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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，則這些質(zhì)子在進(jìn)入地球周圍的空間時，將(　　) A．豎直向下沿直線射向地面 B．相對于預(yù)定地點向東偏轉(zhuǎn) C．相對于預(yù)定地點向西偏轉(zhuǎn) D．相對于預(yù)定地點向北偏轉(zhuǎn) 2．1897年英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子并被稱為“電子之父”，下列關(guān)于電子的說法正確的是(　　) A．湯姆孫通過陰極射線在電場和磁場中的運動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．湯姆孫通過對不同材料做陰極發(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．下列是某實驗小組測得的一組電荷量，哪些是符合事實的(　　) 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“油滴實驗”，下列說法正確的是(　　) A．密立根利用磁場力和重力平衡的方法，測得了帶電體的最小帶電荷量 B．密立根利用電場力和重力平衡的方法，推測出了帶電體的最小帶電荷量 C．密立根利用磁偏轉(zhuǎn)的知識推測出了電子的電荷量 D．密立根“油滴實驗”直接驗證了電子的質(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，會在那里產(chǎn)生一個亮斑，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應(yīng)帶正電 B．極板X′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)值最早是由美國物理學(xué)家密立根通過油滴實驗測得的。他測定了數(shù)千個帶電油滴的電荷量，發(fā)現(xiàn)這些電荷量都等于某個最小電荷量的整數(shù)倍。這個最小電荷量就是電子所帶的電荷量。密立根實驗的原理如圖所示，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，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，磁場方向沿z軸負(fù)方向 B．加一磁場，磁場方向沿y軸正方向 C．加一電場，電場方向沿z軸負(fù)方向 D．加一電場，電場方向沿y軸正方向 8．在研究性學(xué)習(xí)中，某同學(xué)設(shè)計了一個測定帶電粒子比荷的實驗，其實驗裝置如圖所示，abcd是一個邊長為L的正方形盒子，在a處和cd處的中點e處各有一個小孔，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平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為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)過電壓為U的電場加速，然后粒子立即由a孔平行ab邊射入盒內(nèi)，粒子經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后恰好從e孔射出。不計粒子的重力和粒子之間的相互作用力。問：你認(rèn)為該同學(xué)的設(shè)計方案可行嗎？若可行，求出帶電粒子的比荷；若不可行，說明你的理由。 9．湯姆孫在測定陰極射線的比荷時采用的方法是電場、磁場偏轉(zhuǎn)法，即通過測出陰極射線在給定的勻強電場和勻強磁場中穿過一定距離時的速度偏轉(zhuǎn)角來達(dá)到測定其比荷的目的。利用這種方法也可以測定其他未知粒子的比荷，反過來，知道了某種粒子的比荷也可以利用該方法了解電場或者磁場的情況。 假設(shè)已知某種帶正電粒子(不計重力)的比荷()為k，勻強電場的電場強度為E，方向豎直向下。先讓粒子沿垂直電場的方向射入電場，測出它穿過水平距離L后的速度偏轉(zhuǎn)角θ(θ很小，可認(rèn)為θ≈tan θ)(如圖甲)；接著用勻強磁場代替電場，讓粒子以同樣的初速度沿垂直于磁場的方向射入磁場，測出它通過一段不超過圓周長的弧長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)強度B的表達(dá)式。 10．美國科學(xué)家密立根通過油滴實驗首次測得電子的電量。油滴實驗的原理如圖所示，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電場中，通過顯微鏡可以觀察到油滴的運動情況，兩金屬板間的距離為d，忽略空氣對油滴的浮力和阻力作用。 (1)調(diào)節(jié)兩金屬板間的電勢差U，當(dāng)U＝U0時，使得某個質(zhì)量為m1的油滴恰好做勻速直線運動，求該油滴所帶的電荷量； (2)若油滴進(jìn)入電場時的初速度可以忽略，當(dāng)兩金屬板間的電勢差U＝U1時，觀察到某個質(zhì)量為m2的油滴進(jìn)入電場后做勻加速直線運動，經(jīng)過時間t運動到下極板，求此油滴所帶的電荷量。 參考答案 1. 答案：B　點撥：赤道上空的磁場方向水平向北，向左手定則知粒子受力向東，B選項正確。 2. 答案：AD　點撥：湯姆孫對不同材料的陰極發(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　點撥：密立根“油滴實驗”是利用噴霧的方法，在已知小液滴質(zhì)量的前提下，利用電場力和小液滴的重力平衡，推算出每個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　點撥：因為帶電粒子向Y及X′方向偏轉(zhuǎn)。故極板X′、極板Y應(yīng)帶正電。正確選項為B、C。 6. 答案： 點撥：油滴受三個力作用：重力、庫侖力和空氣阻力。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　點撥：由于電子沿x軸正方向運動，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方向應(yīng)沿y軸正方向；若加電場使電子射線向下偏轉(zhuǎn)，所受電場力方向向下，則所加電場方向應(yīng)沿z軸正方向，由此可知B正確。 8. 答案：方案可行　 點撥：根據(jù)動能定理可求得帶電粒子在電場中加速后的速度，粒子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運動，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)電場加速，設(shè)離開電場時速度為v，根據(jù)動能定理：qU＝ 粒子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運動，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： 點撥：帶電粒子的比荷()是一個重要的物理量。求解它的比荷時，要從粒子在電場和磁場中的受力情況出發(fā)，根據(jù)運動情況利用力學(xué)規(guī)律求解。 設(shè)粒子的初速度為v，在電場中粒子做類平拋運動，有 L＝vt，vy＝at，a＝＝kE，θ≈tanθ＝，解得v2＝。 在磁場中粒子做勻速圓周運動， 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動，則其所受重力與庫侖力平衡，即m1g＝，得q＝。 (2)質(zhì)量為m2的油滴向下做勻加速運動，d＝，得a＝ 若油滴帶正電，所受庫侖力方向向下，由牛頓第二定律得a＝＞g，到達(dá)下極板的時間很短，難以精確測量，與事實不符，則油滴帶負(fù)電，受到庫侖力的方向豎直向上，由牛頓第二定律m2g－＝m2a，解得q＝。