4.1电子的发现与汤姆孙原子模型同步练习（含解析）2023——2024学年高物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

4.1 电子的发现与汤姆孙原子模型 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．在物理学的发展过程中，许多物理学家的辛勤研究推动了人类文明的进步。下列说法中正确的是（　　）
A．伽利略用实验直接证实了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动
B．卡文迪什测出了万有引力常量，被称为“称量地球质量的第一人”
C．库仑通过扭秤装置测得了最小的电荷量
D．电磁感应定律是由奥斯特总结提出的
2．学习自然科学，不仅需要方法论，还需要一些世界观；不仅仅需要数学，还需要一些哲学。正如王安石在《读史》中所写的那样：“糟粕所传非粹美，丹青难写是精神”。关于近代物理知识下列说法正确的是（　　）
A．开普勒通过“月-地检验”，得出了万有引力定律
B．汤姆生发现了电子，并精确地测出电子的电荷量
C．奥斯特首先发现了电流周围存在磁场
D．牛顿通过逻辑推理，得出重物与轻物应该下落得同样快的结论，他在研究中所体现的批判精神是创新所必须的
3．关于元电荷、电荷与电荷守恒定律，下列说法正确的是（　　）
A．元电荷是指电子，电量等于电子的电量，体积很小的带电体是指点电荷
B．利用静电感应可使任何物体带电，质子和电子所带电荷量相等，比荷也相等
C．单个物体所带的电量总是守恒的，电荷守恒定律指带电体和外界没有电荷交换
D．元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根通过实验测得的
4．在这科技发展的时代，“少年强则国强”，作为新时代的接班人，同学们必须铭记物理学家们的重大贡献，下面各领域的科学论述符合史实的是（　　）
A．伽利略创造了将实际实验和逻辑推理相结合的理想实验法，并认为“力是维持物体运动的原因”
B．密立根通过扭秤实验精确地测出了元电荷的电量
C．牛顿在力学领域的贡献人人皆知，他通过多次实验证实了牛顿第一定律
D．卡文迪什测出了万有引力常量G， 被称为“第一个称出地球质量的人”
5．下列说法中符合物理史实的是（　　）
A．开普勒通过万有引力定律计算预言了天王星的存在，后来被证实，因此天王星被称为“笔尖下发现的行星”
B．“月—地检验”通过验证月球公转加速度约为苹果落向地面加速度的，从而证实地面上的物体所受地球的引力，月球所受地球的引力是同种性质的力，月地检验为万有引力定律成立提供事实依据
C．卡文迪许总结出万有引力定律，并在实验中测出了万有引力常量，并由此计算出地球的质量，卡文迪许被誉为第一个称量地球的人
D．安培首先测出了元电荷的数值
6．有关静电场的几个概念，下列说法中正确的是（　　）
A．电荷量的单位C，是国际单位制中七个基本单位之一
B．为了形象地描述电场中电场强度的大小和方向，法拉第提出了电场线的概念
C．静电力常量，是卡文迪许通过扭秤实验测得的
D．元电荷e的数值，最早是由汤姆孙通过油滴实验测得的
7．许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。如图是科学史上一个著名的实验，以下说法正确的是（　　）
A．此实验是库仑测量油滴电荷量的实验
B．此实验是法拉第测量电子电荷量的实验
C．通过此油滴实验直接测定了元电荷的数值
D．通过多次实验测量，发现油滴所带的电荷量虽不相同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷
8．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是（　　）
A．牛顿发现了万有引力定律，并通过实验较准确地测出了引力常量
B．库仑利用扭秤实验发现了库仑定律，并测定了电子的电荷量
C．英国物理学家卡文迪什利用扭秤实验首先较准确地测定了静电力常量
D．爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推广到高速领域
二、多选题
9．英国物理学家J.J.汤姆孙通过对阴极射线的实验研究，发现（　　）
A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D．J.J.汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量
10．下列说法中，符合物理学史实的是（　　）
A．亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就静止
B．汤姆孙发现了电子，证明了原子可以再分
C．麦克斯韦发现了电流的磁效应，即电流可以在其周围产生磁场
D．法拉第发现导线通电时，导线附近的小磁针发生偏转，并由此建立了法拉第电磁感应定律
11．汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现（　　）
A．阴极射线在电场中受力方向与电场方向相反
B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D．阴极射线的比荷比氢离子的比荷大得多
12．关于电子的发现，下列叙述中正确的是（　　）
A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
B．电子的发现，说明原子具有一定的结构
C．电子是第一种被人类发现的微观粒子
D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
三、实验题
13．美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验。如下图所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，图中油滴由于带负 悬浮在两板间保持静止．
（1）若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有 ；
A．油滴质量 B．两板间的电压 C．两板间的距离d D．两板的长度
（2）用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量 （已知重力加速度为）；
（3）在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的 倍（填：A奇数倍；B偶数倍；C整数倍），这个最小电荷量被认为是元电荷
14．十九世纪末，汤姆孙发现了电子，揭开了人类认识原子结构的序幕，从而认识到：原子是可以分割的，从而开始了对原子结构的研究和探索。直至今日，人类对微观领域的粒子的研究和探索从未停止。
（1） （填一科学家人名）利用油滴实验测定了元电荷的数值。
（2）反应堆中的“燃料”铀是一种天然放射性元素。将铀燃料放入铅做成的容器中，射线从容器小孔射出。当不同射线经过磁场时会形成图2的轨迹。请你由图判断射线带什么电？
（3）电子的质量约为，北京正负电子对撞机是我国第一台高能加速器，可以将电子动能加速到。按照牛顿力学，这个电子的速度是 m/s（保留两位有效数字）；
（4）你认为第（3）问中算出的速度值是否合理？ （请填涂与答案对应的字母选项：A．合理；B．不合理）请说明你的理由 ；
（5）用如图所示的装置可以测定分子速率。在小炉O中，金属银熔化并蒸发。银原子束通过小炉的圆孔逸出，经过狭缝S1和S2进入真空的圆筒C。圆筒C可绕过A点且垂直于纸面的轴以一定的角速度转动。从图中可判断，落点越靠近 处（请填涂与答案对应的字母选项：A．b处；B．e处）的银原子速率越大；
（6）在第（5）问的条件中，现测出圆筒C的直径为1m，转动的角速度为150πrad/s，银原子落在玻璃板G上的位置到b点的弧长为s，s 约为圆筒周长的，可估算银原子速率约为 m/s。
15．美国物理学家密立根利用如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验。两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，板间油滴P由于带负电悬浮在两板间保持静止。
（1）若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有
A．油滴质量m B．两板间的场强E C．当地的重力加速度g D．两板的长度L
（2）用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q=
（3）在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷。关于元电荷说法正确的是
A．油滴的电荷量可能是1.6×10-20C
B．油滴的电荷量可能是3.2×10-19C
C．元电荷就是电子
D．任何带电体所带电荷量可取任意值
四、解答题
16．
19世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点。一种观点认为阴极射线是电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电粒子。1897年，汤姆孙判断出该射线的电性，并求出了这种粒子的比荷，为确定阴极射线的本质做出了重要贡献。假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者，请回答下列问题：
（1）如图所示的真空玻璃管内，阴极发出的粒子经加速后形成一束很细的射线，以平行于金属板、的速度沿板间轴线进入、间的区域，若两极板、间无电压、粒子将打在荧光屏上点。如何判断射线粒子的电性？
（2）已知、间的距离为，在、间施加电压，使极板的电势高于极板，同时在极板间施加一个磁感应强度大小为的匀强磁场，可以保持射线依然打到点。求该匀强磁场的方向和此时射线粒子的速度的大小。
（3）撤去（2）中的磁场，、间的电压仍为，射线打在屏上点。已知极板的长度为，极板区的中点到荧光屏中点的距离为，到的距离为。试求射线粒子的比荷。
17．美国科学家密立根通过油滴实验首次精确地测出了电子的电荷量，油滴实验的原理如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连，上、下板分别带正、负电荷，油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦带负电，经上板中央小孔落到两板间的匀强电场中，通过显微镜可以观察到它运动的情况，两金属板间的距离为d.（忽略油滴之间的相互作用力和空气对油滴的浮力及阻力）
（1）调节两金属板间的电压，当时，观察到某个质量为，的油滴恰好匀速竖直下落，求该油滴所带的电荷量.
（2）若油滴进入电场时的初速度可以忽略，当两金属板间的电势差时，观察到某个质量为的油滴进入电场后做匀加速运动，经过时间t运动到下极板，求此油滴所带的电荷量.
18．密立根油滴实验进一步证实了电子的存在，揭示了电荷的非连续性.如图所示是密立根实验的原理示意图，设小油滴质量为m，调节两板间电势差为U，当小油滴悬浮在两板间电场中不动时，测出两板间距离为d，重力加速度为g，试求小油滴的电荷量q.
19．为了测定带电粒子的比荷，让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间，已知匀强电场的场强为E，在通过长为L的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d，如果在两板间加垂直于电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直于粒子的入射方向，磁感应强度为B，则粒子恰好不偏离原来的方向，求为多少？
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参考答案：
1．B
【详解】
A．伽利略猜想自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，并未直接进行验证，而是在斜面实验的基础上的理想化推理，故A错误；
B．卡文迪什测出了万有引力常量，被称为“称量地球质量的第一人”，故B正确；
C．密立根通过油滴实验测得了最小的电荷量，故C错误；
D．电磁感应定律是由法拉第总结提出的，故D错误。
故选B。
2．C
【详解】A．伽利略最早指出“力不是维持物体运动的原因”，而牛顿得出了万有引力定律，故A错误；
B．汤姆生发现了电子，密立根精确地测出电子的电荷量，故B错误；
C．奥斯特发现电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系，故C正确；
D．伽利略通过逻辑推理，得出重物与轻物应该下落得同样快的结论，他在研究中所体现的批判精神是创新所必须的，故D错误。
故选C。
3．D
【详解】A．元电荷的电量等于电子的电量，但不是电子，元电荷是带电量的最小单元，没有电性之说，当两个带电体的形状对它的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看作点电荷，故体积很小的带电体未必就是点电荷，故A错误；
B．静电感应不能使绝缘体带电，电子和质子所带电荷量相等，但它们的质量不相等，比荷不相等，故B错误；
C．在与外界没有电荷交换的情况下，一个系统所带的电量总是守恒的，电荷守恒定律并不意味着带电系统一定和外界没有电荷交换，故C错误；
D．元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根通过实验测得的，这是他获得诺贝尔物理学奖的重要原因，故D正确。
故选D。
4．D
【详解】A．伽利略创造了将实际实验和逻辑推理相结合的理想实验法，并认为“力不是维持物体运动的原因”，故A错误；
B．密立根通过油滴实验精确测定了元电荷的电荷量，故B错误；
C．牛顿第一定律是牛顿在伽利略等前人实验的基础上，根据逻辑推理得出的，是以实验为基础，但又不是完全通过实验得出，故C错误；
D．卡文迪什测出了万有引力常量G， 被称为“第一个称出地球质量的人”，故D正确。
故选D。
5．B
【详解】A．勒维耶通过万有引力定律计算预言了海王星的存在，后来被证实，因此海王星被称为“笔尖下发现的行星”，A错误；
B．“月—地检验”通过验证月球公转加速度约为苹果落向地面加速度的，从而证实地面上的物体所受地球的引力，月球所受地球的引力是同种性质的力，月地检验为万有引力定律成立提供事实依据，B正确；
C．牛顿总结出万有引力定律，卡文迪许在实验中测出了万有引力常量，并由此计算出地球的质量，卡文迪许被誉为第一个称量地球的人，C错误；
D．密立根首先测出了元电荷的数值，D错误。
故选B。
6．B
【详解】A．根据公式
可知库仑是导出单位，不是国际单位制中七个基本单位之一，故A错误；
B．为了形象地描述电场中电场强度的大小和方向，法拉第提出了电场线的概念，故B正确；
C．静电力常量是库仑通过扭秤实验测得的，故C错误；
D．元电荷e的数值，最早是由密立根通过油滴实验测得的，故D错误。
故选B。
7．D
【详解】题图为密立根油滴实验的示意图，密立根通过油滴实验直接测定了油滴的电荷量。通过多次实验测量，发现油滴所带的电荷量虽不相同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷。
故选D。
8．D
【详解】A．通过实验较准确地测出了引力常量的科学家是卡文迪什，A错误；
B．测定了电子的电荷量的是密立根，B错误；
C．英国物理学家卡文迪什利用扭秤实验首先较准确地测定了万有引力常量，C错误；
D．爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推到高速领域，D正确。
故选D。
9．AD
【详解】A．阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确；
B．阴极射线带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷受力情况不相同，B错误；
C．不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误；
D．J.J.汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量，最早测出阴极射线粒子的电荷量是美国物理学家密立根，D正确。
故选AD。
10．AB
【详解】A．亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就静止，故A符合物理学史；
B．汤姆孙发现了电子，证明了原子可以再分，故B符合物理学史；
C．奥斯特发现了电流的磁效应，即电流可以在其周围产生磁场，而麦克斯韦是经典电磁理论的建立者，故C不符合物理学史；
D．法拉第把两个线圈绕在同一个铁环上，在给一个线圈通电或断电的瞬间，发现另一个线圈中也出现了电流，并由此建立了法拉第电磁感应定律，故D不符合物理学史。
故选AB。
11．AD
【详解】A．阴极射线带负电，在电场中受力方向与电场方向相反，故A正确；
B．阴极射线带负电，则阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相反，故B错误；
C．不同材料所产生的阴极射线的比荷相同，故C错误；
D．汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍，故D正确。
故选AD。
12．BCD
【详解】A．电子的发现，说明原子是可以再分的，但是没有说明其是由电子和原子核组成的，所以A错误；
B．发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；
C．电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；
D．物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确。
故选BCD。
13． ABC C
【详解】（2）[2]平行板电容器间的电场为匀强电场，液滴处于静止状态，所以电场力与重力平衡即
可得
（1）[1]由（2）中分析可知要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有油滴质量、两板间的电压、两板间的距离d。
故选ABC；
（3）[3]在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷。
故选C。
14． 密立根 正 2.8×1010 B 按照牛顿力学得到的电子速度大于真空中的光速，接近光速时，牛顿力学不再适用 A 450
【详解】（1）[1]密立根利用油滴实验测定了元电荷的数值。
（2）[2]根据左手定则可知射线带正电。
（3）[3]根据动能定理得
按照牛顿力学，这个电子的速度是
（4）[4][5]速度值不合理，按照牛顿力学得到的电子速度大于真空中的光速，接近光速时，牛顿力学已不适用。
故选B。
（5）[6]圆筒C绕A点顺时针转动，银原子落在玻璃板G上时，银原子的位移相同，落点越靠近b点处所用时间越短，银原子速率越大。
故选A。
（6）[7]圆筒C转动的周期为
银原子落在玻璃板G上的位置到b点的弧长为s，则运动时间为
银原子速率约为
15． ABC B
【详解】（1）[1]平行金属板板间存在匀强电场，液滴恰好处于静止状态，电场力与重力平衡，则有
所以需要测出的物理量有油滴质量m，两板间的场强E，当地的重力加速度g。
故选ABC。
（2）[2]用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量
（3）[3]AB．在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷，其值为e=1.6×10-19C，则可知油滴的电荷量可能是3.2×10-19C，而1.6×10-20C不是元电荷的整数倍；故A错误，B正确；
CD．元电荷不是电子，只是在数值上等于电子或质子的带电量；任何带电体所带电荷量都只能是元电荷的整数倍，故CD错误。
故选B。
16．（1）见解析；（2）垂直纸面向外，；（3）
【详解】（1）装置中形成的电场方向由正极指向负极，根据射线粒子从电场的负极向正极加速的特点，即可判断射线粒子带负电。
（2）极板的电势高于极板，形成的电场方向竖直向上，当粒子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，粒子做匀速直线运动，射线依然射到点，由左手定则可知，磁场方向应垂直纸面向外，设粒子的速度为，则
解得
（3）射线粒的极板区域所需的时间
当，两极板之间电压仍为时，作用于粒的静电力的大小为，有
因粒子在垂直于极板方向的初速度为0，因而在时间内垂直于极板方向的位移大小为
粒子离开极板区域时，沿垂直于极板方向的末速度大小为
粒子离开极板区域后，到达荧光屏上点所需时间
在时间内，粒子做匀速直线运动，在垂直于极板方向的位移
到的距离等于粒子在垂直于极板方向的总位移，即
由以上各式得该粒子的比荷为
代入
解得
17．（1） （2）
【详解】(1)当时，油滴恰好做匀速直线运动，满足
解得
.
(2)当时，质量为的油滴做匀加速运动，满足
联立解得
.
18．
【详解】小油滴悬浮在两板间电场中不动，处于静止状态，由平衡条件得
匀强电场中内部场强，联立以上两式解得
.
19．
【分析】带电粒子在电场中做类平抛运动，根据平抛运动公式和牛顿第二定律列式，粒子在磁场中做匀速直线运动，洛伦兹力与电场力平衡，列式求出v，联立即可求解．
【详解】设带电粒子以速度v0垂直电场方向进入匀强电场，
则d＝at2＝
此带电粒子垂直入射到正交的电磁场区域时不发生偏转，
由平衡条件qE＝qv0B，
解得：v0＝
可得：＝
联立解得：＝
【点睛】本题主要考查了电场中类平抛运动采用运动的分解法处理，电磁场中匀速直线运动，类似于速度选择器，运用平衡条件研究．
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