上海市丰华高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：3.1电子的发现及其重大意义 课时训练（含解析）
文档属性
| 名称 | 上海市丰华高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：3.1电子的发现及其重大意义 课时训练（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 482.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 沪科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-17 19:23:09 | ||
图片预览
文档简介
3.1电子的发现及其重大意义
1．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
2．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
3．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
4．发射阴极射线的真空玻璃管中高电压的作用是（ ）
A．使玻璃壁产生压电效应从而产生辉光
B．使管内产生阴极射线
C．使管内障碍物的电势升高
D．使电子加速
5．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
6．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
7．关于电子的发现，下列说法正确的是（ ）
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．在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒
D．电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分
8．下面对阴极射线的认识正确的是（ ）
A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的
B．只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C．阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线
D．阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
9．英国物理学家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．汤姆孙并未精确得出阴极射线粒子的电荷量
10．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？
11．19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．
12．在再现汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从出来的阴极射线经过、间的电场加速后，水平射入长度为的、平行板间，接着在荧光屏中心出现荧光斑．若在、间加上方向向下、场强为的匀强电场，阴极射线将向下偏转；如果再利用通电线圈在、电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为的匀强磁场（图中未画），荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向上偏转，偏转角为，试解决下列问题：
（1）说明阴极射线的电性．
（2）说明图中磁场沿什么方向．
（3）根据、、和，求出阴极射线的比荷．
13．如图所示，让一束均匀的阴极射线以速率垂直进入正交的电、磁场中，选择合适的磁感应强度和电场强度，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，测得其半径为，求阴极射线中带电粒子的比荷。
参考答案
1．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
2．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.
3．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；
4．D
【解析】
在阴极射线管中，炽热的阴极发射电子流，再通过高电压的加速而获得能量，与玻璃壁碰撞而产生辉光，故选项D正确，A、B、C错误。
5．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．
6．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。
7．BCD
【解析】
AB.发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但人们意识到电子应该是原子的组成部分，故选项A错误，B正确；
C.在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，故选项C正确；
D.原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到，原子中应该还有其他带正电的部分，故选项D正确。
8．CD
【解析】
AC.阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线，故选项A错误，C正确；
BD.只有当两极间有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，故选项B错误，D正确。
9．AD
【解析】
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，故选项A正确；
B.由于电子带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，故选项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，故选项C错误；
D.最早精确测出电子电荷量的是美国物理学家密立根，故选项D正确．
10．(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：
11．(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：
12．（1）负电（2）垂直纸面向外（3）
【解析】
(1)由于阴极射线在电场中向下偏转，因此阴极射线受电场力方向向下，又由于匀强电场方向向上，则电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电；
(2)由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外；
(3)设此射线带电量为，质量为，当射线在、间做匀速直线运动时，有：
当射线在、间的磁场中偏转时，有：
同时又有，如图所示，解得：
13．
【解析】
因为带电粒子在复合场中不偏转，所以，即，撤去电场后，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，则，联立可得
1．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
2．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
3．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
4．发射阴极射线的真空玻璃管中高电压的作用是（ ）
A．使玻璃壁产生压电效应从而产生辉光
B．使管内产生阴极射线
C．使管内障碍物的电势升高
D．使电子加速
5．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
6．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
7．关于电子的发现，下列说法正确的是（ ）
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．在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒
D．电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分
8．下面对阴极射线的认识正确的是（ ）
A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的
B．只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C．阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线
D．阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
9．英国物理学家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．汤姆孙并未精确得出阴极射线粒子的电荷量
10．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？
11．19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．
12．在再现汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从出来的阴极射线经过、间的电场加速后，水平射入长度为的、平行板间，接着在荧光屏中心出现荧光斑．若在、间加上方向向下、场强为的匀强电场，阴极射线将向下偏转；如果再利用通电线圈在、电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为的匀强磁场（图中未画），荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向上偏转，偏转角为，试解决下列问题：
（1）说明阴极射线的电性．
（2）说明图中磁场沿什么方向．
（3）根据、、和，求出阴极射线的比荷．
13．如图所示，让一束均匀的阴极射线以速率垂直进入正交的电、磁场中，选择合适的磁感应强度和电场强度，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，测得其半径为，求阴极射线中带电粒子的比荷。
参考答案
1．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
2．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.
3．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；
4．D
【解析】
在阴极射线管中，炽热的阴极发射电子流，再通过高电压的加速而获得能量，与玻璃壁碰撞而产生辉光，故选项D正确，A、B、C错误。
5．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．
6．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。
7．BCD
【解析】
AB.发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但人们意识到电子应该是原子的组成部分，故选项A错误，B正确；
C.在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，故选项C正确；
D.原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到，原子中应该还有其他带正电的部分，故选项D正确。
8．CD
【解析】
AC.阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线，故选项A错误，C正确；
BD.只有当两极间有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，故选项B错误，D正确。
9．AD
【解析】
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，故选项A正确；
B.由于电子带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，故选项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，故选项C错误；
D.最早精确测出电子电荷量的是美国物理学家密立根，故选项D正确．
10．(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：
11．(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：
12．（1）负电（2）垂直纸面向外（3）
【解析】
(1)由于阴极射线在电场中向下偏转，因此阴极射线受电场力方向向下，又由于匀强电场方向向上，则电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电；
(2)由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外；
(3)设此射线带电量为，质量为，当射线在、间做匀速直线运动时，有：
当射线在、间的磁场中偏转时，有：
同时又有，如图所示，解得：
13．
【解析】
因为带电粒子在复合场中不偏转，所以，即，撤去电场后，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，则，联立可得
同课章节目录