2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：2.1电子的发现与汤姆孙模型 同步练习（含解析）

2.1电子的发现与汤姆孙模型
1．如图所示为伦琴射线管的示意图，其中E、F是两种射线，下列关于该管的说法中正确的是（ ）
A．可以是低压交流电源，也可以是低压直流电源；必须是高压直流电源，且的右端为电源正极
B．射线E、F都是高速电子流
C．射线E是高速电子流，射线F是射线
D．射线E是能量很大的射线，射线F是伦琴射线
2．汤姆孙通过实验研究发现了电子，其研究的是（ ）
A．α射线 B．β射线 C．x射线 D．阴极射线
3．如图画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E.处在n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波．已知金属铂的逸出功为6.34eV.在这些光波中，能够从金属铂的表面打出光电子的总共有( )

A．五种 B．四种 C．三种 D．二种
4．用光子能量为E的光束照射容器中的氢气,氢原子吸收光子后，能发射频率为、、的三种光子，且，入射光束中光子的能量应是(　　)
A． B．
C． D．
5．以下关于近代物理的叙述中，正确的是
A．β射线是电子流，是原子的外层电子受激发而辐射产生的
B．放射性元素的半衰期与外界的温度、压强、是否是化合态都有关
C．一群处于量子数为4能级的原子向各较低能级跃时可释放6种不同频率的光子
D．中子与质子结合成氘核时吸收能量
6．以下叙述正确的是
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
B．有10个放射性元素的原子核，当有5个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期
C．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能减小
D．重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能
7．下列物理事件描述正确的是（ ）
A．1858年德国物理学家普吕克尔发现了电子
B．1910年美国物理学家密立根通过油滴实验测定了电子的电荷量
C．1919年英国物理学家卢瑟福发现了中子
D．1932年美国物理学家查德威克发现了质子
8．氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说明正确的是(　　)
A．电子旋转半径减小
B．氢原子能量增大
C．氢原子电势能增大
D．核外电子速率增大
9．如图为氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出多个能量不同的光子，并用产生的光子照射到逸出功为2.75eV的光电管上，则，

A．发出的光子最多有4种频率
B．发出的光子最多有6种频率
C．产生的光电子最大初动能可达10eV
D．加在该光电管上的遏止电压应为10V
10．图示为氢原子的能级图，氢原子从n=4能级直接跃迁到n=2能级，辐射出的是可见光光子(能量在1.63eV～3.10eV)，则下列说法正确的是
A．玻尔认为，电子在定态轨道上运动，不会发生电磁辐射
B．氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级辐射的光子是可见光光子
C．能量为10.2eV的光子能使氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级
D．使n=2能级的氢原子电离，需要放出的光子的能量至少为3.4eV
11．1897年,英国物理学家汤姆孙发现了_______________,使人们进一步认识到原子不是组成物质的最小单位,它是有内部结构的。
12．如图所示，在A板上方用喷雾器将油滴喷出，油滴从A板上的一个小孔中落下，喷出的油滴因摩擦而带负电.已知A、B板间电压为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，即，则油滴所带的电荷量______.
某次实验中q的测量值见下表（单位：）：
6.41 8.01 9.65 11.23 12.83
分析这些数据可知:___________________.
13．近百年前英国科学家汤姆逊以及他所带领的一批学者对原子结构的研究奠定了近代物理学的基石，其中他对阴极射线粒子比荷测定实验最为著名，装置如图（1）所示。阜宁中学某班的学生在实验室重做该实验，装置如图（2）所示，在玻璃管内的阴极K 发射的射线被加速后，沿直线到达画有正方形方格的荧光屏上。在上下正对的平行金属极板上加上电压，在板间形成电场强度为 E 的匀强电场，射线向上偏转；再给玻璃管前后的励磁线圈加上适当的电压，在线圈之间形成磁感应强度为 B 的匀强磁场，射线沿直线运动，不发生偏转。之后再去掉平行板间的电压，射线向下偏转，经过屏上 A 点，如图（3）所示。
（不计射线的重力，匀强电场、匀强磁场范围限定在刻度“1”和“7”所在的竖直直线之间，且射线由刻度“1”所在位置进入该区域）。求：
（1）求该射线进入场区域时的初速度v ；
（2）已知正方形方格边长为d ，求该射线粒子的比.
（3）带电粒子在磁场中运动到A点的时间？
14．19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K发出的粒子经加速后形成一细束射线，以平行于金属板CD的速度进入该区域，射在屏上O点．如何判断射线粒子的电性？
(2)已知C、D间的距离为d，在C、D间施加电压U，使极板D的电势高于极板C，同时施加一个磁感应强度为B的匀强磁场，可以保持射线依然射到O点．求该匀强磁场的方向和此时阴极射线的速度v．
(3)撤去磁场，射线射在屏上P点．已知极板的长度为l1，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为l2，磁感应强度为B，P到O的距离为y．试求该粒子的比荷．
参考答案
1．A
【解析】
A．由于E1是灯丝电源，故一定是低压直流电源，由于电子在灯丝至对阴极A之间加速运动，故阴极A的电势较高，故E2必须是高压直流电源且右端为电源正源，故A正确；
BCD．射线E是高速电子流，而F是高速电子流打在阴极上的金属原子中的内层电子受到激发跃迁而产生的X射线即伦琴射线，故BCD错误。
故选A。
2．D
【解析】
汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，但汤姆孙并未得出电子的电荷量，最早测出电子电荷量的是美国物理学家密立根，故D对；ABC错
3．C
【解析】
处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时能发出不同光电子的数目为，n=4跃迁到n=3辐射的光子能量为0.66eV，n=3跃迁到n=2辐射的光子能量为1.89eV，n=4跃迁到n=2辐射的光子能量为2.55eV，均小于3.2eV，不能使金属钾发生光电效应，其它三种光子能量都大于3.2eV．故C正确，A、B、D错误。故选C。
【点睛】解决本题的关键知道能极差与光子能量的关系，以及掌握发生光电效应的条件．
4．B
【解析】
处于激发态的氢原子并不稳定，能够自发向低能级跃迁并发射光子，其发射光子的种类有种；故
解得；
显然从直接跃迁到能级时辐射光子的能量等于入射光子的能量，故入射光子的能量
；
而先从跃迁到，再从跃迁到辐射的能量与从直接跃迁到能级时辐射光子的能量相同，故
。
A.，与结论不相符，选项A错误；
B. 与结论相符，选项B正确；
C. 与结论不相符，选项C错误；
D. 与结论不相符，选项D错误。
5．C
【解析】
A.β射线是电子流，是从原子核内一个中子转化成一个质子而来的，故A项与题意不相符；
B.半衰期是元素本身的性质，与外界所有条件无关，故B项与题意不相符；
C.一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，依据，能辐射出6种不同频率的光，故C项与题意相符；
D. 中子与质子结合成氘核的过程中有质量亏损，释放能量，故D项与题意不相符。
6．D
【解析】
A.紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能与频率有关，与光强无关.故选项A不符合题意.
B.放射性元素的半衰期是统计概念，需要对大量原子核才有意义.故选项B不符合题意.
C.氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能增大.故选项C不符合题意.
D.重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能.故选项D符合题意.
7．B
【解析】
A.汤姆逊发现了电子，故A错误；
B. 1910年美国物理学家密立根通过油滴实验测定了电子的电荷量，故B正确；
C. 英国物理学家卢瑟福发现了质子并预言了中子的存在，故C错误；
D. 1932年美国物理学家查德威克发现了中子，故D错误；
8．AD
【解析】
氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，氢原子的能量减小，轨道半径减小，根据：
得轨道半径减小，电子速率增大，动能增大，由于氢原子半径减小的过程中电场力做正功，则氢原子电势能减小。
AD.由上分析可知，AD正确；
BC.由上分析可知，BC错误．
9．BCD
【解析】
AB．根据知，大量处于n=4的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种能量不同的光子，故A错误，B正确；
C．能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足：hγ=Em-En，所以频率最大的光子能量为：
E=E4-E1=-0.85+13.60eV=12.75eV
若用此光照射到逸出功为2.75eV的光电管上，则光电子的最大初动能为：
12.75eV-2.75eV=10eV
故C正确；
D．光电子的最大初动能为10eV，所以加在该光电管上的遏止电压为 10V，故D正确。
10．AC
【解析】
A.玻尔认为，电子在一系列定态轨道上运动，不会发生电磁辐射，选项A正确；
B.氢原子从n= 4能级跃迁到n=3能级辐射的光子的能量
能量不在可见光能量范围内，不是可见光子，选项B错误；
C.使氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级，入射光子的能量
选项C正确；
D.使n=2能级的氢原子电离，需要吸收的光子的能量至少为
选项D错误。
11．电子
【解析】
[1]1897年,英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，使人们进一步认识到原子不是组成物质的最小单位,它是有内部结构的。
12． 油滴带的电荷量是的整数倍，故带电粒子的最小电荷量为
【解析】
[1]由题意知
，
解得
[2]油滴带的电荷量是的整数倍，故带电粒子的最小电荷量为。
13．(1) (2) (3)
【解析】
(1)射线被加速后在电场力和洛伦兹力共同作用匀速直线运动，根据平衡得：
qE=qvB
解得：射线被加速后的速度为
(2)去掉金属板间电压后，粒子不再受到电场力，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，经过A点，则圆心为O点，半径为r，如图所示
则有
解得：
因为洛伦兹力提供向心力，则
联立解得：
(3)设粒子轨迹对应的圆心角为θ，根据几何关系可得
解得
带电粒子在磁场中运动到A点的时间为：
14．(1) 根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点判断(2)垂直纸面向外，(3)
【解析】
(1) 根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点，所形成的电场方向由正极指向负极，即可判断射线粒子带负电；
(2) 极板D的电势高于极板C，形成的电场竖直向上，当电子受到的电场力与洛沦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O点，由左手定则可知，磁场方向应垂直纸面向外，设电子的速度为v，则
evB=eE
所以
(3) 通过长度为l1的极板区域所需的时间
当两极板之间加上电压时，设两极板间的场强为E，作用于电子的静电力的大小为qE，


因电子在垂直于极板方向的初速度为0，因而在时间t1内垂直于极板方向的位移

电子离开极板区域时，沿垂直于极板方向的末速度

设电子离开极板区域后，电子到达荧光屏上P点所需时间为t2：
在t2时间内，电子作匀速直线运动，在垂直于极板方向的位移
P点离开O点的距离等于电子在垂直于极板方向的总位移

由以上各式得电子的荷质比为

加上磁场B后，荧光屏上的光点重新回到O点，表示在电子通过平行板电容器的过程中电子所受电场力与磁场力相等，即：

联立解得：