3.1 敲开原子的大门 同步练习（粤教版选修3-5）

3.1 敲开原子的大门 同步练习（粤教版选修3-5）
1．(单选)发现电子的科学家是(　　)
A．汤姆生　　　　　　　 B．玻尔
C．卢瑟福 D．查德威克
解析：选A.1897年汤姆生发现电子．
2．(单选)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，发出荧光
解析：选B.电磁波能透过薄铝片，且可以产生衍射现象，但电磁波不能在电场或磁场中偏转，故阴极射线是带电微粒．
3．(单选)下列关于电子的说法中不正确的是(　　)
A．发现电子是从研究阴极射线开始的
B．任何物质中均有电子，它是原子的组成部分
C．电子发现的意义是使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有复杂的结构
D．电子是带正电的，它在电场中受到的电场力方向与电场线的切线方向相同
解析：选D.研究表明电子是物质的组成部分，电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，是可以再分的．
4．(单选)关于电荷量，下列说法中错误的是(　　)
A．物体所带电荷量可以是任意值
B．物体所带电荷量只能是某些值
C．物体所带电荷量的最小值为1.6×10－19 C
D．一个物体带1.6×10－9 C的正电荷，这是它失去了1.0×1010个电子的缘故
解析：选A.电荷量是量子化的，即物体的带电量只能是某一最小电荷量的整数倍，这一最小电荷量是1.6×10－19C，A错误，B、C正确；物体带正电，是由于它失去了带负电的电子，D正确．
5．带电粒子的比荷是一个重要的物理量．某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的比荷，实验装置如图3－1－5所示．
图3－1－5
(1)他们的主要实验步骤如下：
A．首先在两极板M1、M2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子束从两极板中央通过，在荧光屏的正中心处观察到一个亮点；
B．在M1、M2两极板间加合适的电场：加极性如图3－1－5所示的电压，并逐步调节增大，使荧光屏上的亮点逐渐向荧光屏下方偏移，直到荧光屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为U，请问本步骤的目的是什么？
C．保持步骤B中的电压U不变，对M1、M2区域加一个大小、方向合适的磁场B，使荧光屏正中心处重现亮点，试问外加磁场的方向如何？
(2)根据上述实验步骤，同学们正确地推算出电子的比荷与外加电场、磁场及其他相关量的关系为＝.一位同学说，这表明电子的比荷大小将由外加电压决定，外加电压越大则电子的比荷越大，你认为他的说法正确吗？为什么？
解析：(1)步骤B中电子在M1、M2两极板间做类平抛运动，当增大两极板间电压时，电子在两极板间的偏转位移增大．
当在荧光屏上看不到亮点时，电子刚好打在下极板M2靠近荧光屏端的边缘，设两极板间距离为d，则
＝2，＝.①
由此可以看出这一步的目的是使粒子在电场中的偏转位移成为已知量，就可以表示出比荷．步骤C加上磁场后电子不偏转，是电场力等于洛伦兹力，且洛伦兹力方向向上，由左手定则可知磁场方向垂直于纸面向外．
(2)由电场力等于洛伦兹力得＝Bqv
解得v＝②
将②式代入①式得＝③
由③式可以看出当U增大时，B必定也要增大，即的比值不会变化，且电子的比荷是由电子本身的性质决定的，是电子的固有参数，因此他的说法不正确．
答案：(1)步骤B中使电子刚好打在下极板M2靠近荧屏端的边缘，利用已知量表示　步骤C中磁场方向垂直纸面向外　(2)不正确，原因见解析
一、单项选择题
1．如果阴极射线像X射线一样，则下列说法正确的是(　　)
A．阴极射线管内的高电压能够对其加速而增加能量
B．阴极射线通过偏转电场不会发生偏转
C．阴极射线通过偏转电场能够改变方向
D．阴极射线通过磁场时方向可能发生改变
解析：选B.X射线是电磁波，不带电，通过电场、磁场时不受力的作用，不会发生偏转、加速，B正确．
2．汤姆生对阴极射线本质的研究，采用的主要方法有(　　)
A．用阴极射线轰击金箔，观察其散射情况
B．用“油滴实验”精确测定电子电荷的带电量
C．让阴极射线通过电场和磁场，通过阴极射线的偏转情况判断其电性和计算其比荷
D．用阴极射线轰击荧光物质，对荧光物质发生的光进行光谱分析
解析：选C.汤姆生通过对阴极射线在电场和磁场中的偏转情况的研究，来判断其电性和计算其比荷的．
3．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
解析：选C.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．
4．关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法不正确的是(　　)
A．测得了质子的电荷量
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：选A.密立根油滴实验精确测定了电子的电荷量．
图3－1－6
5.图3－1－6为示波管中电子枪的原理示意图．示波管内被抽成真空，A为发射电子的阴极，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.下面的说法中正确的是(　　)
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
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
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v
解析：选D.由qU＝mv2得v＝，由公式可知，电子经加速电场加速后的速度与加速电极之间的距离无关，对于确定的加速粒子——电子，其速度只与电压有关，由此不难判定D正确．
图3－1－7
6．若在如图3－1－7所示的阴极射线管中部加竖直向上的电场，则应加什么方向的大小合适的磁场才能让阴极射线不偏转(　　)
A．竖直向上 B．竖直向下
C．垂直纸面向里 D．垂直纸面向外
解析：选D.由粒子的电性及左手定则可判断D项正确．
二、双项选择题
7．关于阴极射线的性质，下列判断正确的是(　　)
A．阴极射线带负电
B．阴极射线带正电
C．阴极射线的荷质比比氢原子的荷质比大
D．阴极射线的荷质比比氢原子的荷质比小
解析：选AC.由汤姆生对阴极射线的研究结果，可知阴极射线粒子为电子，故可知A、C正确．
8．汤姆生对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”．关于电子的说法正确的是(　　)
A．任何物质中均有电子
B．不同的物质中具有不同的电子
C．电子质量是质子质量的1836倍
D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元
解析：选AD.汤姆生对不同材料的阴极发出的射线进行研究，均为同一种粒子——即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量；由此可知A、D正确，B、C错误．
图3－1－8
9.如图3－1－8所示，一只阴极射线管的左侧不断有电子射出，如果在管的正上方放一通电直导线AB时，发现射线的径迹往下偏转，则下列判断正确的是(　　)
A．导线中的电流从A流向B
B．导线中的电流从B流向A
C．电子束的径迹与AB中的电流无关
D．若要使电子束的径迹往上偏转，可以通过改变AB中的电流方向来实现
解析：选AD.由于电子带负电，并且向下偏转，由左手定则知该处的磁场方向应垂直纸面向里，又由安培定则可判断导线中的电流方向为由A到B.可以通过改变导线中的电流方向来改变粒子的径迹．故正确答案为A、D.
10．如图3－1－9所示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．下列说法中正确的是(　　)
图3－1－9
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向A点移动，则偏移磁场强度应该先由小到大，再由大到小
解析：选AC.由粒子的电性及左手定则可知B项错误；由R＝可知，B越小R越大，故D项错误．
三、非选择题
11．电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根(1868～1953)所做的油滴实验测出的．密立根实验的原理如图3－1－10所示：两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上面的A板带正电，下面的B板带负电．油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场E中．大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降，观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察．
图3－1－10
如图中所示，在A板上方用喷雾器将细油滴喷出，若干油滴从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：f＝kv，则油滴所带的电荷量q＝________.
某次实验得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：mg－Eq＝0，mg－kv＝0，解得q＝kv/E.油滴的带电荷量是1.6×10－19 C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6×10－19 C.
答案：　油滴的带电荷量是1.6×10－19 C的整数倍，故电荷的最小电荷量为1.6×10－19 C
图3－1－11
12.为了测量电子的比荷，可用下述方法：在真空装置中，使一细束电子流(即阴极射线)在没有外界力的作用下，沿如图3－1－11中OO′方向以一定的速度做直线运动．如果在途中(即在图中a、b两平行金属板之间)加一垂直纸面向里的匀强磁场(磁感应强度为B)，电子束将以半径R在磁场范围内做圆周运动．这时若在
金属板a、b间再加一与入射方向垂直的、适当强度和方向的匀强电场(场强为E)，电子束又将沿OO′方向仍以原有速度做直线运动．当测知B、E及R值后，即可算出电子的比荷，试推导出电子比荷的计算式．
解析：运动电子只在匀强磁场作用下做圆周运动时需满足F洛＝ma向心，即evB＝m，得＝ ①.
a、b板间加一方向向下、强度适当的匀强电场E后，电子束又将沿OO′方向仍以原有速度做直线运动，由平衡条件得evB＝eE，得v＝②
将式②代入式①可得＝.
答案：＝