高中物理选修3-5 课时训练11 电子的发现.doc

课时训练课时训练 11 电子的发现电子的发现一、非标准一、非标准 1.关于密立根“油滴实验”,下列说法正确的是( )A.密立根利用电场力和重力平衡的方法,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 答案:B 解析:密立根“油滴实验”是利用喷雾的方法,在已知小液滴质量的前提下利用电场力和小液滴的重力平衡,推 算出每个小液滴带电荷量都是元电荷的整数倍,带电体的带电荷量不是连续的,而是量子化的,并且电子的 带电荷量也为元电荷,带负电。故正确选项为 B。 2.如图是阴极射线管示意图。接通电源后,阴极射线由阴极沿 x 轴方向射出,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( )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 答案:B 解析:若加磁场,由左手定则可知,所加磁场方向沿 y 轴正方向,B 正确;若加电场,因电子向下偏转,则电场方 向沿 z 轴正方向。 3.(多选)关于阴极射线的性质,判断正确的是( )A.阴极射线带负电 B.阴极射线带正电 C.阴极射线的比荷比氢离子的比荷大 D.阴极射线的比荷比氢离子的比荷小 答案:AC 解析:汤姆孙通过实验证实,阴极射线是带负电的粒子流;阴极射线所带的电荷量与氢离子相同,但质量比氢离子小得多,所以它的比荷比氢离子的比荷大。 4.(多选)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.汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量 答案:AD 解析: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,A 正确。由于电子带负电,所以其 受力情况与正电荷不同,B 错误。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,C 错 误。在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量,最早测量电子电荷量的 是美国科学家密立根,D 正确。 5.(多选)关于空气导电性能,下列说法正确的是( )A.空气导电,是空气分子中有的带正电,有的带负电,在强电场作用下向相反方向运动的结果 B.空气能够导电,是空气分子在射线或强电场作用下电离的结果 C.空气密度越大,导电性能越好 D.空气密度变得越稀薄,越容易发出辉光 答案:BD解析:空气是由多种气体组成的混合气体,在正常情况下,气体分子不带电(显中性),是较好的绝缘体。但在 射线、受热及强电场作用下,空气分子被电离才具有导电功能,且空气密度较大时,电离的自由电荷很容易 与其他空气分子碰撞,正、负电荷又重新复合,难以形成稳定的放电电流,而电离后的自由电荷在稀薄气体 环境中导电性能更好。综上所述,正确选项为 B、D。 6.(多选)下列说法正确的是( )A.电子是原子核的组成部分 B.电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的 C.电子电荷量的数值约为 1.602×10-19 C D.电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷 答案:BC 解析:电子是原子的组成部分,电子的发现说明原子是可以再分的。电子的电荷量与质量的比值称为电子 的比荷,也叫荷质比。 7.质谱仪是一种测定带电粒子的比荷和分析同位素的重要工具,它的构造原理如图所示。让中性气体进入电离室 A,在那里被电离成离子。这些离子从电离室的小孔飘出,从缝 S1进入加速电场被加速。然后让离子从缝 S2垂直进入匀强磁场,最后打在底片上的 P 点。已知加速电压为 U,磁场的磁感应强度为 B,缝S2与 P 之间的距离为 a,离子从缝 S1进入电场时的速度不计。求该离子的比荷。答案:解析:离子经过了电场加速和磁场偏转两个过程,从离子运动轨迹可知,离子带正电,设它进入磁场时的速度为 v,在电场中加速有 qU=mv2,在磁场中偏转有 qBv=,而 r=,联立以上三式解得。8.电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根所做的油滴实验推测出的。密立根实验的原理如图所示: 两块水平放置的平行金属板 A、B 与电源相接,使上面的板带正电,下面的板带负电。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。 两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得,从而确定极板间的电场强度 E。但是油滴太小,其质量m 很难直接测出。密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度测量油滴的质量。未加电场时,由于空 气的黏性,油滴所受的重力很快就等于油滴与空气的摩擦力而使油滴匀速下落,可测得速度 v1,再加一足 够强的电场,使油滴做竖直向上的运动,在油滴以速度 v2匀速运动时,油滴所受的静电力与重力、阻力平 衡。根据空气阻力遵循的规律,即可求得油滴的带电荷量。 密立根测定了数千个带电油滴的电荷量,发现这些电荷量都等于某个最小电荷的整数倍,从而证实了电荷 是量子化的,并求得了元电荷即电子或质子所带的电荷量 e。如图所示,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,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):6.418.019.6511.2312.83分析这些数据可知: 。 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解析:(1)mg-q=0,mg-kv=0,解得 q=。(2)分析表中数据可知,油滴的带电荷量约为 1.6×10-19 C 的整数倍,故电荷的最小电荷量为 1.6×10-19 C。9.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,实验装置如图所示。(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,在荧屏的正中心处观察到一个亮点; B.在 M1M2两极板间加合适的电场:加极性如图所示的电压,并逐步调节增大,使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移,直到荧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 M1M2区域加一个大小、方向合适的磁场 B,使荧屏正中心处重现亮点, 试问外加磁场的方向如何? 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?答案:见解析 解析:(1)B.使电子刚好落在正极板的近荧屏端边缘,利用已知量表示。C.垂直电场方向向外(垂直纸面向外)。 (2)说法不正确,电子的比荷是电子的固有参数。