人教版高中物理選修3-5同步練習(xí)：18.1電子的發(fā)現(xiàn)

1、第十八章原子結(jié)構(gòu)DI SHI BA ZHANG |第十八章 原子結(jié)構(gòu)課時(shí) 1 電子的發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)學(xué)生用書 P37一、選擇題1.侈選）關(guān)于陰極射線的性質(zhì)，判斷正確的是（）A.陰極射線帶負(fù)電B.陰極射線帶正電C. 陰極射線的比荷比氫離子比荷大D. 陰極射線的比荷比氫離子比荷小答案 AC解析 通過(guò)讓陰極射線在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)的研究發(fā)現(xiàn)陰極射線帶負(fù)電， 而且比荷比氫離子的比荷大得多，故 A、C 正確，B、D 錯(cuò)誤。2.（多選）下列是某實(shí)驗(yàn)小組測(cè)得的一組電荷量，哪些是符合事實(shí)的（）A. +3X10_19C B. +4.8X10_19CC. -3.2X10_26CD. -4.8X10-19C答案 BD解析

2、電荷量是量子化的， 任何帶電體所帶電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍， 1.6X10-19C 是目前為止自然界中最小的電荷量，故 B、D 正確。3.（多選）湯姆孫對(duì)陰極射線的探究，最終發(fā)現(xiàn)了電子，由此被稱為“電子 之父”，關(guān)于電子的說(shuō)法正確的是（）A.任何物質(zhì)中均有電子B.不同的物質(zhì)中具有不同的電子C. 電子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的 1836 倍D. 電子是一種粒子，是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元答案 AD解析 湯姆孫對(duì)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)子質(zhì)量。由此可知A、D 正確， B、C 錯(cuò)誤。4.(多選)關(guān)于密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”的科學(xué)意義 ， 下

3、列說(shuō)法正確的是 ()A. 精確測(cè)定了電子的電荷量B. 首先測(cè)得了電子的比荷C. 發(fā)現(xiàn)了電荷是量子化的D. 為電子質(zhì)量的最終獲得做出了突出貢獻(xiàn)答案 ACD解析 密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)精確測(cè)定了電子的電荷量并發(fā)現(xiàn)電荷是量子化 的。測(cè)定了 e 值，結(jié)合比荷，進(jìn)一步可以確定電子的質(zhì)量。電子的比荷是由舒斯 特首先測(cè)出的。5關(guān)于密立根“油滴實(shí)驗(yàn)” ，下列說(shuō)法正確的是 ()A. 密立根利用電場(chǎng)力和重力、阻力平衡的方法，測(cè)得了帶電體的最小電荷 量B. 密立根利用電場(chǎng)力和重力、阻力平衡的方法，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

4、足氫離子的千分之一答案 B解析 密立根 “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、 空氣阻力平衡的方法推算出每個(gè)小液滴所帶電荷量 都是1.6X10-19C 的整數(shù)倍；帶電體的電荷量不是連續(xù)的， 而是量子化的；并且 電子的電荷量也為 1.6X10-19C，帶負(fù)電。故正確選項(xiàng)為 B。6.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(huì)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(chǎng)，磁場(chǎng)方向沿 z 軸負(fù)方向B.加一磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向沿 y 軸正方向C. 加一電場(chǎng)，電場(chǎng)

5、方向沿 z 軸負(fù)方向D. 加一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿 y 軸正方向答案 B解析 由于電子沿 x 軸正方向運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)方向應(yīng)沿 y 軸正方向；若加電場(chǎng)使電子射線向下偏轉(zhuǎn)， 所受電場(chǎng)力方向向下，則所加電場(chǎng)方向應(yīng)沿 z 軸正方向，由此可知 B 正確。7.下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，支持陰極射線是帶電微粒觀點(diǎn)的是（）A.陰極射線可以透過(guò)薄鋁片B.陰極射線通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)時(shí)，要產(chǎn)生相應(yīng)偏轉(zhuǎn)C. 陰極射線透過(guò)鎳單晶時(shí)，產(chǎn)生衍射現(xiàn)象D. 陰極射線轟擊熒光物質(zhì)，發(fā)出熒光答案 B解析 陰極射線通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 說(shuō)明它是帶電的粒子，不是不 帶電的電磁波，只有 B 正確。

6、8.關(guān)于湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的下列說(shuō)法中正確的是（）A.戈德斯坦是第一個(gè)測(cè)出陰極射線比荷的人B.湯姆孫直接測(cè)出陰極射線的質(zhì)量C.湯姆孫發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極和不同的氣體做實(shí)驗(yàn)，陰極射線的比荷 是不同的時(shí)的速度變?yōu)?fv，故 C 錯(cuò)誤，D 正確0D.湯姆孫由實(shí)驗(yàn)得到的陰極射線粒子的比荷是氫離子比荷的近兩千倍答案 D解析由物理學(xué)史可知舒斯特是第一個(gè)測(cè)出陰極射線比荷的人，A 錯(cuò)誤；湯匹正確云姆孫沒(méi)有直接測(cè)出了陰極射線粒子的質(zhì)量,B 錯(cuò)誤；湯姆孫發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極做實(shí)驗(yàn)，所得比荷數(shù)值都是相同的,C 錯(cuò)誤；D 正確。9.如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)射子的陰極，K 為接在

7、高電勢(shì)點(diǎn)的加速陽(yáng)極，A、K 間電壓為 U，電子離開(kāi)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，下面說(shuō)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(kāi) K 時(shí)的速度變?yōu)?2vB.如果 A、C.如果 A、K 間距離保持不變而電壓減半， 則電子離D.如果 A、K 間距離保持不變而電壓減半，則電子離開(kāi) K 時(shí)的速度變?yōu)?2答案 D解析 根據(jù)動(dòng)能定理得：eU = 2mv2，得：v =2em，由上式可知，v 與 A、間距離無(wú)關(guān)，則若 A、K 間距離減半而電壓仍為U 不變，則電子離開(kāi) K 時(shí)的速度仍為 v，故 A、B 錯(cuò)誤；根據(jù) v =2eU 門m 可知

8、,電壓減半時(shí)，則電子離開(kāi) K10. （多選）下列說(shuō)法正確的是（）A.陰極射線在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè)B.陰極射線在磁場(chǎng)中受力情況跟正電荷受力情況相同C.不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷不同D.密立根精確測(cè)定了陰極射線粒子的電荷量答案 AD解析 陰極射線實(shí)質(zhì)上就是高速電子流，所以在電場(chǎng)中偏向正極板一側(cè)， A 正確。由于電子帶負(fù)電，所以其受力情況與正電荷不同， B 錯(cuò)誤。不同材料所產(chǎn) 生的陰極射線都是電子流，所以它們的比荷是相同的， C 錯(cuò)誤。最早精確測(cè)量電 子電荷量的是美國(guó)科學(xué)家密立根，D 正確。11. （多選）下列說(shuō)法正確的是（）A.原子是不可再分的B.電子電荷量的精確測(cè)定最早是由密立根通過(guò)著名的

9、“油滴實(shí)驗(yàn)”實(shí)現(xiàn)的19C.電子電荷量的數(shù)值約為 1.602X10 CD.電子質(zhì)量與電荷量的比值稱為電子的比荷答案 BC解析 電子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明原子是可以再分的。電子的電荷量與質(zhì)量的比值稱為 電子的比荷，也叫荷質(zhì)比。所以 A、D 錯(cuò)誤，B、C 正確。AB12.（多選）如圖所示，一只陰極射線管左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方放 一通電直導(dǎo)線 AB 時(shí)，發(fā)現(xiàn)射線徑跡下偏，則（）A.導(dǎo)線中的電流由 A 流向 BB.導(dǎo)線中的電流由 B 流向 AC.如要使電子束的徑跡向上偏，可以通過(guò)改變直導(dǎo)線 AB 中電流方向來(lái)實(shí)D. 電子的徑跡與 AB 間電流的方向無(wú)關(guān)答案 BC解析 陰極射線帶負(fù)電，由左手定則判斷管內(nèi)磁

10、場(chǎng)方向垂直紙面向里；由安 培定則判斷 AB 中電流的方向由 B 向 A,故 A 錯(cuò)誤，B 正確。若直導(dǎo)線 AB 中的電流方向改為從 A 流向 B,由安培定則和左手定則可知，電子束的徑跡向上偏， 則 C正確，D 錯(cuò)誤13. （多選）如圖所示是陰極射線顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖 。顯像管中有 一個(gè)陰極，工作時(shí)它能發(fā)射陰極射線，熒光屏被陰極射線轟擊就能發(fā)光。安裝在 管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，可以使陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。下列說(shuō)法中正確的是A.如果偏轉(zhuǎn)線圈中沒(méi)有電流，則陰極射線應(yīng)該打在熒光屏正中的 0 點(diǎn)場(chǎng)的方向應(yīng)該垂直紙面向里場(chǎng)的方向應(yīng)該垂直紙面向里感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)該先由小到大，再由大到小答案 AC解析 偏轉(zhuǎn)

11、線圈中沒(méi)有電流，則不產(chǎn)生磁場(chǎng)，則陰極射線沿直線運(yùn)動(dòng)，打在0 點(diǎn)，A 正確。組成陰極射線的粒子為電子，帶負(fù)電，由左手定則可知B 錯(cuò)誤,mvC 正確。由 R= qB 可知，B 越小，R 越大，故磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)先由大變小，再由小B.如果要使陰極射線在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上 A 點(diǎn)，則偏轉(zhuǎn)磁C.如果要使陰極射線在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上 B 點(diǎn)，則偏轉(zhuǎn)磁D.如果要使陰極射線在熒光屏上的位置由B 點(diǎn)向 A 點(diǎn)移動(dòng)，則偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁變大，D 錯(cuò)誤14. （多選）如圖所示是湯姆孫的氣體放電管的示意圖，下列說(shuō)法中正確的是A.若在 Di、D2之間不加電場(chǎng)和磁場(chǎng),則陰極射線應(yīng)打到最右端的 Pi點(diǎn)B.若在

12、Di、D2之間加上豎直向下的電場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)C.若在 Di、D2之間加上豎直向下的電場(chǎng),則陰極射線應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)D.若在 Di、D2之間加上垂直紙面向里的磁場(chǎng)，則陰極射線不偏轉(zhuǎn)答案 AC解析實(shí)驗(yàn)證明，陰極射線帶負(fù)電，它在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)偏向帶正電的極板 一側(cè)，可知 C 正確，B 錯(cuò)誤。若在 Di、D2之間加上垂直紙面向里的磁場(chǎng)時(shí)，電子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用，要向下偏轉(zhuǎn)，因而 D 錯(cuò)誤。當(dāng)不加電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí),電子所受的重力可以忽略不計(jì)，因而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，A 正確。二、非選擇題i5. i897 年，物理學(xué)家湯姆孫正式測(cè)定了電子的比荷，打破了原子是不可 再分的最小單位的觀點(diǎn)。因此，湯姆孫的實(shí)驗(yàn)是物理

13、學(xué)發(fā)展史上最著名的經(jīng)典實(shí) 驗(yàn)之一。在實(shí)驗(yàn)中，湯姆孫采用了如圖所示的陰極射線管，從電子槍 C 射出來(lái) 的電子經(jīng)過(guò) A、B 間的電場(chǎng)加速后，水平射入長(zhǎng)度為 L 的 Di、D2平行板間，接 著在熒光屏 F 的中心出現(xiàn)熒光斑。若在 Di、D2間加上方向向下，場(chǎng)強(qiáng)為 E 的勻 強(qiáng)電場(chǎng)，電子將向上偏轉(zhuǎn)；如果再利用通電線圈在 Di、D2電場(chǎng)區(qū)加上一垂直紙 面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出)熒光斑恰好回到熒光屏中心，接著 再去掉電場(chǎng)，電子向下偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為0,貝(1) 說(shuō)明所加磁場(chǎng)方向；(2) 根據(jù) L、E、B 和0求出電子的比荷答案（i）垂直紙面向里 BL解析（1）根據(jù)題意，在 Di、D2間加上

14、磁場(chǎng)時(shí)，電子受到的洛倫茲力應(yīng)向下,由左手定則可判斷，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。（2）當(dāng)電子在 Di、D2間做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，有 eE= evB2當(dāng)電子僅在 Di、D2間的磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，有 evB =，e Esinfl同時(shí)又有 L = rsinfl如圖所示，可得 m =盲廠。mB L16.電子所帶電荷量的精確數(shù)值最早是由美國(guó)物理學(xué)家密立根通過(guò)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、

15、B兩板之間的電場(chǎng)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(shí)，可使油滴勻速下降。已知油滴可看成球體，密度為p下降的速度大小為 V，受到空氣的阻力 f = kn2v，k 為比例系數(shù)，r 為油滴的 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大？解析 油滴受三個(gè)力作用：重力、庫(kù)侖力和空氣阻力，因油滴勻速下降, 力平衡，有 mg= qU+ f，432將 m=p n, f = knv 代入，答案苗勺kn2v d43,2:樂(lè)ngknv d得 q = -U。17.電子所帶電荷量最早是由美國(guó)科學(xué)家密立根所做的油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出的。密立根實(shí)驗(yàn)的原理如圖所示：兩塊水平放置的平

16、行金屬板A、B 與電源相接，使上面的板帶正電，下面的板帶負(fù)電。油滴從噴霧器噴出后，經(jīng)上面金屬板中間的小 孔，落到兩板之間的勻強(qiáng)電場(chǎng) E 中。大多數(shù)油滴在經(jīng)過(guò)噴霧器噴嘴時(shí)，因摩擦 而帶負(fù)電，油滴在電場(chǎng)力、重力和空氣阻力的作用下下降，觀察者可在強(qiáng)光照射 下，借助顯微鏡進(jìn)行觀察。o o o a a 0兩板間的電勢(shì)差、兩板間的距離都可以直接測(cè)得，從而確定極板間的電場(chǎng)強(qiáng) 度 E。但是油滴太小，其質(zhì)量 m 很難直接測(cè)出。密立根通過(guò)測(cè)量油滴在空氣中下 落的終極速度測(cè)量油滴的質(zhì)量。未加電場(chǎng)時(shí)，由于空氣的黏性，油滴所受的重力 很快就等于油滴與空氣的摩擦力而使油滴勻速下落，可測(cè)得速度 VI,再加一足夠強(qiáng)的電場(chǎng)，使

17、油滴做豎直向上的運(yùn)動(dòng)，在油滴以速度 V2勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，油滴所受 的靜電力與重力、阻力平衡。根據(jù)空氣阻力遵循的規(guī)律，即可求得油滴的電荷量。密立根測(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 荷的整數(shù)倍，從而證實(shí)了電荷是量子化的，并求得了元電荷即電子或質(zhì)子所帶的 電荷量 e。如圖所示，在 A 板上方用噴霧器將細(xì)油滴噴出，若干油滴從板上的一個(gè)小 孔中落下，噴出的油滴因摩擦而帶負(fù)電。已知 A、B 板間電壓為 U、間距為 d， 油滴恰好靜止。撤去電場(chǎng)后油滴徐徐下落，最后測(cè)出油滴以速度 v 勻速運(yùn)動(dòng)，已 知空氣阻力正比于速度：f= kv，則油滴所帶的電荷量 q =_ 。某次實(shí)驗(yàn) q 的測(cè)量值

18、見(jiàn)下表（單位：1019C）:6.418.019.6511.2312.83分 析 這 些 數(shù) 據(jù) 可 知c=Dit答案 油滴的電荷量約為 1.6X10_19C 的整數(shù)倍，故電荷的最小電荷量 為 1.6X10一19C解析 由 mgUq = 0, mg kv= 0,解得 q=罟。分析表中數(shù)據(jù)可知，油滴電荷量約為 1.6X10-19C 的整數(shù)倍，故電荷的最小 電荷量為 1.6X1019C。18. 個(gè)半徑為 1.64X104cm 的帶負(fù)電的油滴,在電場(chǎng)強(qiáng)度等于 1.92X105V/m 的豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，如果油滴受到的電場(chǎng)力恰好與重力平衡，問(wèn)：這 個(gè)油滴帶有幾個(gè)電子的電荷？已知油的密度為 0.851

19、X103kg/m3。答案 5 個(gè)解析 油滴的體積 V=4 加3= 4X3.14X(1.64X10-4X102)3m3 1.847X10173m，油滴的質(zhì)量 m=p匸 0.851X103X1.847X1017kg1.572X1014kg。設(shè)油滴中有 N 個(gè)電子，因油滴所受庫(kù)侖力與重力平衡，所以有 mg= Eq= E Ne，14mg1.572X10X10即 N=Ee=5195(個(gè))。Ee1.92X10X1.6X10所以這個(gè)油滴帶有約 5 個(gè)電子的電荷4 丄. R19.如圖所示為測(cè)量某種離子的比荷的裝置。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 S 進(jìn)入加

20、速電場(chǎng)被加 速,然后讓離子從縫 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 m。8U答案解析 粒子經(jīng)電場(chǎng)加速、經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)兩個(gè)過(guò)程，從軌跡可知，離子帶正電，1222qU設(shè)它進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度為 V，在電場(chǎng)中加速 qU = 2mv，v =m20.在密立根油滴實(shí)驗(yàn)中,一個(gè)油滴進(jìn)入兩塊相距為 d= 5.0X10m 的水 平放置的平行板之間，如圖所示。油滴為質(zhì)量均勻的小球，半徑為 r，電荷量為 q。當(dāng)油滴勻速下落時(shí)，測(cè)得v=2.5X10_4m/s,隨后在兩平板間加電壓 U ,

21、使油 滴減速，調(diào)節(jié) U 使油滴靜止，此時(shí)的電壓值 Ui= 270 V。已知油滴運(yùn)動(dòng)時(shí)所受空 氣阻力大小 Ff= 6nnv,其中 v 為油滴運(yùn)動(dòng)速率，n=1.96X10_5Ns/m1 2為空氣與 油滴間的粘滯系數(shù)，油滴的密度P=980 kg/m3,重力加速度 g= 10 m/S2。求：1 !-一油滴帶電扳首1打L141 該油滴的半徑 r;2 該油滴所帶電荷量 q；在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn) Bqv=mva n-V則a-25解得8U(3)用汞燈照射該油滴僅使其電荷量發(fā)生改變，重新調(diào)節(jié) U 使油滴再次靜止， 此時(shí)的電壓值 氏=330 V,油滴電荷量的改變量約為幾個(gè)元電荷 e?答案(1)1.5X10_6m (2)2.56X10_18C (3)3解析 油滴的速度為 v= 2