原子的结构
基础夯实
1.卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出( )
A.原子的核式结构模型
B.原子核内有中子存在
C.电子是原子的组成部分
D.原子核是由质子和中子组成的
A
α粒子散射实验的结果是大部分α粒子沿原来方向运动,少部分发生大角度偏转,极少数偏转超过90°甚至达到180°,说明原子的几乎全部质量与全部正电荷都集中在很小的核上,据此卢瑟福提出了原子的核式结构模型.
2.在α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中,下列说法正确的是( )
A.α粒子先受到原子核的斥力作用,后受到原子核的引力作用
B.α粒子一直受到原子核的斥力作用
C.α粒子先受到原子核的引力作用,后受到原子核的斥力作用
D.α粒子一直受到库仑斥力,速度一直减小
B
α粒子被金原子核散射的过程一直受到原子核对α粒子的库仑斥力作用,靠近过程库仑斥力做负功,电子动能减少,电势能增加;远离过程库仑斥力做正功,电子动能增加,电势能减少.所以散射过程中电子一直受到库仑斥力作用,电子的速度先减小后增大,即正确选项为B.
3.在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是( )
C
α粒子运动时受到原子核的排斥力作用,离原子核距离远的α粒子受到的排斥力小,运动方向改变的角度也小,离原子核距离近的α粒子受到的排斥力大,运动方向改变的角度就大,C项正确.
4.
根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,图中虚线表示原子核所形成的电场的等势面,实线表示一个α粒子的运动轨迹.在α粒子从A运动到B、再运动到C的过程中,下列说法中正确的是( ) (导学号51160168)
A.动能先增大,后减小
B.电势能先减小,后增大
C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零
D.加速度先变小,后变大
C
α粒子从A点经B点到达等势点C的过程中电场力先做负功,后做正功,α粒子的电势能先增加,后减少,回到同一等势线上时,电场力做的总功为零,故C项正确.
5.关于α粒子散射实验,下列说法错误的是( )
A.该实验在真空环境中进行
B.带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动
C.荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的
D.荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光
D
考虑到有少数的α粒子因为靠近金原子核,受到斥力而改变了运动方向,故D错误,A、B、C都正确.
6.α粒子散射实验中,可忽略电子对α粒子的碰撞影响,是因为( )
A.α粒子与电子根本无相互作用
B.α粒子受电子作用的合力为零,是因为电子是均匀分布的
C.α粒子和电子碰撞损失能量极少,可忽略不计
D.电子很小,α粒子碰撞不到电子
C
α粒子与电子之间存在着相互作用力,这个作用力是库仑引力,但由于电子质量很小,只有α粒子质量的约七千分之一,碰撞时对α粒子的运动影响极小几乎不改变运动方向,就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样,故正确选项为C.
7.(多选)关于α粒子散射实验的下列说法中正确的是 ( )(导学号51160169)
A.在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来方向前进,少数发生了较大偏转,极少数偏转超过90°,有的甚至被弹回,接近180°
B.使α粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子;当α粒子接近电子时,是电子的吸引力使之发生明显偏转
C.实验表明原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分
D.实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷及全部质量
AC
A项是对该实验现象的正确描述,A正确;B项中,使α粒子偏转的力是原子核对它的静电排斥力,而不是电子对它的吸引力,故B错;C项是对实验结论之一的正确表述;原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量,因核外还有电子,故D错.故正确选项为A、C.
8.(多选)在α粒子散射实验中,当在α粒子最接近原子核时,关于描述α粒子的有关物理量符合下列哪些情况( )
A.动能最小
B.势能最小
C.α粒子与金原子核组成的系统能量最小
D.α粒子所受金原子核的斥力最大
AD
α粒子和金原子核都带正电,库仑力表现为斥力,两者距离减小,库仑力做负功,故α粒子动能减少,电势能增加;系统的能量守恒,由库仑定律可知,随着距离的减小,库仑斥力逐渐增大.
9.(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,从不同大小的角度散射出来,则散射角度大的这个α粒子( ) (导学号51160170)
A.更接近原子核
B.更远离原子核
C.受到一个以上的原子核作用
D.受到原子核较大的冲量作用
AD
由库仑定律可知,α粒子受的斥力与距离的二次方成反比,α粒子距原子核越近,受斥力越大,运动状态改变得越大,即散射角度越大,A对,B错;由于原子的体积远远大于原子核的体积,当α粒子穿越某一个原子的空间时,其他原子核距α粒子相对较远,而且其他原子核对α粒子的作用力也可以近似相互抵消,所以散射角度大的这个α粒子并非是由于受到多个原子核作用造成的,C错;当α粒子受到原子核较大的冲量作用时,动量的变化量就大,即速度的变化量就大,则散射角度大,D对.正确选项为A、D.
10.(多选)下列对原子结构的认识中,正确的是( )
A.原子中绝大部分是空的,原子核很小
B.电子在核外运动,库仑力提供向心力
C.原子的全部正电荷都集中在原子核里
D.原子核的直径大约是10-10 m
ABC
原子由位于原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子构成,电子在核外绕核高速运动,库仑力提供向心力,由此可判定B、C项正确;根据α粒子散射实验可知原子核直径的数量级为10-15 m,而原子直径的数量级为 10-10 m,故A项对,D项错.
能力提升
11.假定质子和中子的质量都是1.67×10-27 kg,而原子核半径大约是10-15 m,请你估算若将剥离了电子的原子核一个挨一个地叠放在一起,求这种材料的密度. (导学号51160171)
4×1017 kg/m3
ρ= kg/m3
≈4×1017 kg/m3.
12.已知电子质量为9.1×10-31 kg,带的电荷量为-1.6×10-19 C,当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10-10 m时,求电子绕核运动的速率、频率、动能和等效的电流.(导学号51160172)
2.186×106 m/s 6.57×1015 Hz 2.17×10-18 J 1.07×10-3 A
电子绕原子核做匀速圆周运动,电子与核之间的库仑力充当电子绕核旋转的向心力.由向心力公式可求出速率,继而再求出频率、动能、周期、等效电流.根据库仑力提供电子绕核旋转的向心力,可知
k=m
v=e
=1.6×10-19× m/s
≈2.186×106 m/s,而v=2πfr0
即f= Hz≈6.57×1015 Hz
Ek=mv2=
= J≈2.17×10-18 J
设电子运动周期为T,则
T= s≈1.5×10-16 s
电子绕核的等效电流
I= A≈1.07×10-3 A.
