2024高中物理刷題首秧第十八章課時(shí)1電子的發(fā)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)練+鞏固練含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE10課時(shí)1電子的發(fā)覺對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P37一、選擇題1．(多選)關(guān)于陰極射線的性質(zhì)，推斷正確的是()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解析通過讓陰極射線在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)的探討發(fā)覺陰極射線帶負(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)下列是某試驗(yàn)小組測(cè)得的一組電荷量，哪些是符合事實(shí)的()A．＋3×10－19CB．＋4.8×10－19CC．－3.2×10－26CD．－4.8×10－19C答案BD解析電荷量是量子化的，任何帶電體所帶電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍，1.6×10－19C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)覺了電子，由此被稱為“電子之父”，關(guān)于電子的說法正確的是()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)行探討，發(fā)覺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“油滴試驗(yàn)”的科學(xué)意義，下列說法正確的是()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)覺了電荷是量子化的D．為電子質(zhì)量的最終獲得做出了突出貢獻(xiàn)答案ACD解析密立根通過油滴試驗(yàn)精確測(cè)定了電子的電荷量并發(fā)覺電荷是量子化的。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“油滴試驗(yàn)”，下列說法正確的是()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，推想出了帶電體的最小帶電荷量C．密立根利用磁偏轉(zhuǎn)的學(xué)問推想出了電子的電荷量D．密立根“油滴試驗(yàn)”干脆驗(yàn)證了電子的質(zhì)量不足氫離子的千分之一答案B解析密立根“油滴試驗(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1.6×10－19C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1.6×10－19C，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)，在下列措施中可采納的是()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)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．下列試驗(yàn)現(xiàn)象中，支持陰極射線是帶電微粒觀點(diǎn)的是()A．陰極射線可以透過薄鋁片B．陰極射線通過電場(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解析陰極射線通過電場(chǎng)或磁場(chǎng)時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明它是帶電的粒子，不是不帶電的電磁波，只有B正確。8．關(guān)于湯姆孫發(fā)覺電子的下列說法中正確的是()A．戈德斯坦是第一個(gè)測(cè)出陰極射線比荷的人B．湯姆孫干脆測(cè)出陰極射線的質(zhì)量C．湯姆孫發(fā)覺，用不同材料的陰極和不同的氣體做試驗(yàn)，陰極射線的比荷是不同的D．湯姆孫由試驗(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；湯姆孫沒有干脆測(cè)出了陰極射線粒子的質(zhì)量，B錯(cuò)誤；湯姆孫發(fā)覺，用不同材料的陰極做試驗(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為放射熱電子的陰極，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)的速度可以忽視。電子經(jīng)加速后從K的小孔中射出的速度大小為v，下面說法中正確的是()A．假如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)?vB．假如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)閑q\f(v,2)C．假如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)閑q\f(v,2)D．假如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)閑q\f(\r(2),2)v答案D解析依據(jù)動(dòng)能定理得：eU＝eq\f(1,2)mv2，得：v＝eq\r(\f(2eU,m))，由上式可知，v與A、K間距離無關(guān)，則若A、K間距離減半而電壓仍為U不變，則電子離開K時(shí)的速度仍為v，故A、B錯(cuò)誤；依據(jù)v＝eq\r(\f(2eU,m))可知，電壓減半時(shí)，則電子離開K時(shí)的速度變?yōu)閑q\f(\r(2),2)v，故C錯(cuò)誤，D正確。10．(多選)下列說法正確的是()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)中受力狀況跟正電荷受力狀況相同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，所以其受力狀況與正電荷不同，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科學(xué)家密立根，D正確。11．(多選)下列說法正確的是()A．原子是不行再分的B．電子電荷量的精確測(cè)定最早是由密立根通過聞名的“油滴試驗(yàn)”實(shí)現(xiàn)的C．電子電荷量的數(shù)值約為1.602×10－19CD．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)覺說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。12.(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)覺射線徑跡下偏，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，可以通過變更直導(dǎo)線AB中電流方一直實(shí)現(xiàn)D．電子的徑跡與AB間電流的方向無關(guān)答案BC解析陰極射線帶負(fù)電，由左手定則推斷管內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里；由安培定則推斷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)它能放射陰極射線，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)。下列說法中正確的是()A．假如偏轉(zhuǎn)線圈中沒有電流，則陰極射線應(yīng)當(dāng)打在熒光屏正中的O點(diǎn)B．假如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)磁場(chǎng)的方向應(yīng)當(dāng)垂直紙面對(duì)里C．假如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)磁場(chǎng)的方向應(yīng)當(dāng)垂直紙面對(duì)里D．假如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)磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)先由小到大，再由大到小答案AC解析偏轉(zhuǎn)線圈中沒有電流，則不產(chǎn)生磁場(chǎng)，則陰極射線沿直線運(yùn)動(dòng)，打在O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，C正確。由R＝eq\f(mv,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，下列說法中正確的是()A．若在D1、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P1點(diǎn)B．若在D1、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D1、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D1、D2之間加上垂直紙面對(duì)里的磁場(chǎng)，則陰極射線不偏轉(zhuǎn)答案AC解析試驗(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D1、D2之間加上垂直紙面對(duì)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視不計(jì)，因而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，A正確。二、非選擇題15．1897年，物理學(xué)家湯姆孫正式測(cè)定了電子的比荷，打破了原子是不行再分的最小單位的觀點(diǎn)。因此，湯姆孫的試驗(yàn)是物理學(xué)發(fā)展史上最聞名的經(jīng)典試驗(yàn)之一。在試驗(yàn)中，湯姆孫采納了如圖所示的陰極射線管，從電子槍C射出來的電子經(jīng)過A、B間的電場(chǎng)加速后，水平射入長度為L的D1、D2平行板間，接著在熒光屏F的中心出現(xiàn)熒光斑。若在D1、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)；假如再利用通電線圈在D1、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θ，則：(1)說明所加磁場(chǎng)方向；(2)依據(jù)L、E、B和θ，求出電子的比荷。答案(1)垂直紙面對(duì)里(2)eq\f(Esinθ,B2L)解析(1)依據(jù)題意，在D1、D2間加上磁場(chǎng)時(shí)，電子受到的洛倫茲力應(yīng)向下，由左手定則可推斷，磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里。(2)當(dāng)電子在D1、D2間做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，有eE＝evB當(dāng)電子僅在D1、D2間的磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，有evB＝eq\f(mv2,r)，同時(shí)又有L＝rsinθ，如圖所示，可得eq\f(e,m)＝eq\f(Esinθ,B2L)。16.電子所帶電荷量的精確數(shù)值最早是由美國物理學(xué)家密立根通過油滴試驗(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)覺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。密立根試驗(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、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)整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ρ，下降的速度大小為v，受到空氣的阻力f＝kπr2v，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？答案eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ρ\f(4,3)πr3g－kπr2v))d,U)解析油滴受三個(gè)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＝qeq\f(U,d)＋f，將m＝ρeq\f(4,3)πr3，f＝kπr2v代入，得q＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ρ\f(4,3)πr3g－kπr2v))d,U)。17．電子所帶電荷量最早是由美國科學(xué)家密立根所做的油滴試驗(yàn)測(cè)出的。密立根試驗(yàn)的原理如圖所示：兩塊水平放置的平行金屬板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，視察者可在強(qiáng)光照耀下，借助顯微鏡進(jìn)行視察。兩板間的電勢(shì)差、兩板間的距離都可以干脆測(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很難干脆測(cè)出。密立根通過測(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v1，再加一足夠強(qiáng)的電場(chǎng)，使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。依據(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)覺這些電荷量都等于某個(gè)最小電荷的整數(shù)倍，從而證明了電荷是量子化的，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)后油滴緩緩下落，最終測(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＝________。某次試驗(yàn)q的測(cè)量值見下表(單位：10－19C)：6.418.019.6511.2312.83分析這些數(shù)據(jù)可知：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案eq\f(kvd,U)'油滴的電荷量約為1.6×10－19C的整數(shù)倍，故電荷的最小電荷量為1.6×10－19C解析由mg－eq\f(U,d)q＝0，mg－kv＝0，解得q＝eq\f(kvd,U)。分析表中數(shù)據(jù)可知，油滴電荷量約為1.6×10－19C的整數(shù)倍，故電荷的最小電荷量為1.6×10－19C。18．一個(gè)半徑為1.64×10－4cm的帶負(fù)電的油滴，在電場(chǎng)強(qiáng)度等于1.92×105V/m的豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，假如油滴受到的電場(chǎng)力恰好與重力平衡，問：這個(gè)油滴帶有幾個(gè)電子的電荷？已知油的密度為0.851×103kg/m3。答案5個(gè)解析油滴的體積V＝eq\f(4,3)πr3＝eq\f(4,3)×3.14×(1.64×10－4×10－2)3m3≈1.847×10－17m3，油滴的質(zhì)量m＝ρV＝0.851×103×1.847×10－17kg≈1.572×10－14kg。設(shè)油滴中有N個(gè)電子，因油滴所受庫侖力與重力平衡，所以有mg＝Eq＝E·Ne，即N＝eq\f(mg,Ee)＝eq\f(1.572×10－14×10,1.92×105×1.6×10－19)≈5(個(gè))。所以這個(gè)油滴帶有約5個(gè)電子的電荷。19.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)，最終打在底片上的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eq\f(q,m)。答案eq\f(8U,B2a2)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qU＝eq\f(1,2)mv2，v2＝eq\f(2qU,m)在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)Bqv＝eq\f(mv2,r)，r＝eq\f(a,2)，則v＝eq\f(qBa,2m)，解得eq\f(q,m)＝eq\f(8U,B2a2)。20．在密立根油滴試驗(yàn)中，一個(gè)油滴進(jìn)入兩塊相距為d＝5.0×10－3m的水平放置的平行板之間，如圖所示。油滴為質(zhì)量勻稱的小球，半徑為r，電荷量為q。當(dāng)油滴勻速下落時(shí)，測(cè)得v＝2.5×10－4m/s，隨后在兩平板間加電壓U，使油滴減速，調(diào)整U使油滴靜止，此時(shí)的電壓值U1＝270V。已知油滴運(yùn)動(dòng)時(shí)所受空氣阻力大小Ff＝6πηrv，其中v為油滴運(yùn)動(dòng)速率，η＝1.96×10－5N·s/m2為空氣與油滴間的粘滯系數(shù)，油滴的密度ρ＝980kg/m3，重力加速度g＝10m/s2。求：(1)該油滴的半徑r；(2)該油滴所帶電荷量q；(3)用汞燈照耀該油滴僅使其電荷量發(fā)生變更，重新調(diào)整U使油滴再次靜止，此時(shí)的電壓值U2＝330V，油滴電荷量的變更量約為幾個(gè)元電荷e?答案(1)1.5×10－6m(2)2.56×10－18C(3)3解析(1)油滴的速度為v＝2.5×10－4m/s時(shí)，重力等于阻力，有：f＝mg①m＝eq\f(4,3)πr3ρ②則r＝eq\r(\f(9ηv,2gρ))＝1.5×10－6m③(2)油滴靜止時(shí)，電場(chǎng)力等于重力qE＝qeq\f(U1,d)＝mg④mg＝6πηrv則q＝eq\f(6πηvrd,U1)≈2.56×10－18C⑤(3)q′＝eq\f(6πηvrd,U2)≈2.10×10－18C⑥Δq＝q－q′＝4.6×10