油滴實驗”測得的．他測定了數(shù)千個帶電油滴的電荷量，發(fā)現(xiàn)這些電荷量都等于某個最小電荷量的整數(shù)倍．這個最小電荷量就是電子所帶的電荷量．密立根實驗的原理圖如圖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板帶負電．從噴霧器嘴噴出的小油滴，落到A、B兩板間的電場中．如果小油滴帶負電，調(diào)節(jié)A、B兩板間的電場強度，可使小油滴受到的電場力和重力平衡．已知小油滴靜止處的電場強度是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）這個電荷量是電子電荷量的多少倍？ 15．1909年～1911年，英國物理學家盧瑟福與其合作者們做了用粒子轟擊固定金箔的實驗，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，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)角幾乎達到180°，這就是粒子散射實驗．為了解釋這個結(jié)果，盧瑟福在1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學說：在原子的中心有一個很小的核，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，帶負電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)．設(shè)某一次實驗，有一初速度為v0的粒子正對著金箔中某一金原子核Q運動，結(jié)果被反向彈回．已知在點電荷Q的電場

10、中，粒子在距離Q為r的點的電勢能，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）若該粒子距離這個金核r1時，其速度為v1，加速度為a1，則在距離這個金核r2時，其速度v2，加速度a2各為多少？ （2）請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】對電子從A到K的過程應(yīng)用動能定理：，所以電子離開K時的速度取決于A、K之間電壓的大小，A錯，B錯；如果電壓減半，則口應(yīng)變?yōu)樵瓉淼陌?，C錯，D對． 2．【答案】B 【解析】密立

11、根“油滴實驗”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力和小液滴的重力平衡，推算出每個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，碰撞時對粒子的運動影響極小，幾乎不改變運動方向，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，當和僅粒子作用時，對粒子不起作用，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)量集中在一個很小的區(qū)域內(nèi)，所以B、C正確，D錯誤． 7．【答案】D 【解析】粒子和金原子核之間存在斥力，它們之間距離的遠近與斥力的大小都影響運動軌跡．離金原子核越遠的儀粒子，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帶正電的點電荷，粒子在點電荷的電場中運動，由能量守恒和

13、功能關(guān)系求解．粒子在發(fā)生散射時，動能與電勢能之和守恒，粒子在A點與C點時電勢能相等，故在經(jīng)過A、C兩點時，粒子的動能也必然相等，C選項正確．在粒子從A到B過程中電場力對粒子做負功，動能減小，vA＞vB；在粒子從B到C過程中，電場力做正功，動能增大，vC＞vB，所以D選項正確，而A、B選項錯誤． 二、填空題 9．【答案】比荷 負 電子 10．【答案】“油滴實驗” 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】通過粒子散射實驗可觀察到的現(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；粒子由兩個質(zhì)子和兩個中子構(gòu)成，由動能得，粒子的速度． 三、解答題 13．【答案】見解析。 【解析】粒子經(jīng)電場加速，經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)兩個過程，從軌跡可知，離子帶正電，設(shè)它進入磁場時速度為v，在電場中加速滿足． 在磁場中偏轉(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)生電場的影響，由能量守恒定律得 ． 解得 ． （2）設(shè)粒子從零勢能位置以速度v0對準金原子核運動，能達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．