高中物理人教版选修3-5 作业题 18-1 电子的发现 Word版含解析

电子的发现
时间：45分钟
一、选择题(1～5为单选，6～9为多选)
1．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是(　C　)
A．阴极射线本质是氢原子 B．阴极射线本质是电磁波
C．阴极射线本质是电子 D．阴极射线本质是X射线
解析：阴极射线是原子受激发射出的电子，关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设，是错误的．
2．关于密立根“油滴实验”，下列说法正确的是(　B　)
A．密立根利用电场力和磁场力平衡的方法，测得了带电体的最小带电荷量
B．密立根利用电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量
C．密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量
D．密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子质量的千分之一
3．英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究(　A　)
A．发现阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B．发现阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C．发现不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D．并未得出阴极射线粒子的电荷量
解析：汤姆孙利用其设计的阴极射线管，并将不同的气体充入管内，用多种不同的金属分别制成阴极，结果证明比荷大体相同，C错误．汤姆孙和他的学生通过测量得知阴极射线的电荷量与氢离子的电荷量大小基本相同，D错误．阴极射线带负电，A正确，B错误．
4．发射阴极射线的阴极射线管中的高电压的作用是(　D　)
A．使管内气体电离 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
解析：在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射的电子流，通过高电压加速而获得能量，与玻璃碰撞而产生荧光，故选项D正确．
5．如图是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是(　B　)
A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向
D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
解析：由于电子沿x轴正方向运动，若所受洛伦兹力向下，使电子射线向下偏转，由左手定则可知磁场方向应沿y轴正方向；若加电场使电子射线向下偏转，所受电场力方向向下，则所加电场方向应沿z轴正方向，由此可知B正确．
6．如果发现电视画面的幅度比正常偏小，可能是下列哪些原因引起的(　BCD　)
A．电子枪发射能力减小
B．加速电压的电压过高，电子速度大
C．偏转线圈匝间短路，偏转匝数减少
D．偏转线圈电流过小，偏转磁场减弱
解析：由eU＝mv2，r＝知：r＝.U增大，v增大，则r增大，B对；线圈匝数减少，则B减小，r增大，C正确；同理知D正确．
7．如图所示，从正离子源发射的正离子经加速电压U加速后进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过电场，则下列说法正确的是(　CD　)
A．增大电场强度E，减小磁感应强度B
B．减小加速电压U，增大电场强度E
C．适当地加大加速电压U
D．适当地减小电场强度E
解析：正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，受到的电场力F＝qE，方向向上，受到的洛伦兹力F洛＝qvB，方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，即qE＝qvB，则只有使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U或增大磁感应强度B，减小电场力的途径是减小电场强度E.选项C、D正确．
8.如图所示为一“滤速器”装置示意图．a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子组成的电子流沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间．为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动，由O′射出．不计重力作用．可能达到上述目的的办法是(　AD　)
A．使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里
B．使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里
C．使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外
D．使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外
解析：要使电子沿OO′运动，则电子在竖直方向所受电场力和洛伦兹力平衡，若a板电势高于b板，则电子所受电场力竖直向上，其所受洛伦兹力必向下，由左手定则可判定磁场方向垂直纸面向里，故A选项正确；同理可判定D选项也正确．
9．电子枪发射出的电子打在荧光屏上时，会在那里产生一个亮斑，如果在荧光屏上得到如图所示的亮斑P，那么示波管中的(　BC　)
A．极板X应带正电 B．极板X′应带正电
C．极板Y应带正电 D．极板Y′应带正电
解析：因为电子向Y及X′方向偏转，故极板X′、极板Y应带正电．正确答案为B、C.
二、非选择题
10．一个半径为1.62×10－4 cm的带负电的油滴，在电场强度等于1.92×105 V/m的竖直向下的匀强电场中．如果油滴受到的电场力恰好与重力平衡，问：这个油滴带有几个电子的电荷量？(已知油的密度为0.851×103 kg/m3，g取10 m/s2)
答案：5
解析：油滴质量：m＝ρV　①，其中V＝πR3　②，
又由力的平衡得：mg＝qE　③，
解①②③得：q≈8×10－19 C.
由e＝1.6×10－19 C，知q＝5e.
即这个油滴带有5个电子的电荷量．
11．亥姆霍兹线圈是一对彼此平行串联的共轴圆形线圈，两线圈大小相同，线圈之间距离d正好等于圆形线圈的半径R，如图所示．这种线圈的特点是能在其公共轴线中点O附近产生近似匀强磁场，且该匀强磁场的磁感应强度与线圈中的电流成正比，即B＝kI.电子枪将灯丝溢出的电子经电压为U的电场加速后，垂直射入上述匀强磁场中，测得电子做匀速圆周运动的半径为r，试求电子的比荷．
答案：
解析：电子经电压U加速，由动能定理得：eU＝mv2　①
当电子垂直射入由亥姆霍兹线圈产生的匀强磁场中，在洛伦兹力作用下电子发生偏转，做圆周运动．洛伦兹力为向心力，则evB＝m　②
由①②两式得：＝
又知，亥姆霍兹线圈产生的磁场与电流成正比，即B＝kI，则＝.
12．如图所示为美国物理学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图，两块水平放置的金属板间距为d.油滴从喷雾器的喷嘴喷出时，由于与喷嘴摩擦而带负电．油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间．当平行金属板间不加电压时，由于受到气体阻力的作用，油滴最终以速度v1竖直向下匀速运动；当上板带正电，下板带负电，两板间的电压为U时，带电油滴恰好能以速度v2竖直向上匀速运动．已知油滴在极板间运动时所受气体阻力的大小与其速率成正比，油滴密度为ρ，已测量出油滴的直径为D(油滴可看做球体，球体体积公式V＝πD3)，重力加速度为g.
(1)设油滴受到气体的阻力f＝kv，其中k为阻力系数，求k的大小；
(2)求油滴所带电荷量．
答案：(1)πρD3g　(2)
解析：(1)油滴速度为v1时所受阻力f1＝kv1，油滴向下匀速运动时，重力与阻力平衡，有f1＝mg
m＝ρV＝πρD3，则k＝πρD3g
(2)设油滴所带电荷量为q，油滴受到的电场力为
F电＝qE＝q
油滴向上匀速运动时，阻力向下，油滴受力平衡，则
kv2＋mg＝q
油滴所带电荷量为q＝.