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2019-2020年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 1 電子的發(fā)現(xiàn)課后訓(xùn)練 新人教版選修3-5 基礎(chǔ)鞏固 1．來(lái)自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點(diǎn)，則這些質(zhì)子在進(jìn)入地球周圍的空間時(shí)，將(　　) A．豎直向下沿直線射向地面 B．相對(duì)于預(yù)定地點(diǎn)向東偏轉(zhuǎn) C．相對(duì)于預(yù)定地點(diǎn)向西偏轉(zhuǎn) D．相對(duì)于預(yù)定地點(diǎn)向北偏轉(zhuǎn) 2．1897年英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子并被稱為“電子之父”，下列關(guān)于電子的說(shuō)法正確的是(　　) A．湯姆孫通過(guò)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)得出了陰極射線是帶負(fù)電的粒子的結(jié)論，并求出了陰極射線的比荷 B．湯姆孫通過(guò)光電效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)了電子 C．電子的質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的1 836倍 D．湯姆孫通過(guò)對(duì)不同材料做陰極發(fā)出的射線進(jìn)行研究，并研究光電效應(yīng)等現(xiàn)象，說(shuō)明了電子是原子的組成部分，是比原子更基本的物質(zhì)單元 3．下列是某實(shí)驗(yàn)小組測(cè)得的一組電荷量，哪些是符合事實(shí)的(　　) A．＋310－16 C B．＋410－16 C C．－3.210－16 C D．－4.810－16 C 4．關(guān)于密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．密立根利用磁場(chǎng)力和重力平衡的方法，測(cè)得了帶電體的最小帶電荷量 B．密立根利用電場(chǎng)力和重力平衡的方法，推測(cè)出了帶電體的最小帶電荷量 C．密立根利用磁偏轉(zhuǎn)的知識(shí)推測(cè)出了電子的電荷量 D．密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”直接驗(yàn)證了電子的質(zhì)量不足氫離子的千分之一 5．電子槍發(fā)射出的電子打在熒光屏上時(shí)，會(huì)在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑，如果在熒光屏上得到如圖所示的亮斑P，那么示波管中的(　　) A．極板X(qián)應(yīng)帶正電 B．極板X(qián)′應(yīng)帶正電 C．極板Y應(yīng)帶正電 D．極板Y′應(yīng)帶正電 6．電子所帶電荷量的精確數(shù)值最早是由美國(guó)物理學(xué)家密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。他測(cè)定了數(shù)千個(gè)帶電油滴的電荷量，發(fā)現(xiàn)這些電荷量都等于某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍。這個(gè)最小電荷量就是電子所帶的電荷量。密立根實(shí)驗(yàn)的原理如圖所示，A、B是兩塊平行放置的水平金屬板，A板帶正電，B板帶負(fù)電。 從噴霧器噴出的小油滴落到A、B兩板之間的電場(chǎng)中，小油滴由于摩擦而帶負(fù)電，當(dāng)調(diào)節(jié)A、B兩板間的電壓為U時(shí)，可使油滴勻速下降。已知油滴可看成球體，密度為ρ，下降的速度大小為U，受到的阻力f＝kπr2U，k為比例系數(shù)，r為油滴的大圓半徑，兩極板間距離為d，重力加速度為g，則帶電油滴的電荷量是多少？ 能力提升 7.如圖是電子射線管示意圖，接通電源后，電子射線由陰極沿x軸正方向射出，在熒光屏上會(huì)看到一條亮線。要使熒光屏上的亮線向下(z軸負(fù)方向)偏轉(zhuǎn)，在下列措施中可采用的是(　　) A．加一磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向 B．加一磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向沿y軸正方向 C．加一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向 D．加一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿y軸正方向 8．在研究性學(xué)習(xí)中，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)定帶電粒子比荷的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，abcd是一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形盒子，在a處和cd處的中點(diǎn)e處各有一個(gè)小孔，e處有一能顯示粒子從e孔射出的熒光屏M。盒子內(nèi)有一方向垂直于abcd平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。粒子不斷地發(fā)射相同的帶電粒子，粒子的初速度可忽略，先讓粒子經(jīng)過(guò)電壓為U的電場(chǎng)加速，然后粒子立即由a孔平行ab邊射入盒內(nèi)，粒子經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后恰好從e孔射出。不計(jì)粒子的重力和粒子之間的相互作用力。問(wèn)：你認(rèn)為該同學(xué)的設(shè)計(jì)方案可行嗎？若可行，求出帶電粒子的比荷；若不可行，說(shuō)明你的理由。 9．湯姆孫在測(cè)定陰極射線的比荷時(shí)采用的方法是電場(chǎng)、磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)法，即通過(guò)測(cè)出陰極射線在給定的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中穿過(guò)一定距離時(shí)的速度偏轉(zhuǎn)角來(lái)達(dá)到測(cè)定其比荷的目的。利用這種方法也可以測(cè)定其他未知粒子的比荷，反過(guò)來(lái)，知道了某種粒子的比荷也可以利用該方法了解電場(chǎng)或者磁場(chǎng)的情況。 假設(shè)已知某種帶正電粒子(不計(jì)重力)的比荷()為k，勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，方向豎直向下。先讓粒子沿垂直電場(chǎng)的方向射入電場(chǎng)，測(cè)出它穿過(guò)水平距離L后的速度偏轉(zhuǎn)角θ(θ很小，可認(rèn)為θ≈tan θ)(如圖甲)；接著用勻強(qiáng)磁場(chǎng)代替電場(chǎng)，讓粒子以同樣的初速度沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng)，測(cè)出它通過(guò)一段不超過(guò)圓周長(zhǎng)的弧長(zhǎng)s后的速度偏轉(zhuǎn)角φ(如圖乙)。試求出k、E、L、s和φ所表示的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的表達(dá)式。 10．美國(guó)科學(xué)家密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)首次測(cè)得電子的電量。油滴實(shí)驗(yàn)的原理如圖所示，兩塊水平放置的平行金屬板與電源相連，上、下板分別帶正、負(fù)電荷。油滴從噴霧器噴出后，由于摩擦而帶電，經(jīng)上板中央小孔落到兩板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，通過(guò)顯微鏡可以觀察到油滴的運(yùn)動(dòng)情況，兩金屬板間的距離為d，忽略空氣對(duì)油滴的浮力和阻力作用。 (1)調(diào)節(jié)兩金屬板間的電勢(shì)差U，當(dāng)U＝U0時(shí)，使得某個(gè)質(zhì)量為m1的油滴恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，求該油滴所帶的電荷量； (2)若油滴進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的初速度可以忽略，當(dāng)兩金屬板間的電勢(shì)差U＝U1時(shí)，觀察到某個(gè)質(zhì)量為m2的油滴進(jìn)入電場(chǎng)后做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t運(yùn)動(dòng)到下極板，求此油滴所帶的電荷量。 參考答案 1. 答案：B　點(diǎn)撥：赤道上空的磁場(chǎng)方向水平向北，向左手定則知粒子受力向東，B選項(xiàng)正確。 2. 答案：AD　點(diǎn)撥：湯姆孫對(duì)不同材料的陰極發(fā)出的射線進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)均為同一種相同的粒子——即電子，電子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，它的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量。 3. 答案：CD　點(diǎn)撥：電荷是量子化的，任何帶電體所帶電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍。1.610－19 C是目前為止自然界中最小的電荷量。 4. 答案：B　點(diǎn)撥：密立根“油滴實(shí)驗(yàn)”是利用噴霧的方法，在已知小液滴質(zhì)量的前提下，利用電場(chǎng)力和小液滴的重力平衡，推算出每個(gè)小液滴帶電荷量都是1.610－19 C的整數(shù)倍，帶電體的帶電荷量不是連續(xù)的，而是量子化的，并且電子的帶電荷量也為1.610－19 C，帶負(fù)電。 5. 答案：BC　點(diǎn)撥：因?yàn)閹щ娏Ｗ酉験及X′方向偏轉(zhuǎn)。故極板X(qián)′、極板Y應(yīng)帶正電。正確選項(xiàng)為B、C。 6. 答案： 點(diǎn)撥：油滴受三個(gè)力作用：重力、庫(kù)侖力和空氣阻力。因油滴勻速下降，三力平衡， 有mg＝，將m＝ρ，f＝kπr2U代入，得q＝。 7. 答案：B　點(diǎn)撥：由于電子沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，若所受洛倫茲力向下，使電子射線向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則可知磁場(chǎng)方向應(yīng)沿y軸正方向；若加電場(chǎng)使電子射線向下偏轉(zhuǎn)，所受電場(chǎng)力方向向下，則所加電場(chǎng)方向應(yīng)沿z軸正方向，由此可知B正確。 8. 答案：方案可行　 點(diǎn)撥：根據(jù)動(dòng)能定理可求得帶電粒子在電場(chǎng)中加速后的速度，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)幾何關(guān)系即可求得帶電粒子的比荷。 方案可行 粒子經(jīng)電場(chǎng)加速，設(shè)離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)速度為v，根據(jù)動(dòng)能定理：qU＝ 粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌跡如圖所示，設(shè)圓周半徑為R，由幾何關(guān)系可得 (L－R)2＋＝R2 qvB＝ 聯(lián)立求解，得 9. 答案： 點(diǎn)撥：帶電粒子的比荷()是一個(gè)重要的物理量。求解它的比荷時(shí)，要從粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的受力情況出發(fā)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況利用力學(xué)規(guī)律求解。 設(shè)粒子的初速度為v，在電場(chǎng)中粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，有 L＝vt，vy＝at，a＝＝kE，θ≈tanθ＝，解得v2＝。 在磁場(chǎng)中粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)， 有qvB＝，s＝Rφ， 解得v＝＝，由以上各式解得B＝。 10. 解答：(1)質(zhì)量為m1的油滴恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則其所受重力與庫(kù)侖力平衡，即m1g＝，得q＝。 (2)質(zhì)量為m2的油滴向下做勻加速運(yùn)動(dòng)，d＝，得a＝ 若油滴帶正電，所受庫(kù)侖力方向向下，由牛頓第二定律得a＝＞g，到達(dá)下極板的時(shí)間很短，難以精確測(cè)量，與事實(shí)不符，則油滴帶負(fù)電，受到庫(kù)侖力的方向豎直向上，由牛頓第二定律m2g－＝m2a，解得q＝。