2019-2020年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 1 電子的發(fā)現(xiàn)課后訓(xùn)練 新人教版選修3-5.doc

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2019-2020年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 1 電子的發(fā)現(xiàn)課后訓(xùn)練 新人教版選修3-5 基礎(chǔ)鞏固 1．來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進(jìn)入地球周圍的空間時，將(　　) A．豎直向下沿直線射向地面 B．相對于預(yù)定地點向東偏轉(zhuǎn) C．相對于預(yù)定地點向西偏轉(zhuǎn) D．相對于預(yù)定地點向北偏轉(zhuǎn) 2．1897年英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子并被稱為“電子之父”，下列關(guān)于電子的說法正確的是(　　) A．湯姆孫通過陰極射線在電場和磁場中的運動得出了陰極射線是帶負(fù)電的粒子的結(jié)論，并求出了陰極射線的比荷 B．湯姆孫通過光電效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)了電子 C．電子的質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1 836倍 D．湯姆孫通過對不同材料做陰極發(fā)出的射線進(jìn)行研究，并研究光電效應(yīng)等現(xiàn)象，說明了電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元 3．下列是某實驗小組測得的一組電荷量，哪些是符合事實的(　　) A．＋310－16 C B．＋410－16 C C．－3.210－16 C D．－4.810－16 C 4．關(guān)于密立根“油滴實驗”，下列說法正確的是(　　) A．密立根利用磁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 5．電子槍發(fā)射出的電子打在熒光屏上時，會在那里產(chǎn)生一個亮斑，如果在熒光屏上得到如圖所示的亮斑P，那么示波管中的(　　) A．極板X應(yīng)帶正電 B．極板X′應(yīng)帶正電 C．極板Y應(yīng)帶正電 D．極板Y′應(yīng)帶正電 6．電子所帶電荷量的精確數(shù)值最早是由美國物理學(xué)家密立根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。密立根實驗的原理如圖所示，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。 從噴霧器噴出的小油滴落到A、B兩板之間的電場中，小油滴由于摩擦而帶負(fù)電，當(dāng)調(diào)節(jié)A、B兩板間的電壓為U時，可使油滴勻速下降。已知油滴可看成球體，密度為ρ，下降的速度大小為U，受到的阻力f＝kπr2U，k為比例系數(shù)，r為油滴的大圓半徑，兩極板間距離為d，重力加速度為g，則帶電油滴的電荷量是多少？ 能力提升 7.如圖是電子射線管示意圖，接通電源后，電子射線由陰極沿x軸正方向射出，在熒光屏上會看到一條亮線。要使熒光屏上的亮線向下(z軸負(fù)方向)偏轉(zhuǎn)，在下列措施中可采用的是(　　) A．加一磁場，磁場方向沿z軸負(fù)方向 B．加一磁場，磁場方向沿y軸正方向 C．加一電場，電場方向沿z軸負(fù)方向 D．加一電場，電場方向沿y軸正方向 8．在研究性學(xué)習(xí)中，某同學(xué)設(shè)計了一個測定帶電粒子比荷的實驗，其實驗裝置如圖所示，abcd是一個邊長為L的正方形盒子，在a處和cd處的中點e處各有一個小孔，e處有一能顯示粒子從e孔射出的熒光屏M。盒子內(nèi)有一方向垂直于abcd平面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。粒子不斷地發(fā)射相同的帶電粒子，粒子的初速度可忽略，先讓粒子經(jīng)過電壓為U的電場加速，然后粒子立即由a孔平行ab邊射入盒內(nèi)，粒子經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后恰好從e孔射出。不計粒子的重力和粒子之間的相互作用力。問：你認(rèn)為該同學(xué)的設(shè)計方案可行嗎？若可行，求出帶電粒子的比荷；若不可行，說明你的理由。 9．湯姆孫在測定陰極射線的比荷時采用的方法是電場、磁場偏轉(zhuǎn)法，即通過測出陰極射線在給定的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中穿過一定距離時的速度偏轉(zhuǎn)角來達(dá)到測定其比荷的目的。利用這種方法也可以測定其他未知粒子的比荷，反過來，知道了某種粒子的比荷也可以利用該方法了解電場或者磁場的情況。 假設(shè)已知某種帶正電粒子(不計重力)的比荷()為k，勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為E，方向豎直向下。先讓粒子沿垂直電場的方向射入電場，測出它穿過水平距離L后的速度偏轉(zhuǎn)角θ(θ很小，可認(rèn)為θ≈tan θ)(如圖甲)；接著用勻強(qiáng)磁場代替電場，讓粒子以同樣的初速度沿垂直于磁場的方向射入磁場，測出它通過一段不超過圓周長的弧長s后的速度偏轉(zhuǎn)角φ(如圖乙)。試求出k、E、L、s和φ所表示的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的表達(dá)式。 10．美國科學(xué)家密立根通過油滴實驗首次測得電子的電量。油滴實驗的原理如圖所示，兩塊水平放置的平行金屬板與電源相連，上、下板分別帶正、負(fù)電荷。油滴從噴霧器噴出后，由于摩擦而帶電，經(jīng)上板中央小孔落到兩板間的勻強(qiáng)電場中，通過顯微鏡可以觀察到油滴的運動情況，兩金屬板間的距離為d，忽略空氣對油滴的浮力和阻力作用。 (1)調(diào)節(jié)兩金屬板間的電勢差U，當(dāng)U＝U0時，使得某個質(zhì)量為m1的油滴恰好做勻速直線運動，求該油滴所帶的電荷量； (2)若油滴進(jìn)入電場時的初速度可以忽略，當(dāng)兩金屬板間的電勢差U＝U1時，觀察到某個質(zhì)量為m2的油滴進(jìn)入電場后做勻加速直線運動，經(jīng)過時間t運動到下極板，求此油滴所帶的電荷量。 參考答案 1. 答案：B　點撥：赤道上空的磁場方向水平向北，向左手定則知粒子受力向東，B選項正確。 2. 答案：AD　點撥：湯姆孫對不同材料的陰極發(fā)出的射線進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)均為同一種相同的粒子——即電子，電子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，它的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量。 3. 答案：CD　點撥：電荷是量子化的，任何帶電體所帶電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍。1.610－19 C是目前為止自然界中最小的電荷量。 4. 答案：B　點撥：密立根“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1.610－19 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1.610－19 C，帶負(fù)電。 5. 答案：BC　點撥：因為帶電粒子向Y及X′方向偏轉(zhuǎn)。故極板X′、極板Y應(yīng)帶正電。正確選項為B、C。 6. 答案： 點撥：油滴受三個力作用：重力、庫侖力和空氣阻力。因油滴勻速下降，三力平衡， 有mg＝，將m＝ρ，f＝kπr2U代入，得q＝。 7. 答案：B　點撥：由于電子沿x軸正方向運動，若所受洛倫茲力向下，使電子射線向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則可知磁場方向應(yīng)沿y軸正方向；若加電場使電子射線向下偏轉(zhuǎn)，所受電場力方向向下，則所加電場方向應(yīng)沿z軸正方向，由此可知B正確。 8. 答案：方案可行　 點撥：根據(jù)動能定理可求得帶電粒子在電場中加速后的速度，粒子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運動，根據(jù)幾何關(guān)系即可求得帶電粒子的比荷。 方案可行 粒子經(jīng)電場加速，設(shè)離開電場時速度為v，根據(jù)動能定理：qU＝ 粒子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運動，軌跡如圖所示，設(shè)圓周半徑為R，由幾何關(guān)系可得 (L－R)2＋＝R2 qvB＝ 聯(lián)立求解，得 9. 答案： 點撥：帶電粒子的比荷()是一個重要的物理量。求解它的比荷時，要從粒子在電場和磁場中的受力情況出發(fā)，根據(jù)運動情況利用力學(xué)規(guī)律求解。 設(shè)粒子的初速度為v，在電場中粒子做類平拋運動，有 L＝vt，vy＝at，a＝＝kE，θ≈tanθ＝，解得v2＝。 在磁場中粒子做勻速圓周運動， 有qvB＝，s＝Rφ， 解得v＝＝，由以上各式解得B＝。 10. 解答：(1)質(zhì)量為m1的油滴恰好做勻速直線運動，則其所受重力與庫侖力平衡，即m1g＝，得q＝。 (2)質(zhì)量為m2的油滴向下做勻加速運動，d＝，得a＝ 若油滴帶正電，所受庫侖力方向向下，由牛頓第二定律得a＝＞g，到達(dá)下極板的時間很短，難以精確測量，與事實不符，則油滴帶負(fù)電，受到庫侖力的方向豎直向上，由牛頓第二定律m2g－＝m2a，解得q＝。