高中物理人教版物理选修3-5练习 第十八章 1 电子的发现 Word版含解析
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| 名称 | 高中物理人教版物理选修3-5练习 第十八章 1 电子的发现 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 115.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-11-06 09:55:02 | ||
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文档简介
18第十八章原子结构
1 电子的发现
基础巩固
1.关于阴极射线的实质,下列说法正确的是( )
A.阴极射线实质是氢原子
B.阴极射线实质是电磁波
C.阴极射线实质是电子
D.阴极射线实质是X射线
答案:C
2.下列实验现象中,支持阴极射线是带电微粒观点的是( )
A.阴极射线可以透过薄铝片
B.阴极射线通过电场或磁场时要产生相应的偏转
C.阴极射线透过镍单晶时产生衍射现象
D.阴极射线轰击荧光物质时发出荧光
解析:X射线不带电且有较强的穿透能力,也可以透过薄铝片,因此阴极射线可以透过薄铝片不能说明阴极射线是带电微粒,故A错误;阴极射线是电子流,电子带负电,因此可通过电场或磁场偏转来确定阴极射线是带电微粒,故B正确;只要具有波的特性,就能产生衍射现象,故C错误;紫外线照射荧光物质时也会发出荧光,不能证明阴极射线是带电微粒,故D错误。
答案:B
3.如图所示,在阴极射线管正上方平行放一条通有强电流的长直导线,则阴极射线将( )
A.向纸内偏转 B.向纸外偏转
C.向下偏转 D.向上偏转
解析:阴极射线是带负电的电子,由安培定则和左手定则可判断阴极射线向上偏转。
答案:D
4.(多选)下列说法正确的是( )
A.汤姆孙精确地测出了电子电荷量
B.电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的
C.汤姆孙“油滴实验”更重要的发现是:电荷是量子化的,即任何电荷只能是e的整数倍
D.通过实验测出电子的比荷和电子电荷量e的值,就可以确定电子的质量
答案:BD
5.(多选)关于空气导电性能,下列说法正确的是( )
A.空气导电,是空气分子中有的带正电,有的带负电,在强电场作用下向相反方向运动的结果
B.空气能够导电,是空气分子在射线或强电场作用下电离的结果
C.空气密度越大,导电性能越好
D.空气密度变得越稀薄,越容易发出辉光
解析:空气是由多种气体组成的混合气体,在正常情况下,气体分子不带电(显中性),是较好的绝缘体。但在射线、受热及强电场作用下,空气分子被电离才具有导电功能,且空气密度较大时,电离的自由电荷很容易与其他空气分子碰撞,正、负电荷又重新复合,难以形成稳定的放电电流,电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导电性能更好,综上所述,正确选项为B、D。
答案:BD
6.(多选)下图是密立根油滴实验的示意图。油滴从喷雾器嘴喷出,落到图中的匀强电场中,调节两板间的电压,通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中。下列说法正确的是( )
A.油滴带负电
B.油滴质量可通过天平来测量
C.只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量
D.该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍
解析:由题图知,电容器板间电场方向向下,油滴所受的电场力方向向上,则知油滴带负电,故A正确;油滴的质量很小,不能通过天平测量,故B错误;根据油滴受力平衡得mg=qE=qUd,得q=mgdU,所以要测出两板间的距离、电压和油滴的质量才能求出油滴所带的电荷量,故C错误;该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍,故D正确。
答案:AD
7.阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的粒子流,这些粒子是 。若加在阴极射线管内两个电极的电压为1.6×106 V,电子离开阴极表面时的速度为零,则电子到达阳极时的速度v= m/s。?
解析:阴极射线是电子,由eU=12mev2知 v=2eUme=7.5×108m/s。
答案:电子 7.5×108
8.在电场强度为1.92×105 N/C的匀强电场中,一半径为1.64×10-4 cm、密度为0.851 g/cm3的油滴恰能悬浮。则油滴的电荷量是电子的多少倍?
解析:小油滴质量为m=ρV=ρ·43πr3,
小油滴悬浮在电场中,由力的平衡条件得 mg=qE,即q=ρ4πr3g3E
=0.851×103×4π×(1.64×10-6)3×9.83×1.92×105 C
=8.02×10-19 C。
小油滴所带电荷量q是电子电荷量e的倍数是
n=8.02×10-191.60×10-19=5。
答案:5
能力提升
1.(多选)1897年英国物理学家J.J.汤姆孙发现了电子并被称为“电子之父”。下列关于电子的说法正确的是( )
A.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论,并求出了阴极射线的比荷
B.汤姆孙通过光电效应的研究发现了电子
C.电子的质量是质子质量的1 836倍
D.汤姆孙通过对用不同材料作阴极发出的射线的研究,说明电子是原子的组成部分,是比原子更基本的物质单元
解析:汤姆孙研究阴极射线发现了电子,并求出了电子的电荷,选项A正确,选项B错误。电子质量是质子质量的11 836,选项C错误。汤姆孙证明了电子是原子的组成部分,选项D正确。
答案:AD
2.(多选)关于密立根油滴实验的科学意义,下列说法正确的是( )
A.测得了电子的电荷量
B.提出了电荷分布的量子化观点
C.为电子质量的最终获得作出了突出贡献
D.为人类进一步研究原子的结构提供了一定的理论依据
解析:密立根油滴实验测出了电子的电荷量,提出了电荷分布的量子化观点。
答案:ABCD
3.(多选)下图是汤姆孙的气体放电管的示意图,下列说法正确的是( )
A.若在D1、D2之间不加电场和磁场,则阴极射线应打到最右端的P1点
B.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,则阴极射线应向下偏转
C.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,则阴极射线应向上偏转
D.若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场,则阴极射线不偏转
解析:实验证明,阴极射线是电子,它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧,可知选项C正确,B错误;加上磁场时,电子在磁场中受洛伦兹力作用,要发生偏转,因而选项D错误;当不加电场和磁场时,电子所受的重力可以忽略不计,因而不发生偏转,选项A正确。
答案:AC
4.(多选)右图是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图。显像管中有一个阴极,工作时它能发射阴极射线,荧光屏被阴极射线轰击就能发光。安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场,可以使阴极射线发生偏转。下列说法正确的是( )
A.如果偏转线圈中没有电流,则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点
B.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心,打在荧光屏上A点,则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
C.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心,打在荧光屏上B点,则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
D.如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动,则偏转磁场的磁感应强度应该先由小到大,再由大到小
解析:偏转线圈中没有电流,阴极射线沿直线运动,打在O点,A正确。由阴极射线的电性及左手定则可知B错误,C正确。由R=mvqB可知,B越小,R越大,故磁感应强度应先由大变小,再由小变大,故D错误。
答案:AC
5.★示波管中电子枪的原理示意图如图所示,示波管内被抽成真空,A为发射热电子的阴极,K为接在高电势点的加速阳极,A、K间电压为U,电子离开阴极时的速度可以忽略,电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v。下面的说法正确的是( )
A.如果A、K间距离减半而电压仍为U不变,则电子离开K时的速度变为2v
B.如果A、K间距离减半而电压仍为U不变,则电子离开K时的速度变为 v2
C.如果A、K间距离保持不变而电压减半,则电子离开K时的速度变为 v2
D.如果A、K间距离保持不变而电压减半,则电子离开K时的速度变为 22v
解析:对电子从A到K的过程应用动能定理得Ue=12mv2?0,所以电子离开K时的速度取决于A、K之间电压的大小,选项A、B错误;如果电压减半,则v应变为原来的22,选项C错误,D正确。
答案:D
6.密立根油滴实验装置如图所示。在A板上方用喷雾器将油滴喷出,喷出的油滴因摩擦而带负电,若干油滴从板上的一个小孔中落下。已知 A、B 板间的电压为U、间距为d时,油滴恰好静止。撤去电场后油滴徐徐下落,最后测出油滴以速度v匀速运动,已知空气阻力正比于速度:F=kv,则油滴所带的电荷量 q= 。?
某次实验得到q的测量值见下表(单位:10-19 C)
6.41
8.01
9.65
11.23
12.83
分析这些数据可知:?? 。?
解析:由mg-Eq=0,mg-kv=0,E=Ud,解得q=kvdU。分析表中数据,发现油滴带的电荷量是1.60×10-19 C的整数倍,故电荷的最小电荷量为1.60×10-19 C。
答案:kvdU 油滴带的电荷量是1.60×10?19 C的整数倍,故电荷的最小电荷量为1.60×10?19 C
7.如图所示,在y<0的区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直于xOy平面并指向纸面外,磁感应强度为B,一带负电的粒子以速度v0从O点射入磁场,入射方向在xOy平面内,与x轴正方向的夹角为θ。若粒子射出磁场的位置与O点距离为l,求该粒子的比荷qm。
解析:由圆的对称性可知,带电粒子离开 x轴时与轴的夹角也是θ,根据几何知识可知,粒子运动的圆弧所夹的圆心角为2θ。由几何知识得,轨道半径为 R=l2sinθ,
又R=mv0qB,所以qm=2v0sinθlB。
答案:2v0sinθlB
8.★在研究性学习中,某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验,其实验装置如图所示。ABCD是一个长方形盒子,在AD边和CD边上各开有小孔F和E,E是CD边上的中点,荧光屏M贴着CD放置,能显示从E孔射出的粒子落点位置。盒子内有一方向垂直于ABCD平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B。粒子源不断地发射相同的带电粒子,粒子的初速度可以忽略。粒子经过电压为 U 的电场加速后,从 F 孔垂直于AD边射入盒内。粒子经磁场偏转后恰好从E孔射出。若已知FD=CD=l,不计粒子的重力和粒子之间的相互作用力。请你根据上述条件求出带电粒子的比荷qm。
解析:带电粒子进入电场,经电场加速。根据动能定理得qU=12mv2,得v=2qUm。粒子进入磁场后做匀速圆周运动,轨迹如图所示。
设圆周半径为R,在三角形ODE中,有
(l-R)2+l22=R2
整理得R=58l
洛伦兹力充当向心力qvB=mv2R
联立上述方程,解得qm=128U25B2l2。
答案:128U25B2l2
1 电子的发现
基础巩固
1.关于阴极射线的实质,下列说法正确的是( )
A.阴极射线实质是氢原子
B.阴极射线实质是电磁波
C.阴极射线实质是电子
D.阴极射线实质是X射线
答案:C
2.下列实验现象中,支持阴极射线是带电微粒观点的是( )
A.阴极射线可以透过薄铝片
B.阴极射线通过电场或磁场时要产生相应的偏转
C.阴极射线透过镍单晶时产生衍射现象
D.阴极射线轰击荧光物质时发出荧光
解析:X射线不带电且有较强的穿透能力,也可以透过薄铝片,因此阴极射线可以透过薄铝片不能说明阴极射线是带电微粒,故A错误;阴极射线是电子流,电子带负电,因此可通过电场或磁场偏转来确定阴极射线是带电微粒,故B正确;只要具有波的特性,就能产生衍射现象,故C错误;紫外线照射荧光物质时也会发出荧光,不能证明阴极射线是带电微粒,故D错误。
答案:B
3.如图所示,在阴极射线管正上方平行放一条通有强电流的长直导线,则阴极射线将( )
A.向纸内偏转 B.向纸外偏转
C.向下偏转 D.向上偏转
解析:阴极射线是带负电的电子,由安培定则和左手定则可判断阴极射线向上偏转。
答案:D
4.(多选)下列说法正确的是( )
A.汤姆孙精确地测出了电子电荷量
B.电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的
C.汤姆孙“油滴实验”更重要的发现是:电荷是量子化的,即任何电荷只能是e的整数倍
D.通过实验测出电子的比荷和电子电荷量e的值,就可以确定电子的质量
答案:BD
5.(多选)关于空气导电性能,下列说法正确的是( )
A.空气导电,是空气分子中有的带正电,有的带负电,在强电场作用下向相反方向运动的结果
B.空气能够导电,是空气分子在射线或强电场作用下电离的结果
C.空气密度越大,导电性能越好
D.空气密度变得越稀薄,越容易发出辉光
解析:空气是由多种气体组成的混合气体,在正常情况下,气体分子不带电(显中性),是较好的绝缘体。但在射线、受热及强电场作用下,空气分子被电离才具有导电功能,且空气密度较大时,电离的自由电荷很容易与其他空气分子碰撞,正、负电荷又重新复合,难以形成稳定的放电电流,电离后的自由电荷在稀薄气体环境中导电性能更好,综上所述,正确选项为B、D。
答案:BD
6.(多选)下图是密立根油滴实验的示意图。油滴从喷雾器嘴喷出,落到图中的匀强电场中,调节两板间的电压,通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中。下列说法正确的是( )
A.油滴带负电
B.油滴质量可通过天平来测量
C.只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量
D.该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍
解析:由题图知,电容器板间电场方向向下,油滴所受的电场力方向向上,则知油滴带负电,故A正确;油滴的质量很小,不能通过天平测量,故B错误;根据油滴受力平衡得mg=qE=qUd,得q=mgdU,所以要测出两板间的距离、电压和油滴的质量才能求出油滴所带的电荷量,故C错误;该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍,故D正确。
答案:AD
7.阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的粒子流,这些粒子是 。若加在阴极射线管内两个电极的电压为1.6×106 V,电子离开阴极表面时的速度为零,则电子到达阳极时的速度v= m/s。?
解析:阴极射线是电子,由eU=12mev2知 v=2eUme=7.5×108m/s。
答案:电子 7.5×108
8.在电场强度为1.92×105 N/C的匀强电场中,一半径为1.64×10-4 cm、密度为0.851 g/cm3的油滴恰能悬浮。则油滴的电荷量是电子的多少倍?
解析:小油滴质量为m=ρV=ρ·43πr3,
小油滴悬浮在电场中,由力的平衡条件得 mg=qE,即q=ρ4πr3g3E
=0.851×103×4π×(1.64×10-6)3×9.83×1.92×105 C
=8.02×10-19 C。
小油滴所带电荷量q是电子电荷量e的倍数是
n=8.02×10-191.60×10-19=5。
答案:5
能力提升
1.(多选)1897年英国物理学家J.J.汤姆孙发现了电子并被称为“电子之父”。下列关于电子的说法正确的是( )
A.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论,并求出了阴极射线的比荷
B.汤姆孙通过光电效应的研究发现了电子
C.电子的质量是质子质量的1 836倍
D.汤姆孙通过对用不同材料作阴极发出的射线的研究,说明电子是原子的组成部分,是比原子更基本的物质单元
解析:汤姆孙研究阴极射线发现了电子,并求出了电子的电荷,选项A正确,选项B错误。电子质量是质子质量的11 836,选项C错误。汤姆孙证明了电子是原子的组成部分,选项D正确。
答案:AD
2.(多选)关于密立根油滴实验的科学意义,下列说法正确的是( )
A.测得了电子的电荷量
B.提出了电荷分布的量子化观点
C.为电子质量的最终获得作出了突出贡献
D.为人类进一步研究原子的结构提供了一定的理论依据
解析:密立根油滴实验测出了电子的电荷量,提出了电荷分布的量子化观点。
答案:ABCD
3.(多选)下图是汤姆孙的气体放电管的示意图,下列说法正确的是( )
A.若在D1、D2之间不加电场和磁场,则阴极射线应打到最右端的P1点
B.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,则阴极射线应向下偏转
C.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,则阴极射线应向上偏转
D.若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场,则阴极射线不偏转
解析:实验证明,阴极射线是电子,它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧,可知选项C正确,B错误;加上磁场时,电子在磁场中受洛伦兹力作用,要发生偏转,因而选项D错误;当不加电场和磁场时,电子所受的重力可以忽略不计,因而不发生偏转,选项A正确。
答案:AC
4.(多选)右图是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图。显像管中有一个阴极,工作时它能发射阴极射线,荧光屏被阴极射线轰击就能发光。安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场,可以使阴极射线发生偏转。下列说法正确的是( )
A.如果偏转线圈中没有电流,则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点
B.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心,打在荧光屏上A点,则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
C.如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心,打在荧光屏上B点,则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
D.如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动,则偏转磁场的磁感应强度应该先由小到大,再由大到小
解析:偏转线圈中没有电流,阴极射线沿直线运动,打在O点,A正确。由阴极射线的电性及左手定则可知B错误,C正确。由R=mvqB可知,B越小,R越大,故磁感应强度应先由大变小,再由小变大,故D错误。
答案:AC
5.★示波管中电子枪的原理示意图如图所示,示波管内被抽成真空,A为发射热电子的阴极,K为接在高电势点的加速阳极,A、K间电压为U,电子离开阴极时的速度可以忽略,电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v。下面的说法正确的是( )
A.如果A、K间距离减半而电压仍为U不变,则电子离开K时的速度变为2v
B.如果A、K间距离减半而电压仍为U不变,则电子离开K时的速度变为 v2
C.如果A、K间距离保持不变而电压减半,则电子离开K时的速度变为 v2
D.如果A、K间距离保持不变而电压减半,则电子离开K时的速度变为 22v
解析:对电子从A到K的过程应用动能定理得Ue=12mv2?0,所以电子离开K时的速度取决于A、K之间电压的大小,选项A、B错误;如果电压减半,则v应变为原来的22,选项C错误,D正确。
答案:D
6.密立根油滴实验装置如图所示。在A板上方用喷雾器将油滴喷出,喷出的油滴因摩擦而带负电,若干油滴从板上的一个小孔中落下。已知 A、B 板间的电压为U、间距为d时,油滴恰好静止。撤去电场后油滴徐徐下落,最后测出油滴以速度v匀速运动,已知空气阻力正比于速度:F=kv,则油滴所带的电荷量 q= 。?
某次实验得到q的测量值见下表(单位:10-19 C)
6.41
8.01
9.65
11.23
12.83
分析这些数据可知:?? 。?
解析:由mg-Eq=0,mg-kv=0,E=Ud,解得q=kvdU。分析表中数据,发现油滴带的电荷量是1.60×10-19 C的整数倍,故电荷的最小电荷量为1.60×10-19 C。
答案:kvdU 油滴带的电荷量是1.60×10?19 C的整数倍,故电荷的最小电荷量为1.60×10?19 C
7.如图所示,在y<0的区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直于xOy平面并指向纸面外,磁感应强度为B,一带负电的粒子以速度v0从O点射入磁场,入射方向在xOy平面内,与x轴正方向的夹角为θ。若粒子射出磁场的位置与O点距离为l,求该粒子的比荷qm。
解析:由圆的对称性可知,带电粒子离开 x轴时与轴的夹角也是θ,根据几何知识可知,粒子运动的圆弧所夹的圆心角为2θ。由几何知识得,轨道半径为 R=l2sinθ,
又R=mv0qB,所以qm=2v0sinθlB。
答案:2v0sinθlB
8.★在研究性学习中,某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验,其实验装置如图所示。ABCD是一个长方形盒子,在AD边和CD边上各开有小孔F和E,E是CD边上的中点,荧光屏M贴着CD放置,能显示从E孔射出的粒子落点位置。盒子内有一方向垂直于ABCD平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B。粒子源不断地发射相同的带电粒子,粒子的初速度可以忽略。粒子经过电压为 U 的电场加速后,从 F 孔垂直于AD边射入盒内。粒子经磁场偏转后恰好从E孔射出。若已知FD=CD=l,不计粒子的重力和粒子之间的相互作用力。请你根据上述条件求出带电粒子的比荷qm。
解析:带电粒子进入电场,经电场加速。根据动能定理得qU=12mv2,得v=2qUm。粒子进入磁场后做匀速圆周运动,轨迹如图所示。
设圆周半径为R,在三角形ODE中,有
(l-R)2+l22=R2
整理得R=58l
洛伦兹力充当向心力qvB=mv2R
联立上述方程,解得qm=128U25B2l2。
答案:128U25B2l2